材料科學(xué)基礎(chǔ)_第五章 材料的形變和再結(jié)晶

1、1第五章第五章材料的形變和再結(jié)晶材料的形變和再結(jié)晶李懷勇李懷勇聊城大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院聊城大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2內(nèi)容預(yù)報內(nèi)容預(yù)報為什么要認(rèn)識和掌握材料的為什么要認(rèn)識和掌握材料的形變和再結(jié)晶形變和再結(jié)晶規(guī)律？規(guī)律？ 材料在加工制備及應(yīng)用過程中都要受到外力的作用材料在加工制備及應(yīng)用過程中都要受到外力的作用 材料受力要發(fā)生變形：彈性變形、塑性變形、斷裂材料受力要發(fā)生變形：彈性變形、塑性變形、斷裂 材料發(fā)生變形后材料的組織結(jié)構(gòu)（性能）發(fā)生變化材料發(fā)生變形后材料的組織結(jié)構(gòu)（性能）發(fā)生變化本章主要研究內(nèi)容：本章主要研究內(nèi)容：一、材料的變形規(guī)律及其微觀機制；一、材料的變形規(guī)律及其微觀機制；二、研究變形后

2、的材料在回復(fù)、再結(jié)晶過程中組織、二、研究變形后的材料在回復(fù)、再結(jié)晶過程中組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律。結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律。 3本章章節(jié)結(jié)構(gòu)本章章節(jié)結(jié)構(gòu)5.1彈性和粘彈性彈性和粘彈性 5.2晶體的塑性變形晶體的塑性變形 5.3回復(fù)和再結(jié)晶回復(fù)和再結(jié)晶 5.4熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶5.5陶瓷材料變形的特點陶瓷材料變形的特點5.6高聚物的塑性變形高聚物的塑性變形 4材料試驗機示意圖拉伸材料試驗機示意圖拉伸位移位移載荷載荷5.0材料力學(xué)性能測試材料力學(xué)性能測試1.拉伸實驗裝置拉伸實驗裝置5eb彈性極限彈性極限eb抗拉強度抗拉強度s屈服強度，會產(chǎn)生屈服強度，會產(chǎn)生0.2%永久永

3、久變形變形s2.應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線65.1彈性和粘彈性彈性和粘彈性l彈性外力去除后形變能夠完全恢復(fù)的性質(zhì)彈性外力去除后形變能夠完全恢復(fù)的性質(zhì) 線性（符合胡克定律）和非線性線性（符合胡克定律）和非線性75.1.1 彈性變形的特征和彈性模量彈性變形的特征和彈性模量一、特征：一、特征：（1）理想的彈性變形是可逆的。）理想的彈性變形是可逆的。 （2）實際材料，在）實際材料，在彈性變形范圍內(nèi)彈性變形范圍內(nèi)，服從胡克定律：，服從胡克定律：0.32,(,1)EE GGEG 式中：分別為正應(yīng)力和切應(yīng)力；分別為正應(yīng)變和在正應(yīng)力下：在切應(yīng)力下：其切應(yīng)中 為泊變；分別為彈性模量和切變模松比，金屬材料的量；8

4、二、彈性模量（廣義的胡克定律）：二、彈性模量（廣義的胡克定律）：晶體的各向異性，各個方向的彈性模量不相同晶體的各向異性，各個方向的彈性模量不相同111213141516xxyzxyxzyzCCCCCC2122232425263132333435364142434445465152535455566162636465yxyzxyxzyzzxyzxyxzyzxyxyzxyxzyzxzxyzxyxzyzyzxyzxyxCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC66zyzC9廣義的胡克定律：廣義的胡克定律：1112131415162122232425263132333435364142

5、43444546515253545556616263646566xxyyzzxyxyxzxzyzyzCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC36ijC式中， 個為彈性系數(shù)，或稱剛度系數(shù)剛度矩陣剛度矩陣10111213141516212223242526313233343536414243444546515253545556616263646566xxyyzzxyxyxzxzyzyzSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS36ijS式中， 個為柔度系數(shù)。柔度矩陣柔度矩陣11對于均質(zhì)各向異性彈性體，最一般的情況，彈對于均質(zhì)各向異性彈性

6、體，最一般的情況，彈性系數(shù)有性系數(shù)有36個，其中個，其中21個是獨立的：個是獨立的：Cij=Cji， Sij=Sji而晶體也存在對稱性，所以在某幾個方向上原而晶體也存在對稱性，所以在某幾個方向上原子排列是相同的，所以系數(shù)將會進(jìn)一步減少。子排列是相同的，所以系數(shù)將會進(jìn)一步減少。立方晶系，有立方晶系，有3個獨立彈性系數(shù)；個獨立彈性系數(shù)；六方晶系，有六方晶系，有5個獨立彈性系數(shù)；個獨立彈性系數(shù)；正交晶系，有正交晶系，有9個獨立彈性系數(shù)；個獨立彈性系數(shù)；12三、體彈性模量三、體彈性模量K（壓縮模量）（壓縮模量）1、定義：應(yīng)力與體積變化率之比。、定義：應(yīng)力與體積變化率之比。2、對模量的討論：、對模量的討

7、論：（1 1）彈性模量代表了原子離開平衡位置的）彈性模量代表了原子離開平衡位置的難易程難易程度度，也表征了原子間的，也表征了原子間的相互作用相互作用。（2 2）對于晶體來說，也反應(yīng)了不同方向原子（離）對于晶體來說，也反應(yīng)了不同方向原子（離子）排列的子）排列的緊密程度緊密程度。（見表。（見表5.25.2）（3 3）材料特別是）材料特別是復(fù)合材料復(fù)合材料由于組織結(jié)構(gòu)的各同異由于組織結(jié)構(gòu)的各同異性也會導(dǎo)致不同方向模量的不同性也會導(dǎo)致不同方向模量的不同3(1 2 )EKv0/(/)KPV V13原子、離子間的相互作用力：原子、離子間的相互作用力：平衡位置平衡位置r0，系統(tǒng)的能量最低，系統(tǒng)的能量最低受外

8、力偏離平衡位置，有變形，產(chǎn)生引力或斥力，受外力偏離平衡位置，有變形，產(chǎn)生引力或斥力，能量升高能量升高當(dāng)外力消失，原子將恢復(fù)到平衡位置，變形完全消當(dāng)外力消失，原子將恢復(fù)到平衡位置，變形完全消失，能量下降失，能量下降Err0斥斥力力引引力力5.1.2 彈性變形的本質(zhì)彈性變形的本質(zhì)145.1.3 彈性的不完整性彈性的不完整性理想的彈性體：理想的彈性體：理想的彈性體是不存在的，可能出現(xiàn)理想的彈性體是不存在的，可能出現(xiàn)加載線與加載線與卸載線不重合卸載線不重合、應(yīng)變滯后于應(yīng)力變化應(yīng)變滯后于應(yīng)力變化等彈性不等彈性不完整性。完整性。包括包括包申格效應(yīng)、彈性后效、彈性滯后和循環(huán)包申格效應(yīng)、彈性后效、彈性滯后和循

