第五节 金属的热变形
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金属材料的热变形行为
金属材料的热变形行为金属材料是工业制造中最常用的材料之一。
金属材料的特性具有很好的机械性能和导电性能，这使得金属材料广泛应用于各种工业领域。
在金属材料加工过程中，热变形技术是一个重要的工艺。
热变形是指在高温下对金属进行成形和加工的过程。
而金属材料在热变形过程中的行为，对于金属加工成型具有非常重要的影响。
1. 热变形的定义及分类热变形是指在一定的温度下，金属材料在外力作用下发生的形状变化现象。
其中，温度是影响热变形的关键因素。
与室温下缺乏可变形的金属不同，温度高于室温的金属可以被加工成各种形状。
热变形主要分为三类：锻造、轧制和挤压。
2. 热变形的影响因素热变形会受到多种影响因素。
其中重要因素为温度、应变速率和压力，还包括材料性质、加工条件和成形工艺等。
温度是影响热变形性能的主要因素，不同金属材料的最佳变形温度不同。
应变速率也非常关键，速率越慢金属材料形变越均匀。
3. 热变形的机理金属材料热变形主要受到两种不同的机理影响：晶体塑性和液态成形。
晶体塑性是指在高温和高应变速率条件下，金属材料被加工成各种形状的过程。
在晶体塑性中，金属材料的分子会在应变载荷下发生塑性变形。
而液态成形则是指金属材料被加热至熔点以上，并采用挤压或者注塑的方法来进行加工。
4. 热变形的优缺点热变形的优点主要在于材料塑性好，易于形变。
而且，热变形可以消除金属材料的微观缺陷和内部应力，从而得到更好的性能。
例如，通过热轧对铝材料进行处理，可以使其成为非常好的加工材料，因为这种方法可以大大提高铝材料的塑性。
另外，热变形还可以省去大量材料消耗，减小加工成本。
然而，热变形也存在缺点。
在热变形过程中，金属材料的显微结构会发生一定的改变，这可能会改变材料的性质。
例如，金属材料在热变形时可能会出现不均匀的晶粒结构，这将使得材料的性能发生变化。
另外，热变形会对金属材料表面造成损害，留下不均匀的热变形痕迹。
5. 热变形在工业中的应用热变形在工业中具有广泛的应用。
金属的热胀冷缩ppt
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3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.12.1 209:48: 4309:4 8Dec-20 12-Dec-20
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4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 09:48:4 309:48: 4309:4 8Saturday, December 12, 2020
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5、知人者智，自知者明。胜人者有力 ，自胜 者强。 20.12.1 220.12. 1209:4 8:4309: 48:43D ecembe r 12, 2020
2、两根电线杆之间的电线为什么冬季绷得 紧，夏季绷得松？
图片资料
天桥 路面
空隙
图片资料
空 隙
生活中还有许多热胀冷缩的现 象
1、伸缩的桥梁之间有空隙
2、水泥板路面之间有空隙等等
3、瓶子盖拧不下来，用热水把瓶盖烫一烫 就能拧下来
回想：
这几节课你学到了哪些知识？
液体（水）有热胀冷缩的性质 气体（空气）有热胀冷缩的性质 固体（铜和钢）金属的热胀冷缩
1、加热金属球，金属球 不能 通过金属 圈。说明金属在温度 升高 时，体积 变大 。
2、把金属球浸入烧 时，体积 变小 。
小结：固体也有热胀冷缩现象。
活动二:使用铝条等材料酒精灯设计一个铝 条是否会热胀冷缩的实验
资料一
大多数的金属会热胀冷缩，可是有两种金属 就与众不同，它们是热缩冷胀。这两种金属就是 锑和铋。锑的这种奇特性质曾被用在印刷上，早 些年印刷书报用的铅字就掺有锑。所说的铅其实 是铅和锑的合金，当熔化了的合金浇进铜模里冷 却凝固时，由于锑热缩冷胀，字的笔画会十分清 晰，而且经久耐用。
资料二：钢轨断裂成几段的原因？
温度每变化1℃，1米长的钢轨大约伸缩 0.000018米，假如一年中气温变化60℃ 那么1千千米长的铁路就要伸缩708米， 如果不留缝隙冬天受冷收缩，就会被冻 裂成几段，夏天钢轨受热膨胀，就会变 得七扭八歪，有的朝上拱起。因为有热 胀冷缩，所以钢轨之间必须有缝隙。
材料科学基础-回复与再结晶
3.亚晶界迁移、亚晶长大形核
