第五篇(微观变形).ppt

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1、第五篇 金属塑性变形的 微观变形规律 塑性力学与金属塑性成形原理Plastic Mechanics and Principle of Plastic Mechanics and Principle of MetalformingMetalforming金属的塑性与微观塑性变形规律金属的塑性与微观塑性变形规律塑性加工工艺、组织、性能的关系塑性加工工艺、组织、性能的关系第5章金属的塑性5.1 金属的塑性 5.2 金属多晶体塑性变形的主要机制 5.3 影响金属塑性的因素 5.4 金属的超塑性 5.1金属的塑性5.1.1 塑性的基本概念 5.1.2 塑性指标及其测量方法 5.1.3 塑性状态图及其应用

2、 5.1.1塑性的基本概念什么是塑性？塑性是金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。塑性与柔软性的区别是什么？塑性反映材料产生永久变形的能力。柔软性反映材料抵抗变形的能力。塑性与柔软性的对立统一铅-塑性好，变形抗力小不锈钢-塑性好，但变形抗力高白口铸铁-塑性差，变形抗力高结论：塑性与柔软性不是同一概念为什么要研究金属的塑性？探索塑性变化规律寻求改善塑性途径选择合理加工方法确定最佳工艺制度提高产品质量5.1.2塑性指标及其测量方法塑性指标的测量方法塑性指标 塑性指标概 念：金属在破坏前产生的最大变 形程度，即极限变形量。表示方法：断面收缩率 延伸率 冲击韧性 最大压缩率 扭转角（或扭

3、转数）弯曲次数塑性指标的测量方法拉伸试验法压缩试验法扭转试验法轧制模拟试验法拉伸试验法式中：L0拉伸试样原始标距长度；Lh拉伸试样破断后标距间的长度；F0拉伸试样原始断面积；Fh拉伸试样破断处的断面积 压缩试验法 简单加载条件下，压缩试验法测定的塑性指标用下式确定：式中：压下率；H0试样原始高度；Hh试样压缩后，在侧表面出现第一条 裂纹时的 高度扭转试验法 对于一定试样，所得总转数越高，塑性越好，可将扭转数换作为剪切变形（）。式中：R试样工作段的半径；L0试样工作段的长度；n试样破坏前的总转数。轧制模拟试验法 在平辊间轧制楔形试件，用偏心轧辊轧制矩形试样，找出试样上产生第一条可见裂纹时的临界压

4、下量作为轧制过程的塑性指标。5.1.3塑性状态图及其应用概念：表示金属塑性指标与变形 温度及加载方式的关系曲 线图形，简称塑性图。应用：合理选择加工方法 制定冷热变形工艺确定MB5合金加工工艺规程的原则和方法 MB5属变形镁合金，主要成分为：Al 5.5 7.0%Mn 0.15 0.5%Zn 0.5 1.5%确定MB5镁合金热加工工艺步骤根据产品确定加工方式（变形力学图）根据相图确定合金的相组成根据塑性图确定热变形温度范围根据变形抗力图计算变形力能，确定设备能力根据第二类再结晶图确定变形组织晶粒大小根据相图确定合金的相组成温度图5-2 Mg-Al二元系状态图 从二元相图上获取的信息 T530，

5、合金为液相 T270，合金为两相组织270 T530，合金为单一的 相铝含量对镁合金力学性能的影响%b，公斤公斤/毫米毫米2HB公斤/毫米2图5-3 镁合金中铝含量对合金机械性能的影响 根据塑性图确定热变形温度范围试验温度，图5-1 MB5合金的塑性图k 冲击韧性；M慢力作用下的最大压缩率，C冲击力作用下的最大压缩率；断面收缩率，0 弯曲角度 从塑性图上获取的信息慢速加工，温度为350350400400时,值和M都有最大值，不论轧制或挤压，都可在此温度范围内以较慢的速度加工。锻锤下加工，在350350左右有突变，变形温度应选择在400450。工件形状比较复杂，变形时易发生应力集中，应根据K曲线

