7 金属组织性能变化规律
εD -------开始发生动态再结晶的临界变形 εr--------动态再结晶产生核心到全部完成再 结晶所需变形量 当εD < εr 发生稳态变形---同时发生几轮动 态再结晶，每一轮处于再结晶的不同阶 段； 当εD > εr非稳态变形—第一轮再结晶结束， 第二轮未开始，软化不起作用。 εD εr受变形条件的影响 变形温度提高和应变速度降低使εD εr降低， 但εr降低的幅度大，结果使εD > εr
不足： 不足：
1、需要加热，不如冷加工简单易行 需要加热， 2、组织与性能不如冷加工均匀和易于控制 3、不如冷加工制品尺寸精确、表面光洁 不如冷加工制品尺寸精确、 4、薄或细的加工制品，由于温降快，尺寸精度差，不易采用热加工 薄或细的加工制品，由于温降快，尺寸精度差，
7.3.1热加工的特点
区别：冷加工有明显的加工硬化效应，
7.3.3 热加工后的软化过程
静态回复：热变形后的金属，若变形程度不
超过临界变形程度时，将会发生静态回复． 影响因素： • 变形温度---随温度的增加，回复速率减慢； • 变形程度—随变形前的变形量增加而增加； • 变形速度---应变速度越高，回复速度越快； • 合金元素---合金元素降低层错能，位错难以 进行攀移、交滑移，阻止回复进行； • 析出物------可以稳定亚晶界，使回复滞后。
亚晶的两种形成方式： 蜂窝状组织：由于多系滑移产生了位错的 交割和缠结，蜂窝状组织。 一方面蜂窝内位错被吸引到蜂窝壁上； 另一方面蜂窝壁上的位错重新调整和排布， 在晶粒内部形成许多亚晶。亚晶内部位错 密度相当低，且亚晶间取向差也很小。 多边化：弯曲的滑移面上，有许多同号刃 位错，使晶体处于较高的应变能状态--多边化过程的驱动力。位错重新分布抵 消，使金属的应变能降低，便把一个晶 粒分成了位向差很小的亚晶粒。
7金属在加工中组织和性能变化的基本规律 7.1金属在冷塑性加工中组织与性能的变化 7.2冷塑性加工后金属在加热时的组织与性 能变化 7.3金属在热塑性加工中组织与性能的变化 冷变形---低于回复和再结晶温度的变形 温变形---高于室温低于再结晶温度的变形 热变形---高于再结晶温度的变形
位错增殖 密度提高 塑性变形时 位错与位错之间 位错与溶质原子之间 相互 位错与第二相 作用 位错数量、分布和组态的变化，使组织结 构发生变化。
7.2.4再结晶织构：具有变形织构的冷加工 金属，经过再结晶退火后，仍具有择优 取向． 定向生长理论 形成机理： 定向形核理论
7.2.5再结晶退火后金属材质的控制 １晶粒大小的控制 • 取决于冷变形量和退火温度，与晶粒尺 寸关系用再结晶图表示；杂质和合金元 素含量越高，再结晶后晶粒越细小；原 始晶粒越细再结晶后晶粒越细；加热时 间越长，晶粒越大． 2.再结晶织构的控制 恰当地选择塑性加工工艺和退火制度，适 当调整化学成分．
（2）各向异性：由于织构的存在导致制品 在不同方向上性能的差异出现各向异 性． 制耳效应：具有织构的板材冲杯的边缘则 出现高低不平的波浪形。把具有波浪形 凸起的部分称为制耳。由于织构而产生 的制耳现象。 利用和避免。
7.1.3．冷变形金属的储存能 储存能：冷变形时所消耗的能量，除变成热能散 失外而保留下来的能量． 存在形式：点缺陷，位错，层错等位能形式 影响储存能多少的因素如下： • 金属材料的内在因素：随金属的熔点降低而减 少，随溶质原子的增多而增大；随晶粒度的减 小而增高；随第二相与基体变形的不协调性的 增加而增加。． • 工艺条件：引起加工硬化的因素，都能使其增 大．变形温度、变形速度、变形程度、不均匀 变形程度。
（3）动态回复的条件：动态过程决定于金 属所处的变形条件和金属层错能． 变形温度高和应变速度慢动态回复速度越 快，达到稳定变形阶段越早，且变形应 力越低；相反，低温快速达到稳定变形 阶段越晚，且变形应力越高。 层错能：高层错能金属（铝），由于扩展 位错窄，易产生交滑移、攀移而相互抵 消，使位错密度降低，储存能降低，易 发生动态回复；低层错能金属易发生动 态再结晶。（溶质原子降低层错能，不 易动态回复，增加了动态再结晶的可能 性）
（1）加工硬化：随着变形程度的增加，强
度和硬度明显增加，塑性迅速下降的现 象．加工硬化率：硬化曲线之斜率，表 示应力随应变提高的速率，θ。图7-9：
