教学情境二 塑性变形对金属组织和性能的影响
学习与训练子目标
掌握金属塑性变形对其组织和性能的各种影响
知识点一 塑性变形对金属组织的影响
金属在冷塑性变形时，其内部晶粒发生以下变化：
一、晶粒变形，形成纤维组织
金属经塑性变形后，内部晶粒的形状也会随之发生变化，晶粒形状由原来等轴晶粒变为纤维状，如图3-5所示。拉拔时晶粒随工件的变形而变长变细，在轧制时，晶粒逐渐变为扁平状，甚至变为薄片状。当变形程度很大时，晶粒可拉长成为线条状或纤维状，晶界变得模糊不清。
图3-5 工业纯铁不同冷变形度时的显微组织
二、晶粒“破碎” ，形成亚晶粒
塑性变形不仅使晶粒形状发生变化，而且使晶粒内部产生大量晶体缺陷，如空位、间隙原子，特别是位错。在未变形的晶粒内存在着大量位错，严重的塑性变形后，位错大量增加。由于位错密度激增，分布又极无规则，使位错与位错、位错与其他缺陷之间产生复杂的交互作用，以致晶粒“破碎” ，即由一个晶粒变成多个位向略有不同的小晶块，即亚晶粒。变形程度越大，变形亚晶粒越小。
三、晶粒方位趋于一致，形成形变织构
金属发生塑性变形时，各晶粒的晶格位向会沿着变形的方向发生转动。当变形量很大时（70%以上） ，原来位向不相同的各个晶粒会取得接近于一致的方向，这种现象称为择优取向，具有择优取向的结构称为形变织构。冷拉后形成的组织称为丝织构，冷轧后形成的组织称为板织构。形变织构使金属产生明显的各向异性，不利于金属的使用，且形成后难以消除，生产中应尽量避免。
知识点二 塑性变形对金属性能的影响
一、加工硬化
金属经塑性变形后，强度及硬度显著提高，而塑性和韧性下降的现象称为加工硬化。加工硬化是由于塑性变形使金属晶格歪扭、晶粒破碎及位错密度增加，使滑移阻力增大，从而提高了金属的变形抗力。
加工硬化具有极重要的实际意义，它是强化金属的重要工艺手段，对于那些不能通过热处理强化的金属与合金尤其适用。加工硬化在一定程度上还可保证金属构件工作的安全性，防止因短时超载引起的突然断裂。
二、各向异性
多晶体金属是各向同性的，但经塑性变形后晶粒呈纤维状，使金属性能产生了方向性。沿纤维方向的强度和塑性大于垂直纤维方向的性能。变形越大，形成织构的金属的各向异性越明显。
三、理化性能的变化
塑性变形对金属的物理、化学性能也有很大影响，如电阻增大，导磁性和耐腐蚀性降低。
四、残余内应力
残余内应力是指金属在塑性变形过程中，其内部变形的不均匀性导致在变形后仍残留在金属内的应力，它在金属材料中处于自相平衡的状态。引起残余内应力的原因包括：金属表面与心部变形不一致；晶粒内部和晶粒之间变形不一致；因位错等晶格缺陷的产生使其附近的晶格畸变，这是最主要的原因。
残余内应力使金属的强度、耐蚀性降低，引起构件的变形和裂纹。所以，生产中常采用退火处理予以降低或消除。
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、金属塑性变形对金属性能的影响
1.当金属塑性变形程度相当大时，晶体位相将＿＿变化。
A.不变 B.趋于一致 C.杂乱无章 D.不一定
2.金属塑性变形后，其性能发生＿＿变化。
A.加工硬化 B.各向同性 C.各向异性 D.不一定
3.发生加工硬化时，＿＿性能增加，＿＿性能降低。
A.强度、硬度/塑性、韧性 B.塑性、韧性/强度、硬度
C.强度/硬度 D.塑性/韧性
4.金属塑性变形时对其理化性能影响，正确的是＿＿。
A.电阻不变 B.电阻减小
C.耐蚀性增加 D.耐蚀性降低
二、残余应力
1.塑性变形时，由于内外变形不一致而引起＿＿。
A.加工硬化 B.残余应力 C.织构 D.都不对
2.金属塑性变形后的残余应力应＿＿消除。
A.回火 B.退火 C.正火 D.淬火
3.消除加工硬化的方法是＿＿。
A.完全退火 B.不完全退火
C.再结晶退火 D.低温退火
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