2.1 纯 金属的结晶
2.2 合金的结晶
2.3 金属的塑性加工
2.4 钢的热处理
2.5 钢的合金化
2.6 表面技术第 2章 金属材料的组织与性能控制 a
2.3.1 金属的塑性变形
2.3.2 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化
2.3.3 金属材料的热加工和冷加工
2.3 金属的塑性加工
2.3.1 金属的塑性变形
1,单晶体的塑性变形
2,多晶体的塑性变形
3,塑性变形对金属组织和性能的影响
1．单晶体的塑性变形单晶体变形的基本形式 —— 弹性变形、塑性变形（滑移 和 孪生）
正应力 使晶格发生 弹性变形 或 断裂切应力 使晶格发生 弹性歪扭 或 塑性变形塑性变形的实质 —— 原子移动到新的稳定位置滑移在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生滑动。
滑移的实现 —— 借助于 位错运动刃型位错运动 动画演示混合型位错运动 动画演示孪生在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）
和晶向（孪生方向）发生切变，产生塑性变形。
黄铜中的孪晶晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使形抗力增大。
晶粒小 → 晶界多 → 变形抗力大 → 强度，硬度 ↑（ 细晶强化 ）
晶粒小 → 变形分散，应力集中小 → 塑性 ↑，韧性 ↑
2．多晶体的塑性变形
3．塑性变形对金属组织和性能的影响
(1) 晶粒拉长,纤维组织 → 各向异性 (沿纤维方向的强度、塑性最大）
变形 10% 100× 变形 40% 100×变形 80% 纤维组织 100×
工业纯铁不同变形度的显微组织
（ 2） 织构绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。
晶粒拉长，但未出现织构。
晶粒拉长，且出现 织构 。
（ 3） 加工硬化 （形变强化 —— 强化材料的手段之一）
加工硬化的原因塑性变形 → 位错密度增加，相互缠结 (亚晶界 )，运动阻力加大 → 变形抗力 ↑
金属在冷变形时，强度、硬度 ↑,塑性、韧性 ↓。
P21,图 1-17
（ 4） 残余内应力 —— 由金属内部不均匀变形引起残余内应力的危害引起零件加工过程变形、开裂。
耐蚀性 ↓
2.3.2 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化
1,回复
2,再结晶
3,晶粒长大
1,回复塑性变形后的金属在低温加热时，发生 回复过程 （ 去应力退火 ）,
位错和点缺陷大大 ↓，内应力显著 ↓,强度、硬度略有 ↓ 。
回复温度 =（ 0.25 ~ 0.3 ） T0
2,再结晶塑性变形后的金属在较高温度加热时，发生 再结晶 过程 （ 再结晶退火 ）：
通过重新形核、长大，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。
加工硬化消除 —— 强度、硬度大大 ↓,塑性、韧性大大 ↑ 。
最低再结晶温度 TR
纯金属 TR =（ 0.4 ~ 0.35） T0
合金 TR =（ 0.5 ~ 0.7） T0
温度单位：绝对温度 ( K )
预变形度对 TR的影响再结晶后的晶粒度加热温度 T↑ → 晶粒直径 D↑
预变形度的影响
3,晶粒长大变形 80%工业纯铁 再结晶退火显微照片 100×
变形 80% 600℃ 退火 8小时变形 80% 400℃ 退火 8小时加热温度 T和 加热时间 t ↑
→ 晶界迁移、晶粒合并长大。
2.3.3 金属材料的热加工和冷加工
1,热加工对组织和性能的影响
2,冷加工对组织和性能的影响
1．热加工对组织和性能的影响热加工 —— 在 TR 以上温度进行的变形加工,如钢材的热锻和热轧。
热加工时，塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除。
热加工对组织和性能的影响
1）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。
2）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械性能。
3）产生 流线 分布 —— 非金属夹杂物沿变形方向分布，引起各向异性。
锻造曲轴 切削加工曲轴
２．冷加工对组织和性能的影响冷加工 —— 在 TR 以下温度进行的变形加工,如低碳钢的冷拔、冷冲 。
冷加工时，无 再结晶过程，与前述塑性变形对组织和性能的影响相同，
如产生加工硬化等。
小结重点要求一般要求
1,金属在冷加工时组织和性能的变化。
2,金属再结晶时组织和性能的变化。
3,加工硬化、细晶强化的概念。
1,塑性变形的本质和滑移机理。
2,热加工对金属组织和性能的影响。
思考题
1,用下述三种方法制成齿轮，那一种方法较为理想？为什么？
