二、塑性加工性能影响因素 1、材料本质（内在因素） （1）化学成分 （2）微观组织 2、加工条件（外在因素） （1）变形温度：温度高，变形抗力小，塑性好， 塑性加工性能好。 注意，温度过高，材料氧化、脱碳严重，并可出 现过热（晶粒粗大）和过烧（局部熔化）。
（2）变形速度
塑 性 、 抗 力
变形抗力 塑性
F
F
晶粒之间塑性变形不均匀
（1）取向不同，滑移所需分τ不同：硬取向，软取向 （2）各晶粒都满足τ临界后，每晶粒各自沿自己滑移系 滑移，又要保持金属结构的连续性。－－相互协调 相同外力，多晶体比单晶体塑变量小
2、晶界的影响
（1）阻碍位错滑移 故细化晶粒提高强度： бs =б0 + kd-1/2。 （2）使微观塑性变形 更为均匀，推迟断裂发 生， 改善材料塑性、 韧性。
形变强化：随塑性变形量的增大，晶体材料的强 度不断提高，塑性不断下降的现象。
原因：位错缠结，阻碍位错运动。
性 能 指 标
σs
σb
δ HB
塑性变形对30号 钢力学性能的影 响
塑性变形量
3、形变后的残余应力（分三类残余应力）。 （1）宏观残余应力（第一类残余应力） 因材料各部分之间塑性变形不均而产生。
摩擦力使表 层变形小 金属拔丝变形后残余应力 心部变形大 拉拔力 拔丝模具
金属材料
金属拔丝示意图
金属弯曲变形后残余应力
（2）微观残余应力（第二类残余应力） 因晶粒之间塑性变形不均而产生。
（3）晶格畸变残余应力（第三类残余应力）
因晶粒内部位错等造成晶格畸变而产生。
高 应 力 区 晶粒之间塑性变形不均匀 产生第二类残余应力
使零件承受的最大切应力垂直于纤维方向。
用 轧 材 切 削 用 锻 造 加 工
金属挂钩中流线
第四节
塑性加工性能及其影响因素
一、塑性加工性能及其指标
塑性加工：通过使材料塑性变形而获得具有一定 形状、尺寸和质量的零件的加工方法。 塑性加工性能：金属材料通过塑性加工获得优质 零件的难易程度。
塑性加工性能指标：塑性、变形抗力。 塑性越好、变形抗力越小，则塑性加工性能越好。
2、再结晶 l再结晶：高温加热冷变形金属（再结晶退火）， 使其形成无畸变等轴晶粒并完全替代原变形晶 粒，各种性能恢复到冷变形前状态的过程。 l组织、性能变化：位错密度明显降低，变形晶粒 变为等轴晶粒，各种性能恢复到冷变形前状态。
l最低再结晶温度：能发生再结晶的最低加热温度 经验公式：T再=0.4 T熔（K） l再结晶驱动力：冷变形储存能 应用：再结晶退火
变形金属晶粒中位错胞 产生第三类残余应力
l 残余应力危害：减低工件承载能力；使工件 尺寸、形状变化；降低工件耐蚀性。
拉应力
残余拉应力
拉应力
残余拉应力与外加应力叠加
ll残余应力利用：表面压应力提高疲劳强度。
拉应力
表层残余压应力 残余压应力抵消部分外加应力
拉应力
第三节 冷变形金属在加热时的变化 一、 回复、再结晶与晶粒长大
冷变形金属在加热时经历三个变化阶段：
加热时组织变化：
回复
再结晶
晶粒长大
升高加热温度或延长保温时间
加热时金属性能变化：
回复 再结晶 晶粒长大
性 能 及 其 他 指 标
温度
1、回复 l加热温度：T回=（0.25～0.3）T熔（K） l组织、性能变化： ①点缺陷密度减少：离位原子与空位复合 ②位错呈较规则排列：高密度位错短程运动 ③残余应力明显下降:①②引起 ④强、硬略有下降。 ⑤电阻率下降。 l回复驱动力：冷变形时储存的能量 应用：去应力退火
挤压金属变形时应力状态
拉拔金属变形时应力状态
弹塑性变形
塑性变形
晶体的滑移塑性变形
未变形
弹性变形
弹塑性变形
塑性变形
滑 移 面 （ 面 间 结 合 力 最 小 的 晶 面 ）
晶体的滑移塑性变形位错机制
实验观察结论： （1）通常晶体宏观塑性变形由微观滑移（切向 变形）引起。 （2）微观滑移发生在晶体中确定的晶面（滑移面） 和确定的晶向（滑移方向）上（合称为滑移 系）。
面心立方结构 滑移系示意图