亚晶迁移机制：层错能较低时，位错密度较大的亚晶界，向位向差较大 的周围亚晶方向迁移，并逐渐转化为大角晶界，成为成核中心并长大
再结晶核心的长大
➢ 长大实质：具有临界曲率半径的大角界面向变形基体迁移 消耗变形基体至全部消失 ➢ 驱动力：新晶粒与周围畸变母体之间的应变能差。低能区 兼并高能区
变形程度（% CW）
临界变形量（度）：给定温度下
发生再结晶需要一个最小变形量 （程度），一般金属约为2~10%
再结晶后晶粒的大小
约翰逊-梅厄方程：
d
常数
×
(
G N
1
)4
d — 再结晶晶粒尺寸；N — 形核率；G — 长大速率
— 变形量的影响：
临界变形度下再结晶得到特别粗大晶粒；变形 量大于临界变形量后，变形越大，晶粒越细小
特征： 1.组织不发生变化； 2.宏观一类应力全部消除，微观二类应力大部分消除； 3.一般力学性能变化不大，某些物理性能有较大变化； 4.变形储能（回复再结晶驱动力）在回复阶段部分释放。
1.低温回复
回复过程机制
主要与空位变化相关
原因：金属中的空位具有平衡浓度，冷变形形成过饱和 空位在低温回复中消失以保持平衡浓度，使能量降低。
再结晶性能变化
— 硬度明显下降：正在消除 加工硬化的影响 — 储能释放明显提高：将释 放90%的变形总储能，用于再 结晶的形核与长大 — 亚晶粒尺寸明显变大：新 的晶粒替代亚晶粒 — 电阻率持续下降：无畸变 新晶粒出现，点缺陷减少
再结晶过程机制
1.晶界弓出形核（应变诱导晶界移动、凸出形核） 特点：变形程度较小时（小于20% CW），晶粒间变形不均匀、位错密度
-
Q RT
【材料科学基础】必考知识点第八章
2020届材料科学基础期末必考知识点总结第八章回复与再结晶第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化一回复与再结晶回复：冷变形金属在低温加热时，其显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。
再结晶：冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。
二显微组织变化（示意图）回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化；再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。
晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。
三性能变化1 力学性能（示意图）回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。
再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。
晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降。
2 物理性能密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；电阻：电阻在回复阶段可明显下降。
四储存能变化（示意图）1 储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分（～10％）变形功。
弹性应变能（3～12％）2 存在形式位错（80～90％）点缺陷是回复与再结晶的驱动力3储存能的释放：原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放。
五内应力变化回复阶段：大部分或全部消除第一类内应力，部分消除第二、三类内应力；再结晶阶段：内应力可完全消除。
第二节回复一回复动力学（示意图）1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系ln(x0/x)=c0t exp(-Q/RT)x0 –原始加工硬化残留率；x－退火时加工硬化残留率；c0－比例常数；t－加热时间；T－加热温度。
2 动力学曲线特点（1）没有孕育期；（2）开始变化快，随后变慢；（3）长时间处理后，性能趋于一平衡值。
二回复机理移至晶界、位错处1 低温回复：点缺陷运动空位＋间隙原子缺陷密度降低（0.1~0.2Tm）空位聚集（空位群、对）异号位错相遇而抵销2 中温回复：位错滑移位错缠结重新排列位错密度降低（0.2~0.3Tm）亚晶粒长大3 高温回复：位错攀移（＋滑移）位错垂直排列（亚晶界）多边化（亚（0.3~0.5Tm）晶粒）弹性畸变能降低。
-5金属的热变形
位错增殖速率＝位错消失速率
稳态流变阶段（无加工硬化）
动态回复时的真应力—应变曲线
