第4章 金属的塑性变形与再结晶
教学提示：在机械制造中，广泛采用轧制、锻造、冲击、冷压与冷镦等成形工艺，各种压力加工方法都应使金属材料按预定的要求进行塑性变形，以使其内部的组织和结构发生变化，从而达到不同的性能指标。塑性变形是强化金属的重要手段。变形后的金属在加热时发生回复和再结晶，进一步影响工件最终的组织及性能。研究金属材料塑性变形及再结晶过程，有助于深入理解变形加工过程中组织演变规律及各种力学性能变化的本质，在生产实践中充分发挥金属材料的强度潜力，为确定合适的压力加工工艺和退火工艺提供依据。
教学要求：本g4291内g3096g4438要是g3070学生g2420解金属塑性变形的实质以及塑性变形的g4438要方g3252。
g3299g3697金属塑性变形后的组织结构与性能g4365g1975的变化规律，以及变形金属在加热过程中组织结构和性能变化的g3467g1316。g4295g3652加工g4087化的g1568g2737及其实g1949应用g290g4295g3652热加工工艺过程中g2245轧
g2245冷的g4041g4044及最g3821进g4282。
4.1 单晶体的塑性变形
单晶体的塑性变形的基本方式有两种：滑移和孪生。
4.1.1 滑移变形
所谓滑移变形，是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对滑动位移的现象。
将一个表面经过抛光的纯锌单晶进行拉伸试验，在试样的表面上出现了许多互相平行的倾斜线条痕迹，称为滑移带，如图4.1所示。
(a)变形前试样 (b)变形后试样
图4.1 锌单晶体拉伸试验示意图
金属学与热处理
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滑移变形有如下特点,
(1) 滑移变形只能在切应力作用下才会发生，不同金属产生滑移的最小切应力(称滑移临界切应力)大小不同。钨、钼、铁的滑移临界切应力比铜、铝的要大。
(2) 滑移变形是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑移，而是通过位错的运动来实现的。如图 4.2 所示，在切应力作用下，一个多余半原子面从晶体一g1403g17892g8505运动g2052另一g1403，g2375位错g14270g5050向g2503移动g7114，晶体g4613产生滑移变形。
图4.2 位错运动引起的滑移变形
(3) g11013于位错g8611移出晶体一g8437g2375g17908g6116一个原子g19400g17329的变形g18339，g3252g8504晶体发生的g5647变形
g18339一定是g17837个方向上的原子g19400g17329整g6980g1505。
(4) 滑移g5647是沿g11540晶体g1025原子g4506g5242最大的晶面(g4506g6502面)和g1866上g4506g5242最大的晶向(g4506g6502方向)进行，g17837是g11013于g4506g6502面g1055g19400、g4506g6502方向g1055g19400的g17329g12175最大，结g2524力最g5381。g3252g8504滑移面为g16825
晶体的g4506g6502面，滑移方向为g16825晶体的g4506g6502方向。一个滑移面g994g1866上的一个滑移方向g13464g6116一个滑移g13007。如体g5527g12447方晶g7696g1025，(110)和 111
g2375g13464g6116一个滑移g13007。g989种g5132g16277的晶g7696的滑移g13007
g16277表 4g161。滑移g13007g17246多，金属发生滑移的g2499能性g17246大，塑性g4613g17246g3921。滑移方向对滑移所g17227
的作用比滑移面大，所g1209面g5527g12447方晶g7696金属比体g5527g12447方晶g7696金属的塑性g7368g3921。
表4-1 金属不同晶格的滑移系
晶格类型
滑移面
{110}
6个
{111}
4个
{0001}
1个
滑移方向
<111>
2个
<110>
3个
12 10
3个
滑移系数目 6×2=12个 4×3=12个 1×3=3个
(5) 滑移变形g7114晶体g1288g19555有g17728动。如图4.3所示，在拉伸g7114，单晶体发生滑移，g3818力g17736
将发生错动，产生一力g1610，g17855g1363滑移面向拉伸g17736平行方向g17728动。同g7114晶体g17836会g1209滑移面的
g8873线为g17728g17736g17728动，g1363滑移方向g17247于最大切应力方向。
第4章 金属的塑性变形与再结晶
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图4.3 单晶体的滑移变形
4.1.2 孪生变形
晶体在切应力作用下，g1866一部分将沿一定的晶面(孪晶面)产生一定g16294g5242的切变，称为孪生(twin)，g1866晶体g4410特g5461是晶体相对于孪晶面g6116g19248面对称，如图4.4所示。g1209孪晶面为对称面的两部分晶体称为孪晶。发生孪生变形的部分称为孪晶带。
图4.4 孪晶中的晶格位向变化
孪生g994滑移不同，g4439只在一个方向上产生切变，是一个g12373变过g12255，孪晶的位向将发生变g2282。孪生所产生的形变g18339g5468小，一g14336不一定是原子g19400g17329的整g6980g1505。孪生g14816发于g4628部应力
g19610g1025的g3332方，g1000孪生变形g17751滑移变形一g8437移动的原子g17751多，g6937g1866临界切应力g17840g20652于滑移所
g19668的切应力。g1375如g19221的孪生临界切应力为5MPag79435MPa，而滑移临界切应力g1177为0.5MPa。
g3252g8504，只有在滑移变形g19602于进行g7114，才会产生孪生变形。一g1135g1867有g4506g6502g1857方结g7512的金属，
g11013于滑移g13007g4581，特g2047是在不g2045于滑移g2474向g7114，塑性变形g5132g1209孪生变形的方式进行。而g1867有面g5527g12447方晶g7696g994体g5527g12447方晶g7696的金属g2029g5468g4581会发生孪生变形，只有在g1314g9213g6122g1926g1999g17745g14667下才发生孪生变形。
金属学与热处理
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4.2 多晶体的塑性变形
多晶体的塑性变形g994单晶体比g17751并g7092本g17148上的g2318g2047，g2375g8611个晶g12902的塑性变形g1185g9994g1209滑移g12573方式进行。g1306g11013于晶界的g4396在和g8611个晶g12902g1025晶g7696位向不同，多晶体的塑性变形要比单晶体g3809g7446g5483多，表现出g1209下不同于单晶体的特点。
1,不均匀的塑性变形过程
