第3讲冷热加工组织变化.ppt

1、金属塑性变形理论theory of metal plastic deformation，第三节课Lesson Three，张桂洁tele-mail:department of metal变形大的时候，每个颗粒都不能再明确区分，表示纤维，所以被称为纤维组织。纤维组织的形成过程，冷轧前后晶粒形状的变化，a)变形前退火状态组织，b)变形后冷轧变形组织，3 . 1 . 1 . 1组织的变化，亚结构在变形量大、层间误差高的金属中前卫分布不均。杂乱的电位交织在一起，形成电位缠结的高误差密度区域(比平均位密度约高5倍)，分离位密度较低的部分。看起来像一个颗粒内部又出现了很多“小颗

2、粒”，但它们的味道并不大(从几度到几分钟)。这种结构称为褒奖亚结构。多晶Fe冷轧后的葡萄胎结构，x 6850 (a)变形量16；(B)变形量70，在铜的变形子结构图中，白色部分是低误差密度的子结晶，黑色区域是高误差密度的子晶系，3.1.1微观组织的变化，变形组织多晶塑性变形，每个粒子滑动时，晶体方向伴随着相对于外力的规则旋转过程。由于与晶界的连接，这种旋转受到一定的限制，但是变形量大的话，任意方向的各决定也将逐步调整，多晶体的晶粒方位可能出现一定的有序性。这种多晶体在原来取向混乱排列的颗粒中，各晶种取向大体一致的过程称为“右翼取向”。倾向于理想的决定组织称为“变形组织”。蚕丝组织蚕丝组织是在拉

3、拔和挤压加工中形成的。牙齿加工在轴对称状态下变形，主变形图是始终拉伸的双向压缩。变形后晶粒有与最大主变形方向平行的共同结晶方向。用牙齿晶体一直表示丝绸组织。实验表明，对以面为中心的立方金属(如金、银、铜、铝、镍等)经过比较大的变形程度后得到的丝绸结构是总和。对棉芯立方金属而言，丝结构与金属的堆积层奥纳基有关。层错的话，能量高的金属111丝绸结构越强。对于体芯立方金属，无论成分如何，其丝组织都是相同的。印后的铁、铜、钨等金属都有110丝组织。，其特征是每个粒子的一个晶体方向倾向于与轧制方向平行，一个晶面倾向于与轧制平面平行。因此，板块组织以其晶面和晶面共同表达。，需要注意的是，将变形金属的每个晶

4、粒转移到上述组织的结晶方向和晶面上，只是理想情况。实际上变形金属的晶粒方向只能朝向这种组织，一般而言，随着变形程度的增加，朝向这种方向的颗粒越多，这种组织就越完整。组织可以用x光衍射的方法测量。，3.1.2金属性能的变化，机械性能的变化1)加工硬化2)各向异性物理化学性能的变化1)金属密度的变化2)导电性能的变化3)导热性能的变化4)导热减少5)磁变化，加工硬化，金属材料冷加工变形后的强度(加工硬化是金属材料的重要特性，可以用作加强金属的手段特别是一些不能通过热处理加强的材料纯金属、奥氏体不锈钢等合金，主要通过冷加工加强。单晶的切向应力应变曲线显示塑性变形的三个阶段，阶段容易滑动。当t达到晶体

5、的C时，如果应力没有增加太多，就会发生相当大的变形。牙齿段接近直线，斜率低。也就是说，加工硬化率较低，通常为10-4G数量级(G是材料的剪切系数)。阶段线性硬化阶段：随着变量的增加，应力线性增加，牙齿段也是直线，斜率大，加工硬化非常明显，接近G/300牙齿常数。阶段抛物线硬化阶段：随着应变的增加，应力上升缓慢，变成抛物线，逐渐下降。在三个茄子典型的晶体结构金属单晶的固化曲线中，面心立方体和体心立方体晶体显示出典型的三个阶段，六边形金属单晶的第一阶段通常很长，比其他结构的晶体长得多。所以第一阶段还没有充分发展的时候，诗篇就已经断了。单晶体和多晶应力应变曲线比较(室温)(a)Al (b)Cu，多晶

6、的塑性变形由于晶界的干扰作用和晶粒之间的曹征要求，每个晶界不能同时作为单个滑动系统运动进行工作，因此多晶度的应力应变曲线不会出现在单晶曲线的第一阶段I尤其是不能用一般的热处理手段加强的不变金属材料，变形硬化是更重要的强化手段。加工硬化也有不利的一面。例如，在冷轧、冷拔等冷加工过程中，变形阻力的上升和塑性的下降会给继续加工带来困难，因此，在工艺过程中，必须增加退火工艺。各向异性、金属材料经过塑性变形后，出现不同类型的组织，具体取决于加工方法。由于组织的存在，根据产品的方向，性能的差异会产生各向异性。各向同性金属板，拉深后，杯边通常比较平坦。有织物的板材冲压杯的边缘出现高低起伏的波纹。波浪形的凸起