9、環(huán)韌性等。韌性等。 E15一、包申格效應(yīng)一、包申格效應(yīng) 預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（小于預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（小于4）而后再而后再同向加載同向加載則則 e升高，但升高，但反向加載反向加載則則 e下降。下降。 16二、彈性后效二、彈性后效 在加載或卸載時，應(yīng)變的弛豫過程現(xiàn)象。在加載或卸載時，應(yīng)變的弛豫過程現(xiàn)象。在彈性極限在彈性極限 e范圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外加應(yīng)力，并和范圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外加應(yīng)力，并和時間有關(guān)的現(xiàn)象稱為時間有關(guān)的現(xiàn)象稱為彈性后效或滯彈性彈性后效或滯彈性 應(yīng)力應(yīng)變時間aba0an0c17三、彈性滯后三、彈性滯后 應(yīng)變落后于應(yīng)力，應(yīng)變落后于應(yīng)力， - 曲線上曲線上加載線加載線與與卸載線

10、不再是一條卸載線不再是一條直線，直線，而是形成一而是形成一封閉回線封閉回線表明加載時消耗于材料的變形功大于卸載時材料恢復(fù)所釋表明加載時消耗于材料的變形功大于卸載時材料恢復(fù)所釋放的變形功，多余的部分被材料內(nèi)部所消耗，稱之為放的變形功，多余的部分被材料內(nèi)部所消耗，稱之為內(nèi)耗內(nèi)耗，其大小即用彈性滯后環(huán)面積度量。其大小即用彈性滯后環(huán)面積度量。 功功185.1.4 粘彈性（高分子材料）粘彈性（高分子材料）1、粘彈性：一些非晶或多晶體，在比較小的應(yīng)力、粘彈性：一些非晶或多晶體，在比較小的應(yīng)力時可以時可以同時表現(xiàn)出粘性和彈性同時表現(xiàn)出粘性和彈性。2、所謂粘性流動是指非晶態(tài)固體和液體在外力作、所謂粘性流動是指

11、非晶態(tài)固體和液體在外力作用下便會發(fā)生用下便會發(fā)生沒有確定形狀的流變沒有確定形狀的流變，并且在外，并且在外力去除后，力去除后，形變不能回復(fù)形變不能回復(fù)。 ddt其中 反映了流體流動的難易程度，Pa s193、粘彈性是高分子材料的重要力學(xué)狀態(tài)、粘彈性是高分子材料的重要力學(xué)狀態(tài) 主鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，沿外力方向伸展；主鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，沿外力方向伸展； 分子鏈之間發(fā)生相對滑移，產(chǎn)生粘性變形。分子鏈之間發(fā)生相對滑移，產(chǎn)生粘性變形。4、粘彈性的特點：、粘彈性的特點： 應(yīng)變落后于應(yīng)力。應(yīng)力應(yīng)變落后于應(yīng)力。應(yīng)力- -應(yīng)變回線，存在內(nèi)耗應(yīng)變回線，存在內(nèi)耗Maxwell適用于應(yīng)力松弛適用于應(yīng)力松弛Voigt蠕變回復(fù)、彈性后效

12、和彈性記憶蠕變回復(fù)、彈性后效和彈性記憶205.2、晶體的塑性變形、晶體的塑性變形超過彈性極限后，開始屈服，出現(xiàn)塑性變形超過彈性極限后，開始屈服，出現(xiàn)塑性變形多晶材料中的變形行為也與各個小晶料的變形有關(guān)系多晶材料中的變形行為也與各個小晶料的變形有關(guān)系215.2.1 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形常溫及低溫下，塑性變形方式：常溫及低溫下，塑性變形方式：滑移，孿生，扭折滑移，孿生，扭折。高溫下的形變的方式：高溫下的形變的方式：擴(kuò)散，蠕變等擴(kuò)散，蠕變等1、滑移、滑移 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定的大小一定的大小時，晶體中時，晶體中一定方向的一定方向的層片層片之間就會產(chǎn)生的之間就會產(chǎn)生的相對滑移相對滑移，

13、大量的層片間滑動的累，大量的層片間滑動的累積，就成為宏觀塑性變形。積，就成為宏觀塑性變形。22單晶鋅變形后產(chǎn)生的單晶鋅變形后產(chǎn)生的滑移帶滑移帶23（1）滑移線與滑移帶）滑移線與滑移帶 24滑移只是集中發(fā)生在一些晶面上，而滑移帶或滑滑移只是集中發(fā)生在一些晶面上，而滑移帶或滑移線之間的晶體層片則未產(chǎn)生變形，只是彼此之移線之間的晶體層片則未產(chǎn)生變形，只是彼此之間作相對位移而已間作相對位移而已 25（2）滑移系）滑移系塑性變形時位錯只沿著塑性變形時位錯只沿著一定的晶面和晶向運動一定的晶面和晶向運動，這，這些晶面和晶向分別稱為些晶面和晶向分別稱為“滑移面滑移面”和和“滑移方向滑移方向”。一個滑移面和此面

14、上的一個滑移方向合起來叫做一一個滑移面和此面上的一個滑移方向合起來叫做一個個滑移系滑移系。不同的晶體結(jié)構(gòu)，其滑移面和滑移方向也不同。不同的晶體結(jié)構(gòu)，其滑移面和滑移方向也不同。同一晶體結(jié)構(gòu)，也會有不同的滑移面和滑移方向。同一晶體結(jié)構(gòu)，也會有不同的滑移面和滑移方向。26思考：滑移面及滑移方向上的原子排思考：滑移面及滑移方向上的原子排布密度上有什么特征？布密度上有什么特征？1、面與面之間的結(jié)合力、面與面之間的結(jié)合力2、密排面和密排方向、密排面和密排方向27面心立方晶體中的滑移面心立方晶體中的滑移111滑移面滑移面滑移方向滑移方向28體心立方晶體中體心立方晶體中110滑移面滑移面112滑移面滑移面12

15、3滑移面滑移面滑移方向滑移方向29滑移面和滑移方向往往是金屬晶體中原子排列最密的滑移面和滑移方向往往是金屬晶體中原子排列最密的晶面和晶向。晶面和晶向。 原子密度大面間距大點陣阻力最小，因而原子密度大面間距大點陣阻力最小，因而容易沿著這些面發(fā)生滑移；容易沿著這些面發(fā)生滑移； 至于滑移方向為原子密度最大的方向是由于最密排至于滑移方向為原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子間距最短，即位錯方向上的原子間距最短，即位錯b b最小。最小。 體心立方滑移面有三組，原因是沒有特別突出的密體心立方滑移面有三組，原因是沒有特別突出的密排面。排面。 六方密排，滑移方向一般為六方密排，滑移方向一般為110，而滑

16、移面除，而滑移面除00000101之外還與其軸比之外還與其軸比(c/a)(c/a)有關(guān)，當(dāng)有關(guān)，當(dāng)c/a1.633c/a1.633時，密時，密排面可能為排面可能為10101 111或或10101 100等晶面等晶面（3）關(guān)于滑移系的討論）關(guān)于滑移系的討論30l 在其他條件相同時，晶體中的滑移系愈多，取向便愈多，在其他條件相同時，晶體中的滑移系愈多，取向便愈多，滑移容易進(jìn)行，它的塑性便愈好?；迫菀走M(jìn)行，它的塑性便愈好。l 面心立方晶體的滑移系共有面心立方晶體的滑移系共有11143=12l 體心立方晶體，滑移系共有體心立方晶體，滑移系共有11062+112121+123241=48l 密堆六方晶

