金属的塑性变形与再结晶

金属具有塑性www.ahgaoge.com是其重要的一项特性，这个特性对于金属材料的应用有非常重要的意义，举例。

金属发生塑性变形www.ahgaoge.net之后，从宏观上看其形状和尺寸发生了变化，但不是我们研究的内容。我们要研究的是金属变形之后其内部的***和性能发生了哪些变化，以及在加热时这些***和性能发生哪些变化，***后落实到如何运用这些知识去改善材料的性能。

***节金属的塑性变形

这一节的主要内容就是从原子的角度看，金属的塑性变形是如何发生的？

当外力作用在金属上时，如受拉，金属内的原子www.gaoge0551.com间距变大，如果这种变化是弹性范围内的，当外力去除后，原子还能***到原来的状态；如果外力较大，这种变化就达到了塑性阶段了，当外力去除之后，有一部分变化就不能***了，金属就发生了塑性变形。作为一种极限，当外力大到一定程度，原子间的结合力被打破，那么金属就断了。

金属塑性变形的方式主要是滑移和孪生。

一、单晶体的塑性变形

这是为了学习的方便而采取的一种方法，因为实际金属大多是多晶体。

1、滑移的定义和现象；（采用挂图和幻灯www.gaoge0551.net讲解），这里有五个问题：滑移线、滑移带、滑移距离、滑移面和滑移方向；

2、滑移系：一个滑移面和一个滑移方向构成一个滑移系，滑移系的数目决定了金属的塑性好坏，其数目越多，塑性越好；

体心立方晶格：6×2=12个滑移系；塑性较低好；如铁、铬等；

面心立方晶格：4×3=12个滑移系；塑性***好；如金、银、铜、铝等；

密排六方晶格：1×3=3个滑移系；塑性***差；如锌、镉等；

3、滑移的机理：非刚性滑动，而是由位错的移动实现的（1934年提出）。

1）只有位错线附近的少数原子移动；

2）原子移动的距离小于一个原子间距；

所以通过位错实现滑移时，需要的力较小；举例。（挂图）

总结：金属的塑性变形www.0551gaoge.com是由滑移这种方式进行的，而滑移又是通过位错的移动实现的。所以，只要阻碍位错的移动就可以阻碍滑移的进行，从而提高了塑性变形的抗力，使强度提高。金属材料常用的五种强化手段（固溶强化、加工硬化、晶粒细化、弥散强化、淬火强化）都是通过这种机理实现的。

二、多晶体的塑性变形

其中单个晶体的变形情况www.0551gaoge.net和单晶体相同，不同的是多晶体是由多个晶体组成的，各个晶体之间的位向不同，所以多晶体的塑性变形不是同时发生的，而是一步一步地进行的。塑性变形的抗力要比单晶体要高。

第二个要注意的问题是晶界的影响。晶界是原子排列不规则的地方，它对位错的移动有阻碍作用，要想使位错通过晶界，外界必须对它施加更大的力，所以晶界处的强度比晶内高。

晶粒越细，单位体积内的晶界面积越多，对位错的阻碍作用越大，金属的强度越高。晶界与强度之间的关系有一个经验公式（Hall—Petch公式）：

σ=σ0+k×d1/2。

具有细小晶粒的材料不仅强度高，而且塑性、韧性也较高，这是其他强化手段不能达到的。

我们一般将通过使材料的***www.hfgaoge.net变细来改善其性能的方法称为晶粒细化。

三、冷变形后金属性能和***的变化

1、力学性能的变化

随变形量增加，冷塑性变形之后的金属强度、硬度升高，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。

加工硬化在金属材料的使用中www.ahgaoge.com有非常重要的意义，是金属材料一种重要的强化手段，特别是对一些无法进行热处理的材料，如纯金属、高锰钢以及奥氏体不锈钢等。同时加工硬化使从属材料在冷成加工时能均匀变形；另外在材料偶然过载时，加工硬化使材料不致于发生大量塑性www.ahgaoge.net变形而断裂，增加了安全性。

加工硬化在材料的使用中也有不利的一面，例如使塑性下降，在进行大变形量变形时须分几次进行，增加了消耗，降低了劳动生产率。

2、***的变化

1）形成冷变形纤维***；

2）亚结构细化，位错密度增加，一般认为这是加工硬化的原因；

3）形成变形织构；

3、冷变形内应力

对材料进行塑性变形时所作的功www.gaoge0551.com大部分转变成了热量，但有一小部分残留在材料内部，这就是残余内应力。残余内应力可导致材料的变形，如果它和材料的工作应力叠加，将加速材料的失效，所以对其应有一定的重视。

1）宏观内应力：由于在宏观范围内变形不均匀引起的。有时可利用这种内应力，使它与工作应力相互抵消，延长零件的寿命，如钢板弹簧的喷丸或www.gaoge0551.net辊压，就是在弹簧表面形成残余压应力，与表面的工作应力-------拉应力相互抵消。

2）微观内应力：由于晶粒之间变形不均匀引起的；

3）晶格畸变内应力：作用范围在一个晶粒内部。

第二节冷变形金属在加热时的转变

先复习冷变形后金属***和性能的变化（提问），三点：

1、加工硬化；

2、冷变形纤维***；

3、变形残余内应力；

导出冷变形金属处于www.0551gaoge.com不稳定的状态，在被加热时将发生明显的变化，这个过程分为三个阶段。即回复、再结晶和晶粒长大。

一、回复

在加热温度较低时发生，在这个阶段由于温度不高，原子活动能力较小，不能作大范围的扩散，只有点缺陷如空位、间隙原子的数量减少了，同时位错重新排列，所以金属的***和性能变化不大。主要是内应力大幅度减小，电阻下降，耐腐蚀能力提高。

回复主要用于消除冷变形金属中的残余内应力，以隐定尺寸，降低电阻，提高耐腐蚀能力。如冷卷弹簧的定型、黄铜***的去应力等。

二、再结晶

发生在较高温度下，对钢来说大约在450℃以上。www.0551gaoge.net这时原子的活动能力大大增强，晶体缺陷消除，发生再结晶，加工硬化消除，冷变形纤维***重新变成多边形等到轴晶粒，也就是说，材料的***和性能又***到冷变形前的状态。

再结晶过程也是一个形核和长大的过程，但是材料的晶体结构并没有发生变化，所以也就不是一个相变过程。

1、再结晶温度

金属发生再结晶的***低温度称为www.hfgaoge.net再结晶温度，它与金属的变形度、成分有关，变形度越大，再结晶温度越低，W、V、Ti、Cr等元素能够提高再结晶温度。一般根据一个经验公式来确定材料的再结晶温度：

T再=0.4×T0(金属的熔点)

根据这个公式,可以计算出铁的再结晶温度大约为450℃.其它金属的再结晶温度可以查阅有关的手册。

2、再结晶的应用

再结晶一般用于消除加工硬化，***塑性。在生产中这种处理方法称为再结晶退火。

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