位错构成亚晶界，形成亚晶，保持等轴状
高应变速率：三个阶段
加工硬化阶段(0<ε<εc) 动态再结晶的初始阶段(εc<ε<εs) 稳态流变阶段(ε≥εs)。 低应变速率：交替硬化-软化 加工硬化阶段(0<ε<εc)，位错增殖 慢 动态再结晶软化，曲线下降——继
4.带状组织
——沉淀相沿变形方向分布 ——各向异性
20钢 热轧
40钢 热轧
发展史：
1920年，ROSENHAIN等发现Zn-4Cu-7Al合金在低速弯曲时，可 以弯曲近180度。 1934年，英国的C.P.PEARSON发现Pb-Sn共晶合金在室温低速拉 伸时可以得到2000%的延伸率。 1945年前苏联的A.A.BOCHVAR等发现Zn-Al共析合金具有极高 延伸率，提出“超塑性”名词。 1964年，美国的W.A.BACKOFEN提出了应变速率敏感性指数的
动态再结晶的真应力-真应变曲线
续再结晶驱动力减小——硬化占优，
曲线上升——再结晶驱动力增大— —动态再结晶软化——下降－上升 － ……
动态回复
适应材料 软化机制 组 织 高层错能材料
（位错不易扩展，易攀移、交滑移）
动态再结晶
低层错能材料 变形造成的畸变与 无畸变晶粒的形成平衡 中心有畸变的极细等轴晶 强度优于稳态 （静态）再结晶 无影响 晶粒细化
概念，为超塑性研究奠定了基础。
条件：
1．超细晶（≤10m），两相组织 2．形变温度0.5~0.65T熔
3．很低的应变速率0.01~0.0001 mm/s
现象：
(完整版)5.4热变形和动态回复再结晶
3.动态再结晶组织
• 动态再结晶在应变速率较低时通晶界弓出形核，这是由于晶
界局部被缠结位错构成的亚晶界钉扎，同时弓出段两侧存在着 较大的应变能差；在应变速率较高时以亚晶合并长大方式形核， 这是由于位错缠结形成较多的亚晶粒，使晶界被钉扎点间的距 离缩小，可弓出段长度太小，以致弓出形核难以实现。 • 其长大是通过新形成的大角度晶界及随后移动的方式进行 • 其特点：反复形核、有限长大，晶粒较细。动态再结晶的晶 粒为等轴晶粒组织，晶粒较为细小，大小不均匀，晶界呈锯齿 状，等轴的等轴晶内存在被缠结位错所分割成的亚晶粒，其尺 寸取决于应变速率和变形温度。由于具有较高的位错密度和位 错缠结存在，这种组织比静态再结晶组织具有较高的强度和硬 度。 • 应用：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、快的冷却 速度可获得细小晶粒。
2.热加工特点
在热加工过程中，金属同时进 行着两个过程：形变强化和再 结晶软化(如下图)。塑性变形 使金属产生形变强化，而同时 发生的再结晶(称为动态再结晶) 过程又将形变强化现象予以消 除。因此，热加工时一般不产 生明显加工硬化现象。
热加工过程中的动态再结晶示意图
热加工时，硬化过程与软化过程是同时进行的，按其特 征不同，可分为下述五种形式： • (1) 动态回复 • (2) 动态再结晶
再结晶开始，其软化作用随应变增加而上升的幅度逐渐降低， 当σ>σmax时，动态再结晶的软化作用超过加工硬化，应力随
应变增加而下降（εc ≤ε<εs）。
第三阶段—稳定流变阶段：随真应变 的增加，加工硬化和动态再结晶引起的 软化趋于平衡，流变应力趋于恒定。但 当ε以低速率进行时，曲线出现波动， 其原因主要是位错密度变化慢引起。 （ε≥εs）
1/d = a + blog[εexp（Q/RT）] a、b为常数
金属变形原理PPT课件
化学过程
金属在变形过程中可能发生化学成分 和组织结构的变化，如碳化物的析出 、马氏体相变等。
金属变形的原理
03
金属变形的微观机制0102 Nhomakorabea03
位错滑移
金属内部存在位错，在外 力作用下，位错沿滑移面 移动，导致金属发生塑性 变形。
孪生变形
在特定的温度和应力条件 下，金属会发生孪生变形， 即晶体结构发生对称性变 化，导致形状改变。
金属变形的挑战与未
05
来发展
金属变形过程中的缺陷控制
热处理
01
通过控制温度和时间，调整金属内部结构，提高金属的塑性和
韧性，减少变形过程中的开裂和断裂。
合金化
02
通过添加合金元素，改变金属的力学性能和加工性能，提高金
属的抗变形能力。
加工工艺优化
03
采用先进的加工工艺，如精密铸造、锻造、轧制等，减少金属
将金属材料弯曲成所需形状的过程， 如折弯、卷边等。
金属磨削
通过磨料和研磨液的相互作用，将金 属表面磨削至所需精度和光洁度的过 程。
金属成型
铸造
将熔融的金属倒入模具中，冷却 后获得所需形状的金属零件的过
程。
锻造
通过施加外力使金属坯料变形， 以获得所需形状和性能的金属零
件的过程。
焊接
将两块金属材料通过熔融连接在 一起，以形成所需形状和结构的
THANKS.