17、體的滑移系僅有密堆六方晶體的滑移系僅有(0001)1 3=3l 由于滑移系數(shù)目太少，由于滑移系數(shù)目太少，hcp多晶體的塑性不如多晶體的塑性不如fcc或或bcc的的好。好。31思考題思考題l今有純今有純Ti，Al二種鑄錠，試判斷它們在室溫二種鑄錠，試判斷它們在室溫（20）軋制的難易順序？）軋制的難易順序？已知：已知：Ti熔點為熔點為1672 ，在，在883以下為以下為密排六方，在密排六方，在883 以上為面心立方；以上為面心立方；Al的的熔點為熔點為660 ，面心立方。，面心立方。32外加應(yīng)力外加應(yīng)力兩個兩個角度角度33位錯的滑移是實現(xiàn)塑性變形的一種方式位錯的滑移是實現(xiàn)塑性變形的一種方式34l晶

18、體什么時候開始屈服晶體什么時候開始屈服(開始有塑性形變開始有塑性形變)？ 有滑移系開動有滑移系開動!l這么多滑移系到底是哪個滑移？這么多滑移系到底是哪個滑移？ 看哪個先達(dá)到其臨界分切應(yīng)力看哪個先達(dá)到其臨界分切應(yīng)力 此時的此時的 應(yīng)該稱為屈服強度應(yīng)該稱為屈服強度35000 coscos cos/cos FAFFAA宏觀的正應(yīng)力 外力在滑移面上沿滑移方面上的分切應(yīng)力外力方向、外力方向、法線、法線、滑移方向滑移方向不一定共面不一定共面360cos cosFAcos cos ：取向因子或施密特因子：取向因子或施密特因子 因子大：軟取向因子大：軟取向 因子?。河踩∠蛞蜃有。河踩∠虍?dāng)當(dāng) =90時：時：滑移

19、面平行于外力方向滑移面平行于外力方向當(dāng)當(dāng) =90時：時：滑移面垂直于外力方向滑移面垂直于外力方向不滑移不滑移當(dāng)外力方向、法線、滑移方向共面當(dāng)外力方向、法線、滑移方向共面，且且 + =90, =45時，取向因子最大時，取向因子最大0.537滑移的臨界分切應(yīng)力的影響因素滑移的臨界分切應(yīng)力的影響因素l真實反映了單晶體的一個物理量真實反映了單晶體的一個物理量l大小大小晶體結(jié)構(gòu)（類型及缺陷）晶體結(jié)構(gòu)（類型及缺陷）溫度溫度變形速度變形速度見表見表5.438對密排六方的單晶體拉伸對密排六方的單晶體拉伸l只有一個滑移面只有一個滑移面(0001)，如果垂直或者平行，如果垂直或者平行此面進(jìn)行拉伸，會不會產(chǎn)生滑移？

20、此面進(jìn)行拉伸，會不會產(chǎn)生滑移？ 不會不會 所以對于單晶材料來說，拉伸試樣的晶格取所以對于單晶材料來說，拉伸試樣的晶格取向決定了其屈服強度向決定了其屈服強度! !391、材料什么時候屈服？、材料什么時候屈服？ 有一滑移系達(dá)到臨界分切應(yīng)力有一滑移系達(dá)到臨界分切應(yīng)力2、取向因子與什么有關(guān)系？、取向因子與什么有關(guān)系？ 各滑移系各滑移系(滑移面及滑移方向滑移面及滑移方向)與與F的位置關(guān)系的位置關(guān)系思考思考40滑移時晶面的轉(zhuǎn)動滑移時晶面的轉(zhuǎn)動41拉伸時旋轉(zhuǎn)機制拉伸時旋轉(zhuǎn)機制最大切應(yīng)力最大切應(yīng)力 滑移滑移 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)效果：使滑移方向轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)效果：使滑移方向轉(zhuǎn)至最大切應(yīng)力方向，從而至最大切應(yīng)力方向，從而更容易

21、滑移更容易滑移42受壓時的旋轉(zhuǎn)受壓時的旋轉(zhuǎn)結(jié)果，使滑移面逐漸趨于與壓力軸線相垂直結(jié)果，使滑移面逐漸趨于與壓力軸線相垂直43滑移面轉(zhuǎn)動，滑移方向不斷改變滑移面轉(zhuǎn)動，滑移方向不斷改變l滑移面上的分切應(yīng)力也會發(fā)生變化?；泼嫔系姆智袘?yīng)力也會發(fā)生變化。l 越造近越造近45，越有利于滑移。反之，越有利于滑移。反之，不利于滑移。不利于滑移。44多系滑移多系滑移l多個滑移系：在外力增加時，誰先達(dá)到臨界值，多個滑移系：在外力增加時，誰先達(dá)到臨界值，誰先滑移；誰先滑移；l滑移過程中各滑移系上的分切應(yīng)力會不斷變化；滑移過程中各滑移系上的分切應(yīng)力會不斷變化；l一組不能滑移時，另一組滑移系有可能達(dá)到臨界一組不能滑移時

22、，另一組滑移系有可能達(dá)到臨界值；值；l所以有可能兩組或者更多組滑移面上所以有可能兩組或者更多組滑移面上同時進(jìn)行滑同時進(jìn)行滑移，或交替進(jìn)行移，或交替進(jìn)行。45l交滑移現(xiàn)象交滑移現(xiàn)象：兩個或多個滑移面沿著共同的滑：兩個或多個滑移面沿著共同的滑移方向同時或者交替滑移。移方向同時或者交替滑移。l強化機制強化機制：在多系滑移過程中，不同滑移系的：在多系滑移過程中，不同滑移系的位錯相互交割，而使位錯移動困難，從而起到位錯相互交割，而使位錯移動困難，從而起到強化的作用。強化的作用。46FCC結(jié)構(gòu)中確定滑移系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中確定滑移系統(tǒng)鏡像法則鏡像法則l找到加載方向所在的取向三找到加載方向所在的取向三角形角形l根據(jù)位

23、置確定先開始的滑移根據(jù)位置確定先開始的滑移系系47Example: Given: BCC crystal having 110 slip system Determine active slip system in response to tensile loading along .123 Solve: Draw a standard projection. Label the loading direction in standard projection. Determine the active S.S by Reflection Rule.48 n locate inside the

24、 orientation triangle ( ), single slip.n locate at the edge of the orientation triangle ( ), double (duplex) slip.a) locate at the corner of the orientation triangle, multiple slip.F1FF2FWhen the axis of load is in the edge or corner of the orientation triangle, muli-slip occurs.(111)011(111)011(111

25、)101F00111110111101149 三角形內(nèi)部三角形內(nèi)部1 1個滑移系開動個滑移系開動 三角形邊界三角形邊界2 2個滑移系開動個滑移系開動 110110頂點上頂點上 4 4個滑移系開動個滑移系開動 111111頂點上頂點上 6 6個滑移系開動個滑移系開動 001001頂點上頂點上 8 8個滑移系開動個滑移系開動50例：例：例：對一個例：對一個FCC單晶棒，沿單晶棒，沿215方方向拉伸，請確定哪個滑移系先開向拉伸，請確定哪個滑移系先開動。動。l 首先：畫出晶體的首先：畫出晶體的(001)標(biāo)準(zhǔn)投影標(biāo)準(zhǔn)投影圖，然后找到所在的取向三角形圖，然后找到所在的取向三角形101-111-001l 按

