材料的变形与再结晶课件

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1、材料科学基础材料科学基础FundamentalsofMaterialsScience主讲教师：王亚男主讲教师：王亚男2024/7/211材料的变形与再结晶第第7 7章章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶Chapter7Deformationandrecrystallizationofmaterials7.1弹性变形弹性变形7.2晶体塑性变形晶体塑性变形7.3回复和再结晶回复和再结晶7.4金属的热加工金属的热加工小结小结思考题思考题2024/7/212材料的变形与再结晶材料的变形材料的变形 材料受力后要发生变形，外力较小时产生材料受力后要发生变形，外力较小时产生材料受力后要发生变形，外力较小

2、时产生材料受力后要发生变形，外力较小时产生弹弹弹弹性变形性变形性变形性变形，外力较大时产生，外力较大时产生，外力较大时产生，外力较大时产生塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形，而当外力过，而当外力过，而当外力过，而当外力过大时就会发生大时就会发生大时就会发生大时就会发生断裂断裂断裂断裂。 不同材料变形时其应力不同材料变形时其应力不同材料变形时其应力不同材料变形时其应力- - - -应变曲线和试样形貌应变曲线和试样形貌应变曲线和试样形貌应变曲线和试样形貌不同。如：普碳钢和灰铸铁。不同。如：普碳钢和灰铸铁。不同。如：普碳钢和灰铸铁。不同。如：普碳钢和灰铸铁。 变形可分为三个阶段：弹性变形、塑性变形变形

3、可分为三个阶段：弹性变形、塑性变形变形可分为三个阶段：弹性变形、塑性变形变形可分为三个阶段：弹性变形、塑性变形和断裂。和断裂。和断裂。和断裂。2024/7/213材料的变形与再结晶7.17.1弹性变形弹性变形1.1.弹性变形特征弹性变形特征弹性变形特征弹性变形特征 (1)(1)变形是可逆的；变形是可逆的；变形是可逆的；变形是可逆的；(2)(2) 应应应应力力力力与与与与应应应应变变变变保保保保持持持持单单单单值值值值线线线线性性性性函函函函数数数数关关关关系系系系，服服服服从从从从HookeHooke定律：定律：定律：定律：EE， GG。(3)(3)弹性变形量随材料的不同而异。多数金属材弹性变

4、形量随材料的不同而异。多数金属材弹性变形量随材料的不同而异。多数金属材弹性变形量随材料的不同而异。多数金属材料的弹性变形量小，而橡胶类高分子材料的料的弹性变形量小，而橡胶类高分子材料的料的弹性变形量小，而橡胶类高分子材料的料的弹性变形量小，而橡胶类高分子材料的弹性变形量大。弹性变形量大。弹性变形量大。弹性变形量大。2024/7/214材料的变形与再结晶工程上应用的材料为多晶体，内部存工程上应用的材料为多晶体，内部存工程上应用的材料为多晶体，内部存工程上应用的材料为多晶体，内部存在各种类型的缺陷，在各种类型的缺陷，在各种类型的缺陷，在各种类型的缺陷，弹性变形时弹性变形时弹性变形时弹性变形时，可能

5、出，可能出，可能出，可能出现现现现加载线与卸载线不重合加载线与卸载线不重合加载线与卸载线不重合加载线与卸载线不重合、应变的发展跟应变的发展跟应变的发展跟应变的发展跟不上应力的变化不上应力的变化不上应力的变化不上应力的变化等现象，称为等现象，称为等现象，称为等现象，称为弹性的不完弹性的不完弹性的不完弹性的不完整性整性整性整性，包括，包括，包括，包括包包包包申格效应申格效应申格效应申格效应、弹性后效弹性后效弹性后效弹性后效、弹性弹性弹性弹性滞后滞后滞后滞后等。等。等。等。2. 2. 弹性的不完整性弹性的不完整性2024/7/215材料的变形与再结晶(1)(1) 包申格效应包申格效应 材料经预先加载

6、产生少量塑性变形，然后同向加载材料经预先加载产生少量塑性变形，然后同向加载材料经预先加载产生少量塑性变形，然后同向加载材料经预先加载产生少量塑性变形，然后同向加载则则则则e e e e升高，反向加载则升高，反向加载则升高，反向加载则升高，反向加载则e e e e降低的现象降低的现象降低的现象降低的现象, , , ,称为称为称为称为包申格效应包申格效应包申格效应包申格效应。退火轧制黄铜在退火轧制黄铜在退火轧制黄铜在退火轧制黄铜在不同载荷下弹性不同载荷下弹性不同载荷下弹性不同载荷下弹性极限的变化。极限的变化。极限的变化。极限的变化。可见：可见：可见：可见：B B B B、C C C C为同为同为同

7、为同向加载，向加载，向加载，向加载，e e e e；C C C C、D D D D为反向加载，为反向加载，为反向加载，为反向加载，e e e e。 2024/7/216材料的变形与再结晶理想晶体理想晶体 加载加载卸载卸载t随时间不变随时间不变加力加力去力去力2024/7/217材料的变形与再结晶 这种在弹性极限范围内，应变滞后于外加应在弹性极限范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为力，并和时间有关的现象称为弹性后效弹性后效。 实际金属实际金属OCaH加加载载不加应力也应变不加应力也应变去应力去应力后降低后降低随时间延续回到随时间延续回到Ot随时间延续回到随时间延续回到OcdabO滞

8、弹性应变滞弹性应变0an2024/7/218材料的变形与再结晶(3)(3) 弹性滞后弹性滞后 由由由由于于于于应应应应变变变变落落落落后后后后于于于于应应应应力力力力，在在在在曲曲曲曲线线线线上上上上使使使使加加加加载载载载线线线线与与与与卸卸卸卸载载载载线不重合而形成一封闭回线，线不重合而形成一封闭回线，线不重合而形成一封闭回线，线不重合而形成一封闭回线，称为称为称为称为弹性滞后弹性滞后弹性滞后弹性滞后。 弹弹弹弹性性性性滞滞滞滞后后后后表表表表明明明明：加加加加载载载载时时时时消消消消耗耗耗耗于于于于材材材材料料料料的的的的变变变变形形形形功功功功大大大大于于于于卸卸卸卸载载载载时时时时材

9、材材材料料料料恢恢恢恢复复复复所所所所释释释释放放放放的的的的变变变变形形形形功功功功，多多多多余余余余的的的的部部部部分分分分被被被被材材材材料料料料内内内内部部部部所所所所消消消消耗，耗，耗，耗，称为内耗称为内耗称为内耗称为内耗，大小弹性滞后环面积。大小弹性滞后环面积。大小弹性滞后环面积。大小弹性滞后环面积。 实际应用的金属材料有的要求高内耗，有的要求低内实际应用的金属材料有的要求高内耗，有的要求低内实际应用的金属材料有的要求高内耗，有的要求低内实际应用的金属材料有的要求高内耗，有的要求低内耗，耗，耗，耗，如如如如制作钟、乐器的材料，要求低内耗，消振能力低，制作钟、乐器的材料，要求低内耗，

10、消振能力低，制作钟、乐器的材料，要求低内耗，消振能力低，制作钟、乐器的材料，要求低内耗，消振能力低，声音好听；制作机座、汽轮机叶片的材料，要求高内耗，声音好听；制作机座、汽轮机叶片的材料，要求高内耗，声音好听；制作机座、汽轮机叶片的材料，要求高内耗，声音好听；制作机座、汽轮机叶片的材料，要求高内耗，以消除振动。以消除振动。以消除振动。以消除振动。2024/7/219材料的变形与再结晶7.2.17.2.1单单晶体的塑性晶体的塑性晶体的塑性晶体的塑性变变形形形形 1.1.滑移滑移滑移滑移 在在在在切应力切应力切应力切应力作用下，晶体的一部分沿着一定晶作用下，晶体的一部分沿着一定晶作用下，晶体的一部

11、分沿着一定晶作用下，晶体的一部分沿着一定晶面（面（面（面（滑移面滑移面滑移面滑移面）和一定晶向（）和一定晶向（）和一定晶向（）和一定晶向（滑移方向滑移方向滑移方向滑移方向）相对另一）相对另一）相对另一）相对另一部分发生部分发生部分发生部分发生相对位移相对位移相对位移相对位移的现象的现象的现象的现象。 在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过通过通过通过滑移、孪生和扭折滑移、孪生和扭折滑移、孪生和扭折滑移、孪生和扭折等方式进行。等方式进行。等方式进行。等方式进行。7.2晶体的塑性变形晶体的

12、塑性变形2024/7/2111材料的变形与再结晶切应力作用下晶体滑移示意图（微观）切应力作用下晶体滑移示意图（微观）切应力作用下晶体滑移示意图（微观）切应力作用下晶体滑移示意图（微观）2024/7/2112材料的变形与再结晶 滑移线（小台阶）滑移线（小台阶）滑移量滑移量滑移块滑移块滑移带（一组小台阶）滑移带（一组小台阶）滑滑滑滑移移移移的的的的特特特特点点点点：1)1)滑滑滑滑移移移移后后后后，晶晶晶晶体体体体的的的的点点点点阵阵阵阵类类类类型型型型不不不不变变变变；2)2)晶晶晶晶体体体体内内内内部部部部各各各各部部部部分分分分位位位位向向向向不不不不变变变变；3)3)滑滑滑滑移移移移量量量

13、量是是是是滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向上上上上原原原原子子子子间间间间距距距距的的的的整整整整数数数数倍倍倍倍；4)4)滑滑滑滑移移移移后后后后，在在在在晶晶晶晶体体体体表表表表面出现一系列台阶，见图面出现一系列台阶，见图面出现一系列台阶，见图面出现一系列台阶，见图6.46.4 。2024/7/2113材料的变形与再结晶滑移系滑移系滑移系滑移系 一一一一个个个个滑滑滑滑移移移移面面面面和和和和此此此此面面面面上上上上的的的的一一一一个个个个滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向合合合合起起起起来来来来称称称称为一个为一个为一个为一个滑移系滑移系滑移系滑移系，可用可用可用可用hklhklhklhk

14、l来表示，见图来表示，见图来表示，见图来表示，见图6.56.56.56.5。(110)(111) BCCBCC1106 21106 2滑移系数滑移系数62621212 FCCFCC1114 31114 3滑移系数滑移系数434312 12 2024/7/2114材料的变形与再结晶判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并说明原因。判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并说明原因。判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并说明原因。判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并说明原因。BCCBCC中中中中(110)111(110)111、 。FCCFCC中中中中(111)110(111)110、 。 FCCBCC202

