材料科学基础_第五章 材料的形变和再结晶【高等教学】

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1、第五章第五章材料的形变和再结晶材料的形变和再结晶李怀勇李怀勇聊城大学材料科学与工程学院聊城大学材料科学与工程学院1高级教学内容预报内容预报为什么要认识和掌握材料的为什么要认识和掌握材料的形变和再结晶形变和再结晶规律？规律？材料在加工制备及应用过程中都要受到外力的作用材料在加工制备及应用过程中都要受到外力的作用材料受力要发生变形：弹性变形、塑性变形、断裂材料受力要发生变形：弹性变形、塑性变形、断裂材料发生变形后材料的组织结构（性能）发生变化材料发生变形后材料的组织结构（性能）发生变化本章主要研究内容：本章主要研究内容：一、材料的变形规律及其微观机制；一、材料的变形规律及其微观机制；二、研究变形后

2、的材料在回复、再结晶过程中组织、二、研究变形后的材料在回复、再结晶过程中组织、结构和性能的变化规律。结构和性能的变化规律。 2高级教学本章章节结构本章章节结构5.1弹性和粘弹性弹性和粘弹性 5.2晶体的塑性变形晶体的塑性变形 5.3回复和再结晶回复和再结晶 5.4热变形与动态回复、再结晶热变形与动态回复、再结晶5.5陶瓷材料变形的特点陶瓷材料变形的特点5.6高聚物的塑性变形高聚物的塑性变形 3高级教学材料试验机示意图拉伸材料试验机示意图拉伸位移位移载荷载荷5.0材料力学性能测试材料力学性能测试1.拉伸实验装置拉伸实验装置4高级教学弹性极限弹性极限抗拉强度抗拉强度屈服强度，会产生屈服强度，会产生

3、0.2%永久永久变形变形2.应力应力-应变曲线应变曲线5高级教学5.1弹性和粘弹性弹性和粘弹性l弹性外力去除后形变能够完全恢复的性质弹性外力去除后形变能够完全恢复的性质线性（符合胡克定律）和非线性线性（符合胡克定律）和非线性6高级教学5.1.1 弹性变形的特征和弹性模量弹性变形的特征和弹性模量一、特征：一、特征：（1）理想的弹性变形是可逆的。）理想的弹性变形是可逆的。 （2）实际材料，在）实际材料，在弹性变形范围内弹性变形范围内，服从胡克定律：，服从胡克定律：7高级教学二、弹性模量（广义的胡克定律）：二、弹性模量（广义的胡克定律）：晶体的各向异性，各个方向的弹性模量不相同晶体的各向异性，各个方

4、向的弹性模量不相同8高级教学广义的胡克定律：广义的胡克定律：刚度矩阵刚度矩阵9高级教学柔度矩阵柔度矩阵10高级教学对于均质各向异性弹性体，最一般的情况，弹性对于均质各向异性弹性体，最一般的情况，弹性系数有系数有36个，其中个，其中21个是独立的：个是独立的：Cij=Cji， Sij=Sji而晶体也存在对称性，所以在某几个方向上原子而晶体也存在对称性，所以在某几个方向上原子排列是相同的，所以系数将会进一步减少。排列是相同的，所以系数将会进一步减少。立方晶系，有立方晶系，有3个独立弹性系数；个独立弹性系数；六方晶系，有六方晶系，有5个独立弹性系数；个独立弹性系数；正交晶系，有正交晶系，有9个独立弹

5、性系数；个独立弹性系数；11高级教学三、体弹性模量三、体弹性模量K（压缩模量）（压缩模量）1、定义：应力与体积变化率之比。、定义：应力与体积变化率之比。2、对模量的讨论：、对模量的讨论：（1 1）弹性模量代表了原子离开平衡位置的）弹性模量代表了原子离开平衡位置的难易程难易程度度，也表征了原子间的，也表征了原子间的相互作用相互作用。（2 2）对于晶体来说，也反应了不同方向原子（离）对于晶体来说，也反应了不同方向原子（离子）排列的子）排列的紧密程度紧密程度。（见表。（见表5.25.2）（3 3）材料特别是）材料特别是复合材料复合材料由于组织结构的各同异由于组织结构的各同异性也会导致不同方向模量的不

6、同性也会导致不同方向模量的不同12高级教学原子、离子间的相互作用力：原子、离子间的相互作用力：平衡位置平衡位置r0，系统的能量最低，系统的能量最低受外力偏离平衡位置，有变形，产生引力或斥力，受外力偏离平衡位置，有变形，产生引力或斥力，能量升高能量升高当外力消失，原子将恢复到平衡位置，变形完全消当外力消失，原子将恢复到平衡位置，变形完全消失，能量下降失，能量下降5.1.2 弹性变形的本质弹性变形的本质13高级教学5.1.3 弹性的不完整性弹性的不完整性理想的弹性体：理想的弹性体：理想的弹性体是不存在的，可能出现理想的弹性体是不存在的，可能出现加载线与加载线与卸载线不重合卸载线不重合、应变滞后于应

7、力变化应变滞后于应力变化等弹性不等弹性不完整性。完整性。包括包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等。韧性等。 14高级教学一、包申格效应一、包申格效应 预先加载产生少量塑性变形（小于预先加载产生少量塑性变形（小于4）而后再而后再同向加载同向加载则则 e升高，但升高，但反向加载反向加载则则 e下降。下降。 15高级教学二、弹性后效二、弹性后效 在加载或卸载时，应变的弛豫过程现象。在加载或卸载时，应变的弛豫过程现象。在弹性极限在弹性极限 e范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为象称为弹性后效或滞弹性

8、弹性后效或滞弹性 16高级教学三、弹性滞后三、弹性滞后 应变落后于应力，应变落后于应力， - 曲线上曲线上加载线加载线与与卸载线不再是一条直线，卸载线不再是一条直线，而是形成一而是形成一封封闭回线闭回线表明加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释表明加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之为放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之为内耗内耗，其大小即用弹性滞后环面积度量。，其大小即用弹性滞后环面积度量。 功功17高级教学5.1.4 粘弹性（高分子材料）粘弹性（高分子材料）1、粘弹性：一些非晶或多晶体，在比较小的应力、粘弹性：一些非晶或

9、多晶体，在比较小的应力时可以时可以同时表现出粘性和弹性同时表现出粘性和弹性。2、所谓粘性流动是指非晶态固体和液体在外力作、所谓粘性流动是指非晶态固体和液体在外力作用下便会发生用下便会发生没有确定形状的流变没有确定形状的流变，并且在外，并且在外力去除后，力去除后，形变不能回复形变不能回复。 18高级教学3、粘弹性是高分子材料的重要力学状态、粘弹性是高分子材料的重要力学状态主链的内旋转，沿外力方向伸展；主链的内旋转，沿外力方向伸展；分子链之间发生相对滑移，产生粘性变形。分子链之间发生相对滑移，产生粘性变形。4、粘弹性的特点：、粘弹性的特点：应变落后于应力。应力应变落后于应力。应力- -应变回线，存