26、照鏡像法則，按照鏡像法則，F(xiàn)CC晶體的滑移晶體的滑移面應(yīng)該是面應(yīng)該是(111)的鏡像的鏡像(111)，滑移，滑移方向應(yīng)該是方向應(yīng)該是101的鏡像的鏡像011。所。所以，滑移系以，滑移系(111) 011先開動。先開動。51滑移的位錯機制滑移的位錯機制 l滑移不是面與面之間做剛性運動，而是通滑移不是面與面之間做剛性運動，而是通過過位錯的移動位錯的移動逐步進(jìn)行的。逐步進(jìn)行的。l一個位錯移動到表面，會產(chǎn)生一個一個位錯移動到表面，會產(chǎn)生一個b的滑移，的滑移，大量的位錯移動到表面就會產(chǎn)生宏觀的塑大量的位錯移動到表面就會產(chǎn)生宏觀的塑性變形。性變形。l位錯運動是有阻力的，所以滑移的容易與位錯運動是有阻力的，

27、所以滑移的容易與否，與位錯滑移的阻力有很大的關(guān)系。否，與位錯滑移的阻力有很大的關(guān)系。52l派派-納納(P-N)力力 位錯滑移要克服點陣周期性阻力位錯滑移要克服點陣周期性阻力2222expexp1111P NGdGWvv bvbdbdvWv在理想的簡單立方晶體中使刃位錯運動所需的臨界分切應(yīng)力其中： 為滑移面的面間距； 為滑移方向上的原子間距， 為泊松比，而代表位錯的寬度與與d和和b之間的關(guān)系之間的關(guān)系53l討論一下討論一下P-N力力與與d和和b的關(guān)系的關(guān)系d大，大，b小，力小，容易滑移小，力小，容易滑移而而d大的面，是密排面，大的面，是密排面，d小是密排方向小是密排方向2222expexp111

28、P NGWGdvbvv b這也解釋了為什么滑移面是密排面，滑移方向是密這也解釋了為什么滑移面是密排面，滑移方向是密排方向排方向54l位錯的運動不是整齊劃一地前進(jìn)，而是有位錯的運動不是整齊劃一地前進(jìn)，而是有前有后，存在扭折現(xiàn)象。前有后，存在扭折現(xiàn)象。l可以進(jìn)一步降低滑移所需的應(yīng)力。可以進(jìn)一步降低滑移所需的應(yīng)力。55l所有阻礙位錯運動的因素，都會所有阻礙位錯運動的因素，都會導(dǎo)致導(dǎo)致強化強化 位錯應(yīng)力場之間的相互作用位錯應(yīng)力場之間的相互作用 位錯交割后產(chǎn)生的扭折和割階位錯交割后產(chǎn)生的扭折和割階 位錯運動過程中，與晶界和第二相質(zhì)點的位錯運動過程中，與晶界和第二相質(zhì)點的相互作用相互作用562、孿生、孿生

29、l常作為滑移的救星常作為滑移的救星a、孿生變形過程、孿生變形過程一系列一系列(111)沿沿111按按abcabc堆垛堆垛57(110)上的原子排布上的原子排布(111)11258變形與未變形兩部分晶體合稱為變形與未變形兩部分晶體合稱為孿晶孿晶切變區(qū)與未切變區(qū)的分界面為切變區(qū)與未切變區(qū)的分界面為孿晶界孿晶界發(fā)生均勻切變的那組晶面稱為發(fā)生均勻切變的那組晶面稱為孿晶面孿晶面孿生面的移動方向稱為孿生面的移動方向稱為孿生方向?qū)\生方向66a是怎么算出來的？均勻切變均勻切變59b、孿生的特點及與滑移的異同點、孿生的特點及與滑移的異同點相同點：相同點： 都是在切應(yīng)力作用下產(chǎn)生的剪切應(yīng)變過程。都是在切應(yīng)力作用下

30、產(chǎn)生的剪切應(yīng)變過程。 都不改變晶體結(jié)構(gòu)。都不改變晶體結(jié)構(gòu)。 都存在臨界分切應(yīng)力。都存在臨界分切應(yīng)力。 都是晶體中的一部分相對于另一部分沿一定的晶面都是晶體中的一部分相對于另一部分沿一定的晶面和晶向的平移。和晶向的平移。60b、孿生的特點及與滑移的異同點、孿生的特點及與滑移的異同點不同點：不同點： 對塑性變形的對塑性變形的貢獻(xiàn)小貢獻(xiàn)小，但是可以，但是可以改變位向改變位向，因此可以進(jìn)一步，因此可以進(jìn)一步誘發(fā)滑移誘發(fā)滑移。 孿晶的兩部分晶體形成孿晶的兩部分晶體形成鏡面對稱鏡面對稱的位向關(guān)系。的位向關(guān)系。 滑移的機制是滑移的機制是位錯位錯的產(chǎn)生和移動，而孿生是孿生區(qū)內(nèi)的原子的產(chǎn)生和移動，而孿生是孿生區(qū)

31、內(nèi)的原子沿滑移方向的沿滑移方向的均勻切變，不全位錯均勻切變，不全位錯參與。參與。 孿生的臨界孿生的臨界分切應(yīng)力大分切應(yīng)力大。一般，晶體對稱度越低，越容易發(fā)。一般，晶體對稱度越低，越容易發(fā)生孿生。變形溫度越低，加載速度趙高，也越容易發(fā)生孿生。生孿生。變形溫度越低，加載速度趙高，也越容易發(fā)生孿生。61c、孿生的形成、孿生的形成 變形孿晶（機械孿晶）呈片狀變形孿晶（機械孿晶）呈片狀 生長孿晶生長孿晶 退火孿晶橫貫整個晶粒，堆垛層錯退火孿晶橫貫整個晶粒，堆垛層錯62變形孿晶變形孿晶l形核和長大形核和長大 極快爆發(fā)（有時有響聲）極快爆發(fā)（有時有響聲）出薄片孿晶出薄片孿晶需較大的應(yīng)力，發(fā)生在滑需較大的應(yīng)力

32、，發(fā)生在滑移受阻的應(yīng)力集中區(qū)移受阻的應(yīng)力集中區(qū) 孿晶界擴(kuò)展來增寬孿晶界擴(kuò)展來增寬所需的應(yīng)力則較小，所以所需的應(yīng)力則較小，所以長大速度快長大速度快63l六方六方：滑移系少，容易出現(xiàn)孿生變形：滑移系少，容易出現(xiàn)孿生變形l體心立方體心立方：在低溫，形變速度快，滑移受阻時，：在低溫，形變速度快，滑移受阻時，也會出現(xiàn)孿生現(xiàn)象。也會出現(xiàn)孿生現(xiàn)象。l面心面心：滑移系較多，形變孿晶很少，較多的是：滑移系較多，形變孿晶很少，較多的是退火孿晶。退火孿晶。孿生的變形量雖然少，但是他可以改變滑移系孿生的變形量雖然少，但是他可以改變滑移系的方位，由不利轉(zhuǎn)為有利位置，從而進(jìn)一步滑的方位，由不利轉(zhuǎn)為有利位置，從而進(jìn)一步滑移