体心立方结构 滑移系示意图
密排六方结构 滑移系示意图
研究结论：阻碍位错运动将提高材料屈服强度。
2、孪生：晶体中一部分相对于 另一部分沿一定的晶面（孪生） 和晶向（孪生方向） 作多层均匀切向移动。
τ
τ
τ
镜面对称
τ
孪晶
二、多晶体塑性变形特点 1、晶粒取向的影响 使微观塑性变形不均匀和更复杂。
变形速度
• 变形速度较高时，回复、再结晶不及进行， 不能克服形变强化，金属变形抗力增大，塑性下 降。 • 变形速度很高时，热效应促进回复、再结晶， 金属变形抗力下降，塑性提高。
（3）应力状态 金属变形时，三个主应力中压应力数目越 多，则金属表现出的塑性越好。 金属变形时，同号应力状态下的变形抗力大 于异号应力状态下的变形抗力。
依靠晶体整体滑移的塑性变形模型
滑移面
塑性变形依靠晶体整体滑移非常困难，因为 其需要滑移面两侧晶体的原子间键合几乎全 部同时断开。
刃型位错运动使晶体滑移 引起塑性变形的模型
位错运动使塑性变形容易
螺型位错运动使晶体滑移 引起塑性变形的模型
混合型位错运动使晶体滑移 引起塑性变形的模型
未变形
弹性变形
流线：塑性变形时，金属中夹杂物、第二相等沿 变形方向分布排列。
流 线
变形前组织
变形后组织
低碳钢热加工后的流线
三、热变形纤维组织的应用 l “流线”使材料具有各向异性：
平行于流线方向抗 拉强度高、塑性好
垂直于流线方向抗 剪强度高、塑性差
l 应使“流线”合理分布： 使零件承受的最大正应力平行于纤维方向；
第三章 金属材料的塑性变形
第一节 单晶体和多晶体的塑性变形 一、单晶体的塑性变形 1、滑移： 晶体中一部分相对于另一部分沿一定 的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向） 作整体切向滑移。
塑性变形的滑移带和滑移线实验观察
滑移带
滑移线
1.外力作用的塑变，是原子平面间发生相对切向滑动。 2.变形只在少数晶面间发生切向滑动，即金属塑变相当 不均匀

位错密集区
变形金属中位错胞
（2）变形量很大时，晶粒拉长，出现纤维组织， 晶粒转动形成织构（择优取向），产生各向 异性。
等轴晶 沿变形方向 晶粒拉长
变形前
变形后
织构：晶粒空间取向趋于一致的组织状态。
塑性变形量很大时会使各个晶粒 的取向基本一致而产生“织构” 并造成各向异性。
2、冷变形（冷加工）后晶体性能的变化 产生形变强化，电阻率上升，耐蚀性下降。
3、再结晶后晶粒的长大 再结晶结束后继续保温，晶粒将进一步长大。 晶粒长大驱动力：晶界总面积减少导致的晶界 能下降。
二、冷变形（加工）与热变形（加工）
冷变形：在再结晶温度以下进行的塑性变形。 冷变形特点：变形抗力高，变形获得的金属硬度、 精度高。 热变形：在再结晶温度以上进行的塑性变形。 热变形特点： （1）变形过程伴随有形变强化和回复与再结晶带 来的材料软化。 （2）热变形温度越高、变形速率越低，软化作用 越强。 （ 3 ）热变形产生纤维组织“流线”。变形量越大， 纤维化越明显。
滑移面上的滑 移方向（密排 晶向）
滑移面 （密排面）
滑移塑性变形的特征: （1）滑移是位错的连续运动所致。 （2）存在滑移临界分切应力(其大小影响材料屈 服强度),不同晶体结构临界分切应力不同。 （3）原子移动的距离是晶格常数的整数倍，滑移 后仍保持晶体结构的完整性。 （3）滑移发生在晶体的密排晶面和密排晶向上。 （4）不同的晶体结构常具有不同的滑移系（面心 和体心：12个；密排六方：3个），滑移系 越多，越易塑性变形，塑性越好。
原因： 在一定τ作用下，当总的变形量一定时，晶
位错
滑移面
纯铁
晶界
粒细，位错可在更多的晶粒中运动→塑变更均匀→ 不易应力集中→↑强度，↑塑韧性
第二节 金属的形变强化 一、形变强化（加工硬化） 1、冷变形（冷加工）后晶体内部组织的变化 （1）晶粒碎化，点缺陷、位错密度增大。内部 能量增大（储存了部分形变能）。