15、4/7/2115材料的变形与再结晶 实验表明：实验表明：实验表明：实验表明：滑移系越多，滑移越容易，塑性滑移系越多，滑移越容易，塑性滑移系越多，滑移越容易，塑性滑移系越多，滑移越容易，塑性越好。越好。越好。越好。BCCBCC与与与与FCCFCC的滑移系数相同，但滑移方向的滑移系数相同，但滑移方向的滑移系数相同，但滑移方向的滑移系数相同，但滑移方向对塑性变形的作用比滑移面大，所以对塑性变形的作用比滑移面大，所以对塑性变形的作用比滑移面大，所以对塑性变形的作用比滑移面大，所以FCCFCC的塑性的塑性的塑性的塑性比比比比BCCBCC的塑性好。如的塑性好。如的塑性好。如的塑性好。如CuCu的塑性比的塑

16、性比的塑性比的塑性比-Fe-Fe好。好。好。好。 可知，构成滑移系必须满足两条：可知，构成滑移系必须满足两条：可知，构成滑移系必须满足两条：可知，构成滑移系必须满足两条：1 1) )必须是必须是必须是必须是密排面和密排方向；密排面和密排方向；密排面和密排方向；密排面和密排方向；2 2) )向一定在面上。向一定在面上。向一定在面上。向一定在面上。2024/7/2116材料的变形与再结晶滑移的临界分切应力滑移的临界分切应力滑移的临界分切应力滑移的临界分切应力 不是有切应力作用就能产生滑移，只有在滑移面上沿滑不是有切应力作用就能产生滑移，只有在滑移面上沿滑不是有切应力作用就能产生滑移，只有在滑移面上

17、沿滑不是有切应力作用就能产生滑移，只有在滑移面上沿滑移方向的分切应力达到一定值时，才能发生滑移。移方向的分切应力达到一定值时，才能发生滑移。移方向的分切应力达到一定值时，才能发生滑移。移方向的分切应力达到一定值时，才能发生滑移。能引起滑能引起滑能引起滑能引起滑移的最小分切应力移的最小分切应力移的最小分切应力移的最小分切应力称为称为称为称为临界分切应力临界分切应力临界分切应力临界分切应力，用用用用 k k表示。表示。表示。表示。以单晶体拉伸为例，求以单晶体拉伸为例，求以单晶体拉伸为例，求以单晶体拉伸为例，求 k k？面法向面法向 滑移方向滑移方向F F F FA A/cos 计算分切应力分析图计

18、算分切应力分析图设单晶体中只有一组滑移面设单晶体中只有一组滑移面设单晶体中只有一组滑移面设单晶体中只有一组滑移面, ,试样横截面积为试样横截面积为试样横截面积为试样横截面积为A,A,轴心拉力轴心拉力轴心拉力轴心拉力为为为为F,F,滑移面的法线与滑移面的法线与滑移面的法线与滑移面的法线与F F夹角为夹角为夹角为夹角为,滑移方向与滑移方向与滑移方向与滑移方向与F F的夹角为的夹角为的夹角为的夹角为, ,滑滑滑滑移面面积移面面积移面面积移面面积A A A/cosA/cos. .2024/7/2117材料的变形与再结晶外力在滑移面上沿滑移方向的外力在滑移面上沿滑移方向的外力在滑移面上沿滑移方向的外力在

19、滑移面上沿滑移方向的切向分力切向分力切向分力切向分力为：为：为：为： F FFcosFcos外力在滑移方向上的外力在滑移方向上的外力在滑移方向上的外力在滑移方向上的分切应力分切应力分切应力分切应力： =F=F /A=Fcos/(A/cos)/A=Fcos/(A/cos)=Fcoscos/A=Fcoscos/A F/AF/A，当滑移系中的分切应力达到其临界分切应，当滑移系中的分切应力达到其临界分切应，当滑移系中的分切应力达到其临界分切应，当滑移系中的分切应力达到其临界分切应力值而开始滑移时，力值而开始滑移时，力值而开始滑移时，力值而开始滑移时，S S S S，此时，此时，此时，此时k k，所以，

20、所以，所以，所以 k kS S S Scoscoscoscos coscoscoscos称为取向因子称为取向因子称为取向因子称为取向因子。2024/7/2118材料的变形与再结晶 见见见见图图图图镁单晶拉伸时屈服应力与晶体取向镁单晶拉伸时屈服应力与晶体取向镁单晶拉伸时屈服应力与晶体取向镁单晶拉伸时屈服应力与晶体取向的关系。的关系。的关系。的关系。 由图可见：由图可见：由图可见：由图可见：当外力与滑移面平行（当外力与滑移面平行（当外力与滑移面平行（当外力与滑移面平行（ 9090）或垂直）或垂直）或垂直）或垂直（ 9090）时，取向因子最小，）时，取向因子最小，）时，取向因子最小，）时，取向因子最

21、小， S S为无限大，为无限大，为无限大，为无限大，不可能产生滑移，此时的位向称为不可能产生滑移，此时的位向称为不可能产生滑移，此时的位向称为不可能产生滑移，此时的位向称为硬位向硬位向硬位向硬位向；当外力与滑移面和滑移方向的夹角都接当外力与滑移面和滑移方向的夹角都接当外力与滑移面和滑移方向的夹角都接当外力与滑移面和滑移方向的夹角都接近近近近4545时，取向因子最大，时，取向因子最大，时，取向因子最大，时，取向因子最大， S S最小，容易产生最小，容易产生最小，容易产生最小，容易产生滑移，此时的位向称为滑移，此时的位向称为滑移，此时的位向称为滑移，此时的位向称为软位向软位向软位向软位向。 202

22、4/7/2119材料的变形与再结晶 由于晶体的转动，使原来有利于滑移的晶面滑移到一定由于晶体的转动，使原来有利于滑移的晶面滑移到一定由于晶体的转动，使原来有利于滑移的晶面滑移到一定由于晶体的转动，使原来有利于滑移的晶面滑移到一定程度后，变成不利于滑移的晶面；而原来不利于滑移的晶面，程度后，变成不利于滑移的晶面；而原来不利于滑移的晶面，程度后，变成不利于滑移的晶面；而原来不利于滑移的晶面，程度后，变成不利于滑移的晶面；而原来不利于滑移的晶面，则可能转到有利于滑移的方向上，参与滑移。所以，则可能转到有利于滑移的方向上，参与滑移。所以，则可能转到有利于滑移的方向上，参与滑移。所以，则可能转到有利于滑

23、移的方向上，参与滑移。所以，滑移可滑移可滑移可滑移可在不同的滑移系上交替进行，其结果造成晶体的均匀变形。在不同的滑移系上交替进行，其结果造成晶体的均匀变形。在不同的滑移系上交替进行，其结果造成晶体的均匀变形。在不同的滑移系上交替进行，其结果造成晶体的均匀变形。滑移时晶面的转动：滑移时晶面的转动：滑移时晶面的转动：滑移时晶面的转动： 单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，还单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，还单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，还单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，还伴随着晶面的转动，见伴随着晶面的转动，见伴随着晶面的转动，见伴随着晶面的转动，见图图图图7.97.97.9

24、7.9、6.96.96.96.9和和和和图图图图7.117.117.117.11。 拉伸时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴平行的方向；拉伸时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴平行的方向；拉伸时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴平行的方向；拉伸时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴平行的方向；压缩时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴垂直的方向。压缩时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴垂直的方向。压缩时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴垂直的方向。压缩时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴垂直的方向。2024/7/2121材料的变形与再结晶滑移的位错机制滑移的位错机制 晶体滑移并晶体滑移并晶体滑移并晶体滑移并不是不

25、是不是不是晶体的一部分相对于另一晶体的一部分相对于另一晶体的一部分相对于另一晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面作部分沿着滑移面作部分沿着滑移面作部分沿着滑移面作刚性整体位移刚性整体位移刚性整体位移刚性整体位移，而是借助，而是借助，而是借助，而是借助位位位位错在滑移面上的运动错在滑移面上的运动错在滑移面上的运动错在滑移面上的运动来逐步进行的。当移动到来逐步进行的。当移动到来逐步进行的。当移动到来逐步进行的。当移动到晶体外表面时，晶体沿其滑移面产生了位移量晶体外表面时，晶体沿其滑移面产生了位移量晶体外表面时，晶体沿其滑移面产生了位移量晶体外表面时，晶体沿其滑移面产生了位移量为一个为一个为一个为一

26、个b b b b的滑移的滑移的滑移的滑移。2024/7/2124材料的变形与再结晶滑移的位错机制滑移的位错机制2024/7/2125材料的变形与再结晶 完整晶体完整晶体 2. 2. 孪生孪生 在切应力作用下在切应力作用下在切应力作用下在切应力作用下, , , ,晶体的一部分以一定的晶体的一部分以一定的晶体的一部分以一定的晶体的一部分以一定的晶面晶面晶面晶面( ( ( (孪生面孪生面孪生面孪生面) ) ) )为对称面和一定的晶向为对称面和一定的晶向为对称面和一定的晶向为对称面和一定的晶向( ( ( (孪生方孪生方孪生方孪生方向向向向) ) ) )与另一部分发生与另一部分发生与另一部分发生与另一部

27、分发生相对切变相对切变相对切变相对切变的现象的现象的现象的现象. . . .孪生孪生2024/7/2126材料的变形与再结晶1)1)点阵类型不变但晶体位向发生变化，呈镜面对称；点阵类型不变但晶体位向发生变化，呈镜面对称；点阵类型不变但晶体位向发生变化，呈镜面对称；点阵类型不变但晶体位向发生变化，呈镜面对称；2)2)孪孪孪孪生生生生是是是是一一一一种种种种均均均均匀匀匀匀切切切切变变变变，每每每每层层层层原原原原子子子子面面面面的的的的位位位位移移移移量量量量与与与与该该该该原原原原子子子子面面面面到到到到孪孪孪孪生生生生面面面面的的的的距距距距离离离离成成成成正正正正比比比比，其其其其相相相相

28、邻邻邻邻原原原原子子子子面面面面的的的的相相相相对对对对位位位位移移移移量量量量相相相相等等等等，且且且且小小小小于于于于一一一一个个个个原原原原子子子子间间间间距距距距，即即即即孪孪孪孪生生生生时时时时切切切切变变变变量量量量是是是是原原原原子子子子间间间间距距距距的的的的分分分分数倍；数倍；数倍；数倍；3)3)孪生变形速度很快，接近声速。孪生变形速度很快，接近声速。孪生变形速度很快，接近声速。孪生变形速度很快，接近声速。晶体位向晶体位向 位移量位移量 切应力切应力 塑变量塑变量 变形速度变形速度 滑移滑移不变不变整数倍整数倍 小小大大慢慢孪生孪生改变改变分数倍分数倍 大大小小快快滑移与孪生

29、的区别滑移与孪生的区别： 孪生的特点孪生的特点：2024/7/2127材料的变形与再结晶3. 3. 扭折扭折 对那些对那些对那些对那些既不能进行滑移也不能进行孪生的地既不能进行滑移也不能进行孪生的地既不能进行滑移也不能进行孪生的地既不能进行滑移也不能进行孪生的地方方方方，为了使晶体的形状与外力相适应，当外力超过，为了使晶体的形状与外力相适应，当外力超过，为了使晶体的形状与外力相适应，当外力超过，为了使晶体的形状与外力相适应，当外力超过某一临界值时晶体将会产生某一临界值时晶体将会产生某一临界值时晶体将会产生某一临界值时晶体将会产生局部弯曲局部弯曲局部弯曲局部弯曲，这种变形方，这种变形方，这种变形