33、。兩者相輔相成，有時交替進(jìn)行。移。兩者相輔相成，有時交替進(jìn)行。64d、孿生的位錯機制、孿生的位錯機制由于孿生變形時，整個孿晶區(qū)發(fā)生均勻切變，由于孿生變形時，整個孿晶區(qū)發(fā)生均勻切變，其各層晶面的相對位移是借助一個其各層晶面的相對位移是借助一個不全位錯不全位錯（肖克萊不全位錯）（肖克萊不全位錯）運動而造成的。運動而造成的。 653、扭折、扭折l為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過某一臨界值時晶體將會產(chǎn)生某一臨界值時晶體將會產(chǎn)生局部彎曲局部彎曲，這種變，這種變形方式稱為形方式稱為扭折扭折，變形區(qū)域則稱為，變形區(qū)域則稱為扭折帶扭折帶。l扭折是一種扭折是一種協(xié)

34、調(diào)性變形協(xié)調(diào)性變形，它能引起應(yīng)力松，它能引起應(yīng)力松弛，使晶體不致斷裂。弛，使晶體不致斷裂。66與孿晶不同與孿晶不同l扭折區(qū)晶體的取向扭折區(qū)晶體的取向不對稱性不對稱性。l會使滑移系的會使滑移系的方位發(fā)生變化方位發(fā)生變化，從而進(jìn)一步滑移。從而進(jìn)一步滑移。67還會伴隨孿晶的出現(xiàn)還會伴隨孿晶的出現(xiàn)68多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形1、晶粒取向的影響：、晶粒取向的影響： 多晶體由很多小單晶組成，晶粒多晶體由很多小單晶組成，晶粒取向各不相同取向各不相同，變形影響因素復(fù)雜。變形影響因素復(fù)雜。 變形時要變形時要保持整體的連續(xù)性保持整體的連續(xù)性，所以要，所以要相互配合相互配合。 各晶粒不一定在最有利于滑移的方

35、向進(jìn)行滑移。各晶粒不一定在最有利于滑移的方向進(jìn)行滑移。69銅多晶試樣拉伸后形成的滑移帶銅多晶試樣拉伸后形成的滑移帶,173倍倍(采自采自C.Brady,美國國家標(biāo)準(zhǔn)局美國國家標(biāo)準(zhǔn)局) 7071l 一個多晶體是否能夠塑性變形，決定于它是否具備有一個多晶體是否能夠塑性變形，決定于它是否具備有5個獨立的滑移系個獨立的滑移系來滿足各晶粒變形時相互協(xié)調(diào)的要求來滿足各晶粒變形時相互協(xié)調(diào)的要求l 面心、體心多晶體塑性好面心、體心多晶體塑性好l 密排六方晶體塑性差密排六方晶體塑性差 ,6V0V55xxyyzzxyyzzxxxyyzz每個小晶體變形有個自由度但變形時，要求總休積不變，所以只剩下 個自由度。但是每

36、個晶粒都有不同的取向，所以他們的變形方向各不相同。這就要求晶體至少能夠在 個方向上進(jìn)行變形。722、晶界的影響、晶界的影響l 晶粒取向各不相同，存在晶界晶粒取向各不相同，存在晶界l結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征 兩側(cè)，晶粒取向不同，滑移方向和滑移面不一致兩側(cè)，晶粒取向不同，滑移方向和滑移面不一致 滑移很難跨過晶界延續(xù)滑移很難跨過晶界延續(xù) 所以在所以在室溫下室溫下，晶界對滑移具有阻礙作用，晶界對滑移具有阻礙作用晶界變形量小晶界變形量小73l位錯的塞積位錯的塞積（交通堵塞）（交通堵塞） 晶界附近產(chǎn)生晶界附近產(chǎn)生塞積群塞積群； 對位錯源產(chǎn)生一對位錯源產(chǎn)生一反作用力反作用力。阻止新位錯的產(chǎn)生；。阻止新位錯的產(chǎn)生；

37、要繼續(xù)塑性變形，必須加大應(yīng)力，使另一取向晶粒中位錯要繼續(xù)塑性變形，必須加大應(yīng)力，使另一取向晶粒中位錯源的開始動作；源的開始動作； 對多晶體來說，對多晶體來說，外加應(yīng)力必須滿足大部分晶粒的滑移要求外加應(yīng)力必須滿足大部分晶粒的滑移要求，才能產(chǎn)生宏觀的塑性變形。才能產(chǎn)生宏觀的塑性變形。74l晶界的數(shù)量與晶粒大小有直接關(guān)系晶界的數(shù)量與晶粒大小有直接關(guān)系 晶粒尺寸晶粒尺寸晶界數(shù)量晶界數(shù)量l霍爾佩奇公式：霍爾佩奇公式： 多晶體的屈服強度多晶體的屈服強度 s與晶粒平均直徑與晶粒平均直徑d的關(guān)系的關(guān)系1200sKdK反映晶內(nèi)對變形的阻力，相當(dāng)于極大單晶的屈服強度，反映晶界對變形的影響系數(shù)，與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)。室溫

38、下室溫下75l晶粒細(xì)小的材料具有良好的的綜合力學(xué)性能晶粒細(xì)小的材料具有良好的的綜合力學(xué)性能 具有較高的強度、硬度具有較高的強度、硬度 良好的塑性和韌性良好的塑性和韌性76l細(xì)化晶粒能夠提高塑性的原因是：細(xì)化晶粒能夠提高塑性的原因是：l多晶體內(nèi)各晶粒變形是不均勻的，其不均勻程多晶體內(nèi)各晶粒變形是不均勻的，其不均勻程度會因晶粒大小的不同而有很大差異。晶粒越度會因晶粒大小的不同而有很大差異。晶粒越細(xì)小，這種不均勻程度越小，因為晶粒越小，細(xì)小，這種不均勻程度越小，因為晶粒越小，塞積在晶界的位錯群所產(chǎn)生的應(yīng)力場將很容易塞積在晶界的位錯群所產(chǎn)生的應(yīng)力場將很容易影響到相鄰晶粒的整個體積，也就容易啟動相影響到

39、相鄰晶粒的整個體積，也就容易啟動相鄰晶粒的位錯源而產(chǎn)生協(xié)調(diào)變形，是變形不均鄰晶粒的位錯源而產(chǎn)生協(xié)調(diào)變形，是變形不均勻程度減小。所以不容易在晶粒中產(chǎn)生應(yīng)力集勻程度減小。所以不容易在晶粒中產(chǎn)生應(yīng)力集中，繼而達(dá)到塑性提高的效果。中，繼而達(dá)到塑性提高的效果。 77高溫下（高溫下（0.5Tm）l擴(kuò)散快；擴(kuò)散快；l晶界的相對滑動。晶界的相對滑動。高溫蠕變高溫蠕變等強溫度等強溫度TE，晶界強度與晶粒本身強度比較晶界強度與晶粒本身強度比較78航空發(fā)動機葉片航空發(fā)動機葉片(a)多晶，多晶，(b)柱狀晶，柱狀晶，(c)單晶單晶 高溫下使用的合金應(yīng)該具有高的熔點，高高溫下使用的合金應(yīng)該具有高的熔點，高的彈性模量和大