6、来判定。从图中可知，在相变点270270附近突然降低，因此，锻造或冲压时的工作温度应在250250以下进行为佳。5.2金属多晶体塑性变形的主要机制5.2.1 多晶体变形的特点 5.2.2 多晶体的塑性变形机构 5.2.3 合金的塑性变形 5.2.4 变形机构图 5.2.1多晶体变形的特点晶内晶内塑性变形和晶间塑性变形塑性变形和晶间塑性变形晶内塑性变形：滑移与孪生晶内塑性变形：滑移与孪生塑塑性性变变形形的的微微观观机机制制：位位错错运运动与位错增殖动与位错增殖5.2.1多晶体变形的特点1 1变形不均匀、不同时性及协调性 图5-4 多晶体塑性变形的竹节现象 （a）变形前 （b）变形后 图5-5 多

7、晶体塑性变形的不均匀性 2晶界的作用及晶粒大小的影响在2mm内 的延 伸率，%晶粒5晶粒4晶粒3晶粒2晶粒1位置，mm 图5-6 多晶铝的几个晶粒各处的应变量。垂直虚线是晶界，线上的数字为总变形量 5.2.2 多晶体的塑性变形机构1 1晶粒的转动与移动 图5-7 晶粒的转动2 2溶解沉积机构 该机构的实质是一相晶体的原子迅速而飞跃式的转移到另一相的晶体中去。保证两相有较大的相互溶解度外，还必须具备下列条件:（1）随着温度的变化或原有相晶体表面大小及曲率的变化，伴随有最大的溶解度改变。(2）变形时，应具备足够高的温度条件。3 3非晶机构 非晶机构是指在一定的变形温度和速度条件下，多晶体中的原子非

8、同步的连续的在应力场和热激活的作用下，发生定向迁移的过程。5.2.3合金的塑性变形1单相固溶体合金的变形 2多相合金的变形 1单相固溶体合金的变形单相固溶体合金的变形单单相相固固溶溶体体的的显显微微组组织织与与纯纯金金属属相相似似，因因而而其其变变形形情情况况也也与与之之类类同同，但但是是在在固固溶溶体体中中由由于于溶溶质质原原子子的的存存在在，使使其其对对塑塑性性变变形形的的抗抗力力增增加加。固固溶溶体体的的强强度度、硬硬度度一一般般都都比比其其溶溶剂剂金金属属高高，而而塑性、韧性则有所降低，并具有较大的加工硬化率。塑性、韧性则有所降低，并具有较大的加工硬化率。在在单单相相固固溶溶体体中中，

9、溶溶质质原原子子与与基基体体金金属属组组织织中中的的位位错错产产生生交交互互作作用用，造造成成晶晶格格畸畸变变而而增增加加滑滑移移阻阻力力。另另外外异异类类原原子子大大都都趋趋向向于于分分布布在在位位错错附附近近，又又可可减减少少位位错错附附近近晶晶格格的的畸畸变变程程度度，使使位位错易动性降低，因而使滑移阻力增大。错易动性降低，因而使滑移阻力增大。2多相合金的变形多相合金的变形多多相相合合金金中中的的第第二二相相可可以以是是纯纯金金属属、固固溶溶体体或或化化合合物物，其其塑塑性性变变形形不不仅仅和和基基体体相相的的性性质质，而而且且和和第第二二相相（或或更更多多相相）的的性性质质及及存存在在

10、状状态态有有关关。如如第第二二相相本本身身的的强强度度、塑塑性性、应应变变硬硬化化性性质质、尺尺寸寸大大小小、形形状状、数数量量、分分布布状状态态、两两相相间间的的晶晶体体学学匹匹配配、界界面面能、界面结合情况等等。能、界面结合情况等等。（1）聚合型两相合金的塑性变形）聚合型两相合金的塑性变形合合金金中中第第二二相相粒粒子子的的尺尺寸寸与与基基体体晶晶粒粒的的尺尺寸寸如如属属同同一一数数量量级级，称称为为聚聚合合型型两两相相合合金金。在在聚聚合合型型两两相相合合金金中中，如如果果两两个个相相都都具有塑性，则合金的变形情况决定于两相的体积分数。具有塑性，则合金的变形情况决定于两相的体积分数。（2