30、方，这种变形方式称为式称为式称为式称为扭折扭折扭折扭折，见，见，见，见图图图图7-207-20。 扭折是一种扭折是一种扭折是一种扭折是一种协调性变形协调性变形协调性变形协调性变形，它能引起，它能引起，它能引起，它能引起应力松弛应力松弛应力松弛应力松弛，使晶体使晶体使晶体使晶体不致断裂不致断裂不致断裂不致断裂。扭折后，晶体取向与原取向不再。扭折后，晶体取向与原取向不再。扭折后，晶体取向与原取向不再。扭折后，晶体取向与原取向不再相同，有可能使该区域内的滑移系处于有利取向，相同，有可能使该区域内的滑移系处于有利取向，相同，有可能使该区域内的滑移系处于有利取向，相同，有可能使该区域内的滑移系处于有利取

31、向，而发生滑移。而发生滑移。而发生滑移。而发生滑移。 2024/7/2128材料的变形与再结晶2. 2. 晶粒在变形中的作用晶粒在变形中的作用 多多晶晶体体的的屈屈服服强强度度S S与与晶晶粒粒平平均均直直径径d d的的关关系系可可用用著著名的霍尔佩奇（名的霍尔佩奇（Hall-PetchHall-Petch）公式表示：）公式表示：soKd-1/2 式中式中: : o o反映晶内反映晶内对变形的阻力，相当于形的阻力，相当于单晶体的屈服晶体的屈服强强度；度；K反映晶界反映晶界对变形的影响系数，与晶界形的影响系数，与晶界结构有关。构有关。 1. 1. 晶界晶界晶界晶界在变形中的作用在变形中的作用在变

32、形中的作用在变形中的作用 主要作用是主要作用是主要作用是主要作用是提高变形抗力提高变形抗力提高变形抗力提高变形抗力。见图。见图。见图。见图7.217.217.217.21竹节状变形竹节状变形竹节状变形竹节状变形7.2.2多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形2024/7/2130材料的变形与再结晶由此可知由此可知由此可知由此可知： S Sd d-1/2-1/2即即即即dd， S S ，细晶强化细晶强化细晶强化细晶强化。实验表明：实验表明：晶粒越细，不仅强度高，而且塑韧性也晶粒越细，不仅强度高，而且塑韧性也晶粒越细，不仅强度高，而且塑韧性也晶粒越细，不仅强度高，而且塑韧性也好好好好。强度高，是因为晶粒

33、细，单位面积上的晶粒数强度高，是因为晶粒细，单位面积上的晶粒数强度高，是因为晶粒细，单位面积上的晶粒数强度高，是因为晶粒细，单位面积上的晶粒数多，晶界的总面积大，每个晶粒周围不同取向的晶多，晶界的总面积大，每个晶粒周围不同取向的晶多，晶界的总面积大，每个晶粒周围不同取向的晶多，晶界的总面积大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数多，对塑性变形的抗力大；塑韧性好，是因为粒数多，对塑性变形的抗力大；塑韧性好，是因为粒数多，对塑性变形的抗力大；塑韧性好，是因为粒数多，对塑性变形的抗力大；塑韧性好，是因为晶粒细，单位体积中的晶粒数越多，变形可在更多晶粒细，单位体积中的晶粒数越多，变形可在更多晶粒细，单位体积中

34、的晶粒数越多，变形可在更多晶粒细，单位体积中的晶粒数越多，变形可在更多的晶粒中发生，且比较均匀，减少了应力集中，使的晶粒中发生，且比较均匀，减少了应力集中，使的晶粒中发生，且比较均匀，减少了应力集中，使的晶粒中发生，且比较均匀，减少了应力集中，使金属发生很大的塑性变形也不断裂。金属发生很大的塑性变形也不断裂。金属发生很大的塑性变形也不断裂。金属发生很大的塑性变形也不断裂。2024/7/2131材料的变形与再结晶 霍尔佩奇公式适应性 亚晶粒大小或者是两相片状组织的层片间距对亚晶粒大小或者是两相片状组织的层片间距对 屈服强度的影响；屈服强度的影响； 塑性材料的流变应力与晶粒大小之间的关系；塑性材料

35、的流变应力与晶粒大小之间的关系；脆性材料的脆断应力与晶粒大小之间的关系；脆性材料的脆断应力与晶粒大小之间的关系； 金属材料的疲劳强度、硬度与其晶粒大小之间金属材料的疲劳强度、硬度与其晶粒大小之间 的关系。的关系。2024/7/2132材料的变形与再结晶 多多多多晶晶晶晶体体体体是是是是由由由由单单单单晶晶晶晶体体体体组组组组成成成成的的的的，在在在在同同同同样样样样的的的的外外外外力力力力作作作作用用用用下下下下，不不不不同同同同晶晶晶晶粒粒粒粒滑滑滑滑移移移移系系系系上上上上的的的的切切切切应应应应力力力力不不不不一一一一样样样样，处处处处于于于于软软软软位位位位向向向向的的的的首首首首先先

36、先先开开开开始始始始滑滑滑滑移移移移，如如如如：A A晶晶晶晶粒粒粒粒，它它它它周周周周围围围围的的的的晶晶晶晶粒粒粒粒B B、C C处处处处于于于于硬硬硬硬位位位位向向向向，未未未未发发发发生生生生塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形，只只只只能能能能以以以以弹弹弹弹性性性性变变变变形形形形来来来来协调已变形晶粒协调已变形晶粒协调已变形晶粒协调已变形晶粒A A，因而限制了，因而限制了，因而限制了，因而限制了A A晶粒的继续发展；晶粒的继续发展；晶粒的继续发展；晶粒的继续发展； 3.3.多晶体的塑性变形过程多晶体的塑性变形过程 2024/7/2133材料的变形与再结晶 当当当当外外外外力力力力进进

37、进进一一一一步步步步增增增增加加加加时时时时，位位位位错错错错在在在在A A晶晶晶晶粒粒粒粒晶晶晶晶界界界界附附附附近近近近堆堆堆堆积积积积，这这这这样样样样就就就就产产产产生生生生了了了了应应应应力力力力集集集集中中中中，达达达达到到到到一一一一定定定定程程程程度度度度时时时时，变变变变形形形形就就就就会会会会越越越越过过过过晶晶晶晶界界界界，传传传传到到到到它它它它附附附附近近近近的的的的晶晶晶晶粒粒粒粒B B、C C中中中中，A A晶晶晶晶粒粒粒粒也也也也可可可可能能能能发发发发生生生生转转转转动动动动，转转转转到到到到硬硬硬硬位位位位向向向向，不不不不再再再再继继继继续续续续变变变变形

38、形形形，另一批另一批另一批另一批B B、C C晶粒开始发生变形。晶粒开始发生变形。晶粒开始发生变形。晶粒开始发生变形。 2024/7/2134材料的变形与再结晶 总总总总之之之之，多多多多晶晶晶晶体体体体塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形总总总总是是是是一一一一批批批批一一一一批批批批晶晶晶晶粒粒粒粒逐逐逐逐步步步步地地地地发发发发生生生生，从从从从少少少少量量量量晶晶晶晶粒粒粒粒开开开开始始始始逐逐逐逐步步步步扩扩扩扩大大大大到到到到大大大大量量量量的的的的晶晶晶晶粒粒粒粒，从从从从不不不不均均均均匀匀匀匀变变变变形形形形逐逐逐逐步步步步发发发发展展展展到到到到比比比比较均匀的变形较均匀的变形

39、较均匀的变形较均匀的变形。特点：特点： 各晶粒变形具有不同时性；各晶粒变形具有不同时性；各晶粒变形具有相互协调性。各晶粒变形具有相互协调性。2024/7/2135材料的变形与再结晶1.1.单相固溶体合金的塑性变形单相固溶体合金的塑性变形单相固溶体合金的塑性变形单相固溶体合金的塑性变形 溶质原子对合金塑性变形的影响主要表现在溶质原子对合金塑性变形的影响主要表现在溶质原子对合金塑性变形的影响主要表现在溶质原子对合金塑性变形的影响主要表现在固溶强化作用上。固溶强化作用上。固溶强化作用上。固溶强化作用上。 固溶强化固溶强化固溶强化固溶强化：溶质原子的存在及其固溶度的增：溶质原子的存在及其固溶度的增：溶

40、质原子的存在及其固溶度的增：溶质原子的存在及其固溶度的增加，使基体金属的变形抗力提高。加，使基体金属的变形抗力提高。加，使基体金属的变形抗力提高。加，使基体金属的变形抗力提高。 7.2.3 7.2.3 合金的塑性变形合金的塑性变形 合金是在纯金属的基础上又加入其它元素合金是在纯金属的基础上又加入其它元素合金是在纯金属的基础上又加入其它元素合金是在纯金属的基础上又加入其它元素, ,使使使使相结构发生了变化，也改变了基体金属的变形抗相结构发生了变化，也改变了基体金属的变形抗相结构发生了变化，也改变了基体金属的变形抗相结构发生了变化，也改变了基体金属的变形抗力，使强度、硬度提高，塑韧性降低。力，使强

41、度、硬度提高，塑韧性降低。力，使强度、硬度提高，塑韧性降低。力，使强度、硬度提高，塑韧性降低。2024/7/2136材料的变形与再结晶2 2. .多相合金的塑性变形多相合金的塑性变形 多相合金与单相固溶体合金的不同之处是多相合金与单相固溶体合金的不同之处是多相合金与单相固溶体合金的不同之处是多相合金与单相固溶体合金的不同之处是除基体相外，还除基体相外，还除基体相外，还除基体相外，还有第二相存在有第二相存在有第二相存在有第二相存在，第二相的数量、，第二相的数量、，第二相的数量、，第二相的数量、尺寸、形状和分布不同，使多相合金的塑性变尺寸、形状和分布不同，使多相合金的塑性变尺寸、形状和分布不同，使

42、多相合金的塑性变尺寸、形状和分布不同，使多相合金的塑性变形更加复杂。形更加复杂。形更加复杂。形更加复杂。 ( ( ( (1 1) ) ) )脆的第二相呈不连续的网状分布在晶界脆的第二相呈不连续的网状分布在晶界脆的第二相呈不连续的网状分布在晶界脆的第二相呈不连续的网状分布在晶界上，使塑韧性大大降低。上，使塑韧性大大降低。上，使塑韧性大大降低。上，使塑韧性大大降低。 ( ( ( (2 2) ) ) )第二相在晶粒内部呈片层状分布，使其第二相在晶粒内部呈片层状分布，使其第二相在晶粒内部呈片层状分布，使其第二相在晶粒内部呈片层状分布，使其强度、硬度比基体金属要高得多，使塑韧性下强度、硬度比基体金属要高