10、在内耗应变回线，存在内耗Maxwell适用于应力松弛适用于应力松弛Voigt蠕变回复、弹性后效和弹性记忆蠕变回复、弹性后效和弹性记忆19高级教学5.2、晶体的塑性变形、晶体的塑性变形超过弹性极限后，开始屈服，出现塑性变形超过弹性极限后，开始屈服，出现塑性变形多晶材料中的变形行为也与各个小晶料的变形有关系多晶材料中的变形行为也与各个小晶料的变形有关系20高级教学5.2.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形常温及低温下，塑性变形方式：常温及低温下，塑性变形方式：滑移，孪生，扭折滑移，孪生，扭折。高温下的形变的方式：高温下的形变的方式：扩散，蠕变等扩散，蠕变等1、滑移、滑移 当应力达到当应力达到一定

11、的大小一定的大小时，晶体中时，晶体中一定方向的一定方向的层片层片之间就会产生的之间就会产生的相对滑移相对滑移，大量的层片间滑动的累，大量的层片间滑动的累积，就成为宏观塑性变形。积，就成为宏观塑性变形。21高级教学单晶锌变形后产生的单晶锌变形后产生的滑移带滑移带22高级教学（1）滑移线与滑移带）滑移线与滑移带 23高级教学滑移只是集中发生在一些晶面上，而滑移带或滑滑移只是集中发生在一些晶面上，而滑移带或滑移线之间的晶体层片则未产生变形，只是彼此之移线之间的晶体层片则未产生变形，只是彼此之间作相对位移而已间作相对位移而已 24高级教学（2）滑移系）滑移系塑性变形时位错只沿着塑性变形时位错只沿着一定

12、的晶面和晶向运动一定的晶面和晶向运动，这，这些晶面和晶向分别称为些晶面和晶向分别称为“滑移面滑移面”和和“滑移方向滑移方向”。一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个个滑移系滑移系。不同的晶体结构，其滑移面和滑移方向也不同。不同的晶体结构，其滑移面和滑移方向也不同。同一晶体结构，也会有不同的滑移面和滑移方向。同一晶体结构，也会有不同的滑移面和滑移方向。25高级教学思考：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、面与面之间的结合力、面与面之间的结合力2、密排面和密排方向、密排面和密排方向

13、26高级教学面心立方晶体中的滑移面心立方晶体中的滑移111滑移面滑移面滑移方向滑移方向27高级教学体心立方晶体中体心立方晶体中110滑移面滑移面112滑移面滑移面123滑移面滑移面滑移方向滑移方向28高级教学滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。晶面和晶向。原子密度大面间距大点阵阻力最小，因而原子密度大面间距大点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；容易沿着这些面发生滑移；至于滑移方向为原子密度最大的方向是由于最密排至于滑移方向为原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子间距最短，即位错方向上的原子间距最短，即位错b b最小。

14、最小。 体心立方滑移面有三组，原因是没有特别突出的密体心立方滑移面有三组，原因是没有特别突出的密排面。排面。六方密排，滑移方向一般为六方密排，滑移方向一般为110，而滑移面除，而滑移面除00000101之外还与其轴比之外还与其轴比(c/a)(c/a)有关，当有关，当c/a1.633c/a1.633时，密时，密排面可能为排面可能为10101 111或或10101 100等晶面等晶面（3）关于滑移系的讨论）关于滑移系的讨论29高级教学l在其他条件相同时，晶体中的滑移系愈多，取向便愈多在其他条件相同时，晶体中的滑移系愈多，取向便愈多，滑移容易进行，它的塑性便愈好。，滑移容易进行，它的塑性便愈好。l面

15、心立方晶体的滑移系共有面心立方晶体的滑移系共有11143=12l体心立方晶体，滑移系共有体心立方晶体，滑移系共有11062+112121+123241=48l密堆六方晶体的滑移系仅有密堆六方晶体的滑移系仅有(0001)1 3=3l由于滑移系数目太少，由于滑移系数目太少，hcp多晶体的塑性不如多晶体的塑性不如fcc或或bcc的的好。好。30高级教学思考题思考题l今有纯今有纯Ti，Al二种铸锭，试判断它们在室温二种铸锭，试判断它们在室温（20）轧制的难易顺序？）轧制的难易顺序？已知：已知：Ti熔点为熔点为1672 ，在，在883以下为密排六方，在以下为密排六方，在883 以上为面心立方；以上为面心

16、立方；Al的熔点为的熔点为660 ，面心立方。，面心立方。31高级教学外加应力外加应力两个两个角度角度32高级教学位错的滑移是实现塑性变形的一种方式位错的滑移是实现塑性变形的一种方式33高级教学l晶体什么时候开始屈服晶体什么时候开始屈服(开始有塑性形变开始有塑性形变)？有滑移系开动有滑移系开动!l这么多滑移系到底是哪个滑移？这么多滑移系到底是哪个滑移？看哪个先达到其临界分切应力看哪个先达到其临界分切应力此时的此时的 应该称为屈服强度应该称为屈服强度34高级教学外力方向、外力方向、法线、法线、滑移方向滑移方向不一定共面不一定共面35高级教学cos cos ：取向因子或施密特因子：取向因子或施密特

17、因子 因子大：软取向因子大：软取向 因子小：硬取向因子小：硬取向当当 =90时：时：滑移面平行于外力方向滑移面平行于外力方向当当 =90时：时：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当外力方向、法线、滑移方向共面当外力方向、法线、滑移方向共面，且且 + =90, =45时，取向因子最大时，取向因子最大0.536高级教学滑移的临界分切应力的影响因素滑移的临界分切应力的影响因素l真实反映了单晶体的一个物理量真实反映了单晶体的一个物理量l大小大小晶体结构（类型及缺陷）晶体结构（类型及缺陷）温度温度变形速度变形速度见表见表5.437高级教学对密排六方的单晶体拉伸对密排六方的单晶体拉伸l只

18、有一个滑移面只有一个滑移面(0001)，如果垂直或者平行，如果垂直或者平行此面进行拉伸，会不会产生滑移？此面进行拉伸，会不会产生滑移？不会不会所以对于单晶材料来说，拉伸试样的晶格取所以对于单晶材料来说，拉伸试样的晶格取向决定了其屈服强度向决定了其屈服强度! !38高级教学1、材料什么时候屈服？、材料什么时候屈服？ 有一滑移系达到临界分切应力有一滑移系达到临界分切应力2、取向因子与什么有关系？、取向因子与什么有关系？ 各滑移系各滑移系(滑移面及滑移方向滑移面及滑移方向)与与F的位置关系的位置关系思考思考39高级教学滑移时晶面的转动滑移时晶面的转动40高级教学拉伸时旋转机制拉伸时旋转机制最大切应力

19、最大切应力 滑移滑移 旋转旋转旋转效果：使滑移方向转旋转效果：使滑移方向转至最大切应力方向，从而至最大切应力方向，从而更容易滑移更容易滑移41高级教学受压时的旋转受压时的旋转结果，使滑移面逐渐趋于与压力轴线相垂直结果，使滑移面逐渐趋于与压力轴线相垂直42高级教学滑移面转动，滑移方向不断改变滑移面转动，滑移方向不断改变l滑移面上的分切应力也会发生变化。滑移面上的分切应力也会发生变化。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。43高级教学多系滑移多系滑移l多个滑移系：在外力增加时，谁先达到临界值，多个滑移系：在外力增加时，谁先达到临界值，谁先滑移；谁先滑

