论述冷轧和热轧时金属组织的变化及它对金属性能的影响
小学生自我评价-
安徽冶金科技职业学院
2010
级材料成型与控
制技术专业毕业论文
论述冷轧和热轧时金属组织的变化及它对金属性能的影响
王笑洋
摘
要
：
冷轧和热轧使同一种金属的组织发
生了不同的变化从而金属的性能也发生了很大的
差异，
冷轧是在
再结晶温度以下进行的轧制，
而热轧是在再结晶温度以上进行的轧制。
< br>本文
阐述了冷轧和热轧时金属显微组织的变化与冷轧和热轧对金属性能的影响。<
/p>
冷轧时随着变形
程度的增加出现亚结构、
变形织构等，
金属的强度、
硬度增加，
而塑性和韧性相应下降即产
生了加工硬化。
热轧时金属内部缺陷
被压合、
金属内部夹杂物分布被改善、
偏析被改善，
使
金属的致密度提高、力学性能提高、综合机械性能提高。
关键词
：冷轧
热轧
组织
性能
前言
我国钢铁企业要在竞争激烈的国
际市场上与世界钢铁企业强国进行竞争并取得竞争优
势，
实现钢
铁强国的目标，
必须促进科技进步，
提升企业技术装备和工艺水
平。
随着科学技
术的发展，
轧钢生产过
程中质量已经不仅仅局限于产品外型和尺寸精确的控制，
而是追求对
产品内部微观组织和最终性能的更为精确的把握。
冷轧和热轧使同一种金属的组织发
生了不
同的变化从而金属的性能也发生了很大的差异。冷轧是变形温度低于金属再结晶温
度的变
形。
由于变形温度低、
金属内部
的组织结构发生很大的变化、
晶粒随着变形量的增加沿变形
方向
被拉长、
当变形程度很大时晶粒变为纤维状、
使金属性能呈现方
向性。
热轧是在再结晶
温度以上进行的塑性变形。热轧时在金属
中同时进行着两个过程
:
一方面由于塑性变形而产
生加工硬化，
另一方面由于热轧的温度大大高于再结晶温度因此变形所引起的
硬化又很快为
随之产生的再结晶过程所消除。
本文从冷、
热轧制工艺的角度出发，
来研究冷、
热轧制工
艺
与金属的组织以及性能之间的关系。
1
冷轧时金属组织的变化及它对金属性能的影响
1.1
冷轧时金属显微组织的变化
1.1.1
纤维组织
显微组织的变化，多晶体金属经冷却变形后，用光学显微镜观察抛光与浸蚀后的试样，
< br>会发现原来等轴的晶粒沿着主变形的方向被拉长。
变形量越大，
< br>拉长的越显著。
当变形量很
大时，
各个晶粒已不能很清楚地辨别开来，
呈现纤维状，
故称纤维组
织。
图
1
为冷轧变形前
后的晶粒形状的改变。
冷变形金属的组织，
只有沿最大
主变形方向取样观察，
才能反映出最
（
a
）
（
b
）
图
1
冷轧前后晶粒形状变化
（
a
）变形前的退火状
态组织（
b
）变形后的退火状态组织
1
安徽冶金科技职业学院
2010<
/p>
级材料成型与控制技术专业毕业论文
大变形程度下金属的纤维组织。
1.1.2
亚结构
< br>随着冷变形的进行，
金属中的位错密度迅速提高。
经严重
冷变形后，
位错密度变化会很
大。
经透
射电子显微镜观察，
这些位错在变形晶粒中的分布是很不均匀的。
只有在变形量比
较小的金属中，
由于位错难以产生滑移和攀移
，
在变形量比较大的金属中，
位错的分布是很
< br>不均匀的。
纷乱的位错纠结起来，
形成位错缠结的高位错
密度区
（约比平均位错密度高五倍）
，
将位错密度低的部分分隔开来，
好像在一个晶粒的内部又出现许多
“小晶粒似的，
只是它们
的取向差不大（几度到几分）
，这种结构称为包状亚结构。胞状亚结构实际上是位错缠结的
空间网络
，其中高危位错缠结形成了胞壁，而胞内晶格畸变很小，位错密度很低。通常在
10%<
/p>
左右的变形时，
就很明显地形成了胞状亚结构。
< br>当变形量不太大时，
随着变形量的增大，
胞的数量增多，
尺寸减小，
而壁的位错变得更加稠密，
胞间的取向差也逐渐增加。