11、）弥散分布型两相合金的塑性变形）弥散分布型两相合金的塑性变形两两相相合合金金中中，如如果果第第二二相相粒粒子子十十分分细细小小，并并且且弥弥散散地地分分布布在在基基体体晶晶粒粒内内，则则称称为为弥弥散散分分布布型型两两相相合合金金，其其塑塑性性变变形形取决于第二相质点对位错运动的阻碍作用。取决于第二相质点对位错运动的阻碍作用。第二相质点与位错运动的作用形式第二相质点与位错运动的作用形式切切割割：当当质质点点小小而而软软，或或为为软软相相时时，位位错错能能割割开开它它并并使使其变形，加工硬化小，但随质点尺寸的增大而增加。其变形，加工硬化小，但随质点尺寸的增大而增加。绕绕过过：当当质质点点坚坚硬硬

12、而而难难于于被被位位错错切切开开时时，位位错错不不能能直直接接越越过过这这种种第第二二相相质质点点，但但在在外外力力作作用用下下，位位错错线线可可以以环环绕绕第第二二相相质质点点发发生生弯弯曲曲，最最后后在在质质点点周周围围留留下下一一个个位位错错环而让位错通过。环而让位错通过。钉扎：钉扎：当质点小而硬时，位错钉扎而不可运动。当质点小而硬时，位错钉扎而不可运动。5.2.4 变形机构图理论剪切应力-位错蠕变扩散蠕变Nabarro蠕变理论剪切应力位错蠕变扩散流变温度，温度，-位错滑移蠕变位错滑移（Nabarro蠕变）弹性区图5-9 变形机制图（a）纯银和（b）锗给出不同变形机制起控制作用的应力-温

13、度区间，两种材料的晶粒尺寸都是32m 以10-8/s的应变速率来确定弹性边界 5.3影响金属塑性的因素影响金属塑性的因素5.3.1 影响塑性的内部因素 5.3.2 影响金属塑性的外部因素 5.3.3 提高金属塑性的主要途径 5.3.1影响塑性的内部因素1化学成分（1）杂质（2）合金元素对塑性的影响 2组织结构 Zn,%图5-12 铜锌合金的力学性能与含锌量的关系5040302010024681012020406080100,%,b,10MPaHB,公斤/毫米2,%,b,10MPaHB,10MPa2520151050246810020406080100Al,%Zn,%（a）（b）5.3.2影响金

14、属塑性的外部因素1 变形温度塑性指标温度，K 图5-14 温度对塑性影响的典型曲线温度，图5-15 碳钢的塑性随温度变化图塑塑性性纯铝无氧铜图5-16 几种铝合金及铜合金的塑性图 2变形速度塑性变形速度，1/秒图5-18 变形速度对塑性的影响表5-1 铝合金冷挤压时因热效应所增加的温度合 金 号挤压系数挤压速度（毫米/秒）金属温度 L411150158195LD21116150294315LY111116150340350LY1131653083变形程度1-2大气压1-2大气压 图5-20 脆性材料的各向压缩曲线 （a）大理石；（b）红砂石；轴向压力；侧向压力 4应力状态静水压力对提高金属塑性

15、的良好影响 1-2大气压1-2大气压图5-20脆性材料的各向压缩曲线（a）大理石；（b）红砂石；轴向压力；侧向压力5变形状态 图5-24 主变形图对金属中缺陷形状的影响 （a）未变形的情况；（b）经两向压缩向延伸变形后的情况；（c）经向压缩两向延伸后的情况 6尺寸因素 力学性能12体积图5-25 变形物体体积对力学性能的影响 1塑性；2变形抗力；3临界体积点5.3.3提高金属塑性的主要途径提高塑性的主要途径有以下几个方面：(1)控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性；(2)采用合适的变形温度速度制度；(3)选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状