单晶体加工硬化曲线分为： 弹性变形阶段：τ< τ c 塑性变形阶段：又分为： • 第一阶段：易滑移阶段， θI很小，为单 系滑移； • 第二阶段：线性硬化阶段， θII远高于θI， 为多系滑移； • 第三阶段：抛物线硬化阶段，θIII有所减 小，为交滑移。 多晶体无单系滑移，由于多系滑移在起 作用，所以加工硬化率比较高。
变形织构 : 多晶体由原来取向杂乱排列的
晶粒，变成各晶粒取向大体趋于一致的 过程叫“择优取向”．具有择优取向的 晶体组织为“变形织构”．描述多晶体 中晶体取向的特征． 塑性加工方式不同，织构分为： • 丝织构：(挤压和拉拔)晶向表示。 • 板织构：(轧制和镦粗)晶向和晶面表示。
7.1.2 性能的变化
而热加工则无．加工硬化和软化（回复、 再结晶）同时出现，软化作用可以抵消 或超过硬化作用。 热加工中的软化过程按其性质分类： 动态回复 变形过程中进行 动态再结晶 亚动态再结晶 静态再结晶 热变形停止或中断时利用 静态回复 余热无载荷作用下发生的
• 高层错能金属热轧加工率较 小（50％）－动态回复 • 低层错能金属热轧加工率较 小（50％）－动态回复，随 后静态回复和静态再结晶 • 高层错能金属热挤压变形程 度大（99％）－挤压中动态 回复，出模孔后静态回复和 静态再结晶 • 低层错能金属热挤压变形程 度大（99％）－挤压中动态 回复和动态再结晶，出模孔 后静态回复、静态再结晶和 亚动态再结晶。
7.1金属在冷塑性加工中组织与性能的变化 7.1.1显微组织的变化 纤微组织: 冷变形后，等轴晶粒沿主变形方 向拉长．变形量很大时，各个晶粒已不 能清楚地辨别出，呈现纤状．如图7-1 亚结构：变形使位错密度迅速提高．当变 形达１０％左右时，高位错密度区将低 位错密度区分隔开来，像在一个晶粒的 内部又出现许多“小晶粒”似的，且取 向差不大．此结构称为胞状亚结构．如 图7-2．当变形量很大时，会形成长条状 的“形变胞”．----亚晶，在原来变 形的金属中重新形成新的无畸变等轴 晶．此过程称为再结晶．是通过形核和 长大的方式来完成的。 （1）组织和性能变化：由破碎的晶粒变成 整齐，由拉长变成等轴；强度，硬度下 降；塑性提高；加工硬化消除；无内应 力． （2）形核机制：晶界弓出（凸出）形核或 亚晶形核。 晶界弓出形核：图7-24 亚晶形核：图7-24
动态再结晶：应力－应变曲线如图所示
1
2
(1)高应变速时:曲线1 (2)低应变速时:曲线2，
曲线1：该曲线在高应变速率下，曲线迅速 升到一峰值，随后由于动态再结晶的发 生而引起软化，最后接近于平稳。此时 硬化过程和软化过程达到平衡，即处于 稳定变形阶段； 曲线2：在低应变速度下，应力应变曲线呈 2 波浪形。每一波峰对应于一新的动态再 结晶开始，此后由于软化作用大于硬化 作用，曲线下降；每一波谷则代表再结 晶完结。此后硬化作用大于软化作用， 而使曲线上升
加工硬化的影响因素如下： • 晶体结构：密排六方单晶体加工硬化率低，单 系滑移，易滑移阶段长；立方晶系，滑移系多， 加工硬化率高。 • 层错能：层错能高的金属材料（铝），扩展位 错窄，易交滑移，故硬化曲线第二阶段短，第 三阶段硬化出现的早，层错能低的金属材料 （铜），扩展位错宽，不易交滑移，故硬化曲 线第二阶段长，第三阶段出现的晚。杂质和合 金元素大多数降低层错能，扩展位错宽。 • 晶粒大小：细晶比粗晶加工硬化率高。 • 变形温度和变形速度：---硬化和软化两个过程 的消长程度。
7.2.3晶粒长大 • 正常晶粒长大：大多数晶粒同时均匀长 大。晶界迁移规律如下： a．小晶粒被大晶粒吞并 b．弯曲晶界总是趋向于平直化。 c．三个晶粒的晶界的交角趋于120°使晶 界处于平衡状态。 d.使晶界外形趋于稳定的正六边形． 异常晶粒长大：由于阻碍晶界迁移的第二 异常晶粒长大： 相或杂质溶人基体金属中，使晶界得以 迁移而急剧长大；或位向差大引起异常 晶粒长大．---降低机械性能，应避免。
7.1.4．其它性能的变化 • 金属密度的变化：冷变形使密度降低． • 导电性能的变化：一般电阻增加，增加 导电性．应综合考虑：位错密度增加和 有向性。 • 耐蚀性能的变化：降低耐蚀性．冷变形
产生的内应力使造成金属腐蚀的一个重 要原因。退火来消除。 要原因。
• 导热下降和改变磁性。