7、部分称为“制作耳朵”。因组织而产生的耳朵制作现象称为“耳朵制作效果”。冲压后产品用耳朵制作，必须去掉。这样不仅增加了金属的损失和边缘切割工艺，而且由于各向异性，冲压零件的壁厚不均匀，会影响生产效率和产品质量。因此，要避免生产上“造耳效果”的发生。深打孔的耳制，金属密度的变化，冷变形后晶体内或晶体间出现微小的裂纹、裂纹、孔等缺陷，金属的密度必须降低。如图所示，青铜退化后密度为8.915g厘米3。该铜的密度从8.905g厘米3下降到8.89g厘米3。变形度与密度的关系(1)青铜(2)铜，导电度的变化，一般金属随着冷变形程度的增加，比特密度增大，点阵畸变发生时电阻上升。例如，冷变形量达82的铜丝比电

8、阻增加2。冷变形99钨丝，比电阻增加50，但有时随着冷变形程度的增加，电阻也不会上升，大幅减少。例如，冷轧钢丝。这是因为偏振态珠光体朝钢丝的轴方向。这是因为方向性引起的电阻减少超过了气体冷却加工引起的电阻上涨。冷变形还可以破坏结晶间物质，使粒子徐璐接触，减少电阻增加的导电性。因此，应综合考虑冷变形对导电性的影响。耐蚀性能的变化，冷变形后金属的残余应力和内部能量增加，化学不稳定性增加，抗蚀性能降低。例如，冷变形的纯铁溶于酸的速度比退火状态快。冷变形引起的内部应力是金属腐蚀(“应力腐蚀”)的重要原因，在实际应用中是相当普遍和严重的问题。例如，冷加工的黄铜由于内部应力，可能牙齿在氨、铵盐、汞蒸汽和海

9、水中发生严重腐蚀破裂(也称为“季节性疾病”)。高压锅炉，铆钉的腐蚀破裂等。防止应力腐蚀的主要方法是消除内应力的退火。热传导和磁变化、冷变形还可以降低金属的导热系数。铜冷变形后，导热系数降低到78%。冷变形也能改变磁性。冷变形后可以减少磁性，例如锌和铜。经过高度的冷加工后，铜可以成为顺磁性金属。顺磁性金属的冷变形可以降低磁化敏感性等。3.2热加工变形中组织性能的变化，热加工变形的特性金属组织的变化金属性能的变化，热加工变形的特性，金属热加工与冷加工相比具有以下优点：热加工时金属塑性好，断裂倾向小，可使用大变形量。因为变形温度的提高，完全再结晶消除了加工硬化，在破裂和愈合过程中，加速了愈合，为具有

10、扩散性的塑料机制的同时作用提供了条件。(David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，变形时变形阻力低，可塑性高，变形达到尺寸要求时消耗的能量少。因为在高温下，原子的运动和热振动有所提高，扩散过程和溶解过程加快，金属的临界剪切应力降低。许多金属的滑移系统数量增加，变形更加协调。加工硬化现象是由于再结晶完全实现而消除的。热处理变形量大，不需要像冷加工一样补充中间退火，因此程序短，效率高。热加工可以加工不能在室温下进行塑料加工的金属，如钛、镁、钼、镍基高温合金等。热加工作为毛坯，可以改善粗铸组织，使疏松，小裂纹愈合。热加工的金相和性能可以徐璐通过不同的热加工温度、变形

11、程度、变形速度、冷却速度、轨道间隔时间等进行控制。与冷加工相比，热加工变形一般不容易生成组织。因为在高温下滑动的系统很多，滑动面和滑动方向不断变化。因此，热加工工件的首选方向或方向较小。热加工在实际生产中还存在以下缺陷。热加工需要加热。比冷加工简单容易。热加工产品的组织和性能比冷加工更均匀，更容易控制。温度的均匀性调节差异。热处理产品比冷加工产品尺寸精度低，表面光滑。有氧化铁板和冷却收缩。薄或细的加工品温度下降快，尺寸精度差，不易采用热加工。从提高钢的强度来看，热加工不如冷加工。因为热处理时，温度的作用使金属变软。一些金属经热处理后渡边杏。例如，如果普通钢包含更多的FeS，或者铜包含Bi，则晶

12、界中由这些杂质组成的低熔点共晶体将熔化，破坏晶间耦合，从而导致金属破裂。热加工和冷加工的主要区别是金属在热加工时硬化(加工硬化)和软化(恢复和再结晶)的对决过程同时出现。在热加工中，软化作用可以抵消和超过硬化作用，因此没有加工硬化效果，冷加工相反，加工硬化效果明显。金属组织及性能的变化、热加工不能引起加工硬化，但会对金属的组织和性能产生重大变化。热加工变形可以视为加工硬化和再结晶过程的重叠。在牙齿过程中，由于再结晶充分进行，变形时依赖三向压力应力状态等因素，金属可以压缩或焊接、(1)铸造金属组织的收缩、松散、缝隙、气泡等缺陷。金属变形中加工硬化引起的不致密现象也随着再结晶的进行而恢复。(2)在热处理变形中，可以打破晶粒细化和杂物。(3)形成纤维组织也是热加工变形的重要特征。铸造金属在热加工变形中形成的纤维组织不同于在冷加工变形中结晶拉长而形成的金属的纤维组织。电子是由于铸造组织晶界中不溶物质的延长而引起的。由于纤维组织的出现而变形的金属在纵向和横向上徐璐具有不同的力学性能。在生产中，实际上可以利用纤维组织使金属定向的特征，使纤维组织形成的流线在工件内分布得更好。(威廉莎士比亚、纤维组织、纤维组织、纤维组织、纤维组织、纤维组织、纤维组织、纤维组织)见图(a)。(a) (b)，(4)金属在热变形