16、态；(4)避免加热和加工时周围介质的不良影响。5.4 5.4 金属的超塑性金属的超塑性 金属超塑性的特点及分类金属超塑性的特点及分类细晶超塑性细晶超塑性 金金属属材材料料在在受受到到拉拉伸伸应应力力时时，显显示示出出很很大大的的延延伸伸率率而而不不产产生生缩缩颈颈与与断断裂裂现现象象，把把延延伸伸率率能能超超过过100%的的材材料料统统称称为为“超超塑塑性性材材料料”，相相应应地地把把延延伸伸率率超超过过100%的的现现象象叫叫做做“超超塑塑性性”。根根据据超超塑塑性性的的宏宏观观变变形形特特性性，可可将将金金属属超超塑塑性性归归纳纳为为以下几方面的特点：即大延伸、无缩颈、小应力、易成形。以下

17、几方面的特点：即大延伸、无缩颈、小应力、易成形。金属超塑性的特点及分类金属超塑性的特点及分类细晶超塑性细晶超塑性 一一般般所所指指超超塑塑性性多多属属这这类类，其其特特点点是是材材料料具具有有稳稳定定的的超超细细等等轴轴晶晶粒粒组组织织，在在一一定定的的温温度度区区间间（T0.4TM）和和一一定定的的变变形形速速度度（10-410-1分分-1）条条件件下下出出现现超超塑塑性性。晶晶粒粒直直径径多多在在5m以以下下，且且晶晶粒粒越越细细越越有有利利于于塑塑性性的的发发展展，但但对对有有些些材材料料来来说说，例例如如钛钛合合金金，其其晶晶粒粒尺尺寸寸达达几几十十微微米米时时仍仍有有良良好好的的超超

18、塑塑性性能能。应应当当指指出出，由由于于超超塑塑性性是是在在一一定定的的温温度度区区间间出出现现，因因此此，即即使使初初始始组组织织具具有有微微细细晶晶粒粒的的尺尺寸寸，如如果果热热稳稳定定性性差差，在在变变形形过过程程中中晶晶粒粒迅迅速速长长大大，仍仍不不能能获获得得良良好好的的超超塑性。塑性。显微组织要求有极细的晶粒度、等轴、双相及稳定的组织。显微组织要求有极细的晶粒度、等轴、双相及稳定的组织。在在一一定定的的温温度度和和应应力力条条件件下下，经经过过多多次次循循环环相相变变或或同同素素异异构构转转变变而而获获得得大大延延伸伸率率。产产生生相相变变超超塑塑性性的的必必要要条条件件，是是材材

19、料料应应具具有有固固态态相相变变的的特特性性，并并在在外外加加载载荷荷作作用用下下，在在相相变变温温度度上上下下循循环环加加热热与与冷冷却却，诱诱发发产产生生反反复复的的组组织织结结构构变变化化，使使金金属属原原子子发发生生剧剧烈运动而呈现出超塑性。烈运动而呈现出超塑性。相变超塑性相变超塑性 5.4.3 5.4.3 细晶超塑性细晶超塑性 1变形力学特征变形力学特征 m m应变速率敏感性系数应变速率敏感性系数 m是是表表达达超超塑塑性性特特征征的的一一个个极极其其重重要要的的指指标标，对对于于普普通通金金属属，m=0.02-0.2m=0.02-0.2；而对于超塑性材料，而对于超塑性材料，1 m

20、0.3 m值值的的物物理理意意义义：材材料料抵抵抗抗局局部部缩缩颈颈的的能能力力。m值大，值大，出现大延伸的可能性大。出现大延伸的可能性大。2金属组织特征金属组织特征 晶粒根本没有被拉长，仍然保持着等轴状态；晶粒根本没有被拉长，仍然保持着等轴状态；发发生生显显著著的的晶晶界界滑滑移移、移移动动及及晶晶粒粒回回转转，几几乎乎看看不不到到位位错错组织；组织；超超塑塑性性变变形形后后无无织织构构产产生生，若若原原始始组组织织具具有有变变形形织织构构，经经过超塑性变形后，将使织构受到破坏；过超塑性变形后，将使织构受到破坏；有空洞有空洞 产生。产生。5.4.4 5.4.4 细晶超塑性变形的机理细晶超塑性