g11013于g8611个晶g12902的位向不相同，g1209g14280g1866内部的滑移面g2462滑移方向分g5079g1075不一g14280，g3252g8504在g3818
力作用下，g2520晶g12902内滑移g13007上的分切应力g1075不相同，如图 4.5 所示。有g1135晶g12902所g3800的位向能
g1363g1866内部的滑移g13007g14731g5483最大的分切应力，并将g20330g1820g17810g2052临界分切应力g1552而g5332始滑移。g17837g1135晶
g12902所g3800的位向为易滑移位向，有称为“软位向”；g17836有
g1135晶g12902所g3800的位向，只能g1363g1866内部滑移g13007g14731g5483的分切应力最小，最g19602滑移，被称为“硬位向”。g994单晶体塑性变形一样，g20330批g3800于软位向的晶g12902，在滑移过g12255g1025g1075要发生g17728动。g17728动的结果，g2499能会导g14280从软位向g17892g8505g2052硬位向，g1363g1055不再继续滑移，而引g17227邻近未变形的硬位向晶g12902g17728动g2052“软位向”并g5332始滑移。g11013g8504g2499g16277，多晶体的塑性变形，g1820发生于软位向晶g12902，后发展g2052硬位向晶
g12902，是一个塑性变形有g1820后和不均匀的塑性变形过g12255。
图4.5g1025的A、B、C示意了不同位向晶g12902的滑移g8437序。
2,晶粒间位向差阻碍滑移
g11013于g2520相邻晶g12902g1055g19400g4396在位向差，当一个晶g12902发生塑性变形g7114，周围的晶g12902如不发生塑性变形g4613不能保持晶g12902g19400的连续性，甚至g17908g6116材料出现孔隙g6122破裂。g4396在于晶g12902g19400的g17837
种相互约束，必须有足够大的g3818力才能予g1209克服，g2375在足够大的g3818力下，能g1363某晶g12902发生滑移变形并能带动g6122引g17227g1866他相邻晶g12902g1075发生相应的滑移变形。g17837g4613意味g11540增大了晶g12902变形的抗力，阻碍滑移的进行。
3,晶界阻碍位错运动
晶界是相邻晶g12902的过渡g2318，原子g6502列不规g2029。当位错运动g2052晶界附近g7114，受g2052晶界的阻碍而堆积g17227来(g2375位错的塞积)，如图 4.6所示。若g1363变形继续进行，g2029必须增加g3818力，g2499
g16277晶界g1363金属的塑性变形抗力提g20652。图 4.7 所示为双晶g12902试样的拉伸试验，在拉伸g2052一定的伸长g18339后观察试样，发现在晶界g3800变形g5468小，而g17840g12175晶界的晶g12902内变形g18339g5468大。g17837说明晶界的变形抗力大于晶内。
综上所述，金属的晶g12902g17246细，晶界g5647面积g17246大，g19668要协调的g1867有不同位向的晶g12902g17246多，
g1866塑性变形的抗力便g17246大，表现出强g5242g17246g20652。另g3818，金属晶g12902g17246细，在g3818力作用下，有g2045
于滑移和能参g994滑移的晶g12902g6980目g1075g17246多。g11013于一定的变形g18339会g11013g7368多的晶g12902分散承担，不
g14280g17908g6116g4628部的应力g19610g1025，从而推迟了裂纹的产生，g2375g1363发生的塑性变形g18339g5468大g1075不g14280断裂，
表现出塑性的提g20652。在强g5242和塑性同g7114提g20652的情况下，金属在断裂前要消耗大g18339的功，g3252
而g1866韧性g1075比g17751g3921。g17837进一g8505表明了细晶强g2282是金属的一种g5468重要的强韧g2282手段。
图4.5 多晶体金属中各晶粒所处位向
第4章 金属的塑性变形与再结晶
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图4.6 位错在晶界处的堆积示意图 图4.7 晶界对拉伸变形的影响
4.3 金属的塑性变形对其组织和性能的影响
1,对组织结构的影响
1) 显微g13464织呈现纤维状
金属发生塑性变形后，晶g12902发生形变，原本g12573g17736状的晶g12902沿形变方向相应g3332被拉长g6122
压扁。当形变g18339g5468大g7114，晶g12902变g6116细条状g6122纤维状，称g1055为纤维g13464织，如图 4.8 所示。g17837
种g13464织导g14280沿纤维方向的力g4410性能比垂直纤维方向的g20652g5483多。
图4.8 变形前后晶粒形状变化示意图
2) g13464织内的亚晶g12902增多
金属g7092塑性变形g6122塑性变形g12255g5242g5468小g7114，位错分g5079是均匀的。g1306在大g18339变形g1055后，g11013
于位错运动g2462位错g19400的交互作用，位错分g5079变g5483不均匀了，并g1363晶g12902碎g2282g6116许多位向略有差异的亚晶g12902。在亚晶g12902边界上聚g19610g11540大g18339位错，而g1866内部位错g5468g4581，如图4.9所示。
图4.9 金属经变形后的亚结构 图4.10 形变织构示意图
金属学与热处理
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3) 产生形变织g7512
金属塑性变形g2052g5468大g12255g5242(70%g1209上)g7114，g11013于晶g12902发生g17728动，g1363g2520晶g12902的位向大g14280g17247近于一g14280，形g6116特殊的择优g2474向，g17837种有序g2282的(晶g12902的位向大g14280g17247近于一g14280的)结g7512叫做形变织g7512。形变织g7512一g14336分为两种：一种是g2520晶g12902的一定晶向平行于拉拔方向，称为丝织g7512，
g1375如g1314碳钢经大变形g18339冷拔后，g1866<100>平行于拔丝方向，如图 4.10(a)所示；另一种是g2520
晶g12902的一定晶面和晶向平行于轧g2058方向，称为g7507织g7512，g1314碳钢的g7507织g7512为{001}<110>，如图4.10(b)所示。
2,对性能的影响
g311 g19555g11540塑性变形g18339的增加，金属的强g5242、硬g5242g2331g20652，塑性、韧性下g19489，g17837种现象称为加g5049硬g2282(g1075称为形变强g2282)，如图4.11所示。