7.2冷塑性加工后金属在加热时组织与性能变化 中间退火---实现冷加工，恢复其工艺塑性。 最终产品热处理----控制成品性能 • 软化的三个阶段： 回复阶段-----加热温度较低时，观察不出组织 的变化； 再结晶阶段-----加热温度超过一定值，组织和 性能发生明显变化，生成无畸变的新晶粒； 晶粒长大-----温度继续升高，晶粒相互吞并和 长大。
7.3金属在热塑性加工中组织与性能的变化 7.3.1热加工的特点 优点：
1、塑性好，断裂倾向小，可采用较大变形量 2、变形抗力低，塑性高，变形达到需要尺寸时，消耗的能量少 3、变形量大，无需中间退火，流程短，效率高 4、可使室温下不能进行塑性加工的金属进行加工 5、开坯，可改善粗大的铸造组织，使疏松和微波裂纹愈合 6、金属组织和性能，可通过不同热加工温度、变形程度、变形速度、 冷却速度和道次间隙时间等加以控制。
εD 的意义：当ε< εr ，发生硬化同时只有动 的意义： 态回复；当ε> εr，发生动态再结晶 态回复；
影响动态再结晶发生的条件： 层错能低，位错密度高，易发生动态再结 晶； 晶界的迁移的难易，金属越纯，动态再结 晶的能力越强，因溶质原子和第二相阻 止晶界迁移，所以妨碍动态再结晶的进 行。
变形温度降低和应变速度提高，使εr增大结 果使εD < εr 。
（3）再结晶温度：经过大量变形的金属在 约1h的保温时间内，能够完成再结晶的 最低加热温度。---温度范围 合理选择退火温度范围 其作用： 选择变形规程重要参数-耐热合金 影响再结晶温度的因素： 变形程度：变形程度 越大，再结晶温度越低
金属在冷和热塑性加工过程中组织和性能变化规律之回复和再结晶PPT文档30页
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END回复和再结晶
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
冷加工和热加工时金属组织的变化及对金属性能的影响
目录绪论 (3)1.1冷塑性变形对金属组织和性能的影响 (3)1.1.1金属组织的变化 (3)1.1.2金属性能的变化 (5)1.1.3冷塑性变形产生残余应力 (7)1.2冷变形金属在加热时组织和性能的变化 (7)2.1热加工变形对组织和性能的影响 (8)2.1.1热加工的变形特点 (8)2.1.2金属的组织性能的变化 (8)3.1影响塑性的因素 (10)3.1.1组织的影响 (10)3.1.2铸造组织的影响 (10)结束语 (1)冷加工和热加工时金属组织的变化及对金属性能的影响摘要：工业上使用的大部分金属制品，是在制成铸锭后在经压力加工形成半成品或成品的。
由于压力加工中，可借助塑性变形使金属获得一定的形状和尺寸，而且还可以使铸态金属的组织与性能得到改善。
因此，本文通过研究冷加工与热加工时金属组织与性能的变化，可改进金属加工工艺，提高质量，合理使用金属。
关键字：冷加工、热加工、组织、性能绪论：本文根据金属学及热处理，材料成型与控制技术，塑性变形与轧制原理等教材，综合阐述金属材料组织与性能在经过塑性变形时产生的变化和影响。
主要通过三个方面：冷加工、热加工、影响塑性的因素来分别介绍金属组织的变化与性能的影响，分析了金属材料组织结构与性能相对塑性变形的关系和变化规律，以及提高金属材料性能，充分发挥材料潜力的途径。
1.1 冷塑性变形对金属组织和性能的影响经过冷变形（如冷轧、拉拔和冷冲等）后的金属，由于组织结构的特征表现为加工硬化，随着变形程度的增加，加工硬化现象也将更加显著，其性能也将相应的发生变化。
1.1.1 金属组织的变化1.1.1.1 晶粒被拉长成纤维状在冷变形中，随着金属外形的改变，其内部晶粒的形状也大体上发生相应的变化，即均沿最大主变形方向被拉长、拉细或压扁，如图1-1所示。
图1-1 冷轧前后晶粒形状变化a-变形前的退火状态组织b-变形后的冷轧变形组织在晶粒被拉长的同时，京间夹杂物和第二相也跟着被拉长或拉碎呈点链状排列，这种组织称为纤维组织。
各种元素在金属材料中的性能和组织的影响和作用
各种元素在金属材料中的性能和组织的影响和作用金属材料是指由金属元素组成的材料，其性能和组织对材料的性质和用途具有重要影响和作用。
首先，金属元素的选择对金属材料的性能和组织具有重要影响。
不同的金属元素具有不同的性质，如硬度、延展性、塑性等。
例如，钢铁主要由铁和少量的碳组成，碳的含量不同可以得到不同类型和性能的钢材。