21、变形的机理 1扩散蠕变理论扩散蠕变理论 假假定定两两晶晶粒粒群群的的晶晶界界滑滑移移在在遇遇到到了了障障碍碍晶晶粒粒时时，被被迫迫停停止止，此此时时引引起起的的应应力力集集中中通通过过障障碍碍晶晶粒粒内内位位错错的的产产生生和和运运动动而而缓缓和和。位位错错通通过过晶晶粒粒而而塞塞积积到到对对面面的的晶晶界界上上，当当应应力力达达到到一一定定程程度度时时，使使塞塞积积前前端端的的位位错错沿沿晶晶界界攀攀移移而而消消失失，则则内内应力得到松驰，于是晶界滑移又再次发生。应力得到松驰，于是晶界滑移又再次发生。2晶界滑动理论晶界滑动理论 3动态再结晶理论动态再结晶理论 晶晶界界移移动动（迁迁移移）与与

22、再再结结晶晶现现象象密密切切相相关关，这这种种再再结结晶晶可可使使内内部部有有畸畸变变的的晶晶粒粒变变为为无无畸畸变变的的晶晶粒粒，从从而而消消除除其其预预先先存存在在的的应应变变硬硬化化。在在高高温温变变形形时时，这这种种再再结结晶晶过过程程是是一一个个动动态态的的、连连续续的的恢恢复复过过程程，即即一一方方面面产产生生应应变变硬硬化化，一一面面产产生生再再结结晶晶恢恢复复（软软化化）。如如果果这这种种过过程程在在变变形形中中能能继继续续下下去去，好好象象变变形形的的同同时时又又有有退退火火，就就会会促促使使物质的超塑性。物质的超塑性。5.4.5 5.4.5 超塑性的制备与应用超塑性的制备与

23、应用（1）真空成形法）真空成形法（2）气压成形）气压成形（3）超塑性模锻和挤压）超塑性模锻和挤压（4 4）无模拉拔）无模拉拔 制备方法：形变热处理为主制备方法：形变热处理为主第6章塑性加工过程的组织性能变化和温度-速度条件6.1金属塑性加工中组织与性能的变化6.2 金属塑性变形的温度速度效应 6.3 形变热处理 6.1金属塑性加工中组织与性能的变化6.1.1 冷变形 6.1.2 热变形 6.1.3 塑性变形对固态相变的影响 6.1.1冷变形冷变形：在再结晶温度以下变形 Cold Deformation,Cold Working冷变形时金属显微组织的变化（1 1）纤维组织）纤维组织 图图6-2

24、6-2 冷轧前后晶粒形状变化冷轧前后晶粒形状变化（a a）变形前的退火状态组织变形前的退火状态组织 （b b）变形后的冷轧变形组织变形后的冷轧变形组织 冷变形时金属显微组织的变化（2 2）亚结构）亚结构 冷变形时金属显微组织的变化（3 3）变形织构）变形织构 a.丝织构 b.板织构 冷变形时金属显微组织的变化（4 4）晶内和晶间破坏）晶内和晶间破坏 冷变形时金属性能的变化（1 1）物理性能）物理性能 a.a.密密度度 金金属属经经冷冷变变形形后后，因因晶晶内内及及晶晶间间出出现现了了显显微微裂裂纹纹、裂裂口口、空空洞洞等等缺缺陷陷使使金金属属的的密密度度降降低低，且且变变形形程程度度越越高高，

25、降降低低的的也也越多。越多。b.b.电电阻阻 晶晶间间物物质质的的破破坏坏使使晶晶粒粒直直接接接接触触、晶晶粒粒位位向向有有序序化化、晶晶间间及及晶晶内内的的破破裂裂等等，都都对对电电阻阻的的变变化化有有明明显显影影响响，前前两两者者使使电电阻阻随随变变形形程程度度的的增增加加而而减减少少，后后者者则则相相反反，其其结结果果使使电电阻阻随随变变形形程程度度变变化化的的表表现现而而不不同同。一一般般而而言言，冷冷变变形形使使金金属属电电阻阻有有所所增增加加（约百分之几），但增加的程度则随金属而异。（约百分之几），但增加的程度则随金属而异。冷变形时金属性能的变化（2 2）化学性能）化学性能 冷冷变