20、移；l滑移过程中各滑移系上的分切应力会不断变化；滑移过程中各滑移系上的分切应力会不断变化；l一组不能滑移时，另一组滑移系有可能达到临界一组不能滑移时，另一组滑移系有可能达到临界值；值；l所以有可能两组或者更多组滑移面上所以有可能两组或者更多组滑移面上同时进行滑同时进行滑移，或交替进行移，或交替进行。44高级教学l交滑移现象交滑移现象：两个或多个滑移面沿着共同的滑：两个或多个滑移面沿着共同的滑移方向同时或者交替滑移。移方向同时或者交替滑移。l强化机制强化机制：在多系滑移过程中，不同滑移系的：在多系滑移过程中，不同滑移系的位错相互交割，而使位错移动困难，从而起到位错相互交割，而使位错移动困难，从而

21、起到强化的作用。强化的作用。45高级教学FCC结构中确定滑移系统结构中确定滑移系统镜像法则镜像法则l找到加载方向所在的取向三找到加载方向所在的取向三角形角形l根据位置确定先开始的滑移系根据位置确定先开始的滑移系46高级教学Example: Given: BCC crystal having 110 slip system Determine active slip system in response to tensile loading along . Solve: Draw a standard projection. Label the loading direction in stan

22、dard projection. Determine the active S.S by Reflection Rule.47高级教学 a) locate inside the orientation triangle ( ), single slip.b) locate at the edge of the orientation triangle ( ), double (duplex) slip.c) locate at the corner of the orientation triangle, multiple slip.When the axis of load is in th

23、e edge or corner of the orientation triangle, muli-slip occurs.F F1 1F F2 2F F3 348高级教学三角形内部三角形内部1 1个滑移系开动个滑移系开动三角形边界三角形边界2 2个滑移系开动个滑移系开动110110顶点上顶点上 4 4个滑移系开动个滑移系开动111111顶点上顶点上 6 6个滑移系开动个滑移系开动001001顶点上顶点上 8 8个滑移系开动个滑移系开动49高级教学例：例：例：对一个例：对一个FCC单晶棒，沿单晶棒，沿215方方向拉伸，请确定哪个滑移系先开向拉伸，请确定哪个滑移系先开动。动。l首先：画出晶体的

24、首先：画出晶体的(001)标准投影标准投影图，然后找到所在的取向三角形图，然后找到所在的取向三角形101-111-001l按照镜像法则，按照镜像法则，FCC晶体的滑移晶体的滑移面应该是面应该是(111)的镜像的镜像(111)，滑移，滑移方向应该是方向应该是101的镜像的镜像011。所。所以，滑移系以，滑移系(111) 011先开动。先开动。50高级教学滑移的位错机制滑移的位错机制 l滑移不是面与面之间做刚性运动，而是通过滑移不是面与面之间做刚性运动，而是通过位错的移动位错的移动逐步进行的。逐步进行的。l一个位错移动到表面，会产生一个一个位错移动到表面，会产生一个b的滑移的滑移，大量的位错移动到

25、表面就会产生宏观的塑，大量的位错移动到表面就会产生宏观的塑性变形。性变形。l位错运动是有阻力的，所以滑移的容易与否位错运动是有阻力的，所以滑移的容易与否，与位错滑移的阻力有很大的关系。，与位错滑移的阻力有很大的关系。51高级教学l派派-纳纳(P-N)力力位错滑移要克服点阵周期性阻力位错滑移要克服点阵周期性阻力与与d和和b之间的关系之间的关系52高级教学l讨论一下讨论一下P-N力力与与d和和b的关系的关系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这也解释了为什么滑移面是密排面，滑移方向是密这也解释了为什么滑移面是密排面，滑

26、移方向是密排方向排方向53高级教学l位错的运动不是整齐划一地前进，而是有前位错的运动不是整齐划一地前进，而是有前有后，存在扭折现象。有后，存在扭折现象。l可以进一步降低滑移所需的应力。可以进一步降低滑移所需的应力。54高级教学l所有阻碍位错运动的因素，都会所有阻碍位错运动的因素，都会导致导致强化强化位错应力场之间的相互作用位错应力场之间的相互作用位错交割后产生的扭折和割阶位错交割后产生的扭折和割阶位错运动过程中，与晶界和第二相质点的位错运动过程中，与晶界和第二相质点的相互作用相互作用55高级教学2、孪生、孪生l常作为滑移的救星常作为滑移的救星a、孪生变形过程、孪生变形过程一系列一系列(111)

27、沿沿111按按abcabc堆垛堆垛56高级教学(110)上的原子排布上的原子排布(111)11257高级教学变形与未变形两部分晶体合称为变形与未变形两部分晶体合称为孪晶孪晶切变区与未切变区的分界面为切变区与未切变区的分界面为孪晶界孪晶界发生均匀切变的那组晶面称为发生均匀切变的那组晶面称为孪晶面孪晶面孪生面的移动方向称为孪生面的移动方向称为孪生方向孪生方向均匀切变均匀切变58高级教学b、孪生的特点及与滑移的异同点、孪生的特点及与滑移的异同点相同点：相同点：都是在切应力作用下产生的剪切应变过程。都是在切应力作用下产生的剪切应变过程。都不改变晶体结构。都不改变晶体结构。都存在临界分切应力。都存在临界

28、分切应力。都是晶体中的一部分相对于另一部分沿一定的晶面都是晶体中的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向的平移。和晶向的平移。59高级教学b、孪生的特点及与滑移的异同点、孪生的特点及与滑移的异同点不同点：不同点：对塑性变形的对塑性变形的贡献小贡献小，但是可以，但是可以改变位向改变位向，因此可以进一步，因此可以进一步诱发滑移诱发滑移。孪晶的两部分晶体形成孪晶的两部分晶体形成镜面对称镜面对称的位向关系。的位向关系。滑移的机制是滑移的机制是位错位错的产生和移动，而孪生是孪生区内的原子的产生和移动，而孪生是孪生区内的原子沿滑移方向的沿滑移方向的均匀切变，不全位错均匀切变，不全位错参与。参与。 孪生的临

29、界孪生的临界分切应力大分切应力大。一般，晶体对称度越低，越容易发。一般，晶体对称度越低，越容易发生孪生。变形温度越低，加载速度赵高，也越容易发生孪生。生孪生。变形温度越低，加载速度赵高，也越容易发生孪生。60高级教学c、孪生的形成、孪生的形成变形孪晶（机械孪晶）呈片状变形孪晶（机械孪晶）呈片状生长孪晶生长孪晶退火孪晶横贯整个晶粒，堆垛层错退火孪晶横贯整个晶粒，堆垛层错61高级教学变形孪晶变形孪晶l形核和长大形核和长大极快爆发（有时有响声）极快爆发（有时有响声）出薄片孪晶出薄片孪晶需较大的应力，发生在滑需较大的应力，发生在滑移受阻的应力集中区移受阻的应力集中区孪晶界扩展来增宽孪晶界扩展来增宽所需

