文档介绍：第二章 金属的塑性变形与再结晶
重点内容】1. 金属塑性变形本质；
冷塑性变形对金属材料的组织和性能的影响；
经冷变形的金属，在加热时的组织和性能的变化；
冷加工与热加工的区别；
本章难点】加工硬化产生的原因及在生产中的利弊，回复有 很大的影响，所以多晶体的塑性变形较单晶体复杂。
图2-3单晶体试样
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多晶体金属的塑性变形与单晶体比较，并无本质的差别，即每个晶粒 的塑性变形仍以滑移等方式进行。但由于晶界的存在和每个晶粒中晶格位 向不同，故在多晶体中的塑性变形比单晶体复杂得多。
1. 晶界和晶粒位向的影响
\ I变形前
变形后
图 2-4 拉伸试样变形示意图
有人利用仅由两个晶粒构成的试样来进行拉伸试验，经过变形后会出 现明显的所谓“竹节”现象（如图 2-4），即试样在远离夹头和晶界的晶 粒中部会出现明显的缩颈，而在晶界附近则难以变形。该明晶界附近变形 抗力大。原因在于晶界附近为两晶粒晶格位向的过渡之处，晶格排列紊 乱，加之该处的杂质原子也往往较多，也增大其晶格畸变，因而使该处在 滑移时位错运动的阻力较大，难以发生变形。此外，不仅晶界的存在会增 大滑移抗力，而且因多晶体中各晶粒晶格位向的不同，也会增大其滑移抗 力，因为其中任一晶粒的滑移都必然会受到它周围不同晶格位向晶粒的约 束和障碍，各晶粒必须相互协调，相互适应，才能发生变形。因此多晶体 金属的变形抗力总是高于单晶体。
可见，金属的塑性变形抗力，不仅与其原子间的结合力有关，而且还 与金属的晶粒度有关，即金属的晶粒愈细，金属的强度便愈高。因为金属 的晶粒愈细，其晶界总面积愈大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈 多，对塑性变形的抗力也愈大。
此外，金属的晶粒愈细不仅强度愈高，而且塑性与韧性也较高，因为 晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量使可分 散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集 中，引起裂纹的过早产生和发展，因此，在工业上通过压力加工和热处理 使金属获得细而均匀的晶粒，是目前提高金属材料性能的有效途径之一。 2. 多晶体金属的变形过程
多晶体金属在外力的作用下，处于软取向的晶粒优先产生滑移变形， 处于硬取向的相邻晶粒尚不能滑移变形，只能以弹性变形相平衡。由于晶 界附近点阵畸变和相邻晶粒位向的差异，使变形晶粒中位错移动难以穿过 晶界传到相邻晶粒，致使位错在晶界处塞积。只有进一步增大外力变形才 能继续进行。随着变形加大，晶界处塞积的位错数目不断增多，应力集中 也逐渐提高。当应力集中达到一定程度后，相邻晶粒中的位错源开始滑 移，变形就从一批晶粒扩展到另一批晶粒。同时，一批晶粒在变形过程中 逐步由软取向转动到硬取向，其变形愈来愈困难，另一批晶粒又从硬取向 转动到软取向，参加滑移变形。
所以，多晶体的塑性变形，是在各晶粒互相影响，互相制约的条件 下，从少量晶粒开始，分批进行，逐步扩大到其它晶粒，从不均匀的变形 逐步发展到均匀的变形。
冷塑性变形对金属组织和性能的影响】
经过塑性变形，可使金属的组织和性能发生一系列重大的变化，这些 变化大致可以分为如下四个方面。
（一）晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性
经过塑性变形，随着金属外形的变化，其内部的晶粒形状也会发生相 应的变化，即随着金属外形的压扁或拉长，其内部晶粒的形状也会被压扁
或拉长，一般大致与金属外形的改变成比例，当变形量很大时，各晶粒将 会被拉长成为细条状或纤维状，晶界变得模糊不清，此时，金属的性能将 会具有明显的方向性，如纵向的强度和塑性远大于横向等，这种组织通常 叫做“纤维组织”。
（二）晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化
随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎 成细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，亚晶界的量便愈多， 亚晶界又是由刃型位错组成的位错墙，这样使位错密度显著增加；同时细 碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。因此，随着变形量的增加，由于 晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和 硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。如图 2-
5。
图 2-5 含碳 %的钢冷加工后
图 2-6 冲压示意图
机械性能的变化
金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧 过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。另一方面人们可以利用加工硬化现 象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生 的加工硬化来提高钢丝的强度的。
（三）织构现象的产生
随着变形的发生，不仅金属中的晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶 格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶 格位向趋于大体一致，即出现了所谓“织构现象