位错g4506g5242g2462g1866他晶体g13582g19531的增加是导g14280加g5049硬g2282的原g3252。一方面g3252为g19555g11540变形g18339的增加，位错g4506g5242g5625g2107增g20652，位错g19400的交互作用增强，相互g13556结，g17908g6116位错运动阻力的增大，
引g17227塑性变形抗力提g20652。另一方面g11013于(晶g12902碎g2282导g14280)亚晶界的增多，g17837g1363强g5242g5483g1209提g20652。
在生产g1025g2499通过冷轧、冷拔(g12573冷加g5049g5049g14414)提g20652钢g7507g6122钢丝的强g5242。
g312 g11013于纤维g13464织和形变织g7512的形g6116，g1363金属的性能产生g2520向异性。如沿纤维方向的强
g5242和塑性明显g20652于垂直方向的。g1867有形变织g7512的金属，在g19555后的再结晶g17876g9791过g12255g1025g7509易形
g6116再结晶织g7512。用有织g7512的g7507材g1926g2058g12582形g19658g1226g7114，g11013于在不同方向上塑性差g2047g5468大，g19658g1226
的边g13548出现“g2058g13831”，如图4.12所示。
在某g1135情况下，织g7512的g2520向异性g1075有g3921g3800。g2058g17908变压g3132铁g14467的g11801钢g10267，g3252沿[100]方向最易g11925g2282，g18331用g17837种织g7512g2499g1363铁g6451大大g1955小，g3252而变压g3132的g6940g10587大大提g20652。
g313 塑性变形g2499g5445g2721金属的g10301g10714、g2282g4410性能。如g1363g11017阻增大，g13796g14116g15444性g19489g1314。
g314 g11013于金属在发生塑性变形g7114，金属内部变形不均匀，位错、g12366位g12573晶体g13582g19531增多，
金属内部会产生g8543余内应力。g2375g3818力g2447g19512后，金属内部会g8543g11053下来应力。g8543余内应力会g1363
金属的g13796g14116g15444性能g19489g1314，g1017重g7114g2499导g14280g19658g1226变形g6122g5332裂。g21843g17730g12573g19658g1226，如表面通过g2955g1036g3800
g10714后，g2499产生g17751大的g8543余压应力，g2029g2499提g20652g11142g2183强g5242。
图4.11 纯铜冷轧后的力学性能与形变程度的关系
图4.12 因织构造成深冲制品的
“制耳”示意图
第4章 金属的塑性变形与再结晶
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4.4 回复和再结晶
金属材料在冷变形加g5049g1209后，为了消g19512g8543余应力g6122g5686g3809g1866某g1135性能(如提g20652塑性、韧性，
g19489g1314硬g5242g12573)，一g14336要对金属材料进行加g9921g3800g10714。而加g5049硬g2282g15441g9994g1363塑性变形比g17751均匀，g1306
g2376g13485进一g8505的冷g6116形加g5049(g1375如g9157g1926)带来g3268g19602，所g1209g5132g5132g19668要将金属加g9921进行g17876g9791g3800g10714，
g1209g1363g1866性能向塑性变形前的状g5589g17728g2282。对冷变形金属加g9921g1363原子g6205散能力增加，金属将g1393
g8437发生g3250g3809、再结晶和晶g12902长大。加g9921g7114的g13464织g994性能变g2282如图4.13所示。
图4.13 变形金属在不同加热温度时晶粒大小和性能的变化示意图
4.4.1 回复
g3250g3809是指冷变形金属在g17751g1314g9213g5242加g9921g7114，在光g4410显微g13464织发生g6925变前(g2375再结晶晶g12902形
g6116前)所产生的某g1135亚结g7512和性能的变g2282过g12255。
产生g3250g3809的g9213g5242T
回复为
(0.25T =
回复
g7940.3)T
熔点
式g1025，T
熔点
g252g252g16825金属的g10088点，单位为g13489对g9213g5242(K)。
g11013于加g9921g9213g5242不g20652，原子g6205散能力不大，只是晶g12902内部位错、g12366位、g19400隙原子g12573g13582g19531
通过移动、g3809g2524消g3845而大大g1955g4581，所g1209晶g12902g1185保持变形后的形g5589，变形金属的显微g13464织不发生明显的变g2282。g8504g7114材料的强g5242和硬g5242只略有g19489g1314，塑性有一定提g20652，g1306g8543余应力g2029大大g19489g1314。
在生产上，g5132g2045用g3250g3809现象将冷变形金属进行g1314g9213加g9921，g7094g2499消g19512内应力g12295定g13464织g2460
保g11053了加g5049硬g2282g6940果，g17837种方g8873称为g2447应力g17876g9791。g1375如，用冷拉钢丝g2379g2058g5389g12795，在g2379g6116g1055
后g18129要进行一g8437250g263g794300g263的g1314g9213g3800g10714，g1209消g19512内应力g1363g1866定形。
4.4.2 再结晶
当变形金属被加g9921g2052g17751g20652g9213g5242g7114，g11013于原子g8975动能力增大，晶g12902的形状g5332始发生变g2282，
在原g1820亚晶界上的位错大g18339聚g19610g3800，形g6116了g7044的位错g4506g5242g1314的结晶g7692g5527，并不断长大为g12295
定的g12573g17736晶g12902，g2474g1207被拉长g2462破碎的g7099晶g12902，同g7114性能g1075发生明显的变g2282，并g5686g3809g2052g4448g1852
金属学与热处理
·80·
·80·
软g2282状g5589，g17837个过g12255称为再结晶。
再结晶过g12255是一个形g7692和长大的过g12255。再结晶过g12255并不是一个相变过g12255，再结晶前后
g7044g7099晶g12902的晶g7696g12879g3423和g6116分g4448g1852相同。