02
金属变形的定义
金属变形是指金属在外力作用下发生 的形状和尺寸变化。
金属变形的过程涉及到原子或分子的 重新排列，导致金属的晶体结构和物 理性质发生变化。
金属变形的类型
弹性变形
金属在弹性极限内发生的可逆变 形。
塑性变形
金属在变形过程中可能发生化学成分 和组织结构的变化，如碳化物的析出 、马氏体相变等。
金属变形的原理
03
金属变形的微观机制0102 Nhomakorabea03
位错滑移
金属内部存在位错，在外 力作用下，位错沿滑移面 移动，导致金属发生塑性 变形。
孪生变形
在特定的温度和应力条件 下，金属会发生孪生变形， 即晶体结构发生对称性变 化，导致形状改变。
金属变形的挑战与未
05
来发展
金属变形过程中的缺陷控制
热处理
01
通过控制温度和时间，调整金属内部结构，提高金属的塑性和
韧性，减少变形过程中的开裂和断裂。
合金化
02
通过添加合金元素，改变金属的力学性能和加工性能，提高金
属的抗变形能力。
加工工艺优化
03
采用先进的加工工艺，如精密铸造、锻造、轧制等，减少金属
将金属材料弯曲成所需形状的过程， 如折弯、卷边等。
金属磨削
通过磨料和研磨液的相互作用，将金 属表面磨削至所需精度和光洁度的过 程。
金属成型
铸造
将熔融的金属倒入模具中，冷却 后获得所需形状的金属零件的过
程。
锻造
通过施加外力使金属坯料变形， 以获得所需形状和性能的金属零
件的过程。
焊接
将两块金属材料通过熔融连接在 一起，以形成所需形状和结构的
THANKS.
02
金属变形的定义
金属变形是指金属在外力作用下发生 的形状和尺寸变化。
金属变形的过程涉及到原子或分子的 重新排列，导致金属的晶体结构和物 理性质发生变化。
金属变形的类型
弹性变形
金属在弹性极限内发生的可逆变 形。
塑性变形
第7章 《材料科学》回复与再结晶.
（7.1）
式中t为恒温下的加热时间，x为冷变形导致的性能增量经加热后的残留分数，c为 与材料和温度有关的比例常数，c值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点：
c c0eQ RT
（ 7.2）
式中Q为激活能，R为气体常数(8.31×10-3J/mol·K)，c0为比例常数，T为绝对温度。 将式7.2代入方程7.1中并积分，以x0表示开始时性能增量的残留分数，则得： （ 7.3）
特点： ①无孕育期； ②开始变化快，随后变慢； ③长时间处理后，性能趋于一平衡值； ④加热温度越高，回复程度也越高； ⑤变形量越大，初始晶粒尺寸越小， 有助于加快回复速率。
图 同一变形度的Fe在不同温度等温退火后的性能变化曲线
§7.2 回复
§7.2.2 回复动力学
回复特征通常可用一级反应方程来表达，即：
再结晶：经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒 的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。
（再结晶是一个显微组织彻底改组、变形储能充分释放、性能显著变化的过程。）
形核的两种方式：晶界凸出形核、亚晶形核。
（1）晶界凸出形核----晶核伸向小位错胞晶粒(畸变能较高域)内
对于变形程度较小的金属（一般小于20%），再结晶晶核往往采用凸出形核机制生 成，如图所示。
※ 注：实际再结晶退火温度一般比上述温度高 100～200℃。 19
§7.3
再结晶
§7.3.4 影响再结晶的因素
（1）退火温度 ----温度越高，再结晶速度越大。 （2） 变形量 ----变形量越大，再结晶温度越低；随变形量增大，再结晶 温度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。 （3） 原始晶粒尺寸 ----晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。 （4） 微量溶质元素 -----阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。 （5）第二分散相 ----间距和直径都较大时，提高畸变能，并可作为形核核心， 促进再结晶；直径和间距很小时，提高畸变能，但阻碍晶 界迁移，阻碍再结晶。
