金屬和陶瓷的力學性能材料科學基礎(chǔ)

金屬和陶瓷的力學性能材料科學基礎(chǔ)第一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六一、金屬中的應力與應變：1、軸向拉伸時的應力與應變：（表達方式及單位）2、應力與應變之間的關(guān)系（在彈性范圍內(nèi)）第二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六3、剪切變形時的應力與應變：（表達方式及單位）4、應力與應變之間的關(guān)系（在彈性范圍內(nèi)）第三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六二、拉伸試驗和應力-應變圖：拉伸試驗可獲得的力學性能指標：1、彈性模量：2、規(guī)定非比例伸長應力：是金屬材料有明顯塑性變形時的強度3、抗拉強度：4、斷后伸長率：5、截面收縮率：第四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六三、塑性變形材料學基礎(chǔ)

（一）、金屬單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形的基本方式有兩種：滑移孿生。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。第五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六1、滑移

任何晶面上都可分解為正應力和切應力。正應力只能引起晶格的彈性變形及將晶粒拉斷。只有在切應力的作用下金屬晶體的晶格在發(fā)生彈性扭曲后進一步造成滑移而產(chǎn)生塑性變形。外力在晶面上的分解切應力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片第六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六

滑移是晶體在切應力的作用下,晶體的一部分相對于另一部分沿一定的晶面(滑移面)和晶向發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象。第七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六

滑移變形的特點：⑵

滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因為原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應力最小。⑴滑移只能在切應力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應力稱臨界切應力.

沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。

晶面間距示意圖第八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六復習：立方晶系的晶向表示方法

以圖中的晶向OA為例,說明晶向指數(shù)的標定過程。

①設(shè)定一空間坐標系,原點在欲定晶向的一結(jié)點上。

②寫出該晶向上另一結(jié)點的空間坐標值:100

③將坐標值按比例化為最小整數(shù)：100

④將化好的整數(shù)記在方括號內(nèi):[100]得到晶向OA的晶向指數(shù)為[100]。第九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六同樣方法可得晶向OB、OC的晶向指數(shù)分別為[110]、[111]。晶向指數(shù)的一般標記為[uvw]。[uvw]實際表示一組原子排列相同的平行晶向。晶向指數(shù)也可能出現(xiàn)負數(shù)。（若兩組晶向的全部指數(shù)數(shù)值相同而符號相反,如[110]與[],則它們相互平行或為同一原子列,但方向相反。）若只研究該原子列的原子排列情況,則晶向[110]與[]可用一指數(shù)[110]表示。第十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六原子排列情況相同而在空間位向不同(即不平行)的晶向統(tǒng)稱為晶向族,用尖括號表示,即<uvw>。如:<100>=[100]+[010]+[001]在立方晶系中,一個晶面指數(shù)與一個晶向指數(shù)數(shù)值和符號相同時,則該晶面與該晶向互相垂直,

如(111)[111]。第十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六以圖中的晶面ABB’A’為例,晶面指數(shù)的標定過程如下：

①設(shè)定一空間坐標系（原點在欲定晶面外,并使晶面在

三條坐標軸上有截距或無窮大。）

②以晶格常數(shù)a為長度單位,寫出欲定晶面在三條坐標軸上的截距:1∞∞

③截距取倒數(shù)：100

④截距的倒數(shù)化為最小整數(shù)：100

⑤將三整數(shù)寫在園括號內(nèi)：(100)

晶面ABB’A’的晶面指數(shù)即為(100)。

同樣可得晶面ACC’A’和ACD’的晶面指數(shù)分別為

(110)、(111)。第十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六晶面指數(shù)的一般標記為(hkl)。(hkl)實際表示一組原子排列相同的平行晶面。