再结晶不是一个g5670g9213过g12255，g4439是在一个g9213g5242g14551围内发生的。冷变形金属g5332始进行再结晶的最g1314g9213g5242，称为再结晶g9213g5242。实验表明，纯金属的再结晶g9213g5242g994g1866g10088点有如下g1863g13007。
()
0.4TTT=
再 熔为绝对温度
最g1314再结晶g9213g5242g994下列g3252g13044有g1863。
1) g20056g1820变形g5242
金属再结晶前塑性变形的相对变形g18339称为g20056g1820变形g5242。g20056g1820变形g5242g17246大，金属的晶体
g13582g19531g4613g17246多，g13464织g17246不g12295定，最g1314再结晶g9213g5242g1075g4613g17246g1314。当g20056g1820变形g5242g17810g2052一定大小后，
金属的最g1314再结晶g9213g5242g17247于某一g12295定g1552，如图4.14所示。
图4.14 预先变形度对金属再结晶温度的影响
2) 金属的g10088点
g10088点g17246g20652，最g1314再结晶g9213g5242g1075g4613g17246g20652。
3) g7446g17148g994g2524金g1815g13044
g11013于g7446g17148和g2524金g1815g13044特g2047是g20652g10088点g1815g13044，阻碍原子g6205散和晶界g17813移，g2499显g14891提g20652最g1314
再结晶g9213g5242。g1375如g20652纯g5242铝(99.999%)的最g1314再结晶g9213g5242为 80g263，而g5049g1006纯铝(99.0%)的最
g1314再结晶g9213g5242提g20652g2052了290g263，g16277表4g162。
表4-2 几种金属和合金的再结晶温度
材 料 再结晶温度/℃ 材 料 再结晶温度/℃
铜(无氧铜)
铝(99.999%)
镍(99.99%)
200
80
370
铜锌合金(
Zn
5%w = )
铝(99.0%)
镍(99.4%)
320
290
600
4) 加g9921g17907g5242和保g9213g7114g19400
再结晶是一个g6205散过g12255，g19668要一定g7114g19400才能g4448g6116。提g20652加g9921g17907g5242会g1363再结晶在g17751g20652g9213
g5242下发生，而保g9213g7114g19400g17246长，再结晶g9213g5242g17246g1314。
第4章 金属的塑性变形与再结晶
·81·
·81·
再结晶是g10301g10714g1930金过g12255g1025一个g2325分重要现象。g2499g1209g2045用再结晶软g2282材料，如经过拉拔的线材发生了加g5049硬g2282，只有进行多g8437再结晶g17876g9791软g2282后才能继续拉拔直g2052最g13468g4622g4556。对于不能通过相变的细g2282晶g12902的材料，g2499g1209通过形变再结晶g5049g14414g1363晶g12902g5483g2052细g2282。g9157g1926钢和
g11801钢g1075要通过形变再结晶g14731g2474g2524g17878的织g7512，g17810g2052g6925g2904g9157g1926性能和g11925性的目的。
4.4.3 晶粒长大
再结晶g19466段结束后，金属g14731g5483了均匀细小的g12573g17736晶g12902。g17837g1135细小的晶g12902g1867有g9520g1251长大的g17247g2195。如果再继续g2331g20652g9213g5242g6122g13785g5322长保g9213g7114g19400，金属的晶g12902将会g1209互相g2546并的方式继续长大。g17837一g19466段称为晶g12902长大。再结晶的晶g12902长大受g1209下g3252g13044的g5445g2721。
1,加热温度与保温时间的影响
再结晶加g9921g9213g5242g17246g20652，保g9213g7114g19400g17246长，金属的晶g12902g17246大，g1866g1025加g9921g9213g5242的g5445g2721g4600为显
g14891，如图4.15所示。g17837是g11013于加g9921g9213g5242g2331g20652，原子g6205散能力和晶界g17813移能力增强，有g2045于晶g12902长大。
2,预先变形程度的影响
g20056g1820变形g12255g5242对再结晶晶g12902g5242的g5445g2721如图4.16所示。g20056g1820变形g5242的g5445g2721，实g17148上是变形均匀g12255g5242的g5445g2721。当变形g12255g5242g5468小g7114，g11013于金属的g11084变能g1075g5468小，不足g1209引g17227再结晶，
g3252而晶g12902g1185保持原来的形状。
当变形g12255g5242g178102%g79410%g7114，金属g1025只有部分晶g12902发生变形，变形g7509不均匀，再结晶g7114
形g6116的g7692g5527g6980不多，g2499g1209g1817分长大，从而导g14280再结晶后的晶g12902特g2047g12907大。g17837个变形g12255g5242称为临界变形g5242，如图4.16所示。生产g1025应g4625g18339g18003g5332g17837一变形g12255g5242。
g17241过临界变形g12255g5242g1055后，g19555变形g12255g5242的增加，变形g17246来g17246均匀，再结晶g7114形g6116的g7692g5527
g6980大大增多，g6937g2499g14731g5483细小的晶g12902，并g1000在变形g18339g17810g2052一定g12255g5242后，晶g12902大小基本不变。
图4.15 加热温度对晶粒度的影响 图4.16 预先变形程度对晶粒度的影响
4.5 金属材料的热加工与控制
1,热加工与冷加工的区别
通g5132g1209再结晶g9213g5242作为冷加g5049和g9921加g5049的分界。g1314于再结晶g9213g5242的加g5049称为冷加g5049，
g20652于再结晶g9213g5242的加g5049称为g9921加g5049。g1306是，g17837样的g2022分不大g1017g7696。g3252为一g14336的再结晶g9213g5242
是在g1820变形后加g9921，g1000在规定条g1226下g8991g5483的，g994g9921加g5049g7114加g5049硬g2282g994再结晶两个过g12255同g7114
金属学与热处理
·82·
·82·
