1 金属组织结构的变化
晶粒（组织）沿变形方向拉长及纤维化。
晶粒（碎化）与亚结构（亚晶）细化。
晶体缺陷↑ ↑ ，畸变↑ ↑
择优取向效应。
2 金属性能的变化
加工硬化（work hardening）随变形程度增加，强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象。
作用：
①难以继续变形，需退火软化；
②强化手段之一;
③抵抗局部过载；
④许多冷成型加工的保证。
产生残余应力（residual stress） 各部分及各晶粒之间的变形不均和晶格畸变所产生。
各向异性（anisotropy） 晶粒的择优取向和组织纤维化引起。
金属塑性变形的物理实质基本上就是位错的运动，位错运动的结果就产生了塑性变形。
显微组织变化：金属冷变形后，晶粒外形、夹杂物和第二相的分布也会发生变化。拉伸时，各晶粒顺着拉伸方向伸长；压缩时，晶粒被压成扁平状。（如下图所示）
图1 工业钢冷变形后的显微组织
图2 工业钢冷变形后的显微组织
图3 低碳钢冷塑性变形后的显微组织
金属或合金内部含有第二相或者有夹杂物偏聚时，变形后会引起这些偏聚区域的伸长而形成纤维组织。纤维组织使横向机械性能降低。
亚结构：金属冷变形后，其各个晶粒被分成许多单个的小区域。这些小区域的边界上存在有大量位错组成的位错纠结。（如下图所示）
图4 经5%变形的纯铝的位错网络
图5 冷变形后的位错网络
形变织构：金属和合金冷变形后，当变形量较大时，由于晶粒的转动，使每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，这种：由于变形而使晶粒具有择优取向的组织，称为形变织构。
变形织构可以分为丝织构和板织构两种。丝织构系在拉拔过程中产生的。各晶粒有一共同晶向相互平行，并与拉伸轴线一致，以此晶向来表示丝织构。
板织构是某一特定晶面平行于板面，某一特定晶向平行于轧制方向。因此，板织构用晶面和晶向共同表示。
形成织构引起各向异性。织构有有利的一面，也有有害的一面。如生产上可利用织构提高硅钢片某一方向的导磁率；在冲压薄板件时，它会带来不均匀的塑性变形，而产生“制耳”现象，这是不希望产生的。
图6 形变组织示意图
图7 各向异性导致的“制耳”
力学性能的变化体现在：冷加工后，金属材料的强度指标（比例极限、弹性极限、屈服极限、强度极限、硬度）增加，塑性指标（面缩率、延伸率）降低，韧性也降低了。此外，随着变形程度的增加，还可能产生力学性能的方向性。
冷加工后，形变材料的物理、化学性能也发生明显变化。经冷变形后的金属，由于在晶间和晶内产生微观裂纹和空隙以及点阵缺陷，因而密度降低，导热、导电、导磁性能降低。同样原因，使其金属材料的化学稳定性降低，耐腐蚀性能降低，溶解性增加。
1 热变形的特点
与其它加工方法相比，热加工所具有优点是：
能量消耗少，热变形时的金属变形抗力低。
热加工变形时，加工硬化的同时，也存在回复或再结晶的软化过程，塑性变形容易进行。塑性、韧性好，断裂的倾向性减少。金属原子活动性提高，空洞、气泡、裂纹等缺陷易于焊合。不需要像冷加工的中间退火，简化生产工序。
生产率提高，成本降低。
控制热加工，可改变材料的组织结构以满足一定性能要求。
不足之处：
过薄或过细的工件，散热较快，保持热加工温度困难。一般仍采用冷加工的方法。
工件的表面不如冷加工的光洁，尺寸也不如冷加工生产的精确。
热加工结束时，温度难于均匀一致，温度偏高处晶粒尺寸要大一些，特别是大断面更为突出。热加工后产品的组织、性能常常不如冷加工的均匀。
热加工金属材料的强度比冷加工的低。
某些金属材料不宜热加工。例如铜中含Bi（铋常用的硬度较小的低熔点金属。铋（熔点271.3℃）的某些合金的熔点在100℃以下，如由50％铋、25％铅、13％锡和12％镉组成的“伍德合金”，其熔点为71℃，应用于自动灭火设备、锅炉安全装置以及信号仪表等）时，它们的低熔点杂质分布在晶界上，热加工会引起晶间断裂。
2 金属组织结构和性能的变化
改造铸态组织：致密（焊合气孔、疏松），偏析↓，粗晶细化等，使性能↑↑。
细化晶粒和破碎夹杂物：有效的再结晶控制可变为细小均匀的等轴晶粒；
热变形中形成的纤维组织：生产实践中应充分利用纤维组织造成变形金属具有方向性这一特点，使纤维组织形成的流线在工件内有更适宜的分布。（晶界上非溶物质拉长所致，其不会由于再结晶而消除。）