其他金属元素如铝、镁、铜、锰等也常用于制造金属材料，不同的合金组成可以得到不同的性能。
其次，金属材料的性能受到其晶体结构和晶体缺陷的影响。
金属材料的晶体结构为紧密堆积，其中原子的排列顺序和晶格结构决定了材料的性能。
晶体缺陷包括晶界、位错等，对材料的力学性能和热处理响应具有重要影响。
例如，在金属材料中添加合适的晶格缺陷可以提高材料的强度和硬度。
另外，金属材料的成分和处理工艺会影响材料的微观组织。
不同的成分可以形成不同的晶体结构，如α铁、β铁等。
同时，加热和冷却过程中的热处理工艺也会影响材料的晶粒大小、晶界形态等微观结构特征。
例如，通过控制加热和冷却速率，可以获得不同尺寸的晶粒，从而影响材料的硬度、延展性等性能。
此外，金属材料中的相变现象也对其性能和组织具有重要影响。
相变包括固-固相变和固-液相变等，通过相变过程可以调控材料的组织和性能。
例如，铁素体和奥氏体的相互转变可以通过控制温度和合金成分来实现，这对于调控钢材的硬度、韧性等性能具有重要作用。
最后，金属材料中的晶界、孪晶等结构也对其性能和组织具有显著影响。
晶界是不同晶粒之间的界面，而孪晶是晶体中的一种特殊缺陷结构。
这些结构的形成和特性对材料的塑性、韧性等性能具有重要影响。
例如，材料中的孪晶结构可以提高其抗拉强度和耐蚀性。
综上所述，金属材料中各种元素的性能和组织对材料的性质和用途具有重要影响和作用。
了解和控制这些影响因素对于设计和制造高性能金属材料至关重要，能够满足不同领域的需求并推动相关行业的发展。
实验3.金属冷变形及再结晶对组织和性能的影响[整理]
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实验3. 金属冷变形及再结晶对组织和性能的影响一、实验概述金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。
在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。
(一) 冷塑性变形对金属组织与性能的影响若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。
冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。
金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。
当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。
同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。
图6-1为工业纯铁经不同程度变形的显微组织。
图6-1 工业纯铁冷塑性变形后组织(150X)a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70%金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。
此外，在金属内部还产生残余应力。
一般情况下，残余应力不仅降低了金属的承载能力，而且还会使工件的形状与尺寸发生变化。
(二) 冷塑性变形后金属在加热时组织与性能的变化金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。
但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。
若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。
1．回复当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。
此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。
但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。
塑性变形对金属组织性能的影响
塑性变形对金属组织性能的影响塑性变形是指金属在外力作用发生不可恢复的变形。
因为金属在变形过程中承受很大的外力，所以金属的组织和性能一定会发生变化。