30、的应力则较小，所以所需的应力则较小，所以长大速度快长大速度快62高级教学l六方六方：滑移系少，容易出现孪生变形：滑移系少，容易出现孪生变形l体心立方体心立方：在低温，形变速度快，滑移受阻时：在低温，形变速度快，滑移受阻时，也会出现孪生现象。，也会出现孪生现象。l面心面心：滑移系较多，形变孪晶很少，较多的是：滑移系较多，形变孪晶很少，较多的是退火孪晶。退火孪晶。孪生的变形量虽然少，但是他可以改变滑移系孪生的变形量虽然少，但是他可以改变滑移系的方位，由不利转为有利位置，从而进一步滑的方位，由不利转为有利位置，从而进一步滑移。两者相辅相成，有时交替进行。移。两者相辅相成，有时交替进行。63高级教学d

31、、孪生的位错机制、孪生的位错机制由于孪生变形时，整个孪晶区发生均匀切变，由于孪生变形时，整个孪晶区发生均匀切变，其各层晶面的相对位移是借助一个其各层晶面的相对位移是借助一个不全位错（不全位错（肖克莱不全位错）肖克莱不全位错）运动而造成的。运动而造成的。 64高级教学3、扭折、扭折l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局部弯曲局部弯曲，这种变，这种变形方式称为形方式称为扭折扭折，变形区域则称为，变形区域则称为扭折带扭折带。l扭折是一种扭折是一种协调性变形协调性变形，它能引起应力松，它能引起应力松弛，使晶体

32、不致断裂。弛，使晶体不致断裂。65高级教学与孪晶不同与孪晶不同l扭折区晶体的取向扭折区晶体的取向不对称性不对称性。l会使滑移系的会使滑移系的方位发生变化方位发生变化，从而进一步滑移。，从而进一步滑移。66高级教学还会伴随孪晶的出现还会伴随孪晶的出现67高级教学多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形1、晶粒取向的影响：、晶粒取向的影响：多晶体由很多小单晶组成，晶粒多晶体由很多小单晶组成，晶粒取向各不相同取向各不相同，变形影响因素复杂。变形影响因素复杂。变形时要变形时要保持整体的连续性保持整体的连续性，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向进行滑移。各晶粒不一定在最有利于滑移的

33、方向进行滑移。68高级教学铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带,173倍倍(采自采自C.Brady,美国国家标准局美国国家标准局) 69高级教学70高级教学l一个多晶体是否能够塑性变形，决定于它是否具备有一个多晶体是否能够塑性变形，决定于它是否具备有5个独立的滑移系个独立的滑移系来满足各晶粒变形时相互协调的要求来满足各晶粒变形时相互协调的要求l面心、体心多晶体塑性好面心、体心多晶体塑性好l密排六方晶体塑性差密排六方晶体塑性差 71高级教学2、晶界的影响、晶界的影响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结构特征结构特征两侧，晶粒取向不同，滑移方向和滑移面不一

34、致两侧，晶粒取向不同，滑移方向和滑移面不一致滑移很难跨过晶界延续滑移很难跨过晶界延续所以在所以在室温下室温下，晶界对滑移具有阻碍作用，晶界对滑移具有阻碍作用晶界变形量小晶界变形量小72高级教学l位错的塞积位错的塞积（交通堵塞）（交通堵塞）晶界附近产生晶界附近产生塞积群塞积群；对位错源产生一对位错源产生一反作用力反作用力。阻止新位错的产生；。阻止新位错的产生；要继续塑性变形，必须加大应力，使另一取向晶粒中位错要继续塑性变形，必须加大应力，使另一取向晶粒中位错源的开始动作；源的开始动作；对多晶体来说，对多晶体来说，外加应力必须满足大部分晶粒的滑移要求外加应力必须满足大部分晶粒的滑移要求，才能产生宏

35、观的塑性变形。，才能产生宏观的塑性变形。73高级教学l晶界的数量与晶粒大小有直接关系晶界的数量与晶粒大小有直接关系晶粒尺寸晶粒尺寸晶界数量晶界数量l霍尔佩奇公式：霍尔佩奇公式：多晶体的屈服强度多晶体的屈服强度 s与晶粒平均直径与晶粒平均直径d的关系的关系室温下室温下74高级教学l晶粒细小的材料具有良好的的综合力学性能晶粒细小的材料具有良好的的综合力学性能具有较高的强度、硬度具有较高的强度、硬度良好的塑性和韧性良好的塑性和韧性75高级教学l细化晶粒能够提高塑性的原因是：细化晶粒能够提高塑性的原因是：l多晶体内各晶粒变形是不均匀的，其不均匀程多晶体内各晶粒变形是不均匀的，其不均匀程度会因晶粒大小的

36、不同而有很大差异。晶粒越度会因晶粒大小的不同而有很大差异。晶粒越细小，这种不均匀程度越小，因为晶粒越小，细小，这种不均匀程度越小，因为晶粒越小，塞积在晶界的位错群所产生的应力场将很容易塞积在晶界的位错群所产生的应力场将很容易影响到相邻晶粒的整个体积，也就容易启动相影响到相邻晶粒的整个体积，也就容易启动相邻晶粒的位错源而产生协调变形，是变形不均邻晶粒的位错源而产生协调变形，是变形不均匀程度减小。所以不容易在晶粒中产生应力集匀程度减小。所以不容易在晶粒中产生应力集中，继而达到塑性提高的效果。中，继而达到塑性提高的效果。 76高级教学高温下（高温下（0.5Tm）l扩散快；扩散快；l晶界的相对滑动。晶

37、界的相对滑动。高温蠕变高温蠕变等强温度等强温度TE，晶界强度与晶粒本身强度比较晶界强度与晶粒本身强度比较77高级教学航空发动机叶片航空发动机叶片(a)多晶，多晶，(b)柱状晶，柱状晶，(c)单晶单晶 高温下使用的合金应该具有高的熔点，高高温下使用的合金应该具有高的熔点，高的弹性模量和大的晶粒。的弹性模量和大的晶粒。 78高级教学合金的塑性变形合金的塑性变形l工程上一般不使用纯金属材料，而是使用合金。工程上一般不使用纯金属材料，而是使用合金。为什么？为什么？l和金属类似，但由于合金元素的存在，有新的特点和金属类似，但由于合金元素的存在，有新的特点l可分为可分为单相固溶体合金的塑性变形和多相合金的

38、塑单相固溶体合金的塑性变形和多相合金的塑性变形性变形 79高级教学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l存在溶质原子存在溶质原子l固溶强化固溶强化、明显的屈服点与应变时效明显的屈服点与应变时效。a、固溶强化、固溶强化80高级教学l不同溶质原子所引起的固溶强化效果不同不同溶质原子所引起的固溶强化效果不同81高级教学l影响固溶强化的因素影响固溶强化的因素溶质含量越高，作用越强；效果在低浓度区域明显溶质含量越高，作用越强；效果在低浓度区域明显与基体相差越大，强化作用越强。与基体相差越大，强化作用越强。间隙型原子比置换型强化作用大；间隙型原子比置换型强化作用大；间隙原子在体心中的强化