进行的情况不g4448g1852一g14280。有的加g5049g15441在g17751g20652g9213g5242下进行，g1306未能g4448g1852消g19512加g5049硬g2282，g17837种加g5049g1185属于冷加g5049。g1017g7696g3332说，对于所有的加g5049g17907g5242，材料能够不断g3332发生再结晶并在g4448
g1852消g19512加g5049硬g2282的g9213g5242下所进行的加g5049称为g9921加g5049。
g2520种金属材料的再结晶g9213g5242相差g5468大。钨在 800g263变形g1185为冷加g5049，而g19097在g4472g9213变形
g4613g2499称为g9921加g5049。
g11013于在再结晶g9213g5242g1209上金属材料的塑性g17751g3921，g1000g2499消g19512加g5049硬g2282，g6937能连续承受g5468大的变形而不断裂，g17837在生产上g5483g2052了g5203g8879的应用。
2,热加工对金属组织性能的影响
g9921加g5049不引g17227金属的加g5049硬g2282，g1306g3252有g3250g3809和再结晶过g12255产生，金属的g13464织和性能g1075
发生显g14891变g2282。
1) g6925g2904g19148g19201g13464织
通过g9921加g5049(如g9921轧、g19215g17908g12573)g2499g1363金属g8623坯g1025的气孔和疏松焊g2524，部分消g19512某g1135偏析，
将g12907大的柱状晶g12902g994枝晶变为细小均匀的g12573g17736晶g12902，g6925g2904夹g7446g10301、碳g2282g10301的形g5589、大小g994
分g5079，g1866结果g2499g1363金属材料g14280g4506g12255g5242g994力g4410性能提g20652。
2) 细g2282晶g12902
g9921加g5049的金属经过塑性变形和再结晶作用，一g14336g2499g1363晶g12902细g2282，g3252而g2499g1209提g20652金属的力g4410性能。g1306g9921加g5049金属的晶g12902大小g994变形g12255g5242和g13468止加g5049的g9213g5242有g1863。变形g12255g5242小，g13468
止加g5049的g9213g5242过g20652，再结晶晶g7692长大g2460快，加g5049后g5483g2052g12907大晶g12902；相反g2029g5483g2052细小晶g12902。
g1306g13468止加g5049g9213g5242不能过g1314，否g2029g17908g6116形变强g2282g2462g8543余应力。g3252g8504，g2058定正确的g9921加g5049g5049g14414
规g14551，对g6925g2904金属的性能有重要的意义。
3) 形g6116g19215g17908流线
金属内部的夹g7446g10301(如MnSg12573)在g20652g9213下g1867有一定的塑性，在g9921变形过g12255g1025金属g19201g1025的
g12907大枝晶和g2520种夹g7446g10301g18129要沿变形方向伸长，g17837样g4613g1363金属g19201g1025枝晶g19400富g19610的g7446g17148和非金属夹g7446g10301的走向g17892g8505g994变形方向一g14280，g1363g1055变g6116条状带、线状g6122g10267层状，在宏观试样上沿
g11540变形方向呈现为一条条的细线，g17837g4613是g9921变形金属g1025的流线。有一条条流线勾画出来的
g17837种g13464织称为g9921变形纤维g13464织。
g11013于g19215g17908流线的出现，g1363金属材料的性能在不同的方向上有明显的差异。通g5132沿流线的方向，g1866抗拉强g5242g2462韧性g20652，而抗剪强g5242g1314。在垂直于流线方向上，抗剪强g5242g17751g20652，而抗拉强g5242g17751g1314。表4g163表示
C
0.45%w = 的碳钢的力g4410性能g994流线方向的g1863g13007。
表4-3 碳钢(
C
0.45%w = )力学性能与流线方向的关系
性能
取样方向
b
/MPaδ
τ0.2
/MPaδ
/ %δ
/ %ψ
2
/J cm
k
a
纵向 715 470 17.5 62.8 62
横向 675 440 10.0 31.0 30
采用正确的热加工工艺，可以使流线合理分布，以保证金属材料的力学性能。图4.17(a)
为锻造曲轴，图4.17(b)所示为切削加工曲轴的流线分布。很明显，锻造曲轴流线分布合理，
因而其力学性能将较高。在生产上，广泛采用铸型锻造方法以制造齿轮及中小型曲轴，用第4章 金属的塑性变形与再结晶
·83·
·83·
局部镦粗法制造螺栓。
热处理方法是不能消除或改变工件中的流线分布的，而只能依靠适当的塑性变形来改善流线的分布。在某些场合下，不希望金属材料中出现各向异性，此时须采用不同方向的变形(如锻造时采用镦粗与拔长交替进行)以打乱流线的方向性。
4) 形成带状组织
若钢在铸态下存在严重的夹g7446g10301g1571g7524，或热变形加工时的g9213g5242g17819g1314，g2029在钢中出现g8851
变形方向g2588带状或g4630状分布的显g5506组织，g12228为带状组织，如图4.18所示。带状组织使钢的性能变g3363，g10317g2047是g8190向的塑性g451g19899性g19489g1314。
(a)锻造的 (b)切削过的
图4.17 曲轴流线示意图 图4.18 钢中带状组织
3,热加工过程的控制
1) g6523g17723g6523g1931g6228g7427
g6523制g17723制是g17902g17819热g17723工艺g2454g6980(加热g9213g5242g451g17959g8437g17723制g9213g5242g451g2399下g18339)的g7380g1351g2282，使g3897g8675
g1319变成为g13466g7242组织的g6228g7427。g6523制g1931g2376是在g3897g8675g1319g11468变的g9213g5242g2318g19400进行某g12193g12255g5242的g5567g17907g1931g2376，
使g11468变组织g8616g2345g13443g6523制g17723制g7368加g5506g13466g2282，g4439是在g3897g8675g1319状态的g3534g11796上g1889g4557g15999g6523制的g3897g8675g1319
进行g11468变g6523制。
组织的g6523制g17723制g2656g6523制g1931g2376g6228g7427g12228为热g6523制g7438g7812g6228g7427 TMCP(Thermo Mechanical