43、得多，使塑韧性下强度、硬度比基体金属要高得多，使塑韧性下强度、硬度比基体金属要高得多，使塑韧性下降。降。降。降。2024/7/2137材料的变形与再结晶 ( ( ( (3 3) ) ) )第二相在晶粒内呈弥散点状分布第二相在晶粒内呈弥散点状分布第二相在晶粒内呈弥散点状分布第二相在晶粒内呈弥散点状分布, , , ,使硬度使硬度使硬度使硬度和强度大大提高和强度大大提高和强度大大提高和强度大大提高, , , ,对塑韧性影响不大对塑韧性影响不大对塑韧性影响不大对塑韧性影响不大。这是最有利这是最有利这是最有利这是最有利的分布的分布的分布的分布, , , ,这种这种这种这种由于第二相呈点状弥散分布在基体内

44、由于第二相呈点状弥散分布在基体内由于第二相呈点状弥散分布在基体内由于第二相呈点状弥散分布在基体内, , , ,使其强度、硬度明显升高的现象使其强度、硬度明显升高的现象使其强度、硬度明显升高的现象使其强度、硬度明显升高的现象叫叫叫叫弥散强化弥散强化弥散强化弥散强化。 第二相粒子的强化作用是通过其对位错第二相粒子的强化作用是通过其对位错第二相粒子的强化作用是通过其对位错第二相粒子的强化作用是通过其对位错运动的阻碍作用而表现出来的。运动的阻碍作用而表现出来的。运动的阻碍作用而表现出来的。运动的阻碍作用而表现出来的。2024/7/2138材料的变形与再结晶 第二相粒子分为第二相粒子分为第二相粒子分为第

45、二相粒子分为：不可变形粒子和可变形不可变形粒子和可变形不可变形粒子和可变形不可变形粒子和可变形粒子粒子粒子粒子。不可变形粒子的强化作用见图不可变形粒子的强化作用见图不可变形粒子的强化作用见图不可变形粒子的强化作用见图7.247.24所示。所示。所示。所示。图图7.24 7.24 位错绕过第二相粒子示意图位错绕过第二相粒子示意图粒子越多，间距越小，强化作用越明显。粒子越多，间距越小，强化作用越明显。粒子越多，间距越小，强化作用越明显。粒子越多，间距越小，强化作用越明显。2024/7/2139材料的变形与再结晶可变形粒子的强化作用见图可变形粒子的强化作用见图7.25所示。所示。图图7.25 7.2

46、5 位错切过粒子的示意图位错切过粒子的示意图强化作用如下：强化作用如下：强化作用如下：强化作用如下：1 1 1 1）位错切过粒子时，出现新的表面，界面能升高；）位错切过粒子时，出现新的表面，界面能升高；）位错切过粒子时，出现新的表面，界面能升高；）位错切过粒子时，出现新的表面，界面能升高；2 2 2 2）位错切过粒子时，产生反相畴界，引起能量升高；位错切过粒子时，产生反相畴界，引起能量升高；位错切过粒子时，产生反相畴界，引起能量升高；位错切过粒子时，产生反相畴界，引起能量升高；3 3 3 3）位错切过粒子时，引起原子错排，需要额外作功；）位错切过粒子时，引起原子错排，需要额外作功；）位错切过粒

47、子时，引起原子错排，需要额外作功；）位错切过粒子时，引起原子错排，需要额外作功；4 4 4 4）位错切过粒子时，产生弹性应力场，阻碍位错运动；）位错切过粒子时，产生弹性应力场，阻碍位错运动；）位错切过粒子时，产生弹性应力场，阻碍位错运动；）位错切过粒子时，产生弹性应力场，阻碍位错运动；5 5 5 5）位错切过粒子时）位错切过粒子时）位错切过粒子时）位错切过粒子时，产生割阶，阻碍位错运动。，产生割阶，阻碍位错运动。，产生割阶，阻碍位错运动。，产生割阶，阻碍位错运动。2024/7/2140材料的变形与再结晶7.2.4 7.2.4 7.2.4 7.2.4 塑性变形对材料组织与性能的影响塑性变形对材料

48、组织与性能的影响塑性变形对材料组织与性能的影响塑性变形对材料组织与性能的影响1.1.显微组织的变化显微组织的变化显微组织的变化显微组织的变化 随着变形量的增加随着变形量的增加随着变形量的增加随着变形量的增加, , , ,原来的等轴原来的等轴原来的等轴原来的等轴晶粒晶粒晶粒晶粒将逐渐将逐渐将逐渐将逐渐沿沿沿沿其变形方向伸长，出现各向异性其变形方向伸长，出现各向异性其变形方向伸长，出现各向异性其变形方向伸长，出现各向异性，见图见图7.267.26。2024/7/2141材料的变形与再结晶2.2.2.2.亚结构的变化亚结构的变化亚结构的变化亚结构的变化 经一定量的塑性变形后经一定量的塑性变形后经一定

49、量的塑性变形后经一定量的塑性变形后, , , ,晶体中的位错线通晶体中的位错线通晶体中的位错线通晶体中的位错线通过运动与交互作用过运动与交互作用过运动与交互作用过运动与交互作用, , , ,形成位错缠结，进一步增加形成位错缠结，进一步增加形成位错缠结，进一步增加形成位错缠结，进一步增加变形量时变形量时变形量时变形量时, , , ,大量位错发生聚集大量位错发生聚集大量位错发生聚集大量位错发生聚集, , , ,并由缠结的位错组并由缠结的位错组并由缠结的位错组并由缠结的位错组态变成胞状亚结构，态变成胞状亚结构，态变成胞状亚结构，态变成胞状亚结构，随着变形量的增加随着变形量的增加随着变形量的增加随着变

50、形量的增加, , , ,变形胞变形胞变形胞变形胞的数量增多的数量增多的数量增多的数量增多, , , ,尺寸减小尺寸减小尺寸减小尺寸减小。2024/7/2142材料的变形与再结晶3.3.3.3.性能的变化性能的变化性能的变化性能的变化 产生产生产生产生加工硬化加工硬化加工硬化加工硬化即即即即金属材料经冷加工变形后，强度、硬度金属材料经冷加工变形后，强度、硬度金属材料经冷加工变形后，强度、硬度金属材料经冷加工变形后，强度、硬度显著提高，而塑性、韧性下降的现象显著提高，而塑性、韧性下降的现象显著提高，而塑性、韧性下降的现象显著提高，而塑性、韧性下降的现象。产生原因产生原因产生原因产生原因：变形量不变

51、形量不变形量不变形量不大时，晶界附近产生位错堆积；随变形量增加，位错之间产大时，晶界附近产生位错堆积；随变形量增加，位错之间产大时，晶界附近产生位错堆积；随变形量增加，位错之间产大时，晶界附近产生位错堆积；随变形量增加，位错之间产生交互作用，出现缠结现象，使晶粒破碎成为亚晶粒；变形生交互作用，出现缠结现象，使晶粒破碎成为亚晶粒；变形生交互作用，出现缠结现象，使晶粒破碎成为亚晶粒；变形生交互作用，出现缠结现象，使晶粒破碎成为亚晶粒；变形越大，晶粒越碎，亚晶界增多，位错密度增大，变形抗力增越大，晶粒越碎，亚晶界增多，位错密度增大，变形抗力增越大，晶粒越碎，亚晶界增多，位错密度增大，变形抗力增越大，

52、晶粒越碎，亚晶界增多，位错密度增大，变形抗力增大，表现出：强度、硬度升高，塑性、韧性降低，即产生了大，表现出：强度、硬度升高，塑性、韧性降低，即产生了大，表现出：强度、硬度升高，塑性、韧性降低，即产生了大，表现出：强度、硬度升高，塑性、韧性降低，即产生了加工硬化。加工硬化。加工硬化。加工硬化。 加工硬化是强化材料的一种主要手段。加工硬化是强化材料的一种主要手段。加工硬化是强化材料的一种主要手段。加工硬化是强化材料的一种主要手段。如如如如拖拉机的履带，拖拉机的履带，拖拉机的履带，拖拉机的履带，铁路的道叉等都是利用加工硬化来提高硬度及耐磨性的。铁路的道叉等都是利用加工硬化来提高硬度及耐磨性的。铁路

53、的道叉等都是利用加工硬化来提高硬度及耐磨性的。铁路的道叉等都是利用加工硬化来提高硬度及耐磨性的。但但但但有时也会使进一步加工带来困难。有时也会使进一步加工带来困难。有时也会使进一步加工带来困难。有时也会使进一步加工带来困难。如如如如钢板冷轧、钢丝冷拔等钢板冷轧、钢丝冷拔等钢板冷轧、钢丝冷拔等钢板冷轧、钢丝冷拔等过程中，需要安排中间退火工艺，消除加工硬化。过程中，需要安排中间退火工艺，消除加工硬化。过程中，需要安排中间退火工艺，消除加工硬化。过程中，需要安排中间退火工艺，消除加工硬化。 其它性能也有变化其它性能也有变化其它性能也有变化其它性能也有变化，如电阻率增高，电阻温度系数下降，如电阻率增高

54、，电阻温度系数下降，如电阻率增高，电阻温度系数下降，如电阻率增高，电阻温度系数下降，磁导率下降，腐蚀速度加快等。磁导率下降，腐蚀速度加快等。磁导率下降，腐蚀速度加快等。磁导率下降，腐蚀速度加快等。 2024/7/2143材料的变形与再结晶4.4.4.4.形变织构形变织构形变织构形变织构 由于变形而使晶粒具有择优取向的组织，由于变形而使晶粒具有择优取向的组织，由于变形而使晶粒具有择优取向的组织，由于变形而使晶粒具有择优取向的组织，称为称为称为称为形变织构形变织构形变织构形变织构。 有两种类型：有两种类型：有两种类型：有两种类型： 拔拔拔拔丝丝丝丝时时时时形形形形成成成成的的的的织织织织构构构构称

55、称称称为为为为丝丝丝丝织织织织构构构构，其其其其主主主主要要要要特特特特征征征征为为为为各各各各晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的某某某某一晶向趋于平行于拉拔方向。一晶向趋于平行于拉拔方向。一晶向趋于平行于拉拔方向。一晶向趋于平行于拉拔方向。 轧板时形成的织构称为轧板时形成的织构称为轧板时形成的织构称为轧板时形成的织构称为板织构板织构板织构板织构，其主要特征为各晶粒的某其主要特征为各晶粒的某其主要特征为各晶粒的某其主要特征为各晶粒的某一晶面和晶向分别趋于平行轧制面和轧制方向。一晶面和晶向分别趋于平行轧制面和轧制方向。一晶面和晶向分别趋于平行轧制面和轧制方向。一晶面和晶向分别趋于平行轧制面和轧制方向。 形

