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金属的塑性变形、纤维组织及其对金属性能的影响

一、金属的塑性变形

金属受力时，其原子的相对位置发生改变，宏观上表现为形状、尺寸的变化，此种现象称为变形，金属变形按其性质分为弹性变形和塑性变形。当受力不大时，去除外力后原子立即恢复到原来的平衡位置，变形立即消失，这种变形称为弹性变形。当应力超过一定值时,金属在弹性变形的同时还会产生塑性变形。

1.单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形，主要是以滑移的方式进行的，即晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动，滑动后原子处于新的稳定位置，不再回到原来位置.

研究表明，滑移总是优先沿晶体中一定的晶面和晶向发生，晶体中能够发生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。滑移面和滑移方向越多，金属的塑性越好。

晶体的滑移是借助于位错的移动来实现的。大量的位错移出晶体表面，就产生了宏观的塑性变形。

2.多晶体的塑性变形 常用金属材料都是多晶体。每个晶粒内的塑性变形主要仍以滑移方式进行。但多晶体中各相邻晶粒的位向不同，各晶粒之间有一晶界相连接，因此，具有下列特点：

(1)晶粒位向的影响由于多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力作用下，有的晶粒处于有利于滑移的位置，有的晶粒处于不利位置。产生滑移的晶粒必然会受到周围位向不同晶粒的阻碍，使滑移阻力增加，从而提高了塑性变形的抗力。

所以多晶体的塑性变形是逐步扩展和不均匀的，其结果之一便是产生内应力。

(2)晶界的作用 晶界对塑性变形有较大的阻碍作

用。如果把具有两个晶粒的试样做拉伸试验，试样在晶界附近不易发生变形，出现所谓“竹节”现象。这是因为晶界处原子排列比较紊乱，阻碍位错的移动，因而阻碍了滑移的缘故。很显然，晶界越多，多晶体的塑性变形抗力越大。

(3)晶粒大小的影响 在一定体积的晶体内晶粒数目越多，晶粒越细，晶界越多，不同位向的晶粒也越多。因而塑性变形抗力也就越大，表现出较好的塑性和韧性。故生产中都尽一切努力细化晶粒。

二、金属的冷塑性变形对性能的影响

冷塑性变形对金属性能的主要影响是造成加工硬化，即随着变形度的增加，金属强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。

加工硬化在生产中是强化金属的重要手段之一，对有些纯金属和不能热处理强化的合金来说，只能用塑性变形方法来使其强化。

但由于加工硬化，使材料塑性降低，给进一步冷塑性变形造成困难。

三、金属的热塑性变形对性能的影响

从金属学的观点来说，在再结晶温度以上最终不造成加工硬化的塑性变形过程叫做热变形。

1.消除铸态缺陷 金属材料多数是由金属铸锭通过轧制而成的。通过热加工，可以消除金属铸淀中的部分缺陷，使金属中存在的气泡、缩孔得到焊合，偏析可以部分消除，变粗晶粒为细晶粒，从而提高了力学性能。

2.细化晶粒 热加工后的金属，一般可以细化晶粒。但晶粒大小与变形量和加工终止温度两因素有关。铸态的粗大晶粒，只有给以足够的变形量才能使之细化。变形度小，加工终止温度过高，再结晶晶核少而晶核长大快，热加工后的晶粒就粗。变形度大，终锻温度低，才可能得到细小的晶粒。但终锻温度过低，又会造成加工硬化及残余应力。

3.形成热变形纤维组织 在热加工过程中，由于铸态组织中的各种类杂物，在高温下具有一定的塑性，它们会沿着变形方向伸长而形成纤维组织。纤维组织的出现，使金属的力学性能出现方向性。在沿着纤维组织方向上（纵向）,抗拉强度和韧性高，抗剪强度低；而在垂直于纤维的方向上（横向）,抗剪强度较高，而抗拉强度较低。