由于金属发生塑性变形时的温度不同，所以金属塑性变形可以根据变形温度分为冷变形，温变形，热变形。
在不同的温度下，金属发生塑性变形时其组织和性能会发生不同的变化。
1.冷塑性变形对金属组织和性能的影响金属发生塑性变形时其变形机制主要有位错的滑移，孪生，扭折，高温下还有晶界滑动和扩散蠕变等方式。
在这些变形方式下，金属的组织会在晶粒形状尺寸，亚结构等方面产生变化，还会产生变形织构等。
在位错的运动过程中，位错之间，位错与溶质原子，间隙原子，空位之间，位错与第二相质点之间都会发生相互作用，引起位错数量，分布的变化。
从微观角度来看，这就是金属组织结构在塑性变形过程中发生的主要变化。
随着金属变形的进行及程度的增加，金属内部的位错密度开始增加，这是因为位错在运动到各种阻碍处如晶界，第二相质点等会受到阻碍，位错就会不断塞积和增值，直到可以使得相邻晶粒内的位错发动才能继续运动。
同时位错运动时所消耗的能量中会有一小部分没有转换成热能散发出去，反而会以弹性畸变能的形式存储在金属内部，使金属内部的点阵缺陷增加。
金属冷塑性变形后还会造成金属内部的亚结构发生细化，如原来在铸态金属中的亚结构直径约为0.01cm，经冷塑性变形后，亚结构的直径将细化至0.001-0.00001cm。
同样金属晶体在塑性变形过程中，随着变形程度的增大，各个晶粒的滑移面和滑移方向会逐渐向外力方向转动。
当变形量很大时，各晶粒的取向会大致趋向于一致，从而破坏了多晶体中各晶粒取向的无序性，也称为晶粒的择优取向，变形金属中这种组织状态则称为变形织构。
在塑性变形过程中随着金属内部组织的变化，金属的机械性能将产生明显的变化。
随着变形程度的增大，金属的硬度，强度显著升高，而塑性韧性则显著下降，这一变化称为加工硬化。
加工硬化认为是与位错的运动和交互作用有关。
塑性变形对金属组织和性能的影响
塑性变形对金属组织和性能的影响1.塑性变形对金属组织结构的影响（1）晶粒发生变形金属发生塑性变形后，晶粒沿形变方向被拉长或压扁。
当变形量很大时，晶粒变成细条状（拉伸时）,金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织。
变形前后晶粒形状变化示意图（2）亚结构形成金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大和发生交互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠结，形成不均匀的分布，使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块，而在晶粒内产生亚晶粒。
金属经变形后的亚结构（3）形变织构产生金属塑性变形到很大程度（70%以上）时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的位向趋近于一致，形成特殊的择优取向，这种有序化的结构叫做形变织构。
形变织构一般分两种：一种是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向，称为丝织构，例如低碳钢经高度冷拔后，其＜100＞平行于拔丝方向；另一种是各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向，称为板织构，低碳钢的板织构为{001}<110>。
（购只构形变织构示意图2.塑性变形对金属性能的影响（1）形变强化金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。
这种现象称为加工硬化，也叫形变强化。
产生加工硬化的原因是：金属发生塑性变形时，位错密度增加，位错间的交互作用增强，相互缠结，造成位错运动阻力的增大，引起塑性变形抗力提高。
另一方面由于晶粒破碎细化，使强度得以提高。
在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。
（2）产生各向异性由于纤维组织和形变织构的形成，使金属的性能产生各向异性。
如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。
用有织构的板材冲制筒形零件时，即由于在不同方向上塑性差别很大，零件的边缘出现“制耳”。
在某些情况下，织构的各向异性也有好处。