式中t为恒温下的加热时间，x为冷变形导致的性能增量经加热后的残留分数，c为 与材料和温度有关的比例常数，c值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点：
c c0eQ RT
（ 7.2）
式中Q为激活能，R为气体常数(8.31×10-3J/mol·K)，c0为比例常数，T为绝对温度。 将式7.2代入方程7.1中并积分，以x0表示开始时性能增量的残留分数，则得： （ 7.3）
特点： ①无孕育期； ②开始变化快，随后变慢； ③长时间处理后，性能趋于一平衡值； ④加热温度越高，回复程度也越高； ⑤变形量越大，初始晶粒尺寸越小， 有助于加快回复速率。
图 同一变形度的Fe在不同温度等温退火后的性能变化曲线
§7.2 回复
§7.2.2 回复动力学
回复特征通常可用一级反应方程来表达，即：
再结晶：经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒 的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。
（再结晶是一个显微组织彻底改组、变形储能充分释放、性能显著变化的过程。）
形核的两种方式：晶界凸出形核、亚晶形核。
（1）晶界凸出形核----晶核伸向小位错胞晶粒(畸变能较高域)内
对于变形程度较小的金属（一般小于20%），再结晶晶核往往采用凸出形核机制生 成，如图所示。
※ 注：实际再结晶退火温度一般比上述温度高 100～200℃。 19
§7.3
再结晶
§7.3.4 影响再结晶的因素
（1）退火温度 ----温度越高，再结晶速度越大。 （2） 变形量 ----变形量越大，再结晶温度越低；随变形量增大，再结晶 温度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。 （3） 原始晶粒尺寸 ----晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。 （4） 微量溶质元素 -----阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。 （5）第二分散相 ----间距和直径都较大时，提高畸变能，并可作为形核核心， 促进再结晶；直径和间距很小时，提高畸变能，但阻碍晶 界迁移，阻碍再结晶。
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七、超塑性变形机理
晶界滑动和扩散蠕变联合机理：在晶界滑移的同时，伴随有扩 散蠕变，对晶界滑移起调节作用的不是晶内位错的运动，而是原 子的扩散迁移。 4个六边形晶粒在应力作用下， 通过晶界滑动、转动和原子的定向 扩散(体扩散和晶界扩散)，晶粒形 状由初始状态，经过中间状态，变 为最终状态。最终和初始状态的晶 粒形状相同，但位置发生了变化。 因此，超塑性变形时，试样的宏 观变化是依靠晶粒的换位，而这种 换位又是通过晶界的滑动与扩散来 完成的。
亚组织：等轴的亚晶粒。 变形开始阶段，加工硬化效果强，位错密度 增加，金属形成位错缠结和位错胞，构成亚晶界。 因为是在高温下变形，位错可通过攀移、交 滑移，使异号位错相遇，彼此抵消而破坏已形成 的亚晶界；同时在另一些地方又有新的亚晶界形 成，从而保持恒定的亚晶平均尺寸。
铝在400℃挤压所形成的动态回复亚晶 a)光学显微组织（偏振光 430×）；b)透射电子显微组织
WC =0.3%的碳钢铸态和锻态力学性能比较
状态 σb(Mpa) σ0.2(Mpa) δ(%) φ(%) ak(J/cm2)
锻态
铸态
530
500
310
280
20
15
45
27
56
28
2、形成流线，使材料出现各向异性
流线：夹杂物、第二相Байду номын сангаас偏析等沿变形方向 分布，在经浸蚀的宏观磨面上出现的纤维组织。 顺流线方向性能高(特别是塑、韧性)，垂直 于流线方向性能较差。