晶面的截距可以為負數(shù),在指數(shù)上加負號。如()面。若某個晶面(hkl)的指數(shù)都乘以-1,則得到(

)晶面,則晶面(hkl)與(

),屬于一組平行晶面,如晶面ACD’(111)與晶面A’C’B(

),這兩個晶面一般用一個晶面指數(shù)(111)來表示。第十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六晶面族在立方晶系中,由于原子的排列具有高度的對稱性,往往存在有許多原子排列完全相同但在空間位向不同(即不平行)的晶面,這些晶面的總稱為晶面族,用大括號表示,即{hkl}。在立方晶胞中(111)、()、()、()同屬{111}晶面族。第十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六復習:晶面原子密度:

是指其單位面積中的原子數(shù)

。晶向原子密度：是指其單位長度上的原子數(shù)

。不同晶體結(jié)構(gòu)中不同晶面、不同晶向上原子排列方式和排列密度不一樣。

在體心立方晶格中，原子密度最大的晶面為{110},稱為密排面;

原子密度最大的晶向為<111>,稱為密排方向。

在面心立方晶格中,密排面為{111},密排方向為<110>。第十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六一個滑移面和其上的一個滑移方向構(gòu)成一個滑移系。(以下以體心立方晶格為例)第十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六第十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I比滑移面更大。因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格,體心立方晶格好于密排六方晶格。面心立方密排六方第十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六⑶滑移時，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍.滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個滑移帶。（在光學顯微鏡下無法分辨出滑移帶內(nèi)滑移臺階，因此，滑移帶也常常稱為滑移線）從滑移帶的結(jié)構(gòu)可知，金屬即使進行了大量的塑性變形，這些變形也只是集中在一小部分的滑移面，許多潛在的滑移面上并沒有進行滑移，大多數(shù)原子對于其鄰居來講并移動。第十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六

⑷滑移的同時伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動

如圖所示：當外力作用于單晶體試樣時，它在某些相鄰層晶面上所分解的切應力使晶體發(fā)生滑移，而正應力則組成一力偶，使晶體在滑移的同時向外力方向發(fā)生轉(zhuǎn)動。外力在晶面上的分解切應力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片第二十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六滑移的機理：把滑移看作是晶體的一部分相對于另一部分的剛性滑移是不對的，大量研究表明：滑移是通過滑移面上位錯的運動來實現(xiàn)的。(P188)第二十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六晶體通過位錯運動產(chǎn)生滑移時，并不需要整個晶體的上半部分原子相對于下半部分原子一起位移,而只有少數(shù)原子產(chǎn)生滑移，因而所需臨界切應力小，刃形位錯在切應力作用下在滑移面上的運動第二十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六2、孿生：孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發(fā)生的切變。發(fā)生切變的部分稱孿生帶或?qū)\晶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱孿生面。孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的原子排列呈鏡面對稱。

第二十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六孿生與滑移相比：孿生使晶格位向發(fā)生改變；所需切應力比滑移大得多,變形速度極快,接近聲速;孿生時相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距.金屬表面的基本差別：滑移產(chǎn)生一系列臺階，而孿生則產(chǎn)生一個小的、范圍確定的變形區(qū)密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時發(fā)生錯排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶。第二十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六第二十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六（四）、金屬多晶體的塑性變形1、晶界及晶粒位向差的影響：（1）、晶界的影響：當位錯運動到晶界附近時，受到晶界的阻礙而堆積起來,稱位錯的塞積。要使變形繼續(xù)進行,則必須增加外力,從而使金屬的變形抗力提高。第二十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六第二十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六多晶粒構(gòu)成的試樣的拉伸試驗的竹節(jié)現(xiàn)象第二十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六（2）晶粒位向的影響由于各相鄰晶粒位向不同，當一個晶粒發(fā)生塑性變形時，必然會受到它周圍不同晶格位向晶粒的約束和障礙，各晶粒必須相互協(xié)調(diào)，相互適應，才能發(fā)生變形。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力總是高于單晶體。

