塑性变形对金属组织和性能的影响

塑性变形对组织结构的影响多晶体金属塑性变形后，除晶粒内出现滑移带和孪晶等特征外一晶粒形状的变化1.外形尺寸改变是内部晶粒变形的总和2.晶粒形状发生变化，变形方式和变形量不同，晶粒形状变化也不同3.如轧制时a)晶粒沿变形方向伸长b)变形程度越大，伸长程度越大c)变形量很大时，形成纤维组织，纤维组织的方向就是金属的伸展方向d)当金属中含有杂质时，杂质沿变形方向被拉长为细带状或粉碎成链状，在光滑显微镜下分辨不出晶粒和杂质二亚结构的细化亚结构的细化数据1.铸态金属的亚结构直径为cm2102.冷塑性变形后亚结构直径为cm6410~10凸6.30为低碳钢的形变亚结构形变亚结构元素：1.形变亚结构的边界和内部：2.胞块间的夹角和胞壁的厚度：3.位错的分布：4.变形量越大，胞块数量越多，胞块尺寸越小，胞块间取向差越大5.胞状亚结构的形状随晶粒形状改变而改变，沿变形方向伸长形变亚结构：高密度缠结位错分割开的位错密度较低的区域形变亚结构的形成原因：位错源产生的位错在运动过程中遇到各种障碍物如晶界，第二相颗粒及割阶等形成位错缠结，便形成高密度缠结位错分割开的位错密度较低的区域三形变织构晶粒择优取向现象多晶体塑性变形也会发生转动，当变形量很大时原来任意取向的晶粒逐渐趋于一致，这种现象就叫做晶粒的择优取向织构和形变织构1.具有择优取向的组织就叫做织构2.在金属变形后形成的织构就叫做形变织构，当然还有其他的织构同一种材料加工方式不同类型织构类型不同1.丝织构：拉拔时形成，各晶粒的某一晶向平行或近似平行拉拔方向2.板织构：轧制时形成，各晶粒的某一晶面平行于轧制平面，某一晶向平行于轧制方向表6.3常见金属的丝织构与板织构织构的出现：1.多晶体组织性能出现各向异性，例如2.但在某些情况下织构的存在是有利的，例如将有织构的板材冲压成杯状零件产生制耳现象：板材各方向变形能力不同工件边缘不齐壁厚不均匀变压器铁心用的硅钢片：1.100方向最易磁化2.用此硅钢片制作电机电器：减少铁损，提高设备效率，减轻设备重量，节约钢材二，塑性变形对金属性能的影响一加工硬化消除加工硬化进一步冷加工需要进行再结晶退火处理加工硬化现象：变形程度增加，强度硬度增加，塑性韧性减小加工硬化数据：1.0.3%的碳钢变形度为20%时抗拉强度b由原来的500MPa增加到700MPa2.0.3%的碳钢变形度为70%时抗拉强度b由原来的500MPa增加到900MPa加工硬化原因或强度增加的原因：并没有解释塑性韧性降低的原因总起来说是和位错的交互作用有关。随塑性变形进行，位错密度增加，位错相互交割，形成固定割阶位错缠结，位错运动阻力增加，变形抗力增加，金属强度增加加工硬化的实际意义和不利影响1.自行车链条用的链板：负荷能力调高了将近一倍2.不能用热处理强化的材料：塑性很好强度较低的铜铝及某些不锈钢，往往生产成冷轧棒材和冷轧板材3.某些工件或半成品必须产生加工硬化才能成型：冷拔钢丝和金属薄板的拉伸过程，变形转移到未变形部分4.提高某些零件或构件在使用过程中的安全性：各个部位的受力不均匀，偶尔过载部位的变形自行停止，应力集中自行减弱5.冷加工时，塑性变形到一定程度，变形抗力极大，进一步变形异常困难，需要增加设备功率，增加动力消耗6.加工硬化，塑性降低，继续变形导致开裂二塑性变形对其他物理化学性能的影响1.金属及合金的比电阻增加，导电性能和电阻温度系数降低，热导率略微降低2.磁导率和磁饱和度降低，磁滞和矫顽力增加3.提高金属的内能和化学活性，腐蚀速度增加4.晶体缺陷增加，扩散激活能减小，扩散速度增加三，残留应力金属塑性变形外力所作的功：1.大部分转化为热能2.小部分约为10%保留在金属内部，形成残留内应力和点阵畸变一宏观内应力原因：材料或工件各部分不均匀变形宏观内应力：它是使整个物体范围内维持平衡的力，消除一部分，平衡破坏产生变形举例：冷拉圆钢车去一层，平衡破坏产生变形二微观内应力原因：晶粒和亚晶粒不均匀变形微观内应力：晶粒或亚晶粒范围内维持平衡的力潜在危害：局部区域可能很大，使工件在不大的外力作用下产生显微裂纹，甚至断裂三点阵畸变原因：塑性变形使金属内部产生大量位错和空位，点阵中的原子偏离平衡位置点阵畸变产生的内应力：作用范围更小，只在晶界和滑移面等附近不多的原子群范围内维持平衡性能：强度硬度升高，塑性和耐腐蚀能力下降四其他残留应力的存在对金属材料的性能是有害的：材料工件变形开裂和应力腐蚀当工件表面残留拉应力时对性能有害1.害处：材料或工件变形开裂，显微裂纹，应力腐蚀2.害处：工件表面存在拉应力时，和外加应力叠加，使工件变形开裂3.例如：应力腐蚀导致深冲黄铜弹壳季裂当工件表面残留压应力时反而对使用寿命有利1.弹簧或齿轮：喷丸或化学热处理使工件表面残留压应力层，提高疲劳寿命2.承受单向扭转载荷的零件如汽车中的扭力轴：沿载荷方向进行适量超载预扭，工件表面层产生与载荷方向相反的残余应力，在工作时可抵消部分外加载荷，提高使用寿命