易发生动态再结晶的金属： 层错能低的面心立方金属，如：Cu、Ni、γ-Fe及奥氏 体不锈钢等，其位错的交滑移和攀移难进行。 动态再结晶组织的性能： 强度低于动态恢复组织的强度，但高于静态再结晶后 的强度。因为晶内还有位错缠结。 控轧控冷： 较高应变速率下，材料中始终有动态再结晶晶核存在， 热变形后在高温停留时间长了，要发生静态再结晶和晶粒 长大。 因此，要将热变形获得的细小晶粒保留下来，要控制 热变形的终止温度和热变形后的冷却。如控轧控冷工艺。
五、影响细晶超塑性的主要因素
1、应变速率 在 较低或较高时，m值都较小， m在 适中时，m值 最大。 2、变形温度 温度高于或低于某一温度范围，不出现超塑性。一般合 金超塑性温度在0.5Tm左右。 只有应变速率和变形温度综合作用，获得最大m值，合金 才能表现出最好的超塑性状态。 3、组织 要求金属具有超细、等轴、双相及稳定的晶粒。
当温度一定，变形 速率增大时，曲线整体 向上移动，即稳定流变 的应力增大； 当变形速率一定， 温度升高时，曲线整体 向下移动，即稳定流变 应力下降；
动态回复阶段的应力-应变 曲线 （工业纯铁，700℃）
2、组织结构的变化
显微组织：晶粒沿着变形方向伸长而呈纤维状。
铝在400℃挤压所形成的纤维组织（纵向，偏振光 ）40×
条件应力-应变曲线上，当条件应力达到最大值后， 随变形程度的增加而下降，而变形量可达很大的数值。 真实应力-应变曲线上，真应力几乎不随变形程度的 增加而变化。
超塑性材料的条件应力-应变曲线
超塑性材料的真实应力-应变曲线
2、流动应力(真应力)对变形速率极其敏感
特征方程： c—决定于试验条件的材料常数； m—应变速率敏感性指数。它反映材料抗局部收缩或产 生均匀拉伸变形的能力。 m 是表征超塑性的一个重要指标。 m值大，流动应力会随应变速率的增大而急速增大。 如试样某处有局部缩小，该处应变速率加大，继续变 形所需应力也随之剧增，阻止了该处断面的继续减小，促 使变形向别处发展而趋于均匀，最终获得更大的伸长率。 m=1，上式即为牛顿粘性流动公式，c为粘性系数。普 通金属，m=0.02~0.2；超塑性金属，m=0.3~1.0；m值越大， 伸长率越大。
碳钢和轴承钢的伸长率δ与温度循环次数n之间的关系 试验温度幅度：538 ～ 816℃；定负荷：σ=17.6MPa）
三、动态（相变）超塑性的影响因素
加热温度：相变温度上、下； 加热、冷却速度：要高； 热循环幅度：要大； 循环次数：要多； 施加应力：要小。
四、细晶超塑性变形的力学特征
1、应力-应变曲线
影响亚晶尺寸的因素：
形变温度：形变温度高，亚晶尺寸大； 形变速率：形变速率小，亚晶尺寸大。 应变与回复同时进行，避免了冷加工效果的积 累，位错密度较冷变形时低。 动态回复产生的亚组织，不能靠综合冷加工和 静态回复两个过程迭加得到。 动态回复亚组织：位错密度较高，亚晶尺寸较 小； 冷加工+静态回复亚组织：位错密度较低，亚 晶尺寸较大。
Mg-Al共晶合金在350℃变形时流变应力σ和应变速率敏 感指数m随应变速率 的变化（晶粒尺寸：10.6μm）
晶粒越细，真应力越低，伸长量(或m值)越 大，且最大塑性移向高应变速率一边。一般 φ>10μm，难实现超塑性。 等轴晶，以便有数量多，且短而平坦的晶界。 组织为双相，可使母相和第二相晶粒，相互 阻止对方的晶粒长大. 组织稳定，则在变形过程中，晶粒长大速度 缓慢，以便在保持细晶的条件下有充分的热变形 持续时间
㈡动态再结晶
1、真应力-真应变曲线 高应变速率，较低温度下： 连续动态再结晶。 0<ε<εc：加工硬化阶段； εc<ε<εs：动态再结晶初始阶 段； ε>εs：稳定流变阶段，(形变 硬化与再结晶软化达到动态 平衡)。 εc—开始发生动态再结晶的 临界变形量。
真应力
发生动态再结晶时的真应力-真应变 曲线的特征
动态回复组织的性能： 强度较冷变形组织低，较静回复和再结晶组 织强度高，因为材料屈服强度随亚晶粒的细化而 提高。 保留动回复组织，已应用于提高铝镁合金挤 压型材的强度。 易发生动态回复的金属： 层错能高的金属，如Al、Al合金、纯铁、铁 素体钢等，其位错的交滑移和攀移容易进行。 层错能低的金属，在变形量较小时，通常也 只发生动态回复。