如经强烈
的冷变型，
胞的外形也沿着最大主变形方向被拉长，
形成大量的排列很密的长条形状的
“形
变胞”
。
<
/p>
图
2
清楚地表明了纯铁在室温下变形，随
着变形程度增加，位错密度急剧增加，形成
了胞状亚结构。且随着变形程度的增加，亚结
构的尺寸变小。
（
a
）
（
b
）
图
2
多晶体
Fe
冷轧的胞状亚结构
（
a
）变形量
16%
（
b
）变形量
70%
图
3
表明了冷变形程度的影响，随着冷
变形程度的增加，亚晶尺寸变小，取向差别大，
当变形达到一定程度以后，亚结构的尺寸
和取向差的变化均减小。
图
3
胞状亚结构尺寸和取向差与变形程度的关系
2
安徽冶金科技职业学院
2010<
/p>
级材料成型与控制技术专业毕业论文
当
变形达到一定程度以后，亚结构的尺寸和取向差的变化均减小。
亚结构的出现，对材料的性能有很大的影响，亚结构的尺寸越小，其强化效果越好。
因
此，可以利用亚晶来强化金属材料。
经冷变形的金属的其他晶
体缺陷（如空位、间隙原子以及层错等）也会有明显增加。
1.1.3
变形织构
如图
4
（
a
< br>）所示，金属的多晶体是由许多不规则排列的晶粒所组成。但在加工变形过
程中，
当达到一定的变形程度以后，
由于在各晶粒内晶格取向发生了转
动，
使其特定的晶面
和晶向趋于排成一定方向（图
4b
）
。从而使原来位向紊乱的晶粒出现有序化，并
有严格的位
向关系。金属所形成的这种组织结构叫做变形织构。
变形金属中位向的特性，
取决于主变形图示的特性和组成多晶体
晶粒的特性。
当变形方
向一致时，变形程度越大，位向表现得越
明显。
（
a
）
（
b
）
图
4
多晶体晶粒的排列情况
（
a
）晶粒的紊乱排列（<
/p>
b
）晶粒的整齐排列
1.2
冷轧对金属性能的影响
1.2.1
机械性能的改变
由于在变形中产生晶格畸变，晶粒的拉长和细化，出现亚结构以及产生不均匀变形等，
使金属的变形抗力指标（屈服极限、强度极限、硬度等）
，随着程度的增加
升高。又由于在
变形中产生晶内和晶间的破坏、
不均匀变形等，
使金属的塑性指标
（延伸率、
断面收缩
率等）
随程度的增加而降低。
1.2.2
加工硬化
冷轧时变形晶粒中的晶界附近出现位错的堆积。
随着形变量的增大，
晶粒内部的位错和
亚结构发生十分复杂的变化。
因
为，
在未变形的晶粒内部经常存在有大量的位错，
呈位错壁
（亚结晶）
和位错网等形式广泛地分布在晶粒中，
< br>故随塑性变形即位错的发生，
运动位错和
各种位错之间，
以及各种运动位错与运动位错之间，
便会产生一系列复杂的交互
作用。
由于
位错与位错相遇，
首先便会
出现位错的缠结现象，
即大量的位错在位错壁和位错网的旁边造
成的堆积和相互纠结；
继而随着变形的进一步发展，
即随着这种
位错缠结现象的发展，
便会
使各晶粒破碎成为细碎的亚晶粒。<
/p>
形变愈大，
晶粒的细碎程度愈大，
亚晶界
的量便愈多，
位
错密度便显著增大；
同
时，
细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。
因此，
随着形变量的
增大，
由于晶粒破碎和位错密度的
增加，
金属的塑性变形抗力将迅速增大，
即硬度和强度显
著升高，塑性和韧性下降，产生加工硬化。
1.2.3
物理及化学性质的改变
<
/p>
在冷变形过程中，
由于晶内和晶间物质的破碎，
< br>在变形金属内产生大量的微小裂纹和空
隙，使变形金属的密度降低。例如，退火状
态钢的密度为
7.86g/cm
3
。铜
的密度当以
80%
的
变形程度冷轧后，
其密度由
8.95g/cm
3
降至
8.89g/cm
3
。
金属的导电性一般是随着变形程度的改变而改变，特别是当变形程度不大时尤为显
著。
3