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板织构 板织构是在轧制或者宽展很小的矩形件镦
粗时形成。其特征是各个晶粒的某一晶向 趋向于与轧向平行，某一晶面趋向于与轧 制平面平行。因此板织构用其晶面和晶向 共同表示。
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轧制过程中择优取向的形成
各晶粒中的“→”表示某晶向
(a)、(b)、(c)分别表示轧制前、轧制时与轧制后的晶粒取向
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多晶体Fe冷轧后的胞状亚结构，x 6850 (a)变形量16％； (b)变形量70％
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铜中的形变亚结构
图中白色部分为低位错密度的亚晶， 黑色区域为高位错密度的亚晶界
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3.1.1 显微组织的变化
变形织构 多晶体塑性变形时，各个晶粒滑移的同时，也伴
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热加工可使室温下不能进行塑性加工的金属(如钛、镁 、钼及镍基超合金等)进行加工；
热加工作为开坯，可以改善粗大的铸造组织，使疏松和 微小裂纹愈合；
热加工的金属组织与性能，可以通过不同热加工温度、 变形程度、变形速度、冷却速度和道次间隙时间等加以 控制。
与冷加工相比较，热加工变形一般不易产生织构。这是 由于在高温下发生滑移的系统较多，使滑移面和滑移方 向不断发生变化。因此，在热加工工件中的择优取向或 方向性小。
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单晶与多晶的应力一应变曲线比较（室温） （a）Al （b）Cu
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多晶体的塑性变形由于晶界的阻碍作用和 晶粒之间的协调配合要求，各晶粒不可能 以单一滑移系动作而必然有多组滑移系同 时作用，因此多晶体的应力一应变曲线不 会出现单晶曲线的第I阶段，而且其硬化曲 线通常更陡，细晶粒多晶体在变形开始阶 段尤为明显
加工硬化是金属材料的一项重要特性，可 被用作强化金属的途径。特别是对那些不 能通过热处理强化的材料如纯金属，以及 某些合金，如奥氏体不锈钢等，主要是借 冷加工实现强化的。
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单晶体的切应力一应变曲线 显示塑性变形的三个阶段
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Ⅰ阶段——易滑移阶段：当t达到晶体的c后，应力 增加不多，便能产生相当大的变形。此段接近于直线 ，其斜率 ，即加工硬化率低，一般 为～10-4G数量 级（G为材料的切变模量）。
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（a）
（ b）
由于纤维组织的出现，使变形金属在纵向和横向具有 不同的力学性能。在生产实际中为利用纤维组织使金属具 有方向性这一特点，可设法使纤维组织所形成的流线在工 件内有更为适宜的分布。如图（a）所示。
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(4)金属在热变形过程中产生带状组织。 复相合金中的各个相，在热加工时沿着
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导热性和磁性的改变
冷变形还会使金属的导热性降低。如铜冷 变形后，其导热性降低到78%。
冷变形还可以改变磁性。如锌和铜，冷变 形后可减少其抗磁性。高度冷加工后，铜 可以变为顺磁性的金属。对顺磁性金属冷 变形会降低磁化敏感性等等。
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3.2 热加工变形中组织性能的变化
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从改善金属材料性能的角度来看，加工硬 化是主要的手段之一。特别是对那些用一 般热处理手段无法使其强化的无相变的金 属材料，形变硬化是更加重要的强化手段 。
加工硬化也有其不利的一面，如在冷轧、 冷拔等冷加工过程中由于变形抗力的升高 和塑性的下降，往往使继续加工发生困难 ，需在工艺过程中增加退火工序。
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丝织构 丝织构系在拉拔和
挤压加工中形成。这种 加工都是在轴对称情况 下变形，其主变形图为 两向压缩，一向拉伸。 变形后晶粒有一共同晶 向趋向与最大主变形方 向平行。以此晶向来表 示丝织构。
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试验表明，对于面心立方金属如金、银、 铜、铝、镍等，经较大变形程度的拉拔后 ，所获得的丝织构为<111>和<100>。对于 面心立方金属，丝织构与金属的堆垛层错 能有关。层错能越高的金属，[111]丝织构 越强烈。对于体心立方金属，不论成分如 何，其丝织构是相同的。如经过拉拔的α铁 、铜、钨等金属都具有[110]丝织构。
变形方向交替地呈带状分布，这种组织称 为带状组织。
带状组织不仅降低金属的强度，而且还降 低塑性和冲击韧性，对性能极为不利。轻 微的带状组织可以通过正火来消除。
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3.1.1 显微组织的变化
纤维组织
多晶体金属经冷变形后，用光学显微镜观察抛 光与浸蚀后的试样，会发现原来等轴的晶粒沿 着主变形的方向被拉长。变形量越大，拉长的 越显著。当变形且很大时，各个晶粒已不能很 清楚地辨别开来，呈现纤维状，故称纤维组织 。