第五节 金属的热变形
一、动态回复与动态再结晶
前面讨论的回复和再结晶是在金属冷变 形后的加热过程中发生的，称为静态回复和 静态再结晶。
金属在较高温度下变形时，也能发生回 复和再结晶，称为动态回复与动态再结晶。
㈠动态回复
动态回复：材料在变 形过程中发生的回复。 1、应力-应变曲线
真应力
常数
第六节
一、基本概念
超塑性
超塑性：材料在低载荷作用下，拉伸试验伸长率 δ>200%的现象。 超塑性的特点： 大伸长率，可高达百分之几千； 无缩颈，截面均匀缩小， ψ可接近100%； 低流动应力，只有几个到几十个MPa，且非常敏感地 依赖于应变速率； 易成形，加工时无加工硬化。超塑性成形时具有极好 的流动性和充填性，能加工出复杂而精确的零件。
二、热变形
1、热加工与冷加工
热加工：金属在再结晶温度以上的加工变形。 实质：变形中加工硬化与动态软化同时进行 的过程。 动态软化包括：动态回复和动态再结晶。 冷加工：形变时只发生加工硬化的加工变形。 冷、热加工不能以加工温度的高低来区分， 而应根据其再结晶温度来判定。
例：钨，T再=1200℃，1000℃的加工仍属 冷加工； 而铅， T再<15℃，20℃时的加工变形应属 热加工。 热加工时，有动态软化可以消除加工硬化(至 少部分消除)，因此热加工中金属一直保持较高的 塑性，可连续地进行大变形量加工。 主要用于截面尺寸较大、变形量较大的产品， 以及脆性较大的金属材料。 温度高，流变强度下降，形变阻力小，动力 消耗较少。
三、热加工对金属组织和性能的影响
1、提高材料致密性和力学性能
热加工可消除铸造材料中的某些缺陷，如焊 合气孔、疏松；部分消除偏析；打碎粗大的柱 状晶和树枝晶；改善夹杂物或脆性相的形态与 分布。
提高材料的致密性，细化晶粒，提高材料的 力学性能，特别是塑、韧性比铸态有显著提高。 受力复杂，负荷较大的重要工件，都要经过 热加工。
二、超塑性的种类
1、细晶超塑性： 在一定的恒温下，在应变速率和晶粒度都满足的条件下 所呈现的超塑性。又称结构超塑性或恒温超塑性。 恒温：0.5~0.7Tm；应变速率：10-1~10-4s-1；晶粒直径： <10μm。 2、相变超塑性： 金属具有相变或同素异构转变，在一定外力作用下，使 金属在相变温度附近反复加热和冷却，经过一定的循环次 数后，出现的超塑性。又称动态超塑性。 近几年研究发现：动态超塑性成形后，对形状有记忆效 果。变形后进行无载荷热循环，可使其形状恢复。
镍在 934℃形变时通过动态再结 晶形成的再结晶晶粒中的缠结位 错（透射电子显微组织）
1.63 102 sec1 ， 7.0) (
镍通过动态再结晶与静态再结晶所形 成的晶粒尺寸与流变应力之间的关系
影响动态再结晶晶粒尺 寸的因素： 流变应力：流变应力越高， 动态再结晶后晶粒尺寸越小。 应变速率：应变速率越高， 晶粒尺寸越小。 变形温度：形变温度低， 晶粒尺寸小。 变形程度：变形程度大， 晶粒尺寸小。
真应力
这一过程不断重复，并呈周期性的变化，曲 线呈波浪状，其周期大体相同，但振幅逐渐衰减。
动态再结晶阶段的应力-应变曲线 a)应变速率的影响；b)变形温度的影响
2、组织结构的变化
显微组织： 非常细小的等轴晶粒，晶内还有 细小的亚晶和一定程度的位错缠结。 形核及长大方式： 与静态再结晶类似。 原因： 动态再结晶形核长大期间，同时 进行着形变，未再结晶区不断有动态 再结晶晶核形成，并只发生有限的长 大；已再结晶的晶内继续遭受变形， 可重复发生动态再结晶。
低碳钢热加工后的流线
流线方向对45钢力学性能的影响
钢坯测定方向
纵向
σb(Mpa) σ0.2(Mpa) δ(%) φ(%)
715 470 17.5 62.8
ak(J/cm
2)
62
横向
675
440
10.0 31.0
30
曲轴流线分布
受力简单的零件，热 加工时应使流线与零件 工作时受到的最大拉应 力方向一致，而与外加 的切应力和冲击方向相 垂直。 右图 (a)流线分布正确， (b) 不正确。 易受疲劳剥蚀的零件， 应尽量使流线与工作表 面平行，不在工作表面 露头。(轴承套圈) 受力复杂零件，不要 有明显的流线分布，则 镦粗和拔长结合。