39、效果要强于面心中。但由于间间隙原子在体心中的强化效果要强于面心中。但由于间隙固溶度小，所以作用也是有限。隙固溶度小，所以作用也是有限。价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。82高级教学b、屈服现象与应变时效、屈服现象与应变时效吕德斯带吕德斯带形成形成扩展扩展与滑移带区别与滑移带区别多晶粒协作的结果多晶粒协作的结果贯穿截面每个晶粒贯穿截面每个晶粒每个晶粒内部按各自每个晶粒内部按各自的滑移系滑移的滑移系滑移83高级教学屈服点屈服点l上屈服点：试样发生屈服而试验力首次下降前的最上屈服点：试样发生屈服而试验力首次下降前的最大应力。大应力。 l下屈服点：屈服阶段的最

40、小应力。下屈服点：屈服阶段的最小应力。 l采用下屈服点的理由：上屈服点采用下屈服点的理由：上屈服点su波动性很大，对试验条件的变化很敏感；而下屈服波动性很大，对试验条件的变化很敏感；而下屈服点点sl再现性较好。再现性较好。84高级教学l为什么会存在这种明显的屈服现象！为什么会存在这种明显的屈服现象！lCottrel气团气团在固溶体合金中，溶质原子或杂质原子可以与位错交在固溶体合金中，溶质原子或杂质原子可以与位错交互作用而形成互作用而形成溶质原子气团溶质原子气团如刃位错中，滑移面下有拉应力，间隙原子如刃位错中，滑移面下有拉应力，间隙原子C C，N N等或等或尺寸大的原子会在此处偏聚以消除应力，尺

41、寸大的原子会在此处偏聚以消除应力，则位错的能量降低，趋于稳定，则位错的能量降低，趋于稳定，即位错被钉扎即位错被钉扎屈服的物理本质屈服的物理本质上屈服点：挣脱上屈服点：挣脱Cottrel气团，需要较大的应力气团，需要较大的应力下屈服点：挣脱以后位错的运动就容易，应力下降下屈服点：挣脱以后位错的运动就容易，应力下降85高级教学l从位错的运动规律来解释屈服现象从位错的运动规律来解释屈服现象应变速率应变速率可动位错密度可动位错密度运动速度运动速度柏氏矢量柏氏矢量受到的受到的有效应力有效应力作单位速度运动作单位速度运动所需应力所需应力应力敏感指数应力敏感指数 不变不变初始阶段：初始阶段： m小，需要小，

42、需要v大，则大，则 大大开始后：开始后： m大，需要大，需要v小，则小，则 小小86高级教学l应变时效应变时效Cottrell气团气团87高级教学2、多相合金的塑性变形、多相合金的塑性变形l第二相数量、尺寸、形状和分布第二相数量、尺寸、形状和分布l根据尺寸大小分为根据尺寸大小分为聚合型相差不多聚合型相差不多弥散型细小弥散型细小88高级教学a、聚合型、聚合型若全是塑性相时，塑性取决于两相的体积分数若全是塑性相时，塑性取决于两相的体积分数变形先发生在变形先发生在较软的相中较软的相中89高级教学b、弥散分布型、弥散分布型l强化作用：弥散相对位错的阻碍作用强化作用：弥散相对位错的阻碍作用l弥散相是否可

43、变形？弥散相是否可变形？不可变形（外加的）不可变形（外加的）阻挡，弯曲阻挡，弯曲反作用反作用粒子愈多，强化作用越明显。减小粒子尺寸或提粒子愈多，强化作用越明显。减小粒子尺寸或提高体积分数都会提高合金强度高体积分数都会提高合金强度90高级教学夹杂物对位错运动的阻碍夹杂物对位错运动的阻碍91高级教学l可变形（可变形（沉淀相沉淀相）位错会切过粒子，强化作用取决于粒子本身位错会切过粒子，强化作用取决于粒子本身的性质，以及与基体的联系，强化机制复杂的性质，以及与基体的联系，强化机制复杂打乱规则有序的排列打乱规则有序的排列出现新界面，界面能升高出现新界面，界面能升高滑移面上，粒子与基体间晶格不同，阻力滑移

44、面上，粒子与基体间晶格不同，阻力比体积（模量不同）不同，产生的应力场与位错相互比体积（模量不同）不同，产生的应力场与位错相互作用作用92高级教学5.2.4 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、显微组织的变化、显微组织的变化l晶粒内部结构出现大量的晶粒内部结构出现大量的滑移带或孪晶带滑移带或孪晶带l晶粒外观结构将逐渐沿其变形方向伸长晶粒外观结构将逐渐沿其变形方向伸长l当变形量很大时，晶粒已难以分辨而呈现出一片当变形量很大时，晶粒已难以分辨而呈现出一片如纤维状的条纹，称为如纤维状的条纹，称为纤维组织纤维组织。方向方向即是材料即是材料流变伸展的方向。流变伸展的方向。 93

45、高级教学94高级教学2、亚结构的变化、亚结构的变化l塑性变形是借助位错在应力作用下运动和不断增塑性变形是借助位错在应力作用下运动和不断增殖。殖。l变形度变形度，晶体中的位错密度，晶体中的位错密度 胞状胞状亚结构亚结构95高级教学3、性能的变化、性能的变化a、加工硬化、加工硬化96高级教学l加工硬化曲线，三阶段加工硬化曲线，三阶段易滑移阶段易滑移阶段线性硬化阶段线性硬化阶段抛物线阶段抛物线阶段不同晶系单晶不同晶系单晶97高级教学晶粒尺寸多晶与单晶晶粒尺寸多晶与单晶同样伸长率下，多晶体所需拉应力要高？同样伸长率下，多晶体所需拉应力要高？多晶体曲线无第多晶体曲线无第I阶段阶段98高级教学l加工硬化的

46、决定性因素加工硬化的决定性因素位错密度：位错密度：流变应力与位错密度的平方根成流变应力与位错密度的平方根成线性关系线性关系钉扎作用钉扎作用b、其他性能的变化其他性能的变化物理性能：电阻物理性能：电阻，热导率，热导率化学性能：自由焓化学性能：自由焓 ，化学活性，化学活性99高级教学4、形变织构、形变织构l晶面晶面转动转动使多晶体中原来取向互不相同的各个晶粒在空使多晶体中原来取向互不相同的各个晶粒在空间取向上呈现一定程度的规律性，这一现象称为间取向上呈现一定程度的规律性，这一现象称为择优取择优取向向，这种组织状态则称为，这种组织状态则称为形变织构形变织构。 丝织构丝织构板织构板织构l取向的程度与材

47、质，变形量，温度，工艺都有关系。用取向的程度与材质，变形量，温度，工艺都有关系。用变形金属的极射赤面投影图来描述变形金属的极射赤面投影图来描述l由于取向，由于取向，造成了材料性能的各向异性造成了材料性能的各向异性。100高级教学初始晶粒随机取向初始晶粒随机取向晶粒定向择排列晶粒定向择排列c-轴轴与受力方向平行与受力方向平行101高级教学5、残余应力、残余应力储存能：外力做的功中一部分储存在材料内部储存能：外力做的功中一部分储存在材料内部l残余应力：相互牵制，自相平衡状态残余应力：相互牵制，自相平衡状态l根据范围大小，分三种根据范围大小，分三种宏观残余应力：各部分宏观变形不均匀引起宏观残余应力：