制造变压器铁芯的硅钢片，因沿［100］方向最易磁化，采用这种织构可使铁损大大减小，因而变压器的效率大大提高。
因形变织构造成深冲制品的制耳示意图(3)物理、化学性能变化塑性变形可影响金属的物理、化学性能。
7D04-T7451铝合金高温性能及组织变化特征
7D04-T7451铝合金高温性能及组织变化特征伊琳娜;李国爱;王亮;李惠曲【摘要】通过高温拉伸、SEM、TEM等方法对7D04-T7451铝合金厚板在不同温度下的组织、性能变化及断裂行为进行试验研究.结果表明,随拉伸温度升高,合金的强度降低,伸长率随温度增加而逐渐增加;在较低温度拉伸时,出现了二次析出的现象;当温度超过150℃后,晶内析出相发生了粗化;随温度升高,合金断口逐渐由以位错滑移为主的层片状沿晶断裂转变为以基体/析出相滑脱为主的韧窝断口.【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2017(045)010【总页数】6页(P61-66)【关键词】7D04-T7451铝合金;高温拉伸;拉伸性能;微观组织;断口【作者】伊琳娜;李国爱;王亮;李惠曲【作者单位】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院,北京100095;中国航空工业集团公司北京航空材料研究院,北京100095;中国航空工业集团公司北京航空材料研究院,北京100095;中国航空工业集团公司北京航空材料研究院,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TG146.21Al-Zn-Mg-Cu系铝合金由于具有高的比强度、良好的热加工性能、较好的耐蚀性能和较高的韧性等优点[1-4]，可用做主承力结构材料，广泛应用于航空航天领域。
7D04铝合金是我国在俄罗斯1973铝合金的基础上，结合现有设备，通过改进成分及工艺所研制的新一代Al-Zn-Mg-Cu系高纯铝合金，该系铝合金具有优良的常规力学性能、优异的疲劳性能、断裂韧性和良好的冷加工成形性能等，适合于生产大规格挤压壁板、预拉伸厚板及大尺寸锻件。
采用7D04铝合金替代国内目前普遍使用的7A09铝合金，可在强度不降低的前提下使断裂韧性提高10%～15%，抗疲劳裂纹扩展能力降低约低20%～40%[5]。
目前众多研究者也针对该合金开展了很多研究工作，取得了一些成果，但主要集中在合金的热处理工艺方面[5-7]，对该合金在服役过程中可能经受的高温环境以及高温环境下的组织性能变化所开展的研究工作较少，因此，本试验拟模拟该合金可能经受的高温环境，通过高温拉伸来研究7D04-T7451铝合金厚板在不同温度下的性能及组织变化规律，为该合金在飞机应用的环境选择与控制提供借鉴。
加工工艺基础 变形后金属的组织性能
塑性是金属的重要特性，通过锻压加工，利用金属的塑性可以加工成各种制品。
塑性变形不仅可以让金属获得一定形状和尺寸，还会引起金属内部组织与结构变化。
因此，研究金属塑性对于改进金属材料加工工艺，提高产品质量有很大帮助。
本文就来具体介绍一下机加工工艺基础变形后金属的组织和性能。
金属的加工硬化、恢复和再结晶金属材料经塑性变形后，其组织和性能会发生一系列变化。
组织上的表现为晶粒沿金属流动方向伸长，晶格畸变，位错密度增加，产生应力，产生碎晶。
性能上的变化表现为随着变形程度的增加，强度及硬度有所提高，而塑性和韧性会很快下降。
变形越大，性能的变化也越大。
这种由于塑性变形度增加，让金属的强度、硬度有所提高，而塑性下降的现象被称为加工硬化和冷作硬化。
加工硬化也会有不利的一面，这由于金属塑性降低，会给进一步冷塑性变形带来困难，并使压力加工时能量消耗大。
为了让金属材料能继续变形，必须进行中间热处理来消除加工硬化现象，这增加了生产成本，降低了生产率。
为了消除加工硬化效应，恢复材料的塑性，以便继续进行变形加工，或为了消除变形过程中产生的应力，就要对工件进行退火处理。
经过塑性变形后的工件，在退火加热温度不太高时，冷变形金属的显微组织无明显的变化，只能使应力明显降低和消除，金属的力学性能没有显著变化，强度、硬度下降很少，塑性提高不多，被称为恢复。
当加热温度较高，塑性变形后金属被拉长的晶粒重新形核、结晶，变为等轴晶粒，称为再结晶。
再结晶的金属，强度、硬度会有显著下降，塑性和韧性会有所提高，完全消除应力。
