拉拔后金属的组织性能

1 金属拉拔后的组织变化
金属在拉拔过程中外形和尺寸发生了变化，其内部的晶粒尺寸也相应地发生了变化，即晶粒在拉拔方向上拉长。在变形量较大的情况下，可出现明显的纤维状组织，如图5-8所示，使得制品呈现各向异性，形成变形织构。在拉拔时形成的变形织构称为丝织构，如图5-9所示，其特征是各个晶粒的某一晶向与拉拔力方向平行或接近平行。冷拔变形还使材料内部产生大量的缺陷，使原子在晶格中偏离其平衡位置，即晶格发生畸变。

2 金属拉拔后的性能变化
金属拉拔后的性能变化有：
（1)加工硬化。加工硬化是材料在冷变形过程中，随着变形程度的增加，变形阻力增大，强度和硬度增高，而塑性、韧性下降的现象。在拉拔过程中，加工硬化是很显著的。在生产中可利用加工硬化来提高材料的强度，从而改善其力学性能。但加工硬化会给拉拔带来困难。为能进一步进行冷拔变形，需要进行中间退火。
（2)其他性能的改变。经拉拔后，材料的物理与物理化学性质，如导电性、导热性、磁性、密度、耐腐蚀性都会发生改变。钛材在拉拔后，导电性、导热性及透磁率降低；电阻、矫顽力、化学活性、弹性模量略有增加。
3 拉拔后金属中的残余应力
在拉拔过程中，由于金属内的不均匀变形产生的附加应力，在拉拔后残留在制品内部形成残余应力。这种应力对产品的力学性能有显著影响，对成品的尺寸稳定性也有不良影响。各种拉拔品中的残余应力分布是不同的。以拉拔棒材为例，拉拔后棒材中呈现的残余应力有下列三种情况：
（1)拉拔时棒材整个断面都发生塑性变形，拉拔后制品中的残余应力分布如图5-10所示。

拉拔过程中，棒材外层金属受到比中心层较大的剪切变形和弯曲变形，造成沿主变形方向的延伸变形比中心层大，但是，外层金属沿轴向的延伸变形却比中心层的延伸变形小，并且，由于棒材表面受到摩擦的影响，外层金属沿轴向流速比中心层慢。因此，在变形过程中，棒材外层产生附加拉应力，中心层则出现与之平衡的附加压应力，当棒材出模孔后，仍处在弹性变形阶段，那么，拉拔后的制品有弹性后效的作用，外层较中心层缩短得较大。但是物体的整体性妨碍了这种自由变形，其结果是棒材外层产生残余拉应力，中心层则出现残余压应力。
在径向上由于弹性后效的作用，棒材断面上所有的同心环形薄层皆欲增大直径。但由于相邻层的互相阻碍作用而不能自由涨大，从而在径向上产生残余压应力。显然，中心处的圆环涨大直径时所受的阻力最大，而最外层的圆环不受任何阻力。因此中心处产生的残余压应力最大，而外层为零。
由于棒材中心部分在轴向上和径向上受到残余压应力，所以此部分在周向上有涨大变形的趋势。但是外层的金属阻碍其自由涨大，从而在中心层产生周向残余压应力，外层则产生与之平衡的周向残余拉应力。
（2)拉拔时仅在棒材表面发生塑性变形，拉拔后制品中残余应力的分布与第一种情况不同。在轴向上棒材表面层为残余压应力，中心层为残余拉应力；在周向上残余应力的分布与轴向上基本相同；而径向上棒材表面到中心层为残余压应力。
（3)拉拔时塑性变形未进入到棒材的中心层，拉拔后制品中残余应力的分布应该是前两种情况的中间状态。在轴向上拉拔后的棒材外层为残余拉应力，中心层也为残余拉应力，而其中间层为残余压应力；在周向上残余应力的分布与轴向上基本相同；而在径向上，从棒材外层到中心层为残余压应力。
此时是由于拉拔的材料很硬或拉拔条件不同，使材料中心部不能产生塑性变形的缘故。棒材横截面的中间层所产生的轴向残余压应力表明塑性变形只进行到此处。
4 残余应力的消除
拉拔制品中保留的残余应力对生产工艺和产品质量都非常有害，必须设法减少或消除残余应力。可用下列三种方法减少或消除残余应力：
（1)减少不均匀变形；
（2)及时矫直加工，拉拔制品常用辊式矫直；

退火处理，即采用消除应力退火。
图5-11所示为直径为φ30mm的镍铜棒经过退火后，原有的残余应力基本已消除。此时的金属微观组织发生了很大变化，即如图5-8中拉拔变形后的纤维组织由（b)恢复至（a)的状态。此时加工硬化消除，变成软态。这就是工艺中需要进行中间退火，或者成品出厂前精整时必须退火的原因。

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