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冷轧前后晶粒形状变化
从提高钢材的强度来看，热加工不及冷加 工。因为热加工时由于温度的作用使金属 软化。
有些金属不宜进行热加工。例如，在一般 的钢中含有较多的FeS，或在铜中含有Bi时 ，在热加工中由于晶界上由这些杂质所组 成的低熔点共晶体发生熔化，使晶间的结 合遭到破坏，而引起金属断裂。
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热加工与冷加工的主要区别
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耐蚀性能的变化
冷变形后，金属的残余应力和内能增加， 从而使化学不稳定性增加，耐蚀性能降低 。
例如，冷变形的纯铁在酸中的溶解速度要 比退火状态快；冷变形所产生的内应力是 造成的金属腐蚀(“应力腐蚀”)的一个重要原 因，在实际应用中是相当普遍而又严重的 问题。
例如，冷加工后的黄铜，由于存在内应力 ，在氨气、铵盐、汞蒸气以及海水中会发 生严重的腐蚀破裂(又称“季节病”)；高压锅 炉、铆钉发生的腐蚀破裂等等。应力腐蚀 的主要防止方法就是退火，消除内应力。
冲压后制品如产生制耳，必须切除。这样 不仅增加了金属的损耗和切边工序，而且 还会因各向异性使冲压件产生壁厚不均， 影响生产效率与产品质量。因此，在生产 上，必须设法避免“制耳效应”的发生
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深冲件上的制耳
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金属密度的变化
冷变形后，在晶内或
晶间出现了显微裂纹、裂 口和空洞等缺陷，使金属 的密度降低，如图所示， 青铜退火后密度为8.915 克／厘米3，经80%冷变 形后其密度降至8.886克 ／厘米3。相应的铜的密 度由8.905克／厘米3降 至8.89克／厘米3。
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板织构示意图
(a) 轧制前 (b)轧制后
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织构不是描述晶粒的形状，而是描述多晶 体中的晶体取向的特征。应当指出，若使 变形金属中的每个晶粒都转到上述所给出 织构的晶向和晶面，这只是一种理想情况 。实际上变形金属的晶粒取向只能是趋向 于这种织构，一般是随着变形程度的增加 ，趋向于这种取向的晶粒越多，这种织构 就越完整。织构可用x射线衍射的方法来测 定。
Ⅱ阶段——线性硬化阶段：随着应变量增加，应力 线性增长，此段也呈直线，且斜率较大，加工硬化十 分显著， Ⅱ≈G/300，近乎常数。
Ⅲ阶段——抛物线型硬化阶段：随应变增加，应力上 升缓慢，呈抛物线型， Ⅲ逐渐下降。
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三种典型晶体结构金属单晶体的硬化曲线
其中面心立方和体心立方晶体显示出典型的三阶段，至于密排六方金属单晶 体的第Ⅰ阶段通常很长，远远超过其他结构的晶体，以致于第Ⅱ阶段还未充分发 展时试样就已经断裂了。
(a)变形前的退火状态组织 (b)变形后的冷轧变形组织
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3.1.1 显微组织的变化
亚结构 在变形量大而且层错能较高的金属中，位错的
分布是很不均匀的。纷乱的位错纠结起来，形成位 错缠结的高位错密度区(约比平均位错密度高五倍) ，将位错密度低的部分分隔开来，好像在一个晶粒 的内部又出现许多“小晶粒”似的，只是它们的取向 差不大(几度到几分)，这种结构称为胞状亚结构。
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(1)铸态金属组织中的缩孔、疏松、空隙、气 泡等缺陷得到压密或焊合。金属在变形中 由于加工硬化所造成的不致密现象，也随 着再结晶的进行而恢复。
(2)在热加工变形中可使晶粒细化和夹杂物破 碎。
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(3)形成纤维组织也是热加工变形的一个重要 特征。铸态金属在热加工变形中所形成的 纤维组织与金属在冷加工变形中由于晶粒 被拉长所形成的纤维组织不同。前者是由 于铸态组织中晶界上的非溶物质的拉长所 造成。
热加工时，变形抗力低，塑性高，变形达到需要尺寸时 ，所消耗的能量少。因为在高温时，原子的运动及热振 动增强，扩散过程和溶解过程加速，使金属的临界切应 力降低；许多金属的滑移系统数目增多，使变形更为协 调；加工硬化现象因再结晶完全而被消除。
热加工变形量大且不需要像冷加工那样要辅以中间退火 ，因而流程短，效率高。
第3讲冷热加工组织变化
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第三章 塑性加工时组织性能的变化
主要内容
Main Content
冷加工时组织性能的变化 热加工时组织性能的变化
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3.1 冷加工变形中组织性能的变化
显微组织的变化
纤维组织 亚结构 变形织构
金属性能的变化
机械性能变化 物理化学性能变化
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热加工在实际生产上，尚有如下不足：
热加工需要加热，不如冷加工简单易行； 热加工制品的组织与性能不如冷加工均匀
和易于控制；温度的均匀性控制差。 热加工制品不如冷加工制品尺寸精确、表
面光洁；有氧化铁皮和冷却收缩。 薄或细的加工制品，由于温降快，尺寸精
度差，不易采用热加工。
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3.1.2 金属性能的变化
机械性能的变化
1）加工硬化 2）各向异性
物理化学性能的变化
1）金属密度的变化 2）导电性的变化 3）耐蚀性能的变化 4）导热性降低 5）改变磁性