第二十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六2、多晶體金屬的塑性變形過程多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45°的晶粒（切應力最大）。當塞積位錯前端的應力達到一定程度，加上滑移時晶粒的轉(zhuǎn)動，促使另一批晶粒開始滑移變形，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，從少量晶粒開始逐步擴大到大量晶粒，從不均勻變形逐步發(fā)展到比較均勻變形。當有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。第三十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六3、晶粒大小對金屬力學性能的影響

金屬的晶粒越細，其強度和硬度越高。因為金屬晶粒越細，晶界總面積越大，位錯障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使金屬塑性變形的抗力越高。晶粒大小與金屬強度關(guān)系第三十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六金屬的晶粒越細，其塑性和韌性也越高。因為晶粒越細，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，而不致造成應力集中，引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展，因此在斷裂前可發(fā)生較大的塑性變形，金屬在斷裂前消耗的功也大，因而其韌性也比較好。通過細化晶粒來同時提高金屬的強度、硬度、塑性和韌性的方法稱細晶強化。第三十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六（五）合金的塑性變形合金可根據(jù)組織分為單相固溶體和多相混合物兩種.合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同.珠光體奧氏體碳在γ-Fe中的間隙固溶體鐵素體與滲碳體的混合物第三十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六

１、單相固溶體合金的塑性變形單相固溶體的顯微組織與純金屬類似，因此其塑性變形過程也與多晶體純金屬相似，但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱固溶強化。Cu-Ni合金成分與性能關(guān)系第三十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六產(chǎn)生固溶強化的原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯相互作用的結(jié)果，溶質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變，而且易被吸附在位錯附近形成柯氏氣團，使位錯被釘扎住，位錯要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高.

Cu-Ni合金成分與性能關(guān)系第三十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六２、多相合金的塑性變形與彌散強化當合金的組織由多相(二相)混合物組成時，合金的塑性變形除與合金基體的性質(zhì)有關(guān)外，還與第二相的性質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。第二相可以是純金屬、固溶體或化合物，工業(yè)合金中第二相多數(shù)是化合物。

第三十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六復習：金屬化合物在合金中，當溶質(zhì)含量超過固溶體的溶解度時，將出現(xiàn)新相。若新相的晶格結(jié)構(gòu)與合金中另一組成元素相同，則新相是以另一組成元素為溶劑的固溶體。若新相的晶格結(jié)構(gòu)不同于任一組成元素，則新相將是組成元素相互作用而生成的一種新物質(zhì)，屬于化合物或中間相。第三十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六在這些化合物中，有些具有相當程度的金屬鍵及一定程度的金屬性質(zhì)，是一種金屬化合物，稱為金屬間化合物；有些化合物具有離子鍵，沒有金屬性質(zhì)，屬于一般化合物，稱為非金屬化合物。非金屬化合物對合金性能影響很壞，一般稱為非金屬夾雜。金屬化合物通常能提高合金的強度、硬度及耐磨性，但會降低塑性和韌性。是各類合金、硬質(zhì)合金和許多有色金屬的重要組成相。第三十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六當在晶界呈網(wǎng)狀分布時，對合金的強度和塑性不利；當在晶內(nèi)呈片狀分布時，可提高強度、硬度，但會降低塑性和韌性；珠光體第三十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六當在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時，第二相顆粒越細，分布越均勻，合金的強度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強化方法稱彌散強化或沉淀強化。彌散強化的主要原因如下：當?shù)诙嘣诰w內(nèi)呈彌散分布時，一方面相界（即晶界）面積顯著增多并使其周圍晶格發(fā)生畸變，從而使滑移抗力增加。但更重要的是這些第二相質(zhì)點本身成為位錯運動的障礙物。阻礙了位錯的運動，提高了變形抗力。第四十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六第二相質(zhì)點以兩種明顯的方式阻礙位錯的運動。當位錯運動遇到第二相質(zhì)點時：質(zhì)點被位錯切開（軟質(zhì)點）；質(zhì)點阻攔位錯而迫使位錯只有在加大外力的情況下才能通過。第四十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六當質(zhì)點小而軟，或為軟相時，位錯能割開它并使其變形，如圖所示，這時加工硬化小，但隨質(zhì)點尺寸的增大而增加。第四十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六位錯切割第二相粒子示意圖電鏡觀察第四十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六當質(zhì)點堅硬而難于被位錯切開時，位錯不能直接越過這種第二相質(zhì)點，但在外力作用下，位錯線可以環(huán)繞第二相質(zhì)點發(fā)生彎曲，最后在質(zhì)點周圍留下一個位錯環(huán)而讓位錯通過。使位錯線彎曲將增加位錯影響區(qū)的晶格畸變能，增加位錯移動的阻力，使滑移抗力提高。位錯線彎曲的半徑越小，所需外力越大。第四十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六顆粒釘扎作用的電鏡照片第四十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六因此，在第二相數(shù)量一定的條件下，第二相質(zhì)點的彌散度越大（分散成很細小的質(zhì)點），則滑移抗力越大，合金的強化程度越高（因為位錯線的彎曲半徑，取決于質(zhì)點間距離，質(zhì)點細化使質(zhì)點數(shù)目增多而質(zhì)點空間間距減小）。但應注意，第二相質(zhì)點細化，對合金強化的貢獻是有一個限度的，當質(zhì)點太細小時，質(zhì)點間的空間間距太小，這時位錯線不能彎曲，但可“剛性的”掃過這些極細小的質(zhì)點，因而強化效果反而降低。第四十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六第二相呈彌散質(zhì)點分布時，對合金塑性、韌性影響較小，因為這樣分布的質(zhì)點幾乎不影響基體相的連續(xù)性。塑性變形時第二相質(zhì)點可隨基本相的變形而“流動”，不會造成明顯應力集中，因此，合金可承受較大的變形量而不致破裂。第四十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六