40、的晶粒。的彈性模量和大的晶粒。 79合金的塑性變形合金的塑性變形l 工程上一般不使用純金屬材料，而是使用合金。工程上一般不使用純金屬材料，而是使用合金。為什么？為什么？l 和金屬類似，但由于合金元素的存在，有新的特點和金屬類似，但由于合金元素的存在，有新的特點l可分為可分為單相固溶體合金的塑性變形和多相合金的塑單相固溶體合金的塑性變形和多相合金的塑性變形性變形 801、單相固溶體合金的塑性變形、單相固溶體合金的塑性變形l存在溶質(zhì)原子存在溶質(zhì)原子l固溶強化固溶強化、明顯的屈服點與應(yīng)變時效明顯的屈服點與應(yīng)變時效。a、固溶強化、固溶強化81l不同溶質(zhì)原子所引起的固溶強化效果不同不同溶質(zhì)原子所引起的固

41、溶強化效果不同82l影響固溶強化的因素影響固溶強化的因素 溶質(zhì)含量越高，作用越強；效果在低濃度區(qū)域明顯溶質(zhì)含量越高，作用越強；效果在低濃度區(qū)域明顯 與基體相差越大，強化作用越強。與基體相差越大，強化作用越強。 間隙型原子比置換型強化作用大；間隙型原子比置換型強化作用大； 間隙原子在體心中的強化效果要強于面心中。但由于間間隙原子在體心中的強化效果要強于面心中。但由于間隙固溶度小，所以作用也是有限。隙固溶度小，所以作用也是有限。 價電子數(shù)相差越大，固溶強化作用越顯著。價電子數(shù)相差越大，固溶強化作用越顯著。83b、屈服現(xiàn)象與應(yīng)變時效、屈服現(xiàn)象與應(yīng)變時效呂德斯帶呂德斯帶形成形成擴(kuò)展擴(kuò)展與滑移帶區(qū)別與滑

42、移帶區(qū)別多晶粒協(xié)作的結(jié)果多晶粒協(xié)作的結(jié)果貫穿截面每個晶粒貫穿截面每個晶粒每個晶粒內(nèi)部按各自每個晶粒內(nèi)部按各自的滑移系滑移的滑移系滑移84屈服點屈服點l上屈服點：試樣發(fā)生屈服而試驗力首次下降前的最上屈服點：試樣發(fā)生屈服而試驗力首次下降前的最大應(yīng)力。大應(yīng)力。 l下屈服點：屈服階段的最小應(yīng)力。下屈服點：屈服階段的最小應(yīng)力。 l采用下屈服點的理由：上屈服點采用下屈服點的理由：上屈服點su波動性很大，波動性很大，對試驗條件的變化很敏感；而下屈服點對試驗條件的變化很敏感；而下屈服點sl再現(xiàn)性較再現(xiàn)性較好。好。85l為什么會存在這種明顯的屈服現(xiàn)象！為什么會存在這種明顯的屈服現(xiàn)象！lCottrel氣團(tuán)氣團(tuán) 在

43、固溶體合金中，溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子可以與位錯交在固溶體合金中，溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子可以與位錯交互作用而形成互作用而形成溶質(zhì)原子氣團(tuán)溶質(zhì)原子氣團(tuán) 如刃位錯中，滑移面下有拉應(yīng)力，間隙原子如刃位錯中，滑移面下有拉應(yīng)力，間隙原子C C，N N等或等或尺寸大的原子會在此處偏聚以消除應(yīng)力，尺寸大的原子會在此處偏聚以消除應(yīng)力，則位錯的能量降低，趨于穩(wěn)定，則位錯的能量降低，趨于穩(wěn)定，即位錯被釘扎即位錯被釘扎屈服的物理本質(zhì)屈服的物理本質(zhì)上屈服點：掙脫上屈服點：掙脫Cottrel氣團(tuán)，需要較大的應(yīng)力氣團(tuán)，需要較大的應(yīng)力下屈服點：掙脫以后位錯的運動就容易，應(yīng)力下降下屈服點：掙脫以后位錯的運動就容易，應(yīng)力下降86l從位錯

44、的運動規(guī)律來解釋屈服現(xiàn)象從位錯的運動規(guī)律來解釋屈服現(xiàn)象0mpmvbv應(yīng)變速率應(yīng)變速率可動位錯密度可動位錯密度運動速度運動速度柏氏矢量柏氏矢量受到的受到的有效應(yīng)力有效應(yīng)力作單位速度運動作單位速度運動所需應(yīng)力所需應(yīng)力應(yīng)力敏感指數(shù)應(yīng)力敏感指數(shù) 不變不變初始階段：初始階段： m小，需要小，需要v大，則大，則 大大開始后：開始后： m大，需要大，需要v小，則小，則 小小87l應(yīng)變時效應(yīng)變時效 Cottrell氣團(tuán)氣團(tuán)882、多相合金的塑性變形、多相合金的塑性變形l第二相數(shù)量、尺寸、形狀和分布第二相數(shù)量、尺寸、形狀和分布l根據(jù)尺寸大小分為根據(jù)尺寸大小分為 聚合型相差不多聚合型相差不多 彌散型細(xì)小彌散型細(xì)小

45、89a、聚合型、聚合型 若全是塑性相時，塑性取決于兩相的體積分?jǐn)?shù)若全是塑性相時，塑性取決于兩相的體積分?jǐn)?shù)11221122 一級近似：變形先發(fā)生在變形先發(fā)生在較軟的相中較軟的相中90b、彌散分布型、彌散分布型l強化作用：彌散相對位錯的阻礙作用強化作用：彌散相對位錯的阻礙作用l彌散相是否可變形？彌散相是否可變形？ 不可變形（外加的）不可變形（外加的）阻擋，彎曲阻擋，彎曲反作用反作用2GbGbR粒子愈多，強化作用越明顯。減小粒子尺寸或提粒子愈多，強化作用越明顯。減小粒子尺寸或提高體積分?jǐn)?shù)都會提高合金強度高體積分?jǐn)?shù)都會提高合金強度91夾雜物對位錯運動的阻礙夾雜物對位錯運動的阻礙92l可變形（可變形（沉

46、淀相沉淀相）位錯會切過粒子，強化作用取決于粒子本身位錯會切過粒子，強化作用取決于粒子本身的性質(zhì)，以及與基體的聯(lián)系，強化機制復(fù)雜的性質(zhì)，以及與基體的聯(lián)系，強化機制復(fù)雜 打亂規(guī)則有序的排列打亂規(guī)則有序的排列 出現(xiàn)新界面，界面能升高出現(xiàn)新界面，界面能升高 滑移面上，粒子與基體間晶格不同，阻力滑移面上，粒子與基體間晶格不同，阻力 比體積（模量不同）不同，產(chǎn)生的應(yīng)力場與位錯相比體積（模量不同）不同，產(chǎn)生的應(yīng)力場與位錯相互作用互作用935.2.4 塑性變形對材料組織與性能的影響塑性變形對材料組織與性能的影響1、顯微組織的變化、顯微組織的變化l晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大量的晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大量的滑移帶或?qū)\晶帶滑移帶