48、各部分宏观变形不均匀引起占总的储存能很少，约占总的储存能很少，约0.1%微观残余应力：晶粒或亚晶粒之间的变形不微观残余应力：晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀引起。可能引起微裂纹均匀引起。可能引起微裂纹点阵畸变：占储存能的绝大部分（点阵畸变：占储存能的绝大部分（80-90%）102高级教学l由于储存能的存在，使材料的自由焓高由于储存能的存在，使材料的自由焓高，是热力学不稳定的状态，是热力学不稳定的状态l所以在某些情况下（加热等）会回复、所以在某些情况下（加热等）会回复、再结晶。再结晶。103高级教学5.3、回复和再结晶、回复和再结晶5.3.1、冷变形金属在加热时的组织与性能变化、冷变形金属在加热时的

49、组织与性能变化 三个阶段三个阶段104高级教学l三个阶段三个阶段回复：回复：无畸变晶粒出现之前，亚结构和性能变化阶段无畸变晶粒出现之前，亚结构和性能变化阶段再结晶：再结晶：从畸变最大的区域开始产生无畸变的晶粒核心，最从畸变最大的区域开始产生无畸变的晶粒核心，最终取代变形晶粒的过程。终取代变形晶粒的过程。晶粒长大：晶粒长大：是指再结晶结束之后晶粒的继续长大是指再结晶结束之后晶粒的继续长大105高级教学冷变形冷变形38黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片，放大倍数为黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片，放大倍数为755803秒秒 106高级教学5804秒秒 5808秒秒 黄铜再结晶和晶粒长大各

50、个阶段的金相照片，放大倍数为黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片，放大倍数为75107高级教学58015分分 70010分分 黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片，放大倍数为黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片，放大倍数为75108高级教学(1)强度与硬度：强度与硬度：与位错密度有关。与位错密度有关。(2)电阻：电阻：与点缺陷有关。与点缺陷有关。(3)内应力内应力 宏观和微观内应力宏观和微观内应力(4)亚晶粒尺寸亚晶粒尺寸(5)密度密度与缺陷有关。与缺陷有关。(6)储能的释放储能的释放109高级教学l回复回复点缺陷密度明显减小点缺陷密度明显减小电阻减小！电阻减小！大部分或者全部的宏观应力

51、消失。大部分或者全部的宏观应力消失。l再结晶再结晶位错密度明显下降位错密度明显下降密度升高，强密度升高，强度和硬度下降，电阻率明显减小度和硬度下降，电阻率明显减小。微观应力消失。微观应力消失。110高级教学一根冷变形的金属棒，如一根冷变形的金属棒，如果将其一端加热，一端放果将其一端加热，一端放入冰水中，经过一段时间入冰水中，经过一段时间以后，其强度分布曲线？以后，其强度分布曲线？111高级教学5.3.2回复回复1、回复动力学、回复动力学112高级教学l回复是一个弛豫过程。回复是一个弛豫过程。没有孕育期没有孕育期回复速率从大，逐渐变慢，直到为回复速率从大，逐渐变慢，直到为0每个每个T有一个极限值

52、，有一个极限值， T 剩余剩余，达到极限所需时间，达到极限所需时间预变形大，回复速率快；晶粒尺寸小，有利于回复预变形大，回复速率快；晶粒尺寸小，有利于回复113高级教学实验表明：实验表明：回复的不同时段的回复机制是不同的。回复的不同时段的回复机制是不同的。短时间：空位短时间：空位长时间：自扩散长时间：自扩散114高级教学2、回复机制、回复机制温度不同，机制也不相同：温度不同，机制也不相同：l低温低温点缺陷迁移，使点缺陷密度下降。点缺陷迁移，使点缺陷密度下降。l中温中温位错滑移，相遇相消位错滑移，相遇相消l高温高温刃位错可以攀移：刃位错可以攀移：位错墙位错墙和多边化结构和多边化结构115高级教学

53、多边化结构过程：多边化结构过程：点阵弯曲点阵弯曲滑移面上有塞积的同号刃滑移面上有塞积的同号刃较高温度，能攀移较高温度，能攀移最终形成亚晶界最终形成亚晶界中高温下的回复，本质上就是位错的滑移和攀移中高温下的回复，本质上就是位错的滑移和攀移亚晶界亚晶界116高级教学回复的应用：回复的应用：黄铜弹壳，冷冲压后，有残余应力，会发生沿晶开裂。黄铜弹壳，冷冲压后，有残余应力，会发生沿晶开裂。所以要在所以要在260退火回复，以消除应力退火回复，以消除应力117高级教学5.3.3再结晶再结晶l再结晶的再结晶的驱动力驱动力是回复后未被释放的储存能（是回复后未被释放的储存能（90）l在实际生产中，通过再结晶退火可

54、消除冷加工的影响在实际生产中，通过再结晶退火可消除冷加工的影响冷变形冷变形385803秒秒 5804秒秒 5808秒秒 黄铜再结晶的金相照片，放大倍数为黄铜再结晶的金相照片，放大倍数为75118高级教学l再结晶过程再结晶过程 形核和长大形核和长大不是生成新相不是生成新相产生无畸变再结晶晶核产生无畸变再结晶晶核逐渐长大形成等轴晶粒逐渐长大形成等轴晶粒取代全部变形组织取代全部变形组织119高级教学a、形核、形核高能区域，以多边化形成的亚晶为基础高能区域，以多边化形成的亚晶为基础(1)晶界弓出形核晶界弓出形核(变形度较小的变形度较小的20%)A：变形小，位错密度小，能量低：变形小，位错密度小，能量低

55、B：变形大，位错密度大，能量高：变形大，位错密度大，能量高需要降低系统能量需要降低系统能量A中的某些亚晶通过晶界弓出进入中的某些亚晶通过晶界弓出进入B吞食吞食B中亚晶中亚晶120高级教学l晶界弓出形核的能量分析晶界弓出形核的能量分析121高级教学122高级教学随着弓出的进行，随着弓出的进行，r，有一最小值，有一最小值L，则，则 G，有一最，有一最大值。大值。r继续继续， G，此时晶界将自发向前推移。，此时晶界将自发向前推移。弓出距离达到弓出距离达到L所需的时所需的时间为再结晶的间为再结晶的孕育期孕育期123高级教学(2)、亚晶形核、亚晶形核l大的变形度下发生大的变形度下发生 ，以多边化亚晶为基

56、础以多边化亚晶为基础l分为分为亚晶转动合并机制亚晶转动合并机制亚晶迁移机制亚晶迁移机制124高级教学亚晶转动合并机制亚晶转动合并机制l变形量大，高层错能的金属（变形量大，高层错能的金属（易交滑移，位错易缠绕，易形成胞状组织易交滑移，位错易缠绕，易形成胞状组织）。）。l位错网络向邻近亚晶界转移消失，亚晶转动合并位错网络向邻近亚晶界转移消失，亚晶转动合并l与相邻亚晶位向差会逐渐转为大角晶界，并且达到临与相邻亚晶位向差会逐渐转为大角晶界，并且达到临界尺寸后，机制结束。成为界尺寸后，机制结束。成为稳定的稳定的再结晶核心。再结晶核心。125高级教学亚晶迁移机制亚晶迁移机制l变形度大，低层错能的金属变形度