56、成织构形成织构形成织构形成织构引起各向异性引起各向异性引起各向异性引起各向异性。织构有。织构有。织构有。织构有有利的一面，也有有有利的一面，也有有有利的一面，也有有有利的一面，也有有害的一面害的一面害的一面害的一面。如如如如生产上可利用织构提高硅钢片某一方向的导生产上可利用织构提高硅钢片某一方向的导生产上可利用织构提高硅钢片某一方向的导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，而磁率；在冲压薄板件时，它会带来不均匀的塑性变形，而磁率；在冲压薄板件时，它会带来不均匀的塑性变形，而磁率；在冲压薄板件时，它会带来不均匀的塑性变形，而产生产生产生产生“ “制

57、耳制耳制耳制耳” ”现象，这是不希望产生的。现象，这是不希望产生的。现象，这是不希望产生的。现象，这是不希望产生的。 2024/7/2144材料的变形与再结晶 5. 5. 5. 5. 残余应力残余应力残余应力残余应力 残残残残余余余余应应应应力力力力是是是是一一一一种种种种内内内内应应应应力力力力，在在在在工工工工件件件件中中中中处处处处于于于于自自自自相相相相平平平平衡衡衡衡状状状状态态态态，其其其其产产产产生生生生是是是是由由由由于于于于工工工工件件件件内内内内部部部部各各各各区区区区域域域域变变变变形形形形不均匀及相互间的牵制作用所致。不均匀及相互间的牵制作用所致。不均匀及相互间的牵制作

58、用所致。不均匀及相互间的牵制作用所致。（1 1 1 1）宏观宏观宏观宏观残余应力（第一类内应力）：是工件残余应力（第一类内应力）：是工件残余应力（第一类内应力）：是工件残余应力（第一类内应力）：是工件不同部分的宏观变形不均引起的。不同部分的宏观变形不均引起的。不同部分的宏观变形不均引起的。不同部分的宏观变形不均引起的。（2 2 2 2）微微微微观观观观残残残残余余余余应应应应力力力力（第第第第二二二二类类类类内内内内应应应应力力力力）：是是是是晶晶晶晶粒粒粒粒或亚晶粒之间的变形不均产生的。或亚晶粒之间的变形不均产生的。或亚晶粒之间的变形不均产生的。或亚晶粒之间的变形不均产生的。（3 3 3 3

59、）点阵畸变点阵畸变点阵畸变点阵畸变（第三类内应力）：是工件在塑（第三类内应力）：是工件在塑（第三类内应力）：是工件在塑（第三类内应力）：是工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等）引起的。子、位错等）引起的。子、位错等）引起的。子、位错等）引起的。 内应力的产生，使材料变脆，耐蚀性降低。内应力的产生，使材料变脆，耐蚀性降低。内应力的产生，使材料变脆，耐蚀性降低。内应力的产生，使材料变脆，耐蚀性降低。 2024/7/2146材料的变形与再结晶7.3回复

60、和再结晶回复和再结晶 金属和合金经塑性变形后，由于空位、位错金属和合金经塑性变形后，由于空位、位错金属和合金经塑性变形后，由于空位、位错金属和合金经塑性变形后，由于空位、位错等结构缺陷密度的增加，以及畸变能的升高将使等结构缺陷密度的增加，以及畸变能的升高将使等结构缺陷密度的增加，以及畸变能的升高将使等结构缺陷密度的增加，以及畸变能的升高将使其处于热力学不稳定的高自由能状态，具有自发其处于热力学不稳定的高自由能状态，具有自发其处于热力学不稳定的高自由能状态，具有自发其处于热力学不稳定的高自由能状态，具有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势，但在室温下，恢复到变形前低自由能状态的趋势，但在室温下，恢

61、复到变形前低自由能状态的趋势，但在室温下，恢复到变形前低自由能状态的趋势，但在室温下，因温度低，原子活动能力小，恢复很慢，一旦受因温度低，原子活动能力小，恢复很慢，一旦受因温度低，原子活动能力小，恢复很慢，一旦受因温度低，原子活动能力小，恢复很慢，一旦受热，温度较高时，原子扩散能力提高，组织、性热，温度较高时，原子扩散能力提高，组织、性热，温度较高时，原子扩散能力提高，组织、性热，温度较高时，原子扩散能力提高，组织、性能会发生一系列变化。能会发生一系列变化。能会发生一系列变化。能会发生一系列变化。 2024/7/2147材料的变形与再结晶7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 冷变形金

62、属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织和性能变化分为三个阶段分为三个阶段:回复回复回复回复：指新的无畸变晶粒出现之：指新的无畸变晶粒出现之：指新的无畸变晶粒出现之：指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的前所产生的亚结构和性能变化的前所产生的亚结构和性能变化的前所产生的亚结构和性能变化的阶段。阶段。阶段。阶段。在此阶段，在此阶段，在此阶段，在此阶段，组织组织组织组织：由于不：由于不：由于不：由于不发生大角度晶界的迁移，晶粒的发生大角度晶界的迁移，晶粒的发生大角度晶界的迁移，晶粒的发生大角度晶界的迁移，晶粒

63、的形状和大小形状和大小形状和大小形状和大小与变形态相同与变形态相同与变形态相同与变形态相同，仍为，仍为，仍为，仍为纤维状或扁平状。纤维状或扁平状。纤维状或扁平状。纤维状或扁平状。性能性能性能性能：强度与：强度与：强度与：强度与塑性变化很小，内应力、电阻明塑性变化很小，内应力、电阻明塑性变化很小，内应力、电阻明塑性变化很小，内应力、电阻明显下降。显下降。显下降。显下降。R2024/7/2148材料的变形与再结晶7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织和性能变化再结

64、晶再结晶再结晶再结晶：指出现无畸变的等轴新晶指出现无畸变的等轴新晶指出现无畸变的等轴新晶指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。在此粒逐步取代变形晶粒的过程。在此粒逐步取代变形晶粒的过程。在此粒逐步取代变形晶粒的过程。在此阶段，阶段，阶段，阶段，组织组织组织组织：首先在畸变度大的区：首先在畸变度大的区：首先在畸变度大的区：首先在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然域产生新的无畸变晶粒的核心，然域产生新的无畸变晶粒的核心，然域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大后逐渐消耗周围的变形基体而长大后逐渐消耗周围的变形基体而长大后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到变形

65、组织完全改组为，直到变形组织完全改组为，直到变形组织完全改组为，直到变形组织完全改组为新的、新的、新的、新的、无畸变的细等轴晶粒无畸变的细等轴晶粒无畸变的细等轴晶粒无畸变的细等轴晶粒为止。为止。为止。为止。性能性能性能性能：强度与硬度明显下降，塑性提高，强度与硬度明显下降，塑性提高，强度与硬度明显下降，塑性提高，强度与硬度明显下降，塑性提高，消除了加工硬化消除了加工硬化消除了加工硬化消除了加工硬化，使性能恢复到变，使性能恢复到变，使性能恢复到变，使性能恢复到变形前的程度形前的程度形前的程度形前的程度R2024/7/2149材料的变形与再结晶7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 冷变形

66、金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织和性能变化晶粒长大晶粒长大晶粒长大晶粒长大：指再结晶结束指再结晶结束指再结晶结束指再结晶结束之后晶粒的继续长大。在之后晶粒的继续长大。在之后晶粒的继续长大。在之后晶粒的继续长大。在此阶段，此阶段，此阶段，此阶段，在晶界表面能的在晶界表面能的在晶界表面能的在晶界表面能的驱动下，新晶粒相互吞食驱动下，新晶粒相互吞食驱动下，新晶粒相互吞食驱动下，新晶粒相互吞食而长大而长大而长大而长大，最后得到较稳定，最后得到较稳定，最后得到较稳定，最后得到较稳定尺寸的晶粒。尺寸的晶粒。尺寸的晶粒。

67、尺寸的晶粒。 R2024/7/2150材料的变形与再结晶7.3.2 7.3.2 回复机制回复机制1. .低温回复低温回复低温回复低温回复：主要与点缺陷的迁移有关。主要与点缺陷的迁移有关。主要与点缺陷的迁移有关。主要与点缺陷的迁移有关。点缺陷密度下降点缺陷密度下降点缺陷密度下降点缺陷密度下降2.2.中温回复中温回复中温回复中温回复：主要与位错的滑移有关主要与位错的滑移有关主要与位错的滑移有关主要与位错的滑移有关。异号相消排列规整异号相消排列规整异号相消排列规整异号相消排列规整3.3.高温回复高温回复高温回复高温回复：刃型位错产生攀移。刃型位错产生攀移。刃型位错产生攀移。刃型位错产生攀移。攀移攀移

68、攀移攀移：使滑移面上不使滑移面上不使滑移面上不使滑移面上不规则的位错重新分布，垂直排列成墙，降低了位错的弹性规则的位错重新分布，垂直排列成墙，降低了位错的弹性规则的位错重新分布，垂直排列成墙，降低了位错的弹性规则的位错重新分布，垂直排列成墙，降低了位错的弹性畸变能；畸变能；畸变能；畸变能；形成沿垂直滑移面方向排列并具有一定取向差形成沿垂直滑移面方向排列并具有一定取向差形成沿垂直滑移面方向排列并具有一定取向差形成沿垂直滑移面方向排列并具有一定取向差的位错墙，产生亚晶，即多边化结构。的位错墙，产生亚晶，即多边化结构。的位错墙，产生亚晶，即多边化结构。的位错墙，产生亚晶，即多边化结构。2024/7/

69、2151材料的变形与再结晶 从回复机制可以理解：从回复机制可以理解：从回复机制可以理解：从回复机制可以理解： 回复过程中回复过程中回复过程中回复过程中电阻率的明显下降电阻率的明显下降电阻率的明显下降电阻率的明显下降主要是由于过主要是由于过主要是由于过主要是由于过量空位的减少和位错应变能的降低；量空位的减少和位错应变能的降低；量空位的减少和位错应变能的降低；量空位的减少和位错应变能的降低； 内应力的降低内应力的降低内应力的降低内应力的降低主要是由于晶体内弹性应变的主要是由于晶体内弹性应变的主要是由于晶体内弹性应变的主要是由于晶体内弹性应变的基本消除；基本消除；基本消除；基本消除； 硬度及强度下降

70、不多硬度及强度下降不多硬度及强度下降不多硬度及强度下降不多是由于位错密度下降不是由于位错密度下降不是由于位错密度下降不是由于位错密度下降不多，亚晶还较细小。多，亚晶还较细小。多，亚晶还较细小。多，亚晶还较细小。 多边化的产生条件多边化的产生条件多边化的产生条件多边化的产生条件：塑性变形使晶体点阵发生弯塑性变形使晶体点阵发生弯塑性变形使晶体点阵发生弯塑性变形使晶体点阵发生弯曲；曲；曲；曲；在滑移面上有塞积的同号刃型位错；在滑移面上有塞积的同号刃型位错；在滑移面上有塞积的同号刃型位错；在滑移面上有塞积的同号刃型位错；需要需要需要需要加热到较高的温度，使位错能产生攀移运动。加热到较高的温度，使位错能