47、或?qū)\晶帶l晶粒外觀結(jié)構(gòu)將逐漸沿其變形方向伸長晶粒外觀結(jié)構(gòu)將逐漸沿其變形方向伸長l當(dāng)變形量很大時，晶粒已難以分辨而呈現(xiàn)出一片當(dāng)變形量很大時，晶粒已難以分辨而呈現(xiàn)出一片如纖維狀的條紋，稱為如纖維狀的條紋，稱為纖維組織纖維組織。方向方向即是材料即是材料流變伸展的方向。流變伸展的方向。 94952、亞結(jié)構(gòu)的變化、亞結(jié)構(gòu)的變化l塑性變形是借助位錯在應(yīng)力作用下運動和不斷增塑性變形是借助位錯在應(yīng)力作用下運動和不斷增殖。殖。l變形度變形度，晶體中的位錯密度，晶體中的位錯密度 胞狀胞狀亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)963、性能的變化、性能的變化a、加工硬化、加工硬化97l加工硬化曲線，三階段加工硬化曲線，三階段 易滑移階段易滑移

48、階段 線性硬化階段線性硬化階段 拋物線階段拋物線階段不同晶系單晶不同晶系單晶98晶粒尺寸多晶與單晶晶粒尺寸多晶與單晶同樣伸長率下，多晶體所需拉應(yīng)力要高？同樣伸長率下，多晶體所需拉應(yīng)力要高？多晶體曲線無第多晶體曲線無第I階段階段99l加工硬化的決定性因素加工硬化的決定性因素 位錯密度：位錯密度：流變應(yīng)力與位錯密度的平方根成流變應(yīng)力與位錯密度的平方根成線性關(guān)系線性關(guān)系 釘扎作用釘扎作用b、其他性能的變化其他性能的變化 物理性能：電阻物理性能：電阻，熱導(dǎo)率，熱導(dǎo)率 化學(xué)性能：自由焓化學(xué)性能：自由焓 ，化學(xué)活性，化學(xué)活性1004、形變織構(gòu)、形變織構(gòu)l 晶面晶面轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動使多晶體中原來取向互不相同的各個晶

49、粒在空使多晶體中原來取向互不相同的各個晶粒在空間取向上呈現(xiàn)一定程度的規(guī)律性，這一現(xiàn)象稱為間取向上呈現(xiàn)一定程度的規(guī)律性，這一現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取擇優(yōu)取向向，這種組織狀態(tài)則稱為，這種組織狀態(tài)則稱為形變織構(gòu)形變織構(gòu)。 絲織構(gòu)絲織構(gòu) 板織構(gòu)板織構(gòu)l 取向的程度與材質(zhì)，變形量，溫度，工藝都有關(guān)系。用取向的程度與材質(zhì)，變形量，溫度，工藝都有關(guān)系。用變形金屬的極射赤面投影圖來描述變形金屬的極射赤面投影圖來描述l 由于取向，由于取向，造成了材料性能的各向異性造成了材料性能的各向異性。101初始晶粒隨機取向初始晶粒隨機取向晶粒定向擇排列晶粒定向擇排列c-軸軸與受力方向平行與受力方向平行1025、殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)力儲存

50、能：外力做的功中一部分儲存在材料內(nèi)部儲存能：外力做的功中一部分儲存在材料內(nèi)部l 殘余應(yīng)力：相互牽制，自相平衡狀態(tài)殘余應(yīng)力：相互牽制，自相平衡狀態(tài)l根據(jù)范圍大小，分三種根據(jù)范圍大小，分三種 宏觀殘余應(yīng)力：各部分宏觀變形不均勻引起宏觀殘余應(yīng)力：各部分宏觀變形不均勻引起占總的儲存能很少，約占總的儲存能很少，約0.1% 微觀殘余應(yīng)力：晶?；騺喚ЯＶg的變形不微觀殘余應(yīng)力：晶粒或亞晶粒之間的變形不均勻引起?？赡芤鹞⒘鸭y均勻引起。可能引起微裂紋 點陣畸變：占儲存能的絕大部分（點陣畸變：占儲存能的絕大部分（80-90%）103l由于儲存能的存在，使材料的自由焓高，由于儲存能的存在，使材料的自由焓高，是熱力

51、學(xué)不穩(wěn)定的狀態(tài)是熱力學(xué)不穩(wěn)定的狀態(tài)l所以在某些情況下（加熱等）會回復(fù)、所以在某些情況下（加熱等）會回復(fù)、再結(jié)晶。再結(jié)晶。1045.3、回復(fù)和再結(jié)晶、回復(fù)和再結(jié)晶5.3.1、冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化、冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 三個階段三個階段105l三個階段三個階段 回復(fù)：回復(fù)：無畸變晶粒出現(xiàn)之前，亞結(jié)構(gòu)和性能變化無畸變晶粒出現(xiàn)之前，亞結(jié)構(gòu)和性能變化階段階段 再結(jié)晶：再結(jié)晶：從畸變最大的區(qū)域開始產(chǎn)生無畸變的晶從畸變最大的區(qū)域開始產(chǎn)生無畸變的晶粒核心，最終取代變形晶粒的過程。粒核心，最終取代變形晶粒的過程。 晶粒長大：晶粒長大：是指再結(jié)晶結(jié)束之后晶粒的繼續(xù)長大是指再結(jié)晶結(jié)束之后

52、晶粒的繼續(xù)長大106冷變形冷變形38黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片，放大倍數(shù)為黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片，放大倍數(shù)為755803秒秒 1075804秒秒 5808秒秒 黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片，放大倍數(shù)為黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片，放大倍數(shù)為7510858015分分 70010分分 黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片，放大倍數(shù)為黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片，放大倍數(shù)為75109(1)強度與硬度：強度與硬度：與位錯密度有關(guān)。與位錯密度有關(guān)。(2)電阻：電阻：與點缺陷有關(guān)。與點缺陷有關(guān)。(3)內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力 宏觀和微觀內(nèi)應(yīng)力宏觀和微觀內(nèi)應(yīng)力

53、(4)亞晶粒尺寸亞晶粒尺寸(5)密度密度與缺陷有關(guān)。與缺陷有關(guān)。(6)儲能的釋放儲能的釋放110l回復(fù)回復(fù) 點缺陷密度明顯減小點缺陷密度明顯減小電阻減?。‰娮铚p??！ 大部分或者全部的宏觀應(yīng)力消失。大部分或者全部的宏觀應(yīng)力消失。l再結(jié)晶再結(jié)晶 位錯密度明顯下降位錯密度明顯下降密度升高，強密度升高，強度和硬度下降，電阻率明顯減小度和硬度下降，電阻率明顯減小。 微觀應(yīng)力消失。微觀應(yīng)力消失。111一根冷變形的金屬棒，如一根冷變形的金屬棒，如果將其一端加熱，一端放果將其一端加熱，一端放入冰水中，經(jīng)過一段時間入冰水中，經(jīng)過一段時間以后，其強度分布曲線？以后，其強度分布曲線？1125.3.2回復(fù)回復(fù)1、回復(fù)