形成“流线”：出现各向异性夹杂物一般沿晶界分布，热加工时，晶粒变形，夹杂物也变形，晶粒发生再结晶形成等轴晶粒，而夹杂仍沿变形方向呈纤维状分布，这种夹杂的分布叫“流线”。出现流线使性能出现明显的各向异性。
3 金属在热变形过程中的特点
金属在再结晶温度以上进行的热变形过程中发生了回复和再结晶，热变形的最大特点是加工硬化与软化同时进行。
热加工过程中的回复和再结晶，就其性质来讲可分为五种形态，即动态回复、动态再结晶、静态回复、静态再结晶及亚动态再结晶。静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶是热变形终止后，利用余热进行的回复和再结晶。动态回复和动态再结晶是指在形变过程中和形变同时发生的回复和再结晶。
图8 热加工时的动态再结晶示意图
1 回复
冷变形后的金属加热时，通常是依次发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变化。这三个阶段不是绝然分开的，常有部分重叠。
回复（recovery）温度不高时，原子短程扩散回到平衡位置，畸变↓，残余应力↓，理化性能恢复。
回复机制:
1）低温回复：主要与点缺陷的迁移有关。
2）中温回复：主要与位错的滑移有关，发生位错运动和重新分布。
3）高温回复：刃位错可获得足够的能量产生攀移。
回复过程中，金属会释放出冷塑性变形过程所贮能量的一部分。残余内应力会降低或消除，电阻率、硬度、强度会降低，密度、塑性、韧性等会提高.
回复退火在生产中主要用作去内应力退火，使冷加工的金属件，在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力，以避免变形和开裂，改善工件的耐蚀性。
2 再结晶
再结晶过程：通过形核与长大→无畸变的等轴晶，强度↓塑性↑加工硬化消除，组织与力学性能完全恢复。这一阶段又被称为初次再结晶阶段。
完成再结晶阶段后，随即进入晶粒长大阶段。此时，材料组织从不稳定状态变成稳定状态。
再结晶是消除加工硬化的重要软化手段。再结晶还是控制晶粒大小、形态、均匀程度、获得或避免晶粒的择优取向的重要手段。通过对再结晶过程进行控制，将对金属材料的强韧性、热强性、冲压性和电磁性等发生重大的影响。
图9 冷变形金属在加热时组织示意图
图10 退火温度对冷变形金属性能的影响
图11 动态再结晶晶粒
形核的三种机制：
·① 晶界弓出形核机制：对变形度较小的金属，多以这种方式形核。
·② 亚晶合并机制：在变形程度较大且具有高层错能的金属中，多以这种机制形核。
·③ 亚晶迁移机制：在变形度很大的低层错能金属中，多以这种机制形核。
再结晶温度及其影响因素
冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为再结晶温度。
对纯金属： T再＝0.4T熔（K） K＝273＋℃
如：Fe：T熔＝1538℃
T再＝0.4(1538＋273)－273＝451.4℃
一般再结晶退火温度比T再要高出100～200℃，目的：消除加工硬化现象。
再结晶温度不是一个严格确定值，不仅因材料特性而异，而且取决于冷变形程度、原始晶粒度等因素。
影响再结晶温度的因素有：加热时间。
图12 再结晶综合动力曲线
再结晶温度的影响因素：变形程度
·金属的冷变形程度越大，其储存的能量也越高，再结晶的驱动力越大。因此，再结晶温度越低，同时等温退火的再结晶速度也就越快，开始再结晶和完成结晶需要的时间越短。
3 晶粒长大
再结晶（分两种：一次再结晶，二次再结晶）后，再继续保温或升温，会使晶粒进一步长大。
1）正常晶粒长大：表现为大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大。是靠晶界迁移，相互吞食而进行的，它使界面能减小，是一个自发过程。
2）异常晶粒长大：表现为少数晶粒突发性的不均匀长大。是出现少数较大的晶粒优先快速成长，逐步吞食掉其周围的大量小晶粒，最后形成非常粗大的组织，使力学性能大大降低，称为二次再结晶。其驱动力来自界面能的降低。
温轧、温锻、温挤和温拉都属于温加工。
加工后的表面光洁度和尺寸精度要比热加工时高，变形工具的寿命要比热加工高。
变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。
在冷加工中易产生加工硬化的金属材料，如奥氏体不锈钢等、钼钢等，采用温加工更为适宜。
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