金属在冷和热塑性加工过程中组织与性能变化规律的异同分解

第七章金属在塑性变形中的组织结构与性能变化练习与思考题1 冷变形使金属的组织结构和性能发生什么变化？有何意义？（1）冷变形使金属的组织结构发生如下变化：1）单晶体塑性变形:时，随着变形量增加，位错密度增加，从而引起加工硬化；2）多晶体塑性变形时，，随着变形量增加，与单晶体变形一样，位错密度增加。

但多晶体各晶粒即相互阻碍又相互促进，变形量到一定程度出现位错胞状结构；3）冷塑性变形后自由能高；4）晶粒外形、夹杂物和第二相的分布发生变化；5）性能上具有方向性：带状组织和纤维组织；6）形成形变织构；7）晶体可能被破坏，可能产生微裂纹，甚至宏观裂纹等；变形是不均匀的；存在残余内应力。

（2）冷变形对金属性能的变化体现在：1）强度指标增加；塑性指标降低，韧性也降低了；产生力学性能的方向性。

2）物理性能变化：由于在晶间和晶内产生微观裂纹和空隙以及点阵缺陷，因而密度降低，导热、导电、导磁性能降低。

3）化学性能变化：化学稳定性降低，耐腐蚀性能降低，溶解性增加。

（3）生产上经常利用冷加工提高材料的强度，通过加工硬化（或称形变强化）来强化金属。

冷加工是通过塑性变形改变金属材料性能的重要手段之一。

2 回复退火处理可能使冷变形后的金属组织结构发生什么变化？有何实际意义？回复对组织结构的影响与形变后的组织以及回复的温度和时间有关：（1）回复温度较低时，由于塑性变形所产生的过量空位就会消失；（2）回复温度稍高一些时，同一个滑移面上的异号位错，会在塞积位错群的长程应力场作用下，汇聚而合并消失，降低位错密度；（3）回复温度较高时，不但同一滑移面上的异号位错可以汇聚抵消，而且不同滑移面上的位错也易于攀移和交滑移，从而互相抵消或重新排列成一种能量较低的结构。

回复退火在生产中主要作用：（1）去内应力退火，使冷加工的金属件，在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力，以避免变形和开裂，改善工件的耐蚀性。

（2）预先形变热处理工艺中，低温冷变形后进行的中间回火，也是一种回复性质的处理。

目录绪论 (3)1.1冷塑性变形对金属组织和性能的影响 (3)1.1.1金属组织的变化 (3)1.1.2金属性能的变化 (5)1.1.3冷塑性变形产生残余应力 (7)1.2冷变形金属在加热时组织和性能的变化 (7)2.1热加工变形对组织和性能的影响 (8)2.1.1热加工的变形特点 (8)2.1.2金属的组织性能的变化 (8)3.1影响塑性的因素 (10)3.1.1组织的影响 (10)3.1.2铸造组织的影响 (10)结束语 (1)冷加工和热加工时金属组织的变化及对金属性能的影响摘要：工业上使用的大部分金属制品，是在制成铸锭后在经压力加工形成半成品或成品的。

由于压力加工中，可借助塑性变形使金属获得一定的形状和尺寸，而且还可以使铸态金属的组织与性能得到改善。

因此，本文通过研究冷加工与热加工时金属组织与性能的变化，可改进金属加工工艺，提高质量，合理使用金属。

关键字：冷加工、热加工、组织、性能绪论：本文根据金属学及热处理，材料成型与控制技术，塑性变形与轧制原理等教材，综合阐述金属材料组织与性能在经过塑性变形时产生的变化和影响。

主要通过三个方面：冷加工、热加工、影响塑性的因素来分别介绍金属组织的变化与性能的影响，分析了金属材料组织结构与性能相对塑性变形的关系和变化规律，以及提高金属材料性能，充分发挥材料潜力的途径。

1.1 冷塑性变形对金属组织和性能的影响经过冷变形（如冷轧、拉拔和冷冲等）后的金属，由于组织结构的特征表现为加工硬化，随着变形程度的增加，加工硬化现象也将更加显著，其性能也将相应的发生变化。