Controlled Processing)。g17828用g6523g17723g6523g1931g6228g7427能使钢材g14731g5483g5390g5242与g1314g9213g19899性g3355高的g1260g14403性能，
g17837g5062在g17723钢生产上g5483g2052g1114广泛g5224用。
2) g6523g17723g6523g1931工艺g2454g6980g6523制g10317g9869
g6523g17723g2656g6523g1931的工艺g2454g6980g6523制与g7234g17902热g17723工艺g11468g8616g1867g7389如下g10317g9869g726
g311 g6523制钢g3395加热g9213g5242。g7693g6466g4557钢材性能的g16213g8726来确g4462钢g3395加热g9213g5242，g4557g1122g16213g8726g9213g5242高而g19899性可以g12257g5058的g5506合金钢，加热g9213g5242可以高g11221200g263。g4557g1122g19899性为g1039g16213性能g6363g7643的钢材，
g2029g5529须g6523制其加热g9213g5242在1150g263以下。
g312 g6523制g7380g2530g1972g1022g17723制g17959g8437的g17723制g9213g5242。g980g14336g16213g8726g13468g17723g17959g8437的g17723制g9213g5242g6521g17829
r3
A g9213g5242，
g7389时g1075将g13468g17723g9213g5242g6523制在( γα+ )g1016g11468g2318g1881。
g313 g16213g8726在g3897g8675g1319g7422g1889g13479g7242g2318g3507g13485g1116g17287g3827的变形g18339。g4557g1122g5506合金钢g16213g8726在900g263g794950g263的
g5647变形g18339g3835g112250%，g4557g1122g7234g17902g11911钢g17902g17819g3822g17959g8437变形g13059g16757g17810g2052g3897g8675g1319g2469生g1889g13479g7242。
g314 g16213g8726g6523制g17723g2530的钢材g1931g2376g17907g5242g451g5332g3999g5567g1931g17907g5242g451g13468g1114g5567g1931g9213g5242或g2379取g9213g5242，以便g14731
g5483g5529g16213的显g5506组织。g17902常g16213g8726g17723g2530第g980g1931g2376阶段g1931g17907g16213g3835，第二阶段g1931g17907g7693g6466钢材性能g16213
g8726不同而不同。
现将提高g6523制g17723制g2656g6523制g1931g2376钢材g5390g19899性的各g12193因素整理归纳见表4-4。
金属学与热处理
·84·
·84·
表4-4 提高控轧、控冷钢材强韧性的因素
因素 控制途径及其行为
晶粒细化
发生奥氏体的动态再结晶和静态再结晶；
在γ未再结晶区轧制变形，使γ晶内产生变形带，促使相变细化；
控制轧后γα→ 相变时的冷却速度，防止α晶粒长大
析出强化 铌、钒、钛元素碳氮化物应变诱导析出
加工硬化
在( γα+ )两相区轧制变形时变形铁素体的回复和再结晶
相变强化 针状铁素体钢、贝氏体钢的单相强化；二相分离型相变
我国g7389丰富的铌g451钒g451钛g2656稀土资源，g1867g7389g2469展g5506合金钢g6523制g17723制g451g6523制g1931g2376g6228g7427的广阔前途。目前每年采用g6523g17723g6523g1931工艺生产的钢材g5062经g5224用g2052造船g451石油g451天然气输送管线g451锅炉及g2399力容器g451汽车g3835梁g451螺纹钢筋g451轴承及钢丝绳等方面。
3) g5506合金钢g6523g17723g17723制
(1) g5506合金钢g1889g13479g7242g6523g17723。1995 年g5506合金g2282国际会议提出g1114g5506合金钢合金设g16757的新概念，其核心是g3897g8675g1319g7242粒的调节，由g13466小g3897g8675g1319转变g5483g2052g13466小的铁素g1319g7242粒，g16213g8726高的铁素g1319形核g17907率g2656g1314的g7242粒长g3835倾向。
g1889g13479g7242g6523g17723是g6363在g3897g8675g1319g13479g7242g2318完成钢的g17723制g17819g12255，g1889g13479g7242g6523g17723的g9213g5242范围g3835g1319上正是常规g17723制g9213g5242范围，每g17959g8437的g2399下g18339g1075在常规g17959g8437g2399下g18339的上限附g17829，无需很g3835地变动
g17723钢设备g2656g17723制工艺，就能显著地g1889g13479g7242g13466g2282，因为g17837g12193工艺适合我国g3822g6980g17723钢厂的现状，
值g5483推广采用。
但同常规g17723制还是g7389很g3822不同g726
g311 g5529须g4557g17723制g17819g12255实行全面的g6523制；
g312 g3355热g9213g5242不能太高，以免g3897g8675g1319g7242粒显著长g3835；
g313 g7389g980g1022较g3835的g1889g13479g7242g2318g19400；
g314 动态g1889g13479g7242g13466g2282效果随g9213g5242下g19489而增g3835；
⑤ 保证产生g1889g13479g7242的g17959g8437变g18339。
实际g1889g13479g7242g6523g17723g5506合金g2282钢的成分g16213g8726g726
⑥ 由g1122g5506小的第二g11468g7524出质g9869g5390烈阻止g1889g13479g7242，所以g1889g13479g7242g6523g17723钢中不能含g7389g1889g13479g7242
g9213g5242范围g1881显著脱溶的合金成分，排除Nb(Cg451N)g451TiCg451AlN的可能性，g1075不能形成VN。
⑦ 固溶状态的溶质原子g1075会阻止g1889g13479g7242，所以尽g18339避免采用Nbg451Mog451Ti等元素。
⑧ TiN 是高g9213g11468当稳g4462的第二g11468，抑制液g11468形成g3897g8675g1319的长g3835g451只g7389适g18339的