71、产生攀移运动。加热到较高的温度，使位错能产生攀移运动。加热到较高的温度，使位错能产生攀移运动。2024/7/2152材料的变形与再结晶 7.3.3 7.3.3 再结晶再结晶1. 1. 1. 1. 再结晶过程再结晶过程再结晶过程再结晶过程 冷变形后的金属加热到一定温度后，在冷变形后的金属加热到一定温度后，在冷变形后的金属加热到一定温度后，在冷变形后的金属加热到一定温度后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前而性能也发生了明显的变化并恢复到变形

72、前而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况，这个过程称为的状况，这个过程称为的状况，这个过程称为的状况，这个过程称为再结晶再结晶再结晶再结晶。 再结晶是一种再结晶是一种再结晶是一种再结晶是一种形核形核形核形核和和和和长大长大长大长大过程过程过程过程，即通过即通过即通过即通过在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而晶核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而晶核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而晶核，并通过逐渐长

73、大形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织的过程，见下图。取代全部变形组织的过程，见下图。取代全部变形组织的过程，见下图。取代全部变形组织的过程，见下图。 2024/7/2153材料的变形与再结晶2024/7/2154材料的变形与再结晶再结晶再结晶形核机制形核机制有三种：有三种：晶界弓出晶界弓出晶界弓出晶界弓出形核机制：对变形度较小的金属，多形核机制：对变形度较小的金属，多形核机制：对变形度较小的金属，多形核机制：对变形度较小的金属，多以这种方式形核。以这种方式形核。以这种方式形核。以这种方式形核。亚晶合并亚晶合并亚晶合并亚晶合并机制：在变形程度较大且具有高层错机制：在变形程度较大且具有高层错机制：

74、在变形程度较大且具有高层错机制：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。能的金属中，多以这种机制形核。能的金属中，多以这种机制形核。能的金属中，多以这种机制形核。2024/7/2155材料的变形与再结晶亚晶蚕食亚晶蚕食亚晶蚕食亚晶蚕食机制：在变形度很大的低层错能金属机制：在变形度很大的低层错能金属机制：在变形度很大的低层错能金属机制：在变形度很大的低层错能金属中，多以这种机制形核。中，多以这种机制形核。中，多以这种机制形核。中，多以这种机制形核。 总之，三种形核机制总之，三种形核机制总之，三种形核机制总之，三种形核机制都是都是都是都是大角度晶界的突大角度晶界的突大角度晶界的突大

75、角度晶界的突然迁移。然迁移。然迁移。然迁移。不同的是不同的是不同的是不同的是获得大角度晶界的途径不同获得大角度晶界的途径不同获得大角度晶界的途径不同获得大角度晶界的途径不同2024/7/2156材料的变形与再结晶长大长大长大长大 晶核形成之后，借界面的移动而向周围畸变晶核形成之后，借界面的移动而向周围畸变晶核形成之后，借界面的移动而向周围畸变晶核形成之后，借界面的移动而向周围畸变区域长大，直到全部形成无畸变的等轴晶粒为止，区域长大，直到全部形成无畸变的等轴晶粒为止，区域长大，直到全部形成无畸变的等轴晶粒为止，区域长大，直到全部形成无畸变的等轴晶粒为止，再结晶即告完成。再结晶即告完成。再结晶即告

76、完成。再结晶即告完成。 界面迁移的推动力界面迁移的推动力界面迁移的推动力界面迁移的推动力是无畸变的新晶粒与周围是无畸变的新晶粒与周围是无畸变的新晶粒与周围是无畸变的新晶粒与周围畸变的母体之间的应变能差。畸变的母体之间的应变能差。畸变的母体之间的应变能差。畸变的母体之间的应变能差。 2024/7/2157材料的变形与再结晶2. 再结晶温度及其影响因素再结晶温度及其影响因素再结晶温度再结晶温度再结晶温度再结晶温度: : 冷变形金属开始进行再结晶的冷变形金属开始进行再结晶的冷变形金属开始进行再结晶的冷变形金属开始进行再结晶的 最低温度称为最低温度称为最低温度称为最低温度称为再结再结再结再结晶温度晶温

77、度晶温度晶温度。对纯金属：对纯金属：T再再0.4T熔熔（K）K273 一般一般一般一般再结晶退火温度再结晶退火温度再结晶退火温度再结晶退火温度比比比比T T T T再再再再要高出要高出要高出要高出100100100100200200200200，目的：消除加工硬化现象。，目的：消除加工硬化现象。，目的：消除加工硬化现象。，目的：消除加工硬化现象。如：如：Fe：T熔熔1538T再再0.4(1538273)273451.42024/7/2158材料的变形与再结晶T再再 变形度变形度影响再结晶温度的因素有：影响再结晶温度的因素有：(1)(1)变形程度变形程度变形程度变形程度：随冷：随冷：随冷：随冷变

78、形程度增加变形程度增加变形程度增加变形程度增加，储能增多，储能增多，储能增多，储能增多，再结晶的驱动力增大，再结晶的驱动力增大，再结晶的驱动力增大，再结晶的驱动力增大，再结晶容易发生再结晶容易发生再结晶容易发生再结晶容易发生，再结晶再结晶再结晶再结晶温度低温度低温度低温度低。当。当。当。当变形量达到一定程度，变形量达到一定程度，变形量达到一定程度，变形量达到一定程度，T T再再再再趋于一定趋于一定趋于一定趋于一定值，值，值，值，见图见图见图见图7-137-13。2024/7/2159材料的变形与再结晶(2)(2)原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸：原始晶粒越：原始晶粒越：原始晶粒

79、越：原始晶粒越细小细小细小细小，晶界越多，晶界越多，晶界越多，晶界越多，有利于形核；另外，晶粒越细小，变形抗力越大，有利于形核；另外，晶粒越细小，变形抗力越大，有利于形核；另外，晶粒越细小，变形抗力越大，有利于形核；另外，晶粒越细小，变形抗力越大，变形储能高，再结晶驱动力越大，容变形储能高，再结晶驱动力越大，容变形储能高，再结晶驱动力越大，容变形储能高，再结晶驱动力越大，容易发生再结易发生再结易发生再结易发生再结晶晶晶晶，使使使使T T再再再再降低降低降低降低。(3)(3)微量溶质原子微量溶质原子微量溶质原子微量溶质原子：微量溶质原子：微量溶质原子：微量溶质原子：微量溶质原子可显著提高可显著提

80、高可显著提高可显著提高T T再再再再，原因是溶质原子与位错和晶界间存在着交互作用，原因是溶质原子与位错和晶界间存在着交互作用，原因是溶质原子与位错和晶界间存在着交互作用，原因是溶质原子与位错和晶界间存在着交互作用，使溶质原子在位错及晶界处偏聚，对位错的滑移使溶质原子在位错及晶界处偏聚，对位错的滑移使溶质原子在位错及晶界处偏聚，对位错的滑移使溶质原子在位错及晶界处偏聚，对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起阻碍作用，不利于再结晶与攀移和晶界的迁移起阻碍作用，不利于再结晶与攀移和晶界的迁移起阻碍作用，不利于再结晶与攀移和晶界的迁移起阻碍作用，不利于再结晶的形核和长大，阻碍再结晶过程，因而使的形核和长大，

81、阻碍再结晶过程，因而使的形核和长大，阻碍再结晶过程，因而使的形核和长大，阻碍再结晶过程，因而使T T再再再再提高。提高。提高。提高。 2024/7/2160材料的变形与再结晶(4)(4)第二相粒子第二相粒子第二相粒子第二相粒子：既可提高既可提高既可提高既可提高T T再再再再，也可降低，也可降低，也可降低，也可降低T T再再再再。当。当。当。当第二相粒子第二相粒子第二相粒子第二相粒子尺寸和间距都较大时尺寸和间距都较大时尺寸和间距都较大时尺寸和间距都较大时，变形中阻碍位，变形中阻碍位，变形中阻碍位，变形中阻碍位错运动，提高变形储能，提高再结晶驱动力，错运动，提高变形储能，提高再结晶驱动力，错运动，

82、提高变形储能，提高再结晶驱动力，错运动，提高变形储能，提高再结晶驱动力，易易易易发生再结晶，使发生再结晶，使发生再结晶，使发生再结晶，使T T再再再再降低降低降低降低；当第二相粒子；当第二相粒子；当第二相粒子；当第二相粒子尺寸和间尺寸和间尺寸和间尺寸和间距都很小时距都很小时距都很小时距都很小时，阻碍位错重排构成亚晶界，阻碍晶，阻碍位错重排构成亚晶界，阻碍晶，阻碍位错重排构成亚晶界，阻碍晶，阻碍位错重排构成亚晶界，阻碍晶界迁移，界迁移，界迁移，界迁移，阻碍了再结晶，使阻碍了再结晶，使阻碍了再结晶，使阻碍了再结晶，使T T再再再再提高提高提高提高。(5)(5)再结晶退火工艺参数再结晶退火工艺参数再

83、结晶退火工艺参数再结晶退火工艺参数：加热速度过慢或极快，均加热速度过慢或极快，均加热速度过慢或极快，均加热速度过慢或极快，均使使使使T T再再再再升高升高升高升高（过慢有足够的时间回复，点阵畸变度（过慢有足够的时间回复，点阵畸变度（过慢有足够的时间回复，点阵畸变度（过慢有足够的时间回复，点阵畸变度降低，储能减小，使再结晶驱动力减小，降低，储能减小，使再结晶驱动力减小，降低，储能减小，使再结晶驱动力减小，降低，储能减小，使再结晶驱动力减小，T T再再再再升高；升高；升高；升高；极快因各温度下停留时间过短而来不及形核与长大，极快因各温度下停留时间过短而来不及形核与长大，极快因各温度下停留时间过短而

84、来不及形核与长大，极快因各温度下停留时间过短而来不及形核与长大，使使使使T T再再再再升高）。升高）。升高）。升高）。保温时间越长，保温时间越长，保温时间越长，保温时间越长，T T再再再再越低越低越低越低。2024/7/2161材料的变形与再结晶3. 再结晶后的晶粒大小再结晶后的晶粒大小 再结晶后的晶粒大小再结晶后的晶粒大小d取决于形核率取决于形核率N和长大速率和长大速率G，它们之间有下列关系：，它们之间有下列关系：d=C(G/N)1/4C为系数为系数可见：可见：N，G，d。即凡影响。即凡影响N、G的因的因素，均影响再结晶后的晶粒大小素，均影响再结晶后的晶粒大小。影响再结晶影响再结晶后晶粒大小