(六)、塑性變形對組織和性能的影響

1、塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響金屬發(fā)生塑性變形時，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應地被拉長或壓扁。當變形量很大時，晶粒將被拉長為纖維狀，晶界變得模糊不清。塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒。第四十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化5%冷變形純鋁中的位錯網(wǎng)(a)正火態(tài)(c)變形80%(b)變形40%第四十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六由于晶粒的轉(zhuǎn)動，當塑性變形達到一定程度時，會使絕大部分晶粒的位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱織構(gòu)或擇優(yōu)取向。形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，在深沖零件時，易產(chǎn)生“制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導磁率。板織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖各向異性導致的銅板“制耳”有無第五十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六軋制鋁板的“制耳”現(xiàn)象第五十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六2、加工硬化

隨冷塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。冷塑性變形量，%屈服強度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅第五十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六冷塑性變形與性能關(guān)系第五十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六產(chǎn)生加工硬化的原因是：（分析）1、隨變形量增加，位錯密度增加，由于位錯之間的交互作用(堆積、纏結(jié))，使變形抗力增加。2.隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細化。3.隨變形量增加,空位密度增加。變形20%純鐵中的位錯未變形純鐵第五十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六加工硬化的結(jié)果:給金屬的進一步加工帶來困難。解決的辦法：

在加工過程中安排一些中間退火工序，通過加熱消除其加工硬化現(xiàn)象，以恢復它進一步變形的能力。第五十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六加工硬化使金屬材料的塑性韌性下降，強度、硬度增加，是強化金屬的重要手段之一，對于不能熱處理強化的純金屬和合金尤為重要。例如（1）冷拉高強度鋼絲、冷卷彈簧等主要是利用冷加工變形來提高它們的強度和彈性極限。（2）坦克和拖拉機的履帶、破碎機的額板、鐵路的道岔等都是利用加工硬化來提高它們的硬度及耐磨性。第五十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六加工硬化不僅使材料的機械性能發(fā)生顯著變化，而且物理、化學性能也會發(fā)生顯著變化，如電阻率增加、耐腐蝕性降低等，所有這些在設(shè)計和制造各種金屬零件或制品時應予以充分考慮。第五十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六3、殘余內(nèi)應力