Ti(0.01%g7940.02%)才能形成g13466小的TiN，又能g7389效阻止g7242粒粗g2282。
⑨ 氮含g18339以形成TiN为限，超g17819理g5831g2282学g8616，可能增g3835VN的g5224变g16837g4560g7524出倾向，又会g13565小钢的g1889g13479g7242g17723制g12395g2487。
(2) g5506合金钢正常g2282g6523g17723。正常g2282g6523g17723，又g2495正g9791g2318g6523g17723。g17837g12879g6523g17723g16213g9869g726
g311 g7693g6466钢中g5506合金元素及Cg451N的含g18339g451g6365固溶g5242g12227g1856g5347g16757g12651出全固溶g9213g5242，g17723制的
g3355热g9213g5242g5224g11065高g1122全固溶g9213g5242。
g312 钢的g6523g17723又g2318分为g1016g12193g5785g1929，g980g12193g7389粗g17723段，g16213保证不出现g9163g7242，切g5536粗g17723在部分
g1889g13479g7242g2318进行，g5194在g19762g1889g13479g7242g2318g11053下g17287g3827的变形g18339，以g5567g17907g1931g2376进g1849正常g2282g6523g17723。g2490g980g12193
第4章 金属的塑性变形与再结晶
·85·
·85·
是g2345g11468g3897g8675g1319在g19762g1889g13479g7242g9213g5242下g17723制，形变g7242粒g13466g2282效果将取g1927g1122g7242粒g11874g2282g12255g5242，g13468g17723g9213
g5242g5224g16825高g1122A
r3
。g1016g11468g2318g17723制g7094g2475g2052g17723g7438g17139g17745能力的限制，而g1000g1016g11468g2318变形g15441g7389g2173g1122g5390g5242的提高，但g1075g7389g6451g1122钢的g19899性。
正常g2282g6523g17723钢的合金设g16757，g1039g16213g5224g9397g17287阻止g3897g8675g1319g1889g13479g7242，使钢的g1889g13479g7242g9213g5242g2318的下限g9213g5242尽g18339提高，以形成g17287g3827的g19762g1889g13479g7242g6523g17723的g12366g19400，g7380g3534g7424的g9167加g6205g3835g3897g8675g1319g2318的合金元素Mng2656形成g7389效阻止g7242粒长g3835的元素Tig2656N。g1186表4-5所见，Nbg4557提高g1889g13479g7242g9213g5242
g7380g7389效，V的g1328用g7380小。g1328为第二g11468质g9869AlN能产生显著的质g9869g19037g6178g1328用，g2376不能产生g7389
效的溶质g6314g6353g1328用，g5647的效果g4557阻止g1889g13479g7242g1328用g5194不很g3835。所以，正常g2282g6523g17723g5506合金g2282钢设g16757的g5617g17347是在g1314g11911g451g19204钢的g3534g11796上，Nb+Ti g5506合金g2282，g7693g6466g5390g5242g13435g2047的g16213g8726g9167加g4581g18339的
Mog451B。
表4-5 某些低碳钢的100s无再结晶的T
NR
/℃
钢 100s无再结晶的T
NR
/℃
0.04C—0.034Nb—0.31Mo—0.115V 955
0.06C—0.040Nb—0.30Mo 940
0.05C—0.035Nb 935
0.045C—0.28Mo—0.115V 890
0.05C—0.29Mo 830
0.05C—0.115V 835
(3) 微合金化钢薄板坯连铸连轧。比较生产热轧薄规格板带的常规轧制、薄板坯连铸连轧和带钢三种方式，唯有薄板坯连铸连轧流程可以取得投资少，建厂周期短高效率和低成本的好处，见表 4-6。而且适用于生产包括油气输送管线钢、滚型车轮用钢、深冲冷轧板原带在内的10多个品种。
表4-6 连铸、薄板坯连铸和带钢连铸的比较
建设投资费用
工 艺 生产成本
按绝对总额 按每吨产品
中间库存 生产周期 管理费用
常规钢厂(生产热轧带钢，以此为基础)
100 100 100 大 3周 高
薄板坯连铸(CSP工艺) 90～110 27～33 45～55 无 <1周 低
带钢连铸 110～165 9～11 65～120 无 <1周 低
当前市场急需热轧板带的品种有,
① 通用建筑焊管用钢厚度 δ <6.0mm
② 中低压锅炉焊管用钢 δ <6.0mm
③ 油气集输管线用钢 δ <6.0mm
④ 轻型汽车、农用车用大梁钢板 δ <4.5mm
⑤ 滚型车轮(轮辐、轮辋)用钢板 δ <5.0mm
⑥ 深冲冷轧板原带 δ <2.0mm
⑦ 轻工家电用钢 δ =0.5～1.5mm
金属学与热处理
·86·
·86·
⑧ 集装箱用钢 δ =0.8～1.6mm
⑨ 车辆用薄规格板 δ =0.8～2.0mm
⑩ 搪瓷产品用板 δ =1.0～1.5mm
g980g14336g5390度g17908g14349板 (g990g4630建筑) δ <2.5mm
g4579型g8712g19766g14363g14340用高g5390度板 δ =2.5～5.0mm
g9520g14363用g19762g13796压g3783钢板 δ =2.5～6.0mm
g19762g16855g17148薄装g11014板 δ =3.0～6.0mm
(4) 微合金化钢的g19093g13044g1319g2318轧制。热g7438g7812处g10714g7171g4466g10628钢的g13466g7242化的有效方式g1055g980，g1972
g2325g5192的g6228g7427g5332g2469g4557热g2164工g3247g19466g8585的g2022g2010和g1328用g5062取得g1861g16794，g1889g13479g7242g2318轧制、g19762g1889g13479g7242g2318轧制、g1016g11468g2318轧制g2462轧g2530冷g2376g18129可g1363钢有效g3332g13466g7242化。
g17829g1972g5192g6564g1998g19093g13044g1319轧制的工g14414g6228g7427，g1306有g1135g19394g20076g5529g20047g16311g1927,