26、变形形后后，金金属属的的残残余余应应力力和和内内能能增增加加，从从而而使使化化学学不稳定性增加，耐蚀性能降低。不稳定性增加，耐蚀性能降低。应力腐蚀的主要防止方法就是退火，消除内应力。应力腐蚀的主要防止方法就是退火，消除内应力。冷变形时金属性能的变化（3 3）力学性能）力学性能 强度指标增加，塑性指标降低强度指标增加，塑性指标降低各向异性增强各向异性增强出现制耳出现制耳交叉轧制、退火、添加合金元素、控制变形量等方法交叉轧制、退火、添加合金元素、控制变形量等方法冷变形时金属性能的变化利用冷变形提高材料力学性能；利用冷变形提高材料力学性能；利利用用冷冷变变形形与与退退火火热热处处理理控控制制成成品品

27、组组织织性能。性能。6.1.2热变形1热变形的概念 2热变形对金属组织性能的影响 3热变形过程中的回复与再结晶 Hot Deformation,Hot Working热变形的概念变形金属在完全再结晶条件下进行的塑性变形。一般在热变形时金属所变形金属在完全再结晶条件下进行的塑性变形。一般在热变形时金属所处温度范围是其熔点绝对温度的处温度范围是其熔点绝对温度的0.750.750.950.95倍，在变形过程中，同时倍，在变形过程中，同时产生软化与硬化，且软化进行的很充分，变形后的产品无硬化的痕迹。产生软化与硬化，且软化进行的很充分，变形后的产品无硬化的痕迹。（1）金属在热加工变形时，变形抗力较低，消

28、耗能量较少。（2）金属在热加工变形时，其塑性升高，产生断裂的倾向性减小。（3）与冷加工相比较，热加工变形一般不易产生织构。（4）在生产过程中，不需要像冷加工那样的中间退火，从而可使生产工序简化，生产 效率提高。（5）热加工变形可引起组织性能的变化，以满足对产品某些组织与性能的要求。特点特点热变形对金属组织性能的影响（1）热变形对铸态组织的改造 热变形能最有效地改变金属和合金的铸锭组织：a.一般热变形是通过多道次的反复变形来完成。由于在每一次道次中硬化与软化过程是同时发生的，这样，变形而破碎的粗大柱状晶粒通过反复的改造而使之锻炼成较均匀、细小的等轴晶粒，还能使某些微小裂纹得到愈合。b.由于应力状

29、态中静水压力分量的作用，可使铸锭中存在的气泡焊合，缩孔压实，疏松压密，变为较致密的结构。c.由于高温下原子热运动能力加强，在应力作用下，借助原子的自扩散和互扩散，可使铸锭中化学成分的不均匀性相对减少。上述三方面综合作用的结果，可使铸态组织改造成变形组织（或加工组织），它比铸锭有较高的密度、均匀细小的等轴晶粒及比较均匀的化学成分，因而塑性和抗力的指标都明显提高。热变形对金属组织性能的影响在热变形过程中，为了保证产品性能及使用条件对热加工制品晶粒尺寸的要求，控制热变形产品的晶粒度是很重要的。热变形后制品晶粒度的大小，取决于变形程度和变形温度（主要是加工终了温度）。第二类再结晶全图，是描述晶粒大小与

30、变形程度及变形温度之间关系的。（2）热变形制品晶粒度的控制01020908070605040200300350400450500020 30908070504010602002503504004505003003002001003002001000晶粒直径，微米晶粒直径，微米变形程度，%变形程度，%变形温度，变形温度，302500（a）（b）热变形对金属组织性能的影响金属内部所含有的杂质、第二相和各种缺陷，在热变形过程中，将沿着最大主变形方向被拉长、拉细而形成纤维组织或带状结构。这些带状结构是一系列平行的条纹，也称为流线。纤维组织一般只能在变形时通过不断地改变变形的方向来避免，很难用退火的方法

31、去消除。当夹杂物（或晶间夹杂层）数量不多时，可用长时高温退火的方法，依靠成分地均匀化，和组织不均匀处的消失以去除。在个别情况下，当这些晶间夹杂物能溶解或凝聚时，纤维组织也可以被消除。（3）热变形时的纤维组织热变形过程中的回复与再结晶（1）热变形时的动态回复与动态再结晶动态回复动态再结晶热变形过程中的回复与再结晶动态回复静态回复静态再结晶动态回复静态再结晶静态再结晶动态再结晶（a）（b）（c）（d）动态回复静态回复动态回复静态再结晶静态再结晶静态再结晶动态再结晶热变形过程中的回复与再结晶（2）热变形过程中道次间或变形后停留时 的静态回复与静态再结晶利利用用热热变变形形过过程程的的回回复复稳稳定定