85、的因素后晶粒大小的因素: :2024/7/2162材料的变形与再结晶（1 1）变形度）变形度）变形度）变形度：当变形程度很小时，晶粒大小没有当变形程度很小时，晶粒大小没有当变形程度很小时，晶粒大小没有当变形程度很小时，晶粒大小没有变化，因为变形量过小，造成的储存变化，因为变形量过小，造成的储存变化，因为变形量过小，造成的储存变化，因为变形量过小，造成的储存能不足以驱动再结晶。能不足以驱动再结晶。能不足以驱动再结晶。能不足以驱动再结晶。当变形量达当变形量达当变形量达当变形量达到一定值时，再结晶后的晶粒特别粗到一定值时，再结晶后的晶粒特别粗到一定值时，再结晶后的晶粒特别粗到一定值时，再结晶后的晶粒

86、特别粗大，把这个变形量称为大，把这个变形量称为大，把这个变形量称为大，把这个变形量称为“临界变形量临界变形量临界变形量临界变形量”，一般金属的临界变形量为，一般金属的临界变形量为，一般金属的临界变形量为，一般金属的临界变形量为2 2 2 210101010。因为金属在临界变形量下，只部。因为金属在临界变形量下，只部。因为金属在临界变形量下，只部。因为金属在临界变形量下，只部分晶粒破碎，大部分晶粒未破碎，此分晶粒破碎，大部分晶粒未破碎，此分晶粒破碎，大部分晶粒未破碎，此分晶粒破碎，大部分晶粒未破碎，此时，晶粒不均匀程度很大，最易大晶时，晶粒不均匀程度很大，最易大晶时，晶粒不均匀程度很大，最易大晶

87、时，晶粒不均匀程度很大，最易大晶粒吞并小晶粒，故晶粒很容易粗化。粒吞并小晶粒，故晶粒很容易粗化。粒吞并小晶粒，故晶粒很容易粗化。粒吞并小晶粒，故晶粒很容易粗化。当变形量大于临界变形量之后，再当变形量大于临界变形量之后，再当变形量大于临界变形量之后，再当变形量大于临界变形量之后，再结晶后晶粒细化，且变形量越大，晶结晶后晶粒细化，且变形量越大，晶结晶后晶粒细化，且变形量越大，晶结晶后晶粒细化，且变形量越大，晶粒越细化。因为变形量越大，驱动形粒越细化。因为变形量越大，驱动形粒越细化。因为变形量越大，驱动形粒越细化。因为变形量越大，驱动形核和长大的储存能不断增加大，且形核和长大的储存能不断增加大，且形

88、核和长大的储存能不断增加大，且形核和长大的储存能不断增加大，且形核率增大较快，使核率增大较快，使核率增大较快，使核率增大较快，使G/NG/NG/NG/N变小，因此细变小，因此细变小，因此细变小，因此细化。化。化。化。 变形量变形量晶粒尺寸晶粒尺寸原始晶粒原始晶粒尺寸尺寸临界变形量临界变形量2024/7/2163材料的变形与再结晶（2）退火温度退火温度：提高退火温度，使再结晶速度加快，晶粒长大。（3）原始晶粒原始晶粒：越小，越均匀，则变形后晶粒破碎程度越均匀，再结晶后的晶粒越细。 （4）合金元素和不熔杂质合金元素和不熔杂质：越多，会阻碍再结晶晶粒长大，则再结晶晶粒越细小。（5）加热速度加热速度：

89、越快，再结晶温度越高，推迟再结晶形核和长大过程，所以再结晶晶粒细小。2024/7/2164材料的变形与再结晶7.3.4 7.3.4 晶粒长大晶粒长大 再结晶后，再继续保温或升温，会使晶粒进一步长大。再结晶后，再继续保温或升温，会使晶粒进一步长大。再结晶后，再继续保温或升温，会使晶粒进一步长大。再结晶后，再继续保温或升温，会使晶粒进一步长大。 1. 1. 1. 1. 晶粒的正常长大晶粒的正常长大晶粒的正常长大晶粒的正常长大：表现为：表现为：表现为：表现为大多数晶粒几乎同时逐渐均大多数晶粒几乎同时逐渐均大多数晶粒几乎同时逐渐均大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大匀长大匀长大匀长大。是靠晶界迁移，相互吞食

90、而进行的，它使界面。是靠晶界迁移，相互吞食而进行的，它使界面。是靠晶界迁移，相互吞食而进行的，它使界面。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。能减小，是一个自发过程。能减小，是一个自发过程。能减小，是一个自发过程。2024/7/2165材料的变形与再结晶2. 2. 2. 2. 晶粒的异常长大晶粒的异常长大晶粒的异常长大晶粒的异常长大：表现为：表现为：表现为：表现为少数晶粒突发性的不均匀长大。少数晶粒突发性的不均匀长大。少数晶粒突发性的不均匀长大。少数晶粒突发性的不均匀长大。见下图见下图见下图见下图，是出现少数较大的晶粒优先快速成长，逐步吞食，是出现少数较大的晶粒优先快

91、速成长，逐步吞食，是出现少数较大的晶粒优先快速成长，逐步吞食，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，使力掉其周围的大量小晶粒，最后形成非常粗大的组织，使力掉其周围的大量小晶粒，最后形成非常粗大的组织，使力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，称为学性能大大降低，称为学性能大大降低，称为学性能大大降低，称为二次再结晶二次再结晶二次再结晶二次再结晶。其驱动力来自界面能。其驱动力来自界面能。其驱动力来自界面能。其驱动力来自界面能的降低。的降低。的降低。的降低。2024/7/2166材料的变形与再结晶7.4 7.4 金属的热

92、加工金属的热加工7.4.1 7.4.1 冷热加工的划分冷热加工的划分 小于再结晶温度的加工称为小于再结晶温度的加工称为冷加工冷加工；大于再结；大于再结晶温度的加工称为晶温度的加工称为热加工热加工。例如：例如：（1）钨（）钨（W）在）在1100加工，锡（加工，锡（Sn）在室温下加）在室温下加工变形，各为何种加工？（钨的熔点为工变形，各为何种加工？（钨的熔点为3410，锡，锡的熔点为的熔点为232）经计算：经计算：T钨再钨再1200，T锡再锡再71所以，钨为冷加工，锡为热加工。所以，钨为冷加工，锡为热加工。2024/7/2167材料的变形与再结晶 热加工过程中热加工过程中热加工过程中热加工过程中，

93、在金属内部，在金属内部，在金属内部，在金属内部同时进行着同时进行着同时进行着同时进行着加加加加工硬化与回复再结晶软化工硬化与回复再结晶软化工硬化与回复再结晶软化工硬化与回复再结晶软化两个相反的过程。两个相反的过程。两个相反的过程。两个相反的过程。 （2 2 2 2）在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而）在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而）在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而）在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又向最初一样柔软，稍隔一段时间再行弯折，铅板又向最初一样柔软，稍隔一段时间再行弯折，铅板又向最初一样柔软，稍隔一段时间再行弯折，铅板又向最初一样柔软，这是什么

94、原因？（铅的熔点为这是什么原因？（铅的熔点为这是什么原因？（铅的熔点为这是什么原因？（铅的熔点为327.5327.5327.5327.5）经计算：经计算：经计算：经计算：T T T T铅再铅再铅再铅再33333333所以，室温下弯折属于热加工，消除了加工硬化。所以，室温下弯折属于热加工，消除了加工硬化。所以，室温下弯折属于热加工，消除了加工硬化。所以，室温下弯折属于热加工，消除了加工硬化。2024/7/2168材料的变形与再结晶 热加工中回复与再结晶分为两类：一热加工中回复与再结晶分为两类：一类在类在变形终止或中断后变形终止或中断后，保温或冷却过程，保温或冷却过程中进行，称为中进行，称为静态回

95、复和静态再结晶静态回复和静态再结晶（前（前面讨论的属于此类）。另一类是面讨论的属于此类）。另一类是与变形同与变形同时发生时发生的回复与再结晶过程，称为的回复与再结晶过程，称为动态回动态回复与动态再结晶复与动态再结晶。7.4.2动态回复与动态再结晶动态回复与动态再结晶2024/7/2169材料的变形与再结晶1.动态回复动态回复 动态回复引起的动态回复引起的动态回复引起的动态回复引起的软化过程软化过程软化过程软化过程是通过是通过是通过是通过刃位错的攀移刃位错的攀移刃位错的攀移刃位错的攀移、螺位错的螺位错的螺位错的螺位错的交滑移交滑移交滑移交滑移、异号位错对消异号位错对消异号位错对消异号位错对消，使

96、位错密度降低的结果。动态回复过，使位错密度降低的结果。动态回复过，使位错密度降低的结果。动态回复过，使位错密度降低的结果。动态回复过程中，程中，程中，程中，变形晶粒不发生再结晶变形晶粒不发生再结晶变形晶粒不发生再结晶变形晶粒不发生再结晶，仍保持沿变形方向伸长，呈纤，仍保持沿变形方向伸长，呈纤，仍保持沿变形方向伸长，呈纤，仍保持沿变形方向伸长，呈纤维状。如高层错能金属：维状。如高层错能金属：维状。如高层错能金属：维状。如高层错能金属：AlAl、- - - -FeFe、ZrZr、MoMo、WW等。等。等。等。1 1）应力）应力）应力）应力- -应变曲线：见应变曲线：见应变曲线：见应变曲线：见图图图

97、图7.367.36，应力随应变增大，应力随应变增大，应力随应变增大，应力随应变增大加工硬化加工硬化加工硬化加工硬化稳定态稳定态稳定态稳定态。2 2）动态回复机制）动态回复机制）动态回复机制）动态回复机制 变形量变形量变形量变形量位错增殖位错增殖位错增殖位错增殖变形温度变形温度变形温度变形温度位错攀移交滑移脱钉抵消位错攀移交滑移脱钉抵消位错攀移交滑移脱钉抵消位错攀移交滑移脱钉抵消位错密度位错密度位错密度位错密度位错增殖速率和消亡速率达到平衡。位错增殖速率和消亡速率达到平衡。位错增殖速率和消亡速率达到平衡。位错增殖速率和消亡速率达到平衡。3 3）动态回复时的组织结构动态回复时的组织结构动态回复时的

98、组织结构动态回复时的组织结构晶粒沿变形方向伸长呈纤维状，但内部为等轴亚晶无应变结构。晶粒沿变形方向伸长呈纤维状，但内部为等轴亚晶无应变结构。晶粒沿变形方向伸长呈纤维状，但内部为等轴亚晶无应变结构。晶粒沿变形方向伸长呈纤维状，但内部为等轴亚晶无应变结构。2024/7/2170材料的变形与再结晶2.2.动态再结晶动态再结晶 动态再结晶也是形核和核长大过程。动态再结晶也是形核和核长大过程。动态再结晶也是形核和核长大过程。动态再结晶也是形核和核长大过程。动态再结晶后得动态再结晶后得动态再结晶后得动态再结晶后得到等轴晶粒组织到等轴晶粒组织到等轴晶粒组织到等轴晶粒组织，晶粒内部由于继续承受变形，晶粒内部由