1.1.1 金属组织的变化1.1.1.1 晶粒被拉长成纤维状在冷变形中，随着金属外形的改变，其内部晶粒的形状也大体上发生相应的变化，即均沿最大主变形方向被拉长、拉细或压扁，如图1-1所示。

图1-1 冷轧前后晶粒形状变化a-变形前的退火状态组织b-变形后的冷轧变形组织在晶粒被拉长的同时，京间夹杂物和第二相也跟着被拉长或拉碎呈点链状排列，这种组织称为纤维组织。

目录绪论 (3)1.1冷塑性变形对金属组织和性能的影响 (3)1.1.1金属组织的变化 (3)1.1.2金属性能的变化 (5)1.1.3冷塑性变形产生残余应力 (7)1.2冷变形金属在加热时组织和性能的变化 (7)2.1热加工变形对组织和性能的影响 (8)2.1.1热加工的变形特点 (8)2.1.2金属的组织性能的变化 (8)3.1影响塑性的因素 (10)3.1.1组织的影响 (10)3.1.2铸造组织的影响 (10)结束语 (1)冷加工和热加工时金属组织的变化及对金属性能的影响摘要：工业上使用的大部分金属制品，是在制成铸锭后在经压力加工形成半成品或成品的。

由于压力加工中，可借助塑性变形使金属获得一定的形状和尺寸，而且还可以使铸态金属的组织与性能得到改善。

因此，本文通过研究冷加工与热加工时金属组织与性能的变化，可改进金属加工工艺，提高质量，合理使用金属。

关键字：冷加工、热加工、组织、性能绪论：本文根据金属学及热处理，材料成型与控制技术，塑性变形与轧制原理等教材，综合阐述金属材料组织与性能在经过塑性变形时产生的变化和影响。

主要通过三个方面：冷加工、热加工、影响塑性的因素来分别介绍金属组织的变化与性能的影响，分析了金属材料组织结构与性能相对塑性变形的关系和变化规律，以及提高金属材料性能，充分发挥材料潜力的途径。

1.1 冷塑性变形对金属组织和性能的影响经过冷变形（如冷轧、拉拔和冷冲等）后的金属，由于组织结构的特征表现为加工硬化，随着变形程度的增加，加工硬化现象也将更加显著，其性能也将相应的发生变化。

1.1.1 金属组织的变化1.1.1.1 晶粒被拉长成纤维状在冷变形中，随着金属外形的改变，其内部晶粒的形状也大体上发生相应的变化，即均沿最大主变形方向被拉长、拉细或压扁，如图1-1所示。

图1-1 冷轧前后晶粒形状变化a-变形前的退火状态组织b-变形后的冷轧变形组织在晶粒被拉长的同时，京间夹杂物和第二相也跟着被拉长或拉碎呈点链状排列，这种组织称为纤维组织。

苏铁健1. 冷变形金属的组织变化（1）点缺陷（空位）密度增加位错在外力作用下攀移的结果；（2）位错密度增加金属塑性变形时，位错源在外力作用下不断产生新的位错；（3）晶粒碎化塑性变形足够大时，出现位错缠结并进一步发展形成位错胞结构（中心位错密度低，胞壁处位错密度很高），使得晶粒分割成很多极小的碎块，称为晶粒碎化；剧烈冷变形金属中的位错胞（4）纤维组织随着变形量增加，晶粒沿着最大变形方向伸长，最后成为细条状，这种变形组织称为纤维组织；（5）变形织构塑性变形量足够大时，各软取向晶粒逐渐转向为硬取向晶粒，各晶粒的取向逐渐趋向一致，这种组织称为变形织构。

变形前变形后的纤维组织变形织构1）加工硬化金属随着变形量增加，其强度与硬度增加，塑性降低的现象。

原因：塑性变形中位错密度和点缺陷密度增加，使得位错滑移更为困难；软取向晶粒朝着硬取向变化。

加工硬化是不能用热处理强化的金属材料（如奥氏体不锈钢制品）提高强度的主要途径。

2）产生残余应力塑性变形在宏观和微观上的不均匀性，造成卸载后仍在其内部留存应力，称为残余应力。

根据其作用范围大小分为：宏观残余应力（第一类残余应力）遍及整个材料微观残余应力（第二类残余应力）晶粒尺度点阵畸变（第三类残余应力）晶粒内部第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。