54、動力學(xué)、回復(fù)動力學(xué)00mrmmrRR為屈服強度回復(fù)率其中，和為變形后，回復(fù)后和完全退火后的屈服強度。113l回復(fù)是一個弛豫過程?；貜?fù)是一個弛豫過程。 沒有孕育期沒有孕育期 回復(fù)速率從大，逐漸變慢，直到為回復(fù)速率從大，逐漸變慢，直到為0 每個每個T有一個極限值，有一個極限值， T 剩余剩余，達(dá)到極限所需時間，達(dá)到極限所需時間 預(yù)變形大，回復(fù)速率快；晶粒尺寸小，有利于回復(fù)預(yù)變形大，回復(fù)速率快；晶粒尺寸小，有利于回復(fù)/0Q RTdxcxdttxccc eQ 一級方程表示其中 為保溫時間， 為殘留分?jǐn)?shù)。為與材料和溫度有關(guān)的比例常數(shù)其中 為激活能1140/0000lnln1lnxtQ RTQ RTxxd

55、xc edtc texxQtARTtQT 如果以回復(fù)到相同程度作比較。則有作圖就可以得出激活能實驗表明：實驗表明：回復(fù)的不同時段的回復(fù)機制是不同的?；貜?fù)的不同時段的回復(fù)機制是不同的。短時間：空位短時間：空位長時間：自擴(kuò)散長時間：自擴(kuò)散1152、回復(fù)機制、回復(fù)機制溫度不同，機制也不相同：溫度不同，機制也不相同：l低溫低溫點缺陷遷移，使點缺陷密度下降。點缺陷遷移，使點缺陷密度下降。l中溫中溫位錯滑移，相遇相消位錯滑移，相遇相消l高溫高溫刃位錯可以攀移：刃位錯可以攀移：位錯墻位錯墻和多邊化結(jié)構(gòu)和多邊化結(jié)構(gòu)116多邊化結(jié)構(gòu)過程：多邊化結(jié)構(gòu)過程：點陣彎曲點陣彎曲滑移面上有塞積的同號刃滑移面上有塞積的同號

56、刃較高溫度，能攀移較高溫度，能攀移最終形成亞晶界最終形成亞晶界中高溫下的回復(fù)，本質(zhì)上就是位錯的滑移和攀移中高溫下的回復(fù)，本質(zhì)上就是位錯的滑移和攀移亞晶界亞晶界117回復(fù)的應(yīng)用：回復(fù)的應(yīng)用：黃銅彈殼，冷沖壓后，有殘余應(yīng)力，會發(fā)生沿晶開裂。黃銅彈殼，冷沖壓后，有殘余應(yīng)力，會發(fā)生沿晶開裂。所以要在所以要在260退火回復(fù)，以消除應(yīng)力退火回復(fù)，以消除應(yīng)力1185.3.3再結(jié)晶再結(jié)晶l 再結(jié)晶的再結(jié)晶的驅(qū)動力驅(qū)動力是回復(fù)后未被釋放的儲存能（是回復(fù)后未被釋放的儲存能（90）l 在實際生產(chǎn)中，通過再結(jié)晶退火可消除冷加工的影響在實際生產(chǎn)中，通過再結(jié)晶退火可消除冷加工的影響冷變形冷變形385803秒秒 5804秒

57、秒 5808秒秒 黃銅再結(jié)晶的金相照片，放大倍數(shù)為黃銅再結(jié)晶的金相照片，放大倍數(shù)為75119l再結(jié)晶過程再結(jié)晶過程 形核和長大形核和長大 不是生成新相不是生成新相產(chǎn)生無畸變再結(jié)晶晶核產(chǎn)生無畸變再結(jié)晶晶核逐漸長大形成等軸晶粒逐漸長大形成等軸晶粒取代全部變形組織取代全部變形組織120a、形核、形核高能區(qū)域，以多邊化形成的亞晶為基礎(chǔ)高能區(qū)域，以多邊化形成的亞晶為基礎(chǔ)(1)晶界弓出形核晶界弓出形核(變形度較小的變形度較小的20%)A：變形小，位錯密度小，能量低：變形小，位錯密度小，能量低B：變形大，位錯密度大，能量高：變形大，位錯密度大，能量高需要降低系統(tǒng)能量需要降低系統(tǒng)能量A中的某些亞晶通過晶界弓出

58、進(jìn)入中的某些亞晶通過晶界弓出進(jìn)入B吞食吞食B中亞晶中亞晶121l晶界弓出形核的能量分析晶界弓出形核的能量分析IIIIII sssdVdAEGdVE dVdAdAGEdV由 到 時，掃過的體積為，面積為，晶界的表面能為 ，單位體積的儲存能為假設(shè)晶界掃過后，儲存能全釋放，則由 到 時的自由能變化為：122121211rrdAdVrr對任一曲面，可以近似定義兩個主曲率半徑和 ，則有：123121122sdAdVrrdAdVrGEr 若為一球面，則有隨著弓出的進(jìn)行，隨著弓出的進(jìn)行，r，有一最小值，有一最小值L，則，則 G，有一，有一最大值。最大值。r繼續(xù)繼續(xù)， G，此時晶界將自發(fā)向前推移。，此時晶界將

59、自發(fā)向前推移。02LsGE由，有弓出距離達(dá)到弓出距離達(dá)到L所需的時所需的時間為再結(jié)晶的間為再結(jié)晶的孕育期孕育期124(2)、亞晶形核、亞晶形核l大的變形度下發(fā)生大的變形度下發(fā)生 ，以多邊化亞晶為基礎(chǔ)以多邊化亞晶為基礎(chǔ)l分為亞晶轉(zhuǎn)動合并機制亞晶遷移機制分為亞晶轉(zhuǎn)動合并機制亞晶遷移機制125亞晶轉(zhuǎn)動合并機制亞晶轉(zhuǎn)動合并機制l變形量大，高層錯能的金屬（變形量大，高層錯能的金屬（易交滑移，位錯易纏繞，易交滑移，位錯易纏繞，易形成胞狀組織易形成胞狀組織）。）。l位錯網(wǎng)絡(luò)向鄰近亞晶界轉(zhuǎn)移消失，亞晶轉(zhuǎn)動合并位錯網(wǎng)絡(luò)向鄰近亞晶界轉(zhuǎn)移消失，亞晶轉(zhuǎn)動合并l與相鄰亞晶位向差會逐漸轉(zhuǎn)為大角晶界，并且達(dá)到臨與相鄰亞晶位

60、向差會逐漸轉(zhuǎn)為大角晶界，并且達(dá)到臨界尺寸后，機制結(jié)束。成為界尺寸后，機制結(jié)束。成為穩(wěn)定的穩(wěn)定的再結(jié)晶核心。再結(jié)晶核心。126亞晶遷移機制亞晶遷移機制l變形度大，低層錯能的金屬變形度大，低層錯能的金屬（不易交滑移，位錯不易纏繞，不易交滑移，位錯不易纏繞，不易形成胞狀組織不易形成胞狀組織。l變形度大，位錯密度高，亞晶界能量也高，易于遷變形度大，位錯密度高，亞晶界能量也高，易于遷移，清除并吸收掃過區(qū)的位錯等缺陷。移，清除并吸收掃過區(qū)的位錯等缺陷。l與相鄰亞晶位向差逐漸轉(zhuǎn)為大角晶界，并且達(dá)到臨與相鄰亞晶位向差逐漸轉(zhuǎn)為大角晶界，并且達(dá)到臨界尺寸后，成為界尺寸后，成為穩(wěn)定的穩(wěn)定的再結(jié)晶核心。再結(jié)晶核心。1