32、组组织织利用再结晶细化晶粒。利用再结晶细化晶粒。6.1.3塑性变形对固态相变的影响1应力与变形的作用 2温度和变形速度的作用 塑性变形时应变诱发相变（1 1）应变加速二相粒子固溶或析出）应变加速二相粒子固溶或析出塑性变形时应变诱发相变（2 2）利用塑性变形的应变提高固溶或时效析出效果）利用塑性变形的应变提高固溶或时效析出效果形变热处理工艺形变热处理工艺（Thermal Mechanical Processing,TMP）6.2 金属塑性变形的温度速度效应6.2.1 变形温度 6.2.2 变形速度 6.2.3 变形中的热效应及温度效应 6.2.4 热力学条件之间的相互关系 6.2.1变形温度 塑

33、性变形时金属所具有的实际温度，称为变形温度，它与加热温度是有区别的。变形温度既取决于金属变形前的加热温度，又与变形中能量转化而使金属温度提高的温度有关，同时又与变形金属同周围介质进行热交换所损失的温度有关。6.2.2变形速度 变形速度为单位时间内变形程度的变化或单位时间内的相对位移体积，即：式中 变形速度；变形程度；V 变形物体的体积；（秒-1）6.2.3变形中的热效应及温度效应 所谓“热效应”是指变形过程中金属的发热现象，热效应可用发热率来表示：式中 发热率；AT 转化为热的那部分能量；A 使物体产生塑性变形时的能量。塑性变形过程中因金属发热而促使金属的变形温度升高的效果，称为温度效应，用

34、表示：式中 T1变形前金属所具有的温度；T2变形后因热效应的作用金属实际具有的温度。6.2.4热力学条件之间的相互关系1变形温和变形速度恒定时，变形程度与变形抗力 的 关系:2变形程度和变形速度恒定时，变形抗力与单相状态条件下的变形温度的关系为：3变形程度和变形温度恒定时，变形抗力与变形速度的关系为：综合（6-4）、（6-5）、（6-6）式可写成 式中A、a、b、c、取决于变形条件和变形材料的常数，由实验确定；平均变形程度；平均变形速度；T变形温度，K。（6-4）（6-5）（6-6）（6-7）热变形热力学条件之间的相互关系在在热热激激活活控控制制变变形形行行为为的的条条件件下下提出：提出：确定

35、材料热变形常数；确定材料热变形常数；建建立立变变形形组组织织性性能能与与工工艺艺之之间间的的定量关系。定量关系。6.3 形变热处理形形变变热热处处理理是是对对金金属属材材料料有有效效地地综综合合利利用用形形变变强强化化及及相相变变强强化化，将将压压力力加加工工与与热热处处理理操操作作相相结结合合，使使成成形形工工艺艺同同获获得最终性能统一起来的一种工艺方法。得最终性能统一起来的一种工艺方法。塑塑性性变变形形增增加加了了金金属属中中的的缺缺陷陷（如如位位错错、空空位位、堆堆垛垛层层错错、小小角角度度和和大大角角度度晶晶界界等等）密密度度和和改改变变了了各各种种晶晶体体缺缺陷陷的的分分布布。由由于

36、于晶晶格格缺缺陷陷对对相相转转变变时时组组织织的的形形成成有有强强烈烈影影响响，所所以以相相转转变变前前或或相相转转变变时时的的塑塑性变形能用来使经受热处理的合金形成最佳组织。性变形能用来使经受热处理的合金形成最佳组织。例例如如，在在所所有有热热处处理理操操作作之之后后再再塑塑性性变变形形，则则进进行行的的是是普普通通热热处处理理及及其其后后的的塑塑性性加加工工，而而不不是是形形变变热热处处理理；又又如如塑塑性性变变形形已已在在热热处处理理前前完完成成，并并对对合合金金在在相相转转变变时时所所形形成成的的最最后后组组织织没没有有决决定定性性的的影影响响，这这种种操操作作则则是是塑塑性性变变形形

