《机械工程材料》课程PPT教学课件（金属工艺）第3章 材料的力学行为、塑性变形与再结晶 Material’s Mechanical Behaviour , Plastic Deformation Recrystallization 3.2 冷变形加工对金属组织性能影响

3.2冷变形加工对金属组织与性能的影响3.2.1冷变形加工（冷塑性变形）对金属组织、结构的影响1.显微组织的变化；2.亚结构的碎化；3.变形织构的形成塑性变形对金属组织、结构的影响（如右图所示）一金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。s

3.2 冷变形加工对金属组织与性能的影响 ⚫ 3.2.1 冷变形加工（冷塑性变形）对金属组织、结 构的影响 ⚫ 1. 显微组织的变化；2.亚结构的碎化； ⚫ 3. 变形织构的形成 塑性变形对金属组织、结构的影响（如 右图所示）→ 金属发生塑性变形时，不仅外形发生变 化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长 或压扁。 当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维 状，晶界变得模糊不清. 塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒

亚结构的碎化亚晶粒亚晶界A

亚结构的碎化

形变织构图7-42丝织构示意图图7-43板织构示意图钳板的“制耳

铝板的“制耳” 形变织构

3.2.2冷变形加工对金属性能的影响一加工硬化（形变强化1.加工硬化的定义、产生的原因(1)位错密度不断增加→交互作用，使变形抗力增加；(2)亚结构碎化，亚晶界阻碍位错运动→使变形抗力增加。2.加工硬化在生产中的应用(1)应用强化材料的一种重要手段；许多工艺利用它；保证构件安全性。(2)缺点拉模图7-52拉拔示意图图7-53冲压示意图

3.2.2 冷变形加工对金属性能的影响 —— — 加工硬化（形变强化） ⚫1. 加工硬化的定义、产生的原因 ⚫（1）位错密度不断增加 → 交互作用，使变形抗力增加； ⚫（2）亚结构碎化，亚晶界阻碍位错运动 → 使变形抗力增加。 ⚫2. 加工硬化在生产中的应用 ⚫（1）应用 强化材料的一种重要手段；许多工艺利用它；保证构件安全 性。 （2）缺点

HBHB50uo30180250500(w/081407070里百XP300加工硬化现象1010N100810300o1020302040变形率×100变形度×100(6)(a)两种术见金属材料的力学性能变形曲线图3.15(a）工业纯销(6)45M加工硬化的原因→业晶拉理论位错密度与强度关系金属级亚品养退火态10~10°cmKp-位情密度P变形20%纯铁中的位错500nm500nm未变形纯铁

图3.15 加工硬化现象 位错密度与强度关 系 变形20%纯铁中的位错 未变形纯铁 加 工 硬 化 的 原 因 ↑

3.2.3残余内应力(b)(c)冷轧棒材的残余应力残余内应力是指平衡于金属内部的应力由于金属受力时，内部变形不均匀而引起的。塑性变形时，外力所做的功只有10%转化为内应力残留于金属中。内应力分为三类：第一类内应力平衡于表面与心部之间（宏观内应力。第二类内应力平衡于晶粒之闻或晶粒内不同区域之闻，（微观内应力）。第三类内应力是形变金第三类内应力，是由晶格缺陷引起的畸变应力。属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因i降低工件的承载能力当残余应力与工作应力一致时会残余应力的主要危害降低工件承受的实际应力；当残余应力很大时，在随后的加工过程中，则会使工件产生宏观或微观破坏。i改变工件的尺寸及形状工件在加工或使用过程中，通常其内存的残余应力的平衡状态会受到破坏，致使工件的应力状态重新分布，从而引起工件形状和尺寸的改变。iii降低工件的耐蚀性残余应力的存在，使金属晶体处于高能量状态，且易与周围介质发生化学反应，而导致金属耐蚀性降低。因此，金属在塑性变形后，通常要进行退火处理，以消除或降低内应力

3.2.3 残余内应力 ⚫残余内应力 是指平衡于金属内部的应力,由于金属受力时，内部变形 不均匀而引起的。塑性变形时，外力所做的功只有10%转化为内应力残留 于金属中。内应力分为三类： ⚫第一类内应力 平衡于表面与心部之间 (宏观内应力)。 ⚫第二类内应力 平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间, (微观内应力)。 ⚫第三类内应力 是由晶格缺陷引起的畸变应力。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。 ⚫残余应力的主要危害 i 降低工件的承载能力 当残余应力与工作应力一致时会 降低工件承受的实际应力；当残余应力很大时，在随后的加工过程中，则会使工件产生宏观 或微观破坏。ii 改变工件的尺寸及形状 工件在加工或使用过程中，通常其内存的残 余应力的平衡状态会受到破坏，致使工件的应力状态重新分布，从而引起工件形状和尺寸的 改变。iii 降低工件的耐蚀性 残余应力的存在，使金属晶体处于高能量状态，且易与周 围介质发生化学反应，而导致金属耐蚀性降低。 ⚫因此，金属在塑性变形后，通常要进行退火处理，以消除或降低内应力