:內(nèi)應力是指平衡于金屬內(nèi)部的應力。是由于金屬受力時,內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時,外力所做的功只有10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應力殘留于金屬中.內(nèi)應力分為三類：第一類內(nèi)應力平衡于表面與心部之間(宏觀內(nèi)應力)。第二類內(nèi)應力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間,(微觀內(nèi)應力)。第三類內(nèi)應力是由晶格缺陷引起的畸變應力。第五十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六第三類內(nèi)應力是形變金屬中的主要內(nèi)應力，也是金屬強化的主要原因。而第一、二類內(nèi)應力都使金屬強度降低。內(nèi)應力的存在，使金屬化學不穩(wěn)定性增加、耐蝕性下降，例如，冷加工后的黃銅，由于存在內(nèi)應力，在氨氣、銨鹽、汞蒸氣以及海水中會發(fā)生嚴重的腐蝕破裂（又稱“季節(jié)病”）；高壓鍋爐、鉚釘發(fā)生的腐蝕破裂等等。還會引起零件加工、淬火過程中的變形和開裂。因此，金屬在塑性變形后，通常要進行退火處理，以消除或降低內(nèi)應力。第五十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六除此之外，冷變形還會使金屬的導熱性降低。如銅冷變形后，其導熱性降低到78%。冷變形還可能改變金屬材料的磁性。金屬經(jīng)冷變形后，密度下降(如圖)。冷變形還會使金屬的電阻發(fā)生變化，一般而言，冷變形使金屬電阻有所增加（約百分之幾），但增加的程度則隨金屬而異。

8.928.918.908.898.888.872040608010012密度變形程度與密度的關(guān)系第六十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六4、回復與再結(jié)晶（1）冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化：金屬經(jīng)冷變形后,外力所做的功有10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應力殘留于金屬中,使材料的內(nèi)能增加，處于高能量狀態(tài)的冷變形金屬組織處于不穩(wěn)定狀態(tài),有自發(fā)恢復到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。固一旦對金屬加熱，可使原子擴散能力增加，便必然會發(fā)生一系列組織和性能的變化，隨著加熱溫度的不同，大致可以分為三個階段：回復、再結(jié)晶和晶粒長大。

加熱溫度℃黃銅第六十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六回復：回復是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等，使材料處于一種低能狀態(tài)。由于位錯運動使其由冷塑性變形時的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植?，形成亞晶界，，亞晶界的形成使一個變形晶粒內(nèi)部產(chǎn)生許多亞晶粒，這一過程稱多邊形化。第六十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六在回復階段，金屬組織變化不明顯，其強度、硬度略有下降，塑性略有提高，但內(nèi)應力、電阻率等顯著下降。工業(yè)上，常利用回復現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處理方法稱去應力退火。第六十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六再結(jié)晶：當變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒。這種冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程稱再結(jié)晶。鐵素體變形80%670℃加熱650℃加熱第六十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六由于再結(jié)晶后組織的復原，因而金屬的強度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形(變形量為38%)黃銅580oC保溫15分后的的再結(jié)晶組織第六十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六總結(jié)：再結(jié)晶過程也是通過成核、長大過程來實現(xiàn)的。當變形金屬被加熱到一定溫度時，原子的活動能力教強，會在變形晶粒的晶界或晶粒內(nèi)部的亞晶界處以不同于一般結(jié)晶的特殊成核方式產(chǎn)生新晶核，隨著原子的擴散移動，新晶核的邊界不斷向變形的原晶粒中推進，使新晶核不斷消耗變形晶粒而長大。最終是一批新的等軸晶粒取代了原先變形的晶粒，完成了一次新的結(jié)晶過程。但是，它沒有發(fā)生晶格類型的變化，只是晶體形態(tài)和大小的變化。也可以說，只有顯微組織變化而沒有晶格結(jié)構(gòu)，故稱為再結(jié)晶。結(jié)論：