而第一、二类内应力一般都使金属强度降低。

3）出现各向异性塑性变形产生的各晶粒取向趋于一致的组织，即变形织构，导致其力学、物理等性能呈现方向性（不同方向性能不同）。

板料的织构使板料沿不同方向变形不均匀，冲压成的零件边缘出现凹凸不平的形状，称为制耳现象。

板料冲压件的制耳现象4）物理、化学变化电阻率提高；密度下降；耐蚀性降低。

加热会增强原子的活动能力，使金属的组织和性能会通过回复、再结晶等一系列变化过程重新回到冷变形前的状态。

1）回复组织变化——加热温度较低时，原子将获得一定扩散能力。

通过原子的扩散，点缺陷密度下降，位错形成亚晶界。

室温下变形时铁的胞状结构稳态变形时铁的胞子大小同变形量的关系①层错能高的金属，其螺位错易于构拉伸时，各晶粒顺着拉伸方向伸长；压缩时，晶粒被压成扁平钢丝冷变形时的力学性能的变化经冷塑性变形的金属在加热时，在大角度晶界扫回复温度较低时，由于塑性变形所产生的过量空位就会消多边化示意图冷塑性变形后的金属加热时，其回复与再结晶对冷变形金属性能影响1-强度；2-电阻率；3-内应力；4-延伸率；5-晶粒大小通过各种影响因素对再结晶过程进行控制，将对金属材料的强韧性、热强性、冲压性和电磁性等发生重大的影响。

温度并非固定值。

金属纯度及形变量一定时，再结晶温度与加热时间的关系为：再结晶综合动力曲线1再结晶开始2再结晶终了微量溶质元素会阻碍再结晶，提高再结晶温度。

原因：因为溶质原子与位错及晶界间存在着交互作用，使溶质原子多偏聚在位错及晶界处，对位错的滑移和晶界的迁移温度一定时变形量于晶粒大小的关系低碳钢（0.06%C）变形量及退火甚至不形核，而且没有足够的动力推动再结晶过程的进行，不发生再结晶，只是晶粒长大，提高退火温度，不仅使再结晶晶粒度增大，而且还会影响到临界变形程度。

热形变或热加工是指在再结晶温度以上进行的变形过程。

是由于在高温下发生滑移的系统比较多，使滑移面和滑移方向不断发生变化，因此，工件的择优取向性较小。

目前生产薄的或细的金属材料，一般仍采用冷加工（冷轧、冷拉）的方法。

分布的状态，尽可能的使其分布在较大的范围内，就可分散它的不利氧化物夹杂的数量与接触疲劳寿命的关系热加工形成的带状组织可表现为晶粒带状和碳化物带状两类缓冷的热轧低碳钢：高碳钢（如轴承钢）的轧前加热温度一般都高于A 线，加热时碳化物几乎全部溶解到奥氏体区内。

在奥氏体热变形的真实应力－应变曲线及结构变化示意图况：呈稳态变形a ）；非稳态变形b ）。

a）连续动态再结晶的稳态变形：连续动态再结晶与间断动态再结晶应力应变曲线第一轮动态再结晶完成时，晶粒的形变量尚未达到值，还不能立即发生第二轮动态再结晶。

冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形是金属加工过程中常用的一种方法，通过对金属样品进行冷热拉伸、压缩、扭曲等变形操作，可以改变金属的组织和性能，从而满足不同的工程需求。