再结晶完成后，若加热温度继续升高或加热时间延长，金属的晶粒便开始不断涨大。
再结晶后的金属的力学性能与再结晶晶粒度关系很大，晶粒越细小，金属的综合力学性能越好。
塑性变形对金属组织和性能的影响
塑性变形对金属组织和性能的影响1. 塑性变形对金属组织结构的影响（1）晶粒发生变形金属发生塑性变形后,晶粒沿形变方向被拉长或压扁。
当变形量很大时, 晶粒变成细条状(拉伸时), 金属中的夹杂物也被拉长, 形成纤维组织。
变形前后晶粒形状变化示意图（2）亚结构形成金属经大的塑性变形时, 由于位错的密度增大和发生交互作用, 大量位错堆积在局部地区, 并相互缠结, 形成不均匀的分布, 使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块, 而在晶粒内产生亚晶粒。
金属经变形后的亚结构（3）形变织构产生金属塑性变形到很大程度(70%以上)时, 由于晶粒发生转动, 使各晶粒的位向趋近于一致, 形成特殊的择优取向, 这种有序化的结构叫做形变织构。
形变织构一般分两种：一种是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向, 称为丝织构, 例如低碳钢经高度冷拔后, 其<100>平行于拔丝方向; 另一种是各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向, 称为板织构, 低碳钢的板织构为{001}<110>。
形变织构示意图2. 塑性变形对金属性能的影响（1）形变强化金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度显著提高, 塑性和韧性明显下降。
这种现象称为加工硬化, 也叫形变强化。
产生加工硬化的原因是：金属发生塑性变形时, 位错密度增加, 位错间的交互作用增强, 相互缠结, 造成位错运动阻力的增大, 引起塑性变形抗力提高。
另一方面由于晶粒破碎细化, 使强度得以提高。
在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。
（2）产生各向异性由于纤维组织和形变织构的形成, 使金属的性能产生各向异性。
如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。
用有织构的板材冲制筒形零件时, 即由于在不同方向上塑性差别很大, 零件的边缘出现“制耳”。
在某些情况下, 织构的各向异性也有好处。
制造变压器铁芯的硅钢片, 因沿[100]方向最易磁化, 采用这种织构可使铁损大大减小, 因而变压器的效率大大提高。
金属材料组织和性能之间的关系
金属材料组织和性能之间的关系金属材料是指由单一或几种金属元素和其他元素组成的材料，其具有明显的金属结构和性能特点。
金属材料的组织和性能之间具有密切的关系。
首先，金属材料的组织对其性能有重要影响。
金属材料的组织可分为晶粒、相和组织缺陷三个层次。
晶粒是金属内部最小的结晶单元，在金属制备过程中决定着金属的基本组织结构。
晶粒尺寸通常越小，材料的强度、韧性和硬度也越大。
相是指两种或多种沿晶边相互分界的金属块体，它们各自由一定化学成分和组织结构特征，组成了材料的配位。
相成分、形态和尺寸直接影响材料的化学性能、热处理性和可加工性。
组织缺陷通常包括晶间缺陷、位错和夹杂物等。
缺陷数量和类型对金属材料的强度、塑性和耐磨性都有很大影响。
其次，金属材料的力学性能与成分比例有密切关系。
金属材料的强度、硬度和成功能受到成分比例的影响，不同比例的元素在金属中表现出不同的行为，对金属微观组织、力学性能产生影响。
成分比例直接影响材料的宏观力学性能，体现在各项强度、塑性、韧性和磨损性等方面。
不同的成分和比例还决定着材料的化学性，如耐腐蚀性等。
最后，金属材料的组织和性能之间的相互作用是很复杂的，需要综合考虑多方面因素。
如不同的加工工艺，热处理条件，环境参数等都会影响金属材料的组织和性能。
例如调整元素比例、控制晶粒大小和控制热处理参数，可以显著提高金属材料的性能。
总之，金属材料的组织和性能之间的关系密不可分，对金属材料的制备、加工、应用具有重要意义。
深入研究金属组织和性能之间的相关性以及生产、应用过程中的技术和工艺优化，对于提高金属材料的性能和应用效率将起到非常重要的作用。