99、于继续承受变形，晶粒内部由于继续承受变形，晶粒内部由于继续承受变形，有较高的有较高的有较高的有较高的位错密度和位错缠结存在位错密度和位错缠结存在位错密度和位错缠结存在位错密度和位错缠结存在，这种组织比静态再结晶组织，这种组织比静态再结晶组织，这种组织比静态再结晶组织，这种组织比静态再结晶组织有有有有较高的强度和硬度较高的强度和硬度较高的强度和硬度较高的强度和硬度。如低层错能金属：如低层错能金属：如低层错能金属：如低层错能金属：CuCu、NiNi、- - - -FeFe、不锈钢等。不锈钢等。不锈钢等。不锈钢等。1 1）应力）应力）应力）应力- -应变曲线：见应变曲线：见应变曲线：见应变曲线：见图

100、图图图7.377.37，加工硬化，加工硬化，加工硬化，加工硬化再结晶软化再结晶软化再结晶软化再结晶软化硬化硬化硬化硬化= =软化软化软化软化动态平衡动态平衡动态平衡动态平衡 。2 2）动态再结晶机制）动态再结晶机制）动态再结晶机制）动态再结晶机制动态再结晶也是通过形核和核长大过程来完成的。动态再结晶也是通过形核和核长大过程来完成的。动态再结晶也是通过形核和核长大过程来完成的。动态再结晶也是通过形核和核长大过程来完成的。3 3）动态再结晶的组织结构）动态再结晶的组织结构）动态再结晶的组织结构）动态再结晶的组织结构稳态期间，等轴晶粒，晶界呈锯齿状，晶内包含亚晶。稳态期间，等轴晶粒，晶界呈锯齿状，晶

101、内包含亚晶。稳态期间，等轴晶粒，晶界呈锯齿状，晶内包含亚晶。稳态期间，等轴晶粒，晶界呈锯齿状，晶内包含亚晶。2024/7/2172材料的变形与再结晶7.4.3 7.4.3 热加工对组织及性能的影响热加工对组织及性能的影响1.1.热加工对室温力学性能的影响热加工对室温力学性能的影响热加工对室温力学性能的影响热加工对室温力学性能的影响热加工可使气孔、疏松焊合，热加工可使气孔、疏松焊合，提高致密度提高致密度；热加工可热加工可消除或减轻消除或减轻铸锭组织、成分铸锭组织、成分不均匀不均匀性性；热加工可使粗大组织破碎并均匀分布，热加工可使粗大组织破碎并均匀分布，细化细化晶粒晶粒。所以，所以，热加工可提高力

102、学性能热加工可提高力学性能。 2024/7/2174材料的变形与再结晶2. 2. 2. 2. 热加工材料的组织特征热加工材料的组织特征热加工材料的组织特征热加工材料的组织特征(1) (1) 形成形成“流线流线”，出现各向异性，出现各向异性 夹杂物一般沿晶界分布，热加工时，晶粒变形，夹杂物一般沿晶界分布，热加工时，晶粒变形，夹杂物一般沿晶界分布，热加工时，晶粒变形，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，而夹杂物也变形，晶粒发生再结晶形成等轴晶粒，而夹杂物也变形，晶粒发生再结晶形成等轴晶粒，而夹杂物也变形，晶粒发生再结晶形成等轴晶粒，而夹杂仍沿变形方向

103、呈纤维状分布，这种夹杂的分布夹杂仍沿变形方向呈纤维状分布，这种夹杂的分布夹杂仍沿变形方向呈纤维状分布，这种夹杂的分布夹杂仍沿变形方向呈纤维状分布，这种夹杂的分布叫叫叫叫“ “流线流线流线流线” ”。 出现流线使性能出现明显的各向异性出现流线使性能出现明显的各向异性出现流线使性能出现明显的各向异性出现流线使性能出现明显的各向异性，因此热，因此热，因此热，因此热加工时应力求使工件具有合理的流线分布。加工时应力求使工件具有合理的流线分布。加工时应力求使工件具有合理的流线分布。加工时应力求使工件具有合理的流线分布。2024/7/2175材料的变形与再结晶2024/7/2176材料的变形与再结晶(2)

104、(2) 形成形成“带状组织带状组织” 热加工不当，亚共析钢中的热加工不当，亚共析钢中的热加工不当，亚共析钢中的热加工不当，亚共析钢中的F F F F与与与与P P P P会呈层会呈层会呈层会呈层状分布，在层与层之间还有一些被拉长的夹杂物，状分布，在层与层之间还有一些被拉长的夹杂物，状分布，在层与层之间还有一些被拉长的夹杂物，状分布，在层与层之间还有一些被拉长的夹杂物，这种层状分布的组织称为这种层状分布的组织称为这种层状分布的组织称为这种层状分布的组织称为“带状组织带状组织带状组织带状组织”。带状组织带状组织带状组织带状组织具有严重的各向异性，使性能变坏。具有严重的各向异性，使性能变坏。具有严重

105、的各向异性，使性能变坏。具有严重的各向异性，使性能变坏。严重时报废，轻微时用扩散退火或正火消除。严重时报废，轻微时用扩散退火或正火消除。严重时报废，轻微时用扩散退火或正火消除。严重时报废，轻微时用扩散退火或正火消除。防止方法：防止方法：防止方法：防止方法：不在两相区变形；不在两相区变形；减少夹杂元素含量。减少夹杂元素含量。2024/7/2177材料的变形与再结晶2024/7/2178材料的变形与再结晶小小 结结1.1.概念概念概念概念软位向，硬位向，滑移，滑移系，临界分切应力，孪生，软位向，硬位向，滑移，滑移系，临界分切应力，孪生，软位向，硬位向，滑移，滑移系，临界分切应力，孪生，软位向，硬位

106、向，滑移，滑移系，临界分切应力，孪生，固溶强化，弥散强化，加工硬化，变形织构，固溶强化，弥散强化，加工硬化，变形织构，固溶强化，弥散强化，加工硬化，变形织构，固溶强化，弥散强化，加工硬化，变形织构，再结晶，冷再结晶，冷再结晶，冷再结晶，冷加工，热加工。加工，热加工。加工，热加工。加工，热加工。2.2.弹性变形弹性变形弹性变形弹性变形：特点：特点：特点：特点3.3.塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形 单晶体塑性变形单晶体塑性变形单晶体塑性变形单晶体塑性变形：变形方式，产生条件；滑移系判定；滑变形方式，产生条件；滑移系判定；滑变形方式，产生条件；滑移系判定；滑变形方式，产生条件；滑移系判定；滑移与孪

107、生区别。移与孪生区别。移与孪生区别。移与孪生区别。 多晶体塑性变形多晶体塑性变形多晶体塑性变形多晶体塑性变形：晶界作用；：晶界作用；：晶界作用；：晶界作用；晶粒越细，不仅强度高，且晶粒越细，不仅强度高，且晶粒越细，不仅强度高，且晶粒越细，不仅强度高，且塑韧性好塑韧性好塑韧性好塑韧性好？多晶体塑性变形特点？多晶体塑性变形特点？多晶体塑性变形特点？多晶体塑性变形特点？ 合金塑性变形合金塑性变形合金塑性变形合金塑性变形：单相固溶体合金：溶质原子：单相固溶体合金：溶质原子：单相固溶体合金：溶质原子：单相固溶体合金：溶质原子强度强度强度强度固固固固溶强化溶强化溶强化溶强化；多相合金：第二相；多相合金：第

108、二相；多相合金：第二相；多相合金：第二相弥散强化弥散强化弥散强化弥散强化。 塑性变形对金属的组织和性能的影响塑性变形对金属的组织和性能的影响塑性变形对金属的组织和性能的影响塑性变形对金属的组织和性能的影响：5 5点。点。点。点。2024/7/2179材料的变形与再结晶4.4.4.4.回复与再结晶回复与再结晶回复与再结晶回复与再结晶冷变形金属在加热时组织和性能的变化冷变形金属在加热时组织和性能的变化冷变形金属在加热时组织和性能的变化冷变形金属在加热时组织和性能的变化； 再结晶温度再结晶温度再结晶温度再结晶温度：T T再再再再0.4T0.4T熔熔熔熔（KK）再结晶退火温度再结晶退火温度再结晶退火温

109、度再结晶退火温度： T T再再再再(100(100200200) 影响再结晶后晶粒大小的因素：影响再结晶后晶粒大小的因素：影响再结晶后晶粒大小的因素：影响再结晶后晶粒大小的因素：5 5 5 5点。点。点。点。5.5.5.5.金属的热加工金属的热加工金属的热加工金属的热加工 判断冷热加工判断冷热加工判断冷热加工判断冷热加工；热加工对金属组织和性能的影响；热加工对金属组织和性能的影响；热加工对金属组织和性能的影响；热加工对金属组织和性能的影响；动态回复和动态再结晶。动态回复和动态再结晶。动态回复和动态再结晶。动态回复和动态再结晶。2024/7/2180材料的变形与再结晶思考题思考题1.1.1.1.

110、何为内耗？举例说明其应用。何为内耗？举例说明其应用。何为内耗？举例说明其应用。何为内耗？举例说明其应用。2.2.2.2.为什么在常温下晶粒越细，不仅强度高，而且为什么在常温下晶粒越细，不仅强度高，而且为什么在常温下晶粒越细，不仅强度高，而且为什么在常温下晶粒越细，不仅强度高，而且塑韧性也好塑韧性也好塑韧性也好塑韧性也好 3.3.3.3.简述塑性变形对材料的组织和性能的影响。简述塑性变形对材料的组织和性能的影响。简述塑性变形对材料的组织和性能的影响。简述塑性变形对材料的组织和性能的影响。4.4.4.4.简述滑移与孪生的异同点。简述滑移与孪生的异同点。简述滑移与孪生的异同点。简述滑移与孪生的异同点

111、。5.5.5.5.简述常温下单晶体塑性变形的主要方式，并说简述常温下单晶体塑性变形的主要方式，并说简述常温下单晶体塑性变形的主要方式，并说简述常温下单晶体塑性变形的主要方式，并说明其产生条件。明其产生条件。明其产生条件。明其产生条件。 6.6.6.6.什么叫滑移系？判断下列晶面及晶向是否构成什么叫滑移系？判断下列晶面及晶向是否构成什么叫滑移系？判断下列晶面及晶向是否构成什么叫滑移系？判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并说明原因。滑移系？并说明原因。滑移系？并说明原因。滑移系？并说明原因。 BCC BCC BCC BCC中中中中(110)111(110)111(110)111(110)111、(110) (110) (110) (110) 。 FCC FCC FCC FCC中中中中(111)110(111)110(111)110(111)110、(111) (111) (111) (111) 。2024/7/2181材料的变形与再结晶 7.7.冷变形金属在加热时组织和性能有何变冷变形金属在加热时组织和性能有何变化？化？ 8.8.计算纯铁的最低再结晶温度，指出纯铁计算纯铁的最低再结晶温度，指出纯铁在在400400加工时，属于何种加工？并估计加工时，属于何种加工？并估计其再结晶退火温度。其再结晶退火温度。2024/7/2182材料的变形与再结晶