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1 金屬組織結(jié)構(gòu)的變化 2 金屬性能的變化 加工硬化（work hardening）隨變形程度增加，強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。 作用： ①難以繼續(xù)變形，需退火軟化； ②強(qiáng)化手段之一; ③抵抗局部過載； ④許多冷成型加工的保證。 產(chǎn)生殘余應(yīng)力（residual stress） 各部分及各晶粒之間的變形不均和晶格畸變所產(chǎn)生。 各向異性（anisotropy） 晶粒的擇優(yōu)取向和組織纖維化引起。 金屬塑性變形的物理實質(zhì)基本上就是位錯的運動，位錯運動的結(jié)果就產(chǎn)生了塑性變形。 顯微組織變化：金屬冷變形后，晶粒外形、夾雜物和第二相的分布也會發(fā)生變化。拉伸時，各晶粒順著拉伸方向伸長；壓縮時，晶粒被壓成扁平狀。（如下圖所示）
圖1 工業(yè)鋼冷變形后的顯微組織 
圖2 工業(yè)鋼冷變形后的顯微組織 
圖3 低碳鋼冷塑性變形后的顯微組織 
圖4 經(jīng)5%變形的純鋁的位錯網(wǎng)絡(luò) 
圖5 冷變形后的位錯網(wǎng)絡(luò) 形變織構(gòu)：金屬和合金冷變形后，當(dāng)變形量較大時，由于晶粒的轉(zhuǎn)動，使每個晶粒的晶格位向趨于大體一致，這種：由于變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織，稱為形變織構(gòu)。 變形織構(gòu)可以分為絲織構(gòu)和板織構(gòu)兩種。絲織構(gòu)系在拉拔過程中產(chǎn)生的。各晶粒有一共同晶向相互平行，并與拉伸軸線一致，以此晶向來表示絲織構(gòu)。 板織構(gòu)是某一特定晶面平行于板面，某一特定晶向平行于軋制方向。因此，板織構(gòu)用晶面和晶向共同表示。 形成織構(gòu)引起各向異性。織構(gòu)有有利的一面，也有有害的一面。如生產(chǎn)上可利用織構(gòu)提高硅鋼片某一方向的導(dǎo)磁率；在沖壓薄板件時，它會帶來不均勻的塑性變形，而產(chǎn)生“制耳”現(xiàn)象，這是不希望產(chǎn)生的。
圖6 形變組織示意圖 
圖7 各向異性導(dǎo)致的“制耳” 力學(xué)性能的變化體現(xiàn)在：冷加工后，金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)（比例極限、彈性極限、屈服極限、強(qiáng)度極限、硬度）增加，塑性指標(biāo)（面縮率、延伸率）降低，韌性也降低了。此外，隨著變形程度的增加，還可能產(chǎn)生力學(xué)性能的方向性。 冷加工后，形變材料的物理、化學(xué)性能也發(fā)生明顯變化。經(jīng)冷變形后的金屬，由于在晶間和晶內(nèi)產(chǎn)生微觀裂紋和空隙以及點陣缺陷，因而密度降低，導(dǎo)熱、導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能降低。同樣原因，使其金屬材料的化學(xué)穩(wěn)定性降低，耐腐蝕性能降低，溶解性增加。
1 熱變形的特點 與其它加工方法相比，熱加工所具有優(yōu)點是： 不足之處： 過薄或過細(xì)的工件，散熱較快，保持熱加工溫度困難。一般仍采用冷加工的方法。 工件的表面不如冷加工的光潔，尺寸也不如冷加工生產(chǎn)的精確。 熱加工結(jié)束時，溫度難于均勻一致，溫度偏高處晶粒尺寸要大一些，特別是大斷面更為突出。熱加工后產(chǎn)品的組織、性能常常不如冷加工的均勻。 熱加工金屬材料的強(qiáng)度比冷加工的低。 某些金屬材料不宜熱加工。例如銅中含Bi（鉍常用的硬度較小的低熔點金屬。鉍（熔點271.3℃）的某些合金的熔點在100℃以下，如由50％鉍、25％鉛、13％錫和12％鎘組成的“伍德合金”，其熔點為71℃，應(yīng)用于自動滅火設(shè)備、鍋爐安全裝置以及信號儀表等）時，它們的低熔點雜質(zhì)分布在晶界上，熱加工會引起晶間斷裂。
2 金屬組織結(jié)構(gòu)和性能的變化 熱變形中形成的纖維組織：生產(chǎn)實踐中應(yīng)充分利用纖維組織造成變形金屬具有方向性這一特點，使纖維組織形成的流線在工件內(nèi)有更適宜的分布。（晶界上非溶物質(zhì)拉長所致，其不會由于再結(jié)晶而消除。） 形成“流線”：出現(xiàn)各向異性夾雜物一般沿晶界分布，熱加工時，晶粒變形，夾雜物也變形，晶粒發(fā)生再結(jié)晶形成等軸晶粒，而夾雜仍沿變形方向呈纖維狀分布，這種夾雜的分布叫“流線”。出現(xiàn)流線使性能出現(xiàn)明顯的各向異性。