（ 1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；
（ 2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；
（ 3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。
2,冷加工与热加工后的金属能否根据其显微组织加以区别？为什么？
3,铜只能通过冷加工并经随后加热才能细化晶粒，而铁则不需要冷加工，只需加热到一定温度即可细化晶粒，分析两者差别的原因。
作 业 2c P 9 ~ 14 week8,Oct 19
2,7),8)
3,6),9),10)
4,3),5)
5,16),17)
作业 2b 参考答案 P 9-10
2,14) 珠光体的本质是：
15) 一块纯铁在 912℃ 发生 α -Fe?γ -Fe转变时，体积将层片状的共析体 ( F + 共析 Fe3C )
16) 在铁碳合金室温平衡组织中，含 Fe3CII最多的合金成分点 为,
减小。
2.11%
,含 Le′ 最多的合金成分点 为,4.3%
17) 用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数为 80%，则此钢的碳的质量分数为,0.77% × 80% = 0.616 %
3,14) 铁素体的本质是碳在 α -Fe中的间隙相。（ ）No
15) 20钢 比 T12钢 的碳质量分数要高。（ ）No
16) 在退火状态（接近平衡组织） 45钢 比 20钢 的塑性和强度都高。
（ ）No
17) 在铁碳合金平衡结晶过程中,只有碳质量分数为 4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。（ ）No
4,10) 奥氏体是,
a,碳在 γ -Fe中的间隙固溶体 b,碳在 α -Fe中的间隙固溶体
c,碳在 α -Fe中的有限固溶体作业 2b 参考答案 P 11-13
12) T10 钢的碳的质量分数为,
a,0.1% b,1.0% c,10%
13) 铁素体的机械性能特点是：
a,强度高、塑性好、硬度低 b,强度低、塑性差、硬度低
c,强度低、塑性好、硬度低
11) 珠光体是一种：
a,单相 固溶体 b,两相混合物 c,Fe与 C的化合物
√
√
√
√
of 2.3 (2a)
2.2 合金的结晶
2.3 金属的塑性加工
2.4 钢的热处理
2.5 钢的合金化
2.6 表面技术第 2章 金属材料的组织与性能控制 a
2.3.1 金属的塑性变形
2.3.2 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化
2.3.3 金属材料的热加工和冷加工
2.3 金属的塑性加工
2.3.1 金属的塑性变形
1,单晶体的塑性变形
2,多晶体的塑性变形
3,塑性变形对金属组织和性能的影响
1．单晶体的塑性变形单晶体变形的基本形式 —— 弹性变形、塑性变形（滑移 和 孪生）
正应力 使晶格发生 弹性变形 或 断裂切应力 使晶格发生 弹性歪扭 或 塑性变形塑性变形的实质 —— 原子移动到新的稳定位置滑移在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生滑动。
滑移的实现 —— 借助于 位错运动刃型位错运动 动画演示混合型位错运动 动画演示孪生在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）
和晶向（孪生方向）发生切变，产生塑性变形。
黄铜中的孪晶晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使形抗力增大。
晶粒小 → 晶界多 → 变形抗力大 → 强度，硬度 ↑（ 细晶强化 ）
晶粒小 → 变形分散，应力集中小 → 塑性 ↑，韧性 ↑
2．多晶体的塑性变形
3．塑性变形对金属组织和性能的影响
(1) 晶粒拉长,纤维组织 → 各向异性 (沿纤维方向的强度、塑性最大）
变形 10% 100× 变形 40% 100×变形 80% 纤维组织 100×
工业纯铁不同变形度的显微组织
（ 2） 织构绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。
晶粒拉长，但未出现织构。
晶粒拉长，且出现 织构 。
（ 3） 加工硬化 （形变强化 —— 强化材料的手段之一）
加工硬化的原因塑性变形 → 位错密度增加，相互缠结 (亚晶界 )，运动阻力加大 → 变形抗力 ↑
金属在冷变形时，强度、硬度 ↑,塑性、韧性 ↓。
P21,图 1-17
（ 4） 残余内应力 —— 由金属内部不均匀变形引起残余内应力的危害引起零件加工过程变形、开裂。
耐蚀性 ↓
2.3.2 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化
