目的：掌握金屬在塑性變形後組織與效能的變化。
要求：1、 掌握塑性變形對金屬組織和效能的影響；
2、 了解冷變形金屬在加熱過程中的變化，掌握回覆和再結晶的概念及其應用；
3、 明確金屬冷加工和熱加工的區別。
重點：塑性變形對金屬組織和效能的影響、回覆和再結晶的概念及其應用。
§5-1 金屬的塑性變形
一、單晶體金屬的塑性變形
1、 單晶體金屬的塑性變形只能在切應力作用下發生；
2、 單晶體金屬的塑性變形在晶體原子最密排面上沿最密排方向進行；
3、 單晶體金屬的塑性變形伴隨著晶體的轉動；
4、 單晶體金屬的塑性變形的實質是位錯的運動。
二、多晶體金屬的塑性變形
1、多晶體金屬的組織、結構特點對塑性變形的影響
1） 各晶粒形狀、大小不同，成分、效能不均勻，各相鄰晶粒的晶格位向不同：塑性變形抗力增大；相互約束、阻礙；應力、應變分布不均勻；相互協調、適應。
2） 存在大量晶界，晶內與晶界效能不同，晶界易聚集雜質，晶格排列紊亂：晶格畸變增大，滑移位錯運動阻力增大，難以變形，塑性變形抗力增大。晶粒越細，強度越高：
晶界總面積增加，周圍不同取向的晶粒數越多，塑性變形抗力越大；晶粒越細，塑性、韌性越好：晶粒越細，單位體積中的晶粒數越多，變形量分散到更多晶粒中進行，產生較均勻的變形，不致造成區域性應力集中，引發裂紋的產生和擴充套件，斷裂前可發生較大塑性變形量。
工業上，常用壓力加工、熱處理方法細化晶粒，提高效能。
2、多晶體金屬的塑性變形過程
多晶體金屬中各晶粒的晶格位向不同，所受分切應力不同，塑性變形在不同晶粒中逐批進行，是個不均勻過程。
軟位向：晶格位向與外力處於或接近45°角的晶粒所受分切應力最大，首先發生塑性變形。
硬位向：晶格位向與外力處於或接近平行或垂直的晶粒所受分切應力最小，難以進行塑性變形。
多晶體金屬的塑性變形是一批一批晶粒逐步發生，由少數晶粒發生塑性變形逐漸趨於大量晶粒發生塑性變形，由不均勻變形逐漸趨於較均勻變形。
§5-2 塑性變形對組織和效能的影響
一、塑性變形對組織的影響
1、 晶粒形狀發生變化：
沿變形方向被拉長，形成纖維組織；
2、 晶粒內產生亞結構：
晶粒破碎，位錯密度增大，形成亞晶；
3、 產生形變織構：
塑性變形伴隨著晶粒轉動，當變形量超過一定值後，原先任意取向的晶粒經轉動而趨於一致——擇優取向——形成織構。
二、塑性變形對效能的影響
1、 加工硬化：
金屬材料在塑性變形過程中，隨著變形量的增加，強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降的現象。加工硬化是提高金屬材料強度、硬度的重要手段，特別是對不能以相變熱處理提高強度的單相合金，如cu、al合金及不鏽鋼。
中間退火（再結晶退火）可以消除加工硬化，恢復塑性變形能力。
2、 各向異性：
形成纖維組織，沿纖維組織縱向的效能優於橫向效能。
3、 物理化學效能的變化：
電阻增大，耐蝕性下降。
4、 產生殘餘應力
§5-3 回覆與再結晶
一、形變金屬在加熱時的組織和效能變化：
按加熱溫度不同，分為三個階段：
1、 回覆
。由於加熱溫度低，金屬原子的活動能力低，晶粒大小和組織形態、形狀無變化，因而機械效能變化不大。但點缺陷、位錯發生遷移，導致缺陷減少，從而減少了晶格畸變。
殘餘應力下降，物理化學效能恢復。
應用：用於消除內應力，穩定組織，保留加工硬化，改善某些物理效能——去應力退火。如深衝黃銅彈殼經260℃回覆後，可以消除內應力和防止應力腐蝕；冷卷鋼絲彈簧經250~300℃回覆後，可以消除內應力，定型，且獲得較高的彈性極限。
2、 再結晶
冷塑性變形的金屬在加熱溫度較高時，通過新晶核的形成和長大，由畸變晶粒變為等軸晶粒的過程稱為再結晶。