3 金屬在熱變形過程中的特點 金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的熱變形過程中發(fā)生了回復(fù)和再結(jié)晶，熱變形的最大特點是加工硬化與軟化同時進(jìn)行。 熱加工過程中的回復(fù)和再結(jié)晶，就其性質(zhì)來講可分為五種形態(tài)，即動態(tài)回復(fù)、動態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶及亞動態(tài)再結(jié)晶。靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶是熱變形終止后，利用余熱進(jìn)行的回復(fù)和再結(jié)晶。動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶是指在形變過程中和形變同時發(fā)生的回復(fù)和再結(jié)晶。
圖8 熱加工時的動態(tài)再結(jié)晶示意圖 
1 回復(fù) 冷變形后的金屬加熱時，通常是依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個階段的變化。這三個階段不是絕然分開的，常有部分重疊。 回復(fù)（recovery）溫度不高時，原子短程擴(kuò)散回到平衡位置，畸變↓，殘余應(yīng)力↓，理化性能恢復(fù)。 回復(fù)機(jī)制: 1）低溫回復(fù)：主要與點缺陷的遷移有關(guān)。 2）中溫回復(fù)：主要與位錯的滑移有關(guān)，發(fā)生位錯運動和重新分布。 3）高溫回復(fù)：刃位錯可獲得足夠的能量產(chǎn)生攀移。 回復(fù)過程中，金屬會釋放出冷塑性變形過程所貯能量的一部分。殘余內(nèi)應(yīng)力會降低或消除，電阻率、硬度、強(qiáng)度會降低，密度、塑性、韌性等會提高. 回復(fù)退火在生產(chǎn)中主要用作去內(nèi)應(yīng)力退火，使冷加工的金屬件，在基本上保持加工硬化的條件下降低其內(nèi)應(yīng)力，以避免變形和開裂，改善工件的耐蝕性。
2 再結(jié)晶 再結(jié)晶過程：通過形核與長大→無畸變的等軸晶，強(qiáng)度↓塑性↑加工硬化消除，組織與力學(xué)性能完全恢復(fù)。這一階段又被稱為初次再結(jié)晶階段。 完成再結(jié)晶階段后，隨即進(jìn)入晶粒長大階段。此時，材料組織從不穩(wěn)定狀態(tài)變成穩(wěn)定狀態(tài)。 再結(jié)晶是消除加工硬化的重要軟化手段。再結(jié)晶還是控制晶粒大小、形態(tài)、均勻程度、獲得或避免晶粒的擇優(yōu)取向的重要手段。通過對再結(jié)晶過程進(jìn)行控制，將對金屬材料的強(qiáng)韌性、熱強(qiáng)性、沖壓性和電磁性等發(fā)生重大的影響。
圖9 冷變形金屬在加熱時組織示意圖 
圖10 退火溫度對冷變形金屬性能的影響
圖11 動態(tài)再結(jié)晶晶粒 形核的三種機(jī)制： ·① 晶界弓出形核機(jī)制：對變形度較小的金屬，多以這種方式形核。 ·② 亞晶合并機(jī)制：在變形程度較大且具有高層錯能的金屬中，多以這種機(jī)制形核。 ·③ 亞晶遷移機(jī)制：在變形度很大的低層錯能金屬中，多以這種機(jī)制形核。 再結(jié)晶溫度及其影響因素 冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度。 對純金屬： T再＝0.4T熔（K） K＝273＋℃ 如：Fe：T熔＝1538℃ T再＝0.4(1538＋273)－273＝451.4℃ 一般再結(jié)晶退火溫度比T再要高出100～200℃，目的：消除加工硬化現(xiàn)象。 再結(jié)晶溫度不是一個嚴(yán)格確定值，不僅因材料特性而異，而且取決于冷變形程度、原始晶粒度等因素。 影響再結(jié)晶溫度的因素有：加熱時間。
圖12 再結(jié)晶綜合動力曲線 再結(jié)晶溫度的影響因素：變形程度 ·金屬的冷變形程度越大，其儲存的能量也越高，再結(jié)晶的驅(qū)動力越大。因此，再結(jié)晶溫度越低，同時等溫退火的再結(jié)晶速度也就越快，開始再結(jié)晶和完成結(jié)晶需要的時間越短。 3 晶粒長大 再結(jié)晶（分兩種：一次再結(jié)晶，二次再結(jié)晶）后，再繼續(xù)保溫或升溫，會使晶粒進(jìn)一步長大。 1）正常晶粒長大：表現(xiàn)為大多數(shù)晶粒幾乎同時逐漸均勻長大。是靠晶界遷移，相互吞食而進(jìn)行的，它使界面能減小，是一個自發(fā)過程。 2）異常晶粒長大：表現(xiàn)為少數(shù)晶粒突發(fā)性的不均勻長大。是出現(xiàn)少數(shù)較大的晶粒優(yōu)先快速成長，逐步吞食掉其周圍的大量小晶粒，最后形成非常粗大的組織，使力學(xué)性能大大降低，稱為二次再結(jié)晶。其驅(qū)動力來自界面能的降低。 溫軋、溫鍛、溫擠和溫拉都屬于溫加工。 加工后的表面光潔度和尺寸精度要比熱加工時高，變形工具的壽命要比熱加工高。 變形抗力要比冷加工低，能量消耗要比冷加工少，塑性要比冷加工大。 在冷加工中易產(chǎn)生加工硬化的金屬材料，如奧氏體不銹鋼等、鉬鋼等，采用溫加工更為適宜。
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