变形金属在加热过程中的变化

教学情境三　变形金属在加热过程中的变化

学习与训练子目标

掌握塑性变形后金属在加热过程中不同阶段的变化

金属经塑性变形后，其组织处在不稳定的状态，具有自发地恢复到原来稳定状态的趋势。但在常温下，由于原子的活动能力很弱，不能进行恢复。若对塑性变形的金属加热，则原子活动能力增强，就会发生一系列组织与性能的变化，使金属恢复到变形前的稳定状态。随着加热温度的升高，这种变化过程可分为回复、再结晶及晶粒长大3个阶段，如图3-6所示。

图3-6　加热温度对冷塑性变形金属组织和性能的影响

知识点一　回 复

在加热温度不高时，由于原子扩散能力较小，仅能进行短距离扩散，所以，变形的显微组织没有明显变化，机械性能也变化不大，但电阻和内应力显著降低，这一阶段称为回复。

在回复阶段，原子热运动增强，引起晶体缺陷移动，空位和间隙原子相遇后相互抵消，空位与位错发生交互作用而消失，这样就使晶体的缺陷减少，晶格畸变减轻，使残余内应力大大降低。在实际生产中，将回复这种处理工艺称为低温退火或去应力退火。

知识点二　再 结 晶

当塑性变形的金属在回复后继续加热到较高温度时，由于原子活动能力增加，显微组织发生明显变化，使破碎的、拉长或压扁的晶粒转变为均匀细小的等轴晶粒，同时加工硬化与残余内应力完全消失。这一过程称为再结晶。

再结晶也是由成核与晶核长大两个基本过程组成的。晶核主要是在变形后晶格畸变严重、位错缺陷密集的地方先出现，因为那里的能量最高，最不稳定，因此最容易形成晶核。变形程度越大，形成的晶核便越多。晶核形成后，就逐渐向破碎、变形的晶粒中长大，同时又不断形成新晶核，新晶核也不断长大。直到新的内部无畸变的等轴晶粒全部代替了破碎、变形的晶粒之后，再结晶过程结束。

再结晶使金属的显微组织发生了彻底的改变，其强度、硬度显著下降，而塑性和韧性重新提高，加工硬化现象得以消除，金属基本恢复至变形前状态。生产中的再结晶退火就是利用再结晶过程的变化，以消除冷变形加工中产生的加工硬化，便于继续加工。

必须指出，再结晶只是改变了晶粒的外形和消除了因变形而产生的某些晶体缺陷，而新、旧晶粒的晶格类型是完全相同的，所以再结晶不是相变过程。

再结晶也不是一个恒温过程，而是在一定温度范围内进行的。再结晶温度是指再结晶开始时的温度，随条件的不同，可在一个相当宽的范围内变化。影响金属再结晶最低温度的因素有两点：

一是金属的熔点。对于纯度大于99%的金属，其最低再结晶温度T再与熔点T熔间关系可按下列经验公式计算，即

T_再 = (0.35～0.4)T_熔

式中，温度用绝对温度表示。

二是金属的变形程度。没有塑性变形就没有再结晶过程。金属的塑性变形程度越大，金属晶粒破碎的程度越严重，晶格缺陷就越多，畸变越严重，组织也就越不稳定，因此，再结晶温度也就越低。

知识点三　晶 粒 长 大

塑性变形金属经再结晶后，一般都得到细小均匀的等轴晶粒。若再继续升高温度或延长保温时间，则再结晶后形成的新晶粒又会逐渐长大，使金属的机械性能下降。

晶粒粗大会使金属的性能变差，所以应严格控制加热温度和保温时间。另外，塑性变形程度对再结晶后的晶粒度也有较大的影响。例如，当变形程度较小（2%～10%）时，金属晶粒变形不均匀，晶核数少，晶粒大小相差大，易产生吞并而长大；变形程度较大（30%～60%）时，变形均匀，再结晶成核数多，晶粒细小而均匀。

思考与训练

复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。

一、变形金属在加热过程中的变化

1.对塑性变形后的金属加热后的恢复现象叙述正确的是＿＿。

A.强度提高　　 B.硬度提高　　 C.电阻提高　　 D.塑性提高

2.塑性变形后的金属加热后的恢复现象是指＿＿减少。

A.晶体缺陷 　　B.淬火缺陷　　 C.回火脆性 　　D.铸造缺陷

二、再结晶

1.塑性变形后的金属加热时发生＿＿变化。

A.结晶　　 B.再结晶　　 C.结晶后的长大　　 D.重结晶

2.再结晶使塑性变形后的金属晶粒变成＿＿。

A.等轴状　　 B.片状　　 C.不规则状　　 D.团絮状

3.塑性变形后的金属进行再结晶退火可使＿＿消失。

A.残余应力 　　B.加工硬化　　 C.等轴晶粒　　 D.都不对

4.塑性变形后的金属加热时，破碎的晶粒变成了等轴状，说明发生了＿＿。

A.结晶 　　B.再结晶 　　C.重结晶 　　D.二次结晶

5.关于钢的再结晶温度＿＿。

A.低于A1 　　B.高于A1 　　C.低于A3 　　D.高于A3

6.冷加工金属经再结晶退火后，下列错误的是＿＿。

A.其晶粒形状会改变　　　　　　 B.其机械性能会发生改变

C.其晶格类型会发生改变　　　　　 D.其晶粒大小会发生改变

7.再结晶退火作为软化材料的手段，常用于＿＿。

A.冷塑性变形后的零件 　　　 B.淬火件

C.铸件 　　　　　　　D.锻压件

8.碳钢的最低再结晶温度大约为＿＿。

A.250℃　　　 B.450℃ 　　　C.550℃　　　 D.650℃

三、晶粒长大

1.发生再结晶的金属再继续加热，机械性能＿＿。

A.增大　　 B.降低　　 C.不变 　　D.不一定

2.发生再结晶的金属再继续加热，组织＿＿。

A.细化 　　B.粗化　　 C.不变 　　D.都不对

3.钢的热变形是指在＿＿以上进行变形或加工。

A.727℃ 　　B.1 148℃ 　　C.再结晶温度　　 D.都不对

4.冷变形是指金属在＿＿以下进行变形或加工。

A.727℃　　 B.1 148℃ 　　C.再结晶温度　　 D.都不对

5.金属的冷变形产生加工硬化现象，使强度、硬度增加，而＿＿。

A.塑性、脆性下降 　　　　B.韧性、脆性下降

C.塑性、韧性下降　　　　 D.弹性、韧性下降