57、大，低层错能的金属（不易交滑移，位错不易缠绕，不易形成胞状组织不易交滑移，位错不易缠绕，不易形成胞状组织。l变形度大，位错密度高，亚晶界能量也高，易于迁变形度大，位错密度高，亚晶界能量也高，易于迁移，清除并吸收扫过区的位错等缺陷。移，清除并吸收扫过区的位错等缺陷。l与相邻亚晶位向差逐渐转为大角晶界，并且达到临与相邻亚晶位向差逐渐转为大角晶界，并且达到临界尺寸后，成为界尺寸后，成为稳定的稳定的再结晶核心。再结晶核心。126高级教学l两种机制的异同两种机制的异同相同点：都是以亚晶为基础，最终是通过大相同点：都是以亚晶为基础，最终是通过大角晶界的迁移形成再结晶核心。角晶界的迁移形成再结晶核心。不同点

58、：获得大角晶界的途径。不同点：获得大角晶界的途径。127高级教学l变形度增大，再结晶后晶粒会变细变形度增大，再结晶后晶粒会变细变形程度变形程度会产生更多的亚晶作为核心形核，则会产生更多的亚晶作为核心形核，则核心数目核心数目，则再结晶后晶粒会变细。，则再结晶后晶粒会变细。128高级教学b、长大、长大由于成核中心超过临界尺寸后由于成核中心超过临界尺寸后晶界总会背离曲率中心，向着畸变区推进；直到晶界总会背离曲率中心，向着畸变区推进；直到再结晶晶粒相碰，变形区消失。再结晶晶粒相碰，变形区消失。129高级教学2、再结晶动力学、再结晶动力学l再结晶过程的特征：再结晶过程的特征：S型，中间快，两头慢，有孕育

59、阶段型，中间快，两头慢，有孕育阶段130高级教学lJohnson-Mehl公式公式l假定假定形核在整个基体体积中形核在整个基体体积中随机、均匀随机、均匀发生发生形核率为常数，形核率为常数，不随时间不随时间变化变化核心以球形生长，核心以球形生长，生长速度生长速度G是常数是常数孕育期很小，可以忽略。孕育期很小，可以忽略。131高级教学lAvrami方程方程认为形核率会随时间的增加而衰减，对认为形核率会随时间的增加而衰减，对J-M公式进行了修正公式进行了修正132高级教学l从图中可以看出等温温度越高，再结晶速度越快从图中可以看出等温温度越高，再结晶速度越快再结晶是一热激活过程。再结晶是一热激活过程。

60、等温温度与再结晶速度可用阿累尼乌斯公式表示等温温度与再结晶速度可用阿累尼乌斯公式表示再结晶激活能再结晶激活能133高级教学l再结晶速率和产生某一体积分数再结晶速率和产生某一体积分数 R所需时间所需时间t成反比成反比134高级教学3、再结晶温度及其影响因素、再结晶温度及其影响因素l什么是什么是再结晶温度再结晶温度？冷变形金属冷变形金属开始进行开始进行再结晶的最低温度称为再再结晶的最低温度称为再结晶温度，它可用金相法或硬度法测定，即以结晶温度，它可用金相法或硬度法测定，即以显微镜中出现第一颗新晶粒时的温度或以硬度显微镜中出现第一颗新晶粒时的温度或以硬度下降下降50所对应的温度，定为再结晶温度。所对

61、应的温度，定为再结晶温度。工业中通常以经过大变形量（工业中通常以经过大变形量（70%）的冷变）的冷变形金属，经形金属，经1h退火能完成再结晶退火能完成再结晶(95%)所对所对应的温度。应的温度。135高级教学l再结晶温度并不是一个物理常数再结晶温度并不是一个物理常数随材质而变化随材质而变化随变形程度、晶粒大小等变化随变形程度、晶粒大小等变化l影响因素影响因素 从推动力上去理解从推动力上去理解a、变形程度、变形程度变形变形，储能，储能，驱动力，驱动力，T，G T不会总不会总 ，而有一个稳定值（，而有一个稳定值（0.35-0.4Tm）另外一种说法，每一另外一种说法，每一T都有一个临界变形量都有一个

62、临界变形量b、原始原始晶粒尺寸晶粒尺寸尺寸尺寸，变形抵抗力，变形抵抗力，储能，储能， T尺寸尺寸，晶界数量，晶界数量 ，形核区域，形核区域， T136高级教学c、微量溶质原子、微量溶质原子 溶质原子越多，溶质原子越多，T原因：钉扎晶界和位错原因：钉扎晶界和位错不同溶质原子对不同溶质原子对T的影响程度不同，与原子与位错的的影响程度不同，与原子与位错的相互作用强弱和其扩散系数有关。相互作用强弱和其扩散系数有关。d、第二相粒子、第二相粒子 具有两重性。变形过程中，第二相阻碍位错，引起位具有两重性。变形过程中，第二相阻碍位错，引起位错塞积，储能增加，错塞积，储能增加，T。再结晶过程中，也会阻碍位。再结

63、晶过程中，也会阻碍位错的重排和迁移，从而阻碍再结晶，错的重排和迁移，从而阻碍再结晶，T如果粒子大小和间距都大，容易在第二相粒子表面上如果粒子大小和间距都大，容易在第二相粒子表面上再结晶，则后一种影响是次要的，再结晶，则后一种影响是次要的，T。反之，。反之，T137高级教学e、再结晶退火工艺参数、再结晶退火工艺参数加热速度、加热温度与保温时间等退火工艺参数加热速度、加热温度与保温时间等退火工艺参数加热速度加热速度，有时间回复，储能，有时间回复，储能，T加热速度过快，也会导致来不及再结晶，加热速度过快，也会导致来不及再结晶，T退火时间退火时间， T ，但不会无限减小。，但不会无限减小。138高级教

64、学4、再结晶后的晶粒大小、再结晶后的晶粒大小l再结晶完成后，无畸变晶粒取代了变形晶粒再结晶完成后，无畸变晶粒取代了变形晶粒 l由于晶粒大小对材料性能将产生重要影响，因此，调由于晶粒大小对材料性能将产生重要影响，因此，调整再结晶退火参数，控制再结晶的晶粒尺寸。整再结晶退火参数，控制再结晶的晶粒尺寸。 l根据根据J-M公式：公式：139高级教学l影响因素影响因素（共（共4个）个）变形度变形度变形量变形量，储能，储能，不会再结晶。，不会再结晶。变形量较小，局部区域的储能满足形核条件，变形量较小，局部区域的储能满足形核条件，而形成少量的核心长大，最后而形成少量的核心长大，最后晶粒粗大晶粒粗大。临界变形