37、和和热热处处理理的的简简单组合，因此也不是形变热处理工艺。单组合，因此也不是形变热处理工艺。形形变变热热处处理理强强化化不不能能简简单单视视为为形形变变强强化化及及相相变变强强化化的的叠叠加加，也也不不是是任任何何变变形形与与热热处处理理的的组组合合，而而是是变变形与相变能互相影响、互相促进的一种工艺。形与相变能互相影响、互相促进的一种工艺。形变热处理按材料分为两类：形变热处理按材料分为两类：（1）时效合金的形变热处理，包括铝铜合金、铝镁合）时效合金的形变热处理，包括铝铜合金、铝镁合金、镍基合金等，多用于有色金属，其工艺分为三金、镍基合金等，多用于有色金属，其工艺分为三种：种：低温形变热处理低

38、温形变热处理，高温形变热处理高温形变热处理，以及，以及预形预形变热处理变热处理。（2）马氏体转变型的形变热处理。适用于各种存在马）马氏体转变型的形变热处理。适用于各种存在马氏体转变的合金，其中最主要的是钢。氏体转变的合金，其中最主要的是钢。分类分类温度时间图6-23 时效型合金形变热处理工艺图（a）低温形变热处理；（b）高温形变热处理 （c）综合形变热处理；（d）预形变热处理t6767132413254676713245424图6-25高温形变热处理工艺1淬火加热与保温；2压力加工；3冷至变形温度；4快冷；5重新淬火加热短时保温；6淬火加热温度范围；7塑性区总总复习内容复习内容1、应应力力、应

39、应变变的的表表达达方方式式，主主应应力力、主主应应变变的的求求解解，主主变变形形力力学学图及其应用。图及其应用。2、两屈服准则比较，增量理论，变形抗力的影响因素及其应用。、两屈服准则比较，增量理论，变形抗力的影响因素及其应用。3、工程法、滑移线法、上限法的基本求解思路。、工程法、滑移线法、上限法的基本求解思路。4、最最小小流流动动定定律律及及应应用用，不不均均匀匀变变形形及及其其影影响响因因素素，不不均均匀匀变变形形产产生生的的后后果果及及减减少少不不均均匀匀变变形形的的措措施施，重重点点要要能能分分析析挤挤压压、轧轧制制、锻锻造造、拉拉拔拔过过程程中中裂裂纹纹的的产产生生原原因因及及减减少少

40、裂裂纹纹的的产产生生的的措措施施。残残余应力的产生及后果，减小残余应力的措施。余应力的产生及后果，减小残余应力的措施。5、塑塑性性加加工工过过程程摩摩擦擦的的特特点点、作作用用及及其其影影响响因因素素，工工艺艺润润滑的作用及其影响因素。滑的作用及其影响因素。6、二二相相粒粒子子对对塑塑性性变变形形的的作作用用，影影响响塑塑性性的的因因素素及及提提高高金金属属塑塑性性的的方方法法。如如何何利利用用塑塑性性状状态态图图及及其其它它特特性性图图制制定定加加工工工艺。超塑变形特点及其力学与组织特征，工艺。超塑变形特点及其力学与组织特征，m的物理意义。的物理意义。7、冷冷变变形形、热热变变形形组组织织与与性性能能的的变变化化规规律律。变变形形热热效效应应的的作用，形变热处理工艺及应用。作用，形变热处理工艺及应用。金属塑性加工新技术、新工艺及其应用金属塑性加工新技术、新工艺及其应用1、薄板连铸连轧技术、薄板连铸连轧技术2、控制冷却与控制轧制技术、控制冷却与控制轧制技术3、等温挤压技术、等温挤压技术4、有色金属连续挤压技术、有色金属连续挤压技术5、铜管行星轧制技术、铜管行星轧制技术6、等温模锻技术、等温模锻技术7、低温大变形工艺、低温大变形工艺8、其它复合变形工艺、其它复合变形工艺谢谢大家！谢谢大家！