本文将详细探讨冷热变形对金属组织和性能的影响。

首先，冷热变形可以改变金属的晶粒结构和布局。

金属的晶粒是由原子排列有序组成的，晶粒的大小和形状直接影响到金属的力学性能。

在冷热变形过程中，金属样品会经历塑性变形，使原有晶粒在局部区域发生滑移和重结晶的过程，从而产生新的晶粒。

冷热变形的变形温度和变形速度会对晶粒重结晶的细化和形状有所影响，高温下的快速变形能够促进晶粒生长，形成较大的晶粒，而低温下的慢速变形则容易形成较小的晶粒。

其次，冷热变形可以改变金属的晶界特征。

晶界是相邻晶粒之间的界面区域，晶界的性质与金属的力学、电学、热学等性能密切相关。

在冷热变形过程中，晶粒的形态和尺寸变化会导致晶界的面积和长度发生变化，进而影响晶界的性质。

此外，冷热变形还可以通过调控晶粒的取向和旋转，来改变晶界的导电性和热导性能，提高金属的导电和导热性能。

再次，冷热变形对金属的力学性能具有显著的影响。

金属的力学性能包括强度、延伸性和韧性等指标。

冷热变形可以通过改变晶粒的形态和尺寸，来调节金属的强度和延伸性能。

一般来说，较小尺寸的晶粒具有较高的强度和硬度，而较大尺寸的晶粒则具有较好的延伸性能。

因此，冷热变形可以根据具体的工程需求来调节金属的力学性能，使之达到最佳的工作状态。

此外，冷热变形还对金属的残余应力和晶体缺陷有所影响。

金属在冷热变形过程中，由于晶格变形和晶界运动等原因，会引起残余应力的积累。

这些残余应力会对金属的力学性能和耐腐蚀性能产生不利影响。

同时，冷热变形还会引起金属中的晶体缺陷，如位错和孔洞等，这些缺陷也会对金属的机械性能产生影响。

因此，冷热变形需要在合适的工艺参数下进行，以控制残余应力和晶体缺陷的生成和分布。

综上所述，冷热变形对金属组织和性能具有显著的影响。

9.金属在塑性变形中的组织结构与性能变化9．金属在塑性变形中的组织结构与性能变化1.冷变形导致金属材料的微观结构和机械性能发生了哪些变化？在实际生产中采用冷变形是必要的何意义？物理化学性能有何变化金属材料冷变形后，微观结构发生变化：晶粒拉长形成纤维结构，夹杂物和第二相颗粒呈带状或点链状分布。

它还可能产生变形织构，产生各种裂纹，增加位错密度，产生胞状结构，增加点缺陷和核层错等晶体缺陷的数量，并增加自由能。

力学性能的变化反映在：冷加工后，金属材料的强度指数（比例极限、弹性极限、屈服极限、强度极限和硬度）增加，塑性指数（面积收缩、伸长率等）降低，韧性也降低。

随着变形程度的增加，力学性能也可能发生方向性变化。

冷加工通常用于生产中，通过加工硬化来提高材料强度和增强金属材料。

物理和化学性质也发生了显著变化：密度降低，导热系数和磁导率降低，化学稳定性和耐腐蚀性降低，溶解性增加。

2．回复处理使冷变形后金属材料的组织结构和力学性能发生哪些变化？这种变化有何实际意义？在恢复过程中，金属将释放冷塑性变形过程中储存的部分能量，降低或消除残余内应力，降低电阻率、硬度和强度，提高密度、塑性和韧性，能保持良好的变形强化效果。

当回复温度较低时，塑性变形产生的多余空位将消失，力学性能变化不大，电阻率将大幅度降低。

当回复温度稍高时，同一滑移面上不同数量的位错会聚并消失，降低了位错密度。

当回复温度较高时，不仅同一滑移面上不同数量的位错可以会聚和偏移，而且不同滑移面上的位错也容易爬升和交叉滑移，从而相互偏移或重新排列成能量较低的结构。

温度越高，形成多边形结构或亚晶体。

恢复退火在生产中的实际意义主要是用于消除内应力退火，以在基本保持加工硬化的条件下降低冷加工金属零件的内应力，避免变形和开裂，提高耐腐蚀性。

3．结晶和晶粒长大的组织性能变化和意义。

再结晶从形成无畸变的晶核开始，逐渐长大成位错密度很低的等轴晶粒，当变形基体全部消耗完即进入晶粒长大阶段。