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1、第十章 材料的变形与回复再结晶,10.1 金属的弹性变形,一、弹性变形的本质原子结合力的反映二、弹性变形的主要特点 1.可逆 2.,3.金属材料的弹性变形量很小,三、弹性模量及其影响因素,材料结合键强度的反映，代表原子离开平衡位置的难易程度影响因素：原子结构温度 T越高，E (or G)越低变形 冷加工使E (or G)下降合金元素,10.2 金属的塑性变形,一、塑性变形机制1.滑移,在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动。,（1）滑移现象,滑移系,（2）滑移系,滑移过程存在一定位错宽度,位错在点阵周期场中运动时受到阻力,（3）滑
2、移的机理,位错宽度W界面能与弹性畸变能平衡的结果。位错宽度，界面能，弹性畸变能,位错宽度，越容易运动位错宽度W的计算：偏移量为1/4b时的宽度,派-纳力,I)本质上，,的大小主要取决于位错宽度w,II)w主要取决于结合键的本性和晶体结构,III）公式第一次定量地指出了金属晶体中由于位错的存在，实际的,可远低于理论,面心立方晶体孪生变形示意图,2. 孪生,3. 扭折,外力F在滑移方向上的分切应力,二、单晶体的塑性变形,1.施密特定律,解：主要确定滑移系对拉力轴的取向45,例：若在fcc001上施加一69Mpa的应力，试求滑移系（111） 01上的分切应力,或：,coscos28Mpa,Mg晶体的
3、屈服应力与晶体取向的关系,fcc金属，拉力轴为001 造成的多滑移,2. 单滑移、多滑移和交滑移,压缩时晶体的转动,3. 晶体的转动,锌的单晶体与多晶体的应力-应变曲线,三、多晶体的塑性变形,多晶体塑性变形的特点2.晶界的作用,低碳钢的晶粒大小与屈服点的关系曲线,3. 霍尔-配奇（Hall-Petch）公式,铜镍固溶体的力学性能与成分的关系,四、合金的塑性变形,1. 单相合金的塑性变形,铁的固溶强化与错配度的关系,位错绕过第二相粒子示意图,位错切过第二相粒子示意图,2.复相合金的塑性变形,一、显微组织和结构的变化,晶粒被拉长或者压扁,晶粒被拉长或者压扁成为细条状组织和纤维组织，晶粒破碎成亚晶粒
4、,等轴晶粒,未变形原始晶粒,轻微变形的滑移线,拉长或压扁的晶粒,细条状组织和纤维组织,10.3 冷塑性变形后金属的组织与性能变化,晶粒内出现大量的滑移带，进行了孪生变形的金属还出现孪晶带,二、变形织构,应力晶粒转动择优取向形变织构变形量，择优取向程度，织构越强板织构、丝织构 制耳（杯状物）、硅钢片,三、残余应力,宏观残余应力、微观残余应力、点阵畸变冷弯薄板、高强度钢丝、深冲的黄铜子弹克,四、金属性能的变化,1、力学性能的变化加工硬化、冷变形强化、冷作硬化,加工硬化的实质：位错运动受阻 其他位错 晶界和亚晶界细晶强化 溶质原子固溶强化 第二相微粒第二相强化（沉淀、弥散） 表面膜其他位错对运动位错
5、的阻碍是产生加工硬化的根本原因,合金,加工硬化的意义,重要的强化手段有利于金属均匀变形拉钢丝、冲压成型零件提高使用安全性,不利影响：,增加变形难度屈强比增加，载荷控制要求严格，生存操作困难塑性、韧性大大降低脆,2、物理和化学性能的变化,电阻率增加电阻温度系数下降导磁率、热导率下降磁滞损耗及矫顽力增加腐蚀速度加快,10.4 冷塑性变形金属的回复再结晶,冷变形金属加热时某些性能的变化,亚组织在加热时的变化,高温回复时的多边化示意图,一、冷变形金属的回复,1、特点 强度、硬度、结构基本不变，加工硬化基本保留； 没有孕育期，随着退火的开始进行，发生软化 不能使金属性能恢复到冷变形前的水平2、机制 一般
6、认为是点缺陷和位错在退火过程中发生转动，从而改变了它们的组态和分布3、作用 主要用作去应力退火，使冷加工金属在基本保留加工硬化的状态下降低其内应力，以稳定和改善性能，减少变形和开裂，提高耐蚀性。,具有亚晶粒组织的晶粒间的凸出形核示意图,二、冷变形金属的再结晶,1、再结晶的形核与长大,再结晶亚结晶形核机制示意图,冷变形金属加热时显微组织的变化过程,2、再结晶温度TR,3、再结晶晶粒大小4、影响再结晶的因素,铁二次再结晶的反常晶粒,纯铜的淬火孪晶,三、再结晶后晶粒长大,四、再结晶织构与退火孪晶,10.5金属的高温变形,动态回复阶段的应力-应变曲线（工业纯铁，700）,一、热变形1、动态回复和动态再
7、结晶,动态再结晶阶段的应力-应变曲线,带状组织,2、热加工后金属的组织与性能,典型的蠕变曲线,二、超塑性三、蠕变,金属在一定的温度和应力作用下，随时间的增加，缓慢地发生塑变的现象,10.6 高分子材料的变形,高分子材料的应力应变曲线,一、变形特点 粘弹性 二、变形机制,1.高分子的塑性变形为粘性变形。2.表现 蠕变、应力松弛、滞后和力学损耗等,半结晶高分子材料的变形步骤,三、变形后的组织和性能,银纹示意图,10.7材料的断裂,一、断裂的类型1、按材料断裂前产生的宏观塑性变形量大小分：脆性断裂、延性断裂2、按裂纹扩展路径分：穿晶断裂、沿晶断裂3、按断裂的微观机制分：剪切断裂、解理断裂4、按受力状态、环境介质分：静载断裂、冲击断裂、疲劳断裂；低温冷脆断裂、高温蠕变断裂、应力腐蚀断裂、氢脆断裂,二、断裂强度1、理论断裂强度,2、实际断裂强度,铁,聚乙烯：理论 实际：高度取向： 未取向：比理论值小1000倍左右,Griffith裂纹及裂纹能量与长度的关系,脆性材料（如多数陶瓷、玻璃、云母等）：,塑性材料（多数金属、合金）：,三、影响断裂的基本因素,裂纹应力状态温度 Tk环境介质,