由於加熱溫度較高，金屬原子的活動能力增強，先在畸變較嚴重的區域形成無畸變的晶核，然後向畸變的基體長大，直至彼此相遇為止，徹底改變了變形組織，從破碎拉長的晶粒變為新的無畸變的等軸晶粒，效能發生顯著變化：強度、硬度顯著下降，塑性、韌性提高。加工硬化消除。
再結晶過程沒有晶格結構和化學成分的變化，僅僅是晶體缺陷的運動和消除，不是相變過程，僅是組織的變化過程。
應用：1） 中間退火：壓力加工過程中，消除加工硬化，恢復塑性變形能力，以便繼續進行壓力加工。
2） 冷塑性變形後改善組織
3） 對不能進行相變熱處理的金屬材料，利用變形+再結晶過程提高機械效能：控制變形量和再結晶條件，調整再結晶晶粒的大小。
3、 晶粒長大
冷塑性變形的金屬在加熱溫度過高或加熱時間過長時，在晶粒正常長大的基體中，出現少數迅速長大的晶粒，並逐漸吞併周圍大量較小的再結晶晶粒，直到迅速長大的晶粒相互接觸，形成異常粗大的晶粒組織，機械效能顯著下降。晶粒異常長大是一種晶粒的不均勻長大的現象稱為二次再結晶。實際生產中要避免。
二、金屬的再結晶溫度
再結晶溫度實際指開始再結晶的溫度。變形程度、合金純度、再結晶加熱速度和保溫時間均對再結晶溫度有影響。
1、 變形程度增大，再結晶溫度下降：
變形程度大，金屬破碎程度增加，晶格缺陷增多，組織不穩定。當變形達到一定程度後，金屬的再結晶溫度趨於某一最低極限值，該最低極限值稱為「最低再結晶溫度」。
t再=0.4×t熔
在工業生產中，為縮短退火週期，再結晶溫度一般定為t再以上100~200℃
2、 雜質或合金元素，特別是高熔點元素，阻礙原子的擴散和晶界遷移，再結晶溫度顯著提高。
3、 加熱速度提高，再結晶溫度也隨之提高；保溫時間延長，再結晶溫度下降。
三、再結晶退火的晶粒度控制
1、 加熱溫度、保溫時間：
加熱溫度越高、保溫時間越長，晶粒越粗大；
2、 變形程度：
當變形量很小時，晶格畸變小，不能引起再結晶，晶粒保持原樣；
當變形量為2~10%時，再結晶後晶粒粗大。由於只有部分晶粒發生變形，變形不均勻，再結晶時形核數目少，晶粒度不均勻極易相互吞併長大，這種變形度稱為臨界變形度；
當變形量大於臨界變形度時，隨著變形量增大，變形趨於均勻，再結晶後的晶粒細小均勻；
當變形量過大時，退火形成再結晶織構，阻礙晶粒正常長大，只有少數一次再結晶基體中的晶粒長大，發生二次再結晶。
§5-4 金屬的熱加工
一、冷加工和熱加工的區別
以再結晶溫度為依據
1、 熱加工：
在金屬再結晶溫度以上進行的加工變形稱為熱加工。
2、 冷加工：
在金屬再結晶溫度以下進行的加工變形稱為熱加工。
二、冷加工和熱加工的特點
1、 冷加工：
產生加工硬化，獲得加工硬化組織，變形量不宜過大，但加工精度高，表面***
2、 熱加工：
一般不產生加工硬化，獲得再結晶組織，可獲得較大變形量，但表面氧化嚴重，加工精度低；
1） 對鑄態金屬進行熱加工可以消除鑄態組織缺陷，提高組織致密度和機械效能；
2） 熱加工可以細化晶粒
3） 經過熱加工使非金屬夾雜沿變形方向伸長，導致明顯的各向異性，縱向效能顯著優於橫向。
作業 ：72頁 3－29，3－30
思考題：3－28
第五章金屬的塑性變形與再結晶全解
目的 掌握金屬在塑性變形後組織與效能的變化。要求 1 掌握塑性變形對金屬組織和效能的影響 2 了解冷變形金屬在加熱過程中的變化，掌握回覆和再結晶的概念及其應用 3 明確金屬冷加工和熱加工的區別。重點 塑性變形對金屬組織和效能的影響 回覆和再結晶的概念及其應用。5 1 金屬的塑性變形 一 單晶體金屬的...
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