1,回复
2,再结晶
3,晶粒长大
1,回复塑性变形后的金属在低温加热时，发生 回复过程 （ 去应力退火 ）,
位错和点缺陷大大 ↓，内应力显著 ↓,强度、硬度略有 ↓ 。
回复温度 =（ 0.25 ~ 0.3 ） T0
2,再结晶塑性变形后的金属在较高温度加热时，发生 再结晶 过程 （ 再结晶退火 ）：
通过重新形核、长大，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。
加工硬化消除 —— 强度、硬度大大 ↓,塑性、韧性大大 ↑ 。
最低再结晶温度 TR
纯金属 TR =（ 0.4 ~ 0.35） T0
合金 TR =（ 0.5 ~ 0.7） T0
温度单位：绝对温度 ( K )
预变形度对 TR的影响再结晶后的晶粒度加热温度 T↑ → 晶粒直径 D↑
预变形度的影响
3,晶粒长大变形 80%工业纯铁 再结晶退火显微照片 100×
变形 80% 600℃ 退火 8小时变形 80% 400℃ 退火 8小时加热温度 T和 加热时间 t ↑
→ 晶界迁移、晶粒合并长大。
2.3.3 金属材料的热加工和冷加工
1,热加工对组织和性能的影响
2,冷加工对组织和性能的影响
1．热加工对组织和性能的影响热加工 —— 在 TR 以上温度进行的变形加工,如钢材的热锻和热轧。
热加工时，塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除。
热加工对组织和性能的影响
1）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。
2）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械性能。
3）产生 流线 分布 —— 非金属夹杂物沿变形方向分布，引起各向异性。
锻造曲轴 切削加工曲轴
２．冷加工对组织和性能的影响冷加工 —— 在 TR 以下温度进行的变形加工,如低碳钢的冷拔、冷冲 。
冷加工时，无 再结晶过程，与前述塑性变形对组织和性能的影响相同，
如产生加工硬化等。
小结重点要求一般要求
1,金属在冷加工时组织和性能的变化。
2,金属再结晶时组织和性能的变化。
3,加工硬化、细晶强化的概念。
1,塑性变形的本质和滑移机理。
2,热加工对金属组织和性能的影响。
思考题
1,用下述三种方法制成齿轮，那一种方法较为理想？为什么？
（ 1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；
（ 2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；
（ 3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。
2,冷加工与热加工后的金属能否根据其显微组织加以区别？为什么？
3,铜只能通过冷加工并经随后加热才能细化晶粒，而铁则不需要冷加工，只需加热到一定温度即可细化晶粒，分析两者差别的原因。
作 业 2c P 9 ~ 14 week8,Oct 19
2,7),8)
3,6),9),10)
4,3),5)
5,16),17)
作业 2b 参考答案 P 9-10
2,14) 珠光体的本质是：
15) 一块纯铁在 912℃ 发生 α -Fe?γ -Fe转变时，体积将层片状的共析体 ( F + 共析 Fe3C )
16) 在铁碳合金室温平衡组织中，含 Fe3CII最多的合金成分点 为,
减小。
2.11%
,含 Le′ 最多的合金成分点 为,4.3%
17) 用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数为 80%，则此钢的碳的质量分数为,0.77% × 80% = 0.616 %
3,14) 铁素体的本质是碳在 α -Fe中的间隙相。（ ）No
15) 20钢 比 T12钢 的碳质量分数要高。（ ）No
16) 在退火状态（接近平衡组织） 45钢 比 20钢 的塑性和强度都高。
（ ）No
17) 在铁碳合金平衡结晶过程中,只有碳质量分数为 4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。（ ）No
4,10) 奥氏体是,
a,碳在 γ -Fe中的间隙固溶体 b,碳在 α -Fe中的间隙固溶体
c,碳在 α -Fe中的有限固溶体作业 2b 参考答案 P 11-13
12) T10 钢的碳的质量分数为,
a,0.1% b,1.0% c,10%
13) 铁素体的机械性能特点是：
a,强度高、塑性好、硬度低 b,强度低、塑性差、硬度低
c,强度低、塑性好、硬度低
11) 珠光体是一种：
a,单相 固溶体 b,两相混合物 c,Fe与 C的化合物
√
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of 2.3 (2a)