再結(jié)晶也是成核、長大過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。第六十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六再結(jié)晶后的晶粒長大：再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時間，將發(fā)生晶粒長大，這是一個自發(fā)的過程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織第六十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六晶粒的長大是通過晶界遷移進行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。晶粒粗大會使金屬的強度，尤其是塑性和韌性降低。原子穿過晶界擴散晶界遷移方向第六十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片冷變形量為38％的組織580oC保溫3秒后的組織580oC保溫4秒后的組織580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織第六十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六（2）再結(jié)晶溫度再結(jié)晶不是一個恒溫過程，它是隨著溫度的升高而大致從某一溫度開始進行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。（沒有經(jīng)過冷加工變形的金屬在加熱時是不會發(fā)生再結(jié)晶的）580oC保溫3秒后的組織580oC保溫4秒后的組織580oC保溫8秒后的組織冷變形(變形量為38%)黃銅的再結(jié)晶第七十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六T再與ε的關(guān)系影響再結(jié)晶溫度的因素為：1、金屬的預先變形程度：金屬預先變形程度越大,再結(jié)晶溫度越低。當變形度達到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點之間的近似關(guān)系:T再≈0.4T熔

其中T再、T熔為絕對溫度.金屬熔點越高,T再也越高.T再℃=(T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃第七十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六2、金屬的純度金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點元素起阻礙擴散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高.第七十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六3、再結(jié)晶加熱速度和加熱時間提高加熱速度會使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生；延長加熱時間,使原子擴散充分,再結(jié)晶溫度降低。生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。為縮短退火周期，再結(jié)晶退火溫度常定為最低再結(jié)晶溫度以上100~200℃。第七十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素

:1、加熱溫度和保溫時間加熱溫度越高，保溫時間越長，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響第七十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六預先變形度的影響，實質(zhì)上是變形均勻程度的影響.當變形度很小時，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶.當變形達到2~10%時，只有部分晶粒變形，變形極預先變形度對再結(jié)晶晶粒度的影響2、預先變形度不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易互相吞并和長大,再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個變形度稱臨界變形度。第七十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六當超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來越均勻，再結(jié)晶時形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細而均勻，達到一定變形量之后，晶粒度基本不變。對于某些金屬，當變形量相當大時(90%)，再結(jié)晶后晶粒又重新出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，一般認為這與形成織構(gòu)有關(guān).第七十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六預先變形程度對再結(jié)晶晶粒尺寸的影響變形83%變形88%變形93%第七十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六綜合以上加熱溫度和變形度兩個因素對再結(jié)晶后晶粒度的影響于一個立體圖中，該圖稱為再結(jié)晶全圖。再結(jié)晶全圖:是制訂金屬加工變形與退火工藝的重要參考資料.第七十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六冷加工與熱加工的區(qū)別:在金屬學中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。第七十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六四、陶瓷材料的力學性能：(1)剛度

陶瓷剛度（由彈性模量衡量）各類材料中最高，因為陶瓷具有很強的化學鍵（離子鍵和共價鍵）。

各種常見材料的彈性模量和硬度材料彈性模量/MPa硬度/HV橡膠6.9很低塑料1380～17鋁合金72300～170

鋼207000

300～800陶瓷

70000~500000

～3000

氣孔降低彈性模量；溫度升高彈性模量也降低。陶瓷材料壓縮狀態(tài)的彈性模量一般大于拉伸狀態(tài)的彈性模量。第八十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六(2)硬度

陶瓷硬度是各類材料中最高的，因其結(jié)合鍵強度高。

陶瓷硬度為1000HV～5000HV,淬火鋼為500HV～800HV,高聚物最硬不超過20HV。陶瓷的硬度隨溫度的升高而降低,但在高溫下仍有較高的數(shù)值。第八十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期六(3)強度

晶界使陶瓷實際強度比