65、度：对应于再结晶后得到特别粗大晶粒临界变形度：对应于再结晶后得到特别粗大晶粒的变形程度。的变形程度。当变形量大于临界变形量之后，变形度愈大，晶当变形量大于临界变形量之后，变形度愈大，晶粒愈细化。粒愈细化。 从能量上和驱动力两方面解释从能量上和驱动力两方面解释140高级教学右图中：右图中：临界变形度位置临界变形度位置峰左边晶粒长大峰左边晶粒长大 的变化原因的变化原因峰左边晶粒大小的变化原因峰左边晶粒大小的变化原因这是由于变形不均匀，存在体积弹性畸变能，引起某些原始这是由于变形不均匀，存在体积弹性畸变能，引起某些原始晶粒晶界迁移、晶粒长大的结果，而不是再结晶形核所引起。晶粒晶界迁移、晶粒长大的结果

66、，而不是再结晶形核所引起。141高级教学退火温度的影响退火温度的影响退火温度对再结晶后晶粒尺寸的影响退火温度对再结晶后晶粒尺寸的影响比较弱，但对晶粒长大阶段的影响比比较弱，但对晶粒长大阶段的影响比较明显。较明显。142高级教学5.3.4、晶粒长大、晶粒长大l再结晶完成，得到无畸变晶粒。继续加热或再结晶完成，得到无畸变晶粒。继续加热或保温，晶粒长大。引起性能变化。保温，晶粒长大。引起性能变化。l晶粒长大的晶粒长大的驱动力驱动力来自总的界面能的降低。来自总的界面能的降低。 冷变形冷变形385808秒秒 58015分分 70010分分 143高级教学l晶粒长大有两种型式：晶粒长大有两种型式：正常晶体

67、长大：同时长正常晶体长大：同时长异常晶体长大：少数长异常晶体长大：少数长正常长大及影响因素正常长大及影响因素l个别晶粒：晶界的曲率个别晶粒：晶界的曲率晶界迁移晶界迁移（方向朝曲率中心）（方向朝曲率中心）边数大于六的晶粒，晶界基本是凹的，长大。边数大于六的晶粒，晶界基本是凹的，长大。边数小于六的晶粒，晶界基本是凸的，缩小。边数小于六的晶粒，晶界基本是凸的，缩小。与烧结理论一样与烧结理论一样144高级教学l晶界移动的平均速度晶界移动的平均速度145高级教学如果存在阻碍晶如果存在阻碍晶界迁移的因素时，界迁移的因素时，t的指数项常小于的指数项常小于1/2。146高级教学l影响晶粒长大的因素影响晶粒长大

68、的因素a、温度、温度 T速度速度画线求激活能画线求激活能147高级教学b、分散相粒子、分散相粒子为什么分散相粒子会对为什么分散相粒子会对晶界产生钉扎晶界产生钉扎 b a表面能表面能阻力阻力148高级教学l晶界力学分析晶界力学分析l与粒子接触处，晶界垂直于粒子表面与粒子接触处，晶界垂直于粒子表面l运动方向上，表面张力对球的作用力：运动方向上，表面张力对球的作用力：根据作用力与反作用力：根据作用力与反作用力：粒子对晶界的最大作用力为粒子对晶界的最大作用力为 r b149高级教学晶界遇到第二相粒子，受到阻力，当驱动力与阻力相晶界遇到第二相粒子，受到阻力，当驱动力与阻力相等时，界面运动停止，正常长大停

69、止。即是一个粒子等时，界面运动停止，正常长大停止。即是一个粒子停止长大的极限尺寸。停止长大的极限尺寸。R当不变，r R 150高级教学c、晶粒间的位向差、晶粒间的位向差当位向差小或有孪晶位向时，晶界能和扩散系数当位向差小或有孪晶位向时，晶界能和扩散系数小，则晶界迁移速度小。反之，迁移速度快小，则晶界迁移速度小。反之，迁移速度快d、杂质与微量合金元素、杂质与微量合金元素CottrellCottrell气团对位错的钉扎。气团对位错的钉扎。但对某些具有特殊位向差的晶界的迁移速率影响较小但对某些具有特殊位向差的晶界的迁移速率影响较小，原因是晶界结构中的点阵重合性较高，不利于杂质，原因是晶界结构中的点阵

70、重合性较高，不利于杂质原子的吸附。原子的吸附。151高级教学异常晶体长大异常晶体长大l正常长大过程被分散相、织构或表面的热正常长大过程被分散相、织构或表面的热蚀沟等所强烈阻碍。蚀沟等所强烈阻碍。l上述阻碍一旦消失，少数特殊晶界迅速迁上述阻碍一旦消失，少数特殊晶界迅速迁移，导致个别晶粒迅速长大，当超过周围移，导致个别晶粒迅速长大，当超过周围晶粒时，晶界总是向外凹，结果晶粒越来晶粒时，晶界总是向外凹，结果晶粒越来越大，直到相互接触为止。即二次再结晶。越大，直到相互接触为止。即二次再结晶。l驱动力也是来自界面能的降低驱动力也是来自界面能的降低152高级教学5.3.5再结晶退火后的组织再结晶退火后的组

71、织1、再结晶退火后的晶粒大小、再结晶退火后的晶粒大小主要取决于预先变形度和退火温度。主要取决于预先变形度和退火温度。静态再结晶图。及其中的两个粗大晶粒区。静态再结晶图。及其中的两个粗大晶粒区。153高级教学2、再结晶织构：、再结晶织构：通常具有变形织构的金属经再结晶后的新晶粒若通常具有变形织构的金属经再结晶后的新晶粒若仍具有择优取向仍具有择优取向l三种情况三种情况：(1)不变；不变；(2)变化；变化；(3)消失。消失。l理论：理论：定向生长定向生长与与定向形核定向形核154高级教学3、退火孪晶、退火孪晶l面心立方面心立方金属和合金如铜及铜合金，镍及镍金属和合金如铜及铜合金，镍及镍合金和奥氏体不

72、锈钢等冷变形后经再结晶退合金和奥氏体不锈钢等冷变形后经再结晶退火后，其晶粒中会出现退火孪晶。火后，其晶粒中会出现退火孪晶。l三种形式：三种形式：A A为晶界交角处；为晶界交角处；B B为贯穿晶粒的完整退火孪晶；为贯穿晶粒的完整退火孪晶；C C为一端终止于晶内的不完整退火孪晶。为一端终止于晶内的不完整退火孪晶。 155高级教学层错能低的才容易形成退火孪晶层错能低的才容易形成退火孪晶156高级教学5.4、高聚物的塑性变形、高聚物的塑性变形1、总变形弹性部分塑性部分、总变形弹性部分塑性部分 e：键的内旋转，链段的可回复运动：键的内旋转，链段的可回复运动 v：分子链之间的滑动：分子链之间的滑动2、变形

73、的能易程度、变形的能易程度单位单位Pa.s157高级教学屈服屈服3、158高级教学4、细颈现象、细颈现象l不均匀形变不均匀形变l三个阶段三个阶段线弹性变形线弹性变形屈服，出现细颈屈服，出现细颈截面不变，细劲扩展截面不变，细劲扩展应力不断增大，断裂应力不断增大，断裂159高级教学160高级教学case2. along orientation triangle: according to the mirror-refraction rule the active slip system is case1. along FCC, orientation triangle : slip system is 161高级教学