① 较低g9213度g991轧制g4557g17839g980g8505g5390化g7171有效的，g1306g2528g7114g1075带g7481g1114g980g1135g5342g12483，g3926较大的g2476g5430
g6251g2159。g13464g13467g990的g9163g7242g13479g7512，g6564高g19899g252g14042g17728g2476g9213度、g5627g14033的g2520g2533g5334g5627g12573。
② 热g7438g7812处g10714可以g1363低g11911钢得g2052 3μm～5μm的g7242g12902g4622g4556，g3926g7536g16213g13499g13505g13466化，g2029常通
g17819g3698g2164g2476g5430g17959g8437。薄板坯连铸连轧g16311g1927g1114生产高效率，g1306g16213g12373g11784压g991比的g19568g11873，唯有g2533中厚度铸坯g2469g4649。
③ 市场g4557热轧g17241薄规格板带的需g8726g2325g2010g17855g2011，g3926g7536g14033生产g1998 0.8mm～1.2mm 的热轧带，g4570产生g7509大的经济效益。至少可以为冷轧g6564供较薄的原带。
④ g6564供g1114以热轧板替代冷轧板g1363用的可g14033g5627。g19093g13044g1319轧制工g14414的g4466践表g10628g1114这g1135考虑的正确g5627，在全世界得g2052广泛的推广应用。工g14414g990有g1972个特征,
首先这种轧制工g14414适用于低g11911钢和g17241低g11911钢，工g14414的顺利g4466施g16213g8726(Ar
3
-Ar
1
)的窄g9213差易于从g19762g1889g13479g7242g2318轧制跨越g2052g19093g13044g1319g2318轧制。
其g8437，利用g1114g19093g13044g1319g5430g2476g1889g13479g7242的轧制g4466g10628g17839g980g8505的g13466g7242化。
第三，这类钢的g19093g13044g1319轧制g9213度g2318g980g14336为 900℃左右，不会g17908成轧制g2159的g17241载g2462低g9213
轧制的g980g1135材g17148g990的缺陷。
微合金化钢，尤其g7171IF钢以g7481g980类的产品，含g11911量仅0.002%，Nb和Ti可以固定钢中的间隙原子，g5430成g1114 TiN、Nb(C，N)既可以富化 γ →α生核，αg1889g13479g7242g13466化，又有沉淀g5390
化的g1328用。高g5390冲压用钢、冷镀热轧薄板g2462气瓶用钢板g12573g18129可以采用g19093g13044g1319轧制工g14414。
小 结
塑g5627g2476g5430g7171g5390化金属的重g16213手g8585。金属的塑g5627g2476g5430方式主g16213为滑移和孪生，滑移
g7171通g17819位错在滑移g19766g990的运动g7481g4466g10628的。
金属经塑g5627g2476g5430g2530，g13464g13467g13479g7512和g5627g14033g18129g2469生g2476化，g1998g10628“g2164工硬化”g10628象，g5390度和硬度显著g6564高，塑g5627和g19899g5627明显g991降。
塑g5627g2476g5430g2530金属在g2164热g7114g13464g13467g4570依g8437g2469生回复、g1889g13479g7242和g7242g12902长大。
金属在高g9213g991g2476g5430g6251g2159g4579，塑g5627好，易于g17839行g2476g5430g2164工。g4557于大g4622g4556或塑g5627不太好的金属，生产g990常在g2164热状态g991g17839行塑g5627g2476g5430。
第4章 金属的塑性变形与再结晶
·87·
·87·
在金属热g2164工g17819程中，利用控轧控冷g6228g7427，可以获得良好匹配g5390g19899g5627。
微合金钢控轧g6228g7427应用前景g2325g2010广阔。
本 章 习 题
1,金属塑g5627g2476g5430的主g16213方式g7171什么？g16311释其含意。
2,何谓滑移g19766和滑移方g2533？它们在g7242g1319中具g1319有什么特点？
3,为什么原子密度最大的g7242g19766比原子密度最g4579的g7242g19766更容易滑移？
4,什么g7171滑移系？滑移系g4557金属的塑g5627有何影响？g1319心立方、g19766心立方、密排六方金属，哪种金属塑g5627g2476g5430g14033g2159g5390？g1319心立方和g19766心立方的金属滑移系g11468g2528g1306g19766心立方金属g2476
g5430g14033g2159更好，为什么？
5,试比较g991列三种金属：α -Fe、Al、Mgg7242g1319的塑g5627好坏，g5194g16840明原g3252。
6,g7242g1319的孪生g2476g5430g994滑移g2476g5430有何g2318g2047？为什么在g980g14336塑g5627g2476g5430g7477g1226g991，g19168中易g1998g10628
孪g7242，g13443g19093中易g1998g10628滑移带？
7,为什么g4472g9213g991钢的g7242g12902越g13466，g5390度、硬度越高，塑g5627、g19899g5627g1075越好？
8,塑g5627g2476g5430g1363金属的g13464g13467g994g5627g14033g2469生哪g1135g2476化？
9,什么g7171g2164工硬化？有何g4466g19481意g1053？
10,g16840明冷g2164工g2530的金属在回复g994g1889g13479g7242g1016个g19466g8585中g13464g13467g2462g5627g14033g2476化的特点。
11,什么g7171回复？回复g7114金属g5627g14033g2469生哪g1135g2476化？有何g4466g19481意g1053？
12,冷g2164工g994热g2164工的g13432g13512g13464g13467有何g2318g2047？
13,什么g7171g1889g13479g7242g9213度？影响g1889g13479g7242g9213度的g3252g13044有哪g1135？
14,影响g1889g13479g7242g2530g7242g12902大g4579的g3252g13044有哪g1135？在生产中g3926何控制g1889g13479g7242g7242g12902大g4579？
15,什么g7171热g7438g7812控制g6228g7427？
