05第五章材料的形变和再结晶

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1、第五章材料的形变和再结晶第五章材料的形变和再结晶 金属在加工制备过程中需要一定的变形能力。金属在加工制备过程中需要一定的变形能力。金属在加工制备过程中需要一定的变形能力。金属在加工制备过程中需要一定的变形能力。 如：轧制、锻造、挤压、拉拔等；如：轧制、锻造、挤压、拉拔等；如：轧制、锻造、挤压、拉拔等；如：轧制、锻造、挤压、拉拔等；轧制轧制轧制轧制模锻模锻模锻模锻拉拔拉拔拉拔拉拔 金属在制成结构件时一方面需要了解其承载力，同时还要金属在制成结构件时一方面需要了解其承载力，同时还要金属在制成结构件时一方面需要了解其承载力，同时还要金属在制成结构件时一方面需要了解其承载力，同时还要 考虑其变形量。如

2、：钢架、桥梁、汽车车轴和飞机机翼等考虑其变形量。如：钢架、桥梁、汽车车轴和飞机机翼等考虑其变形量。如：钢架、桥梁、汽车车轴和飞机机翼等考虑其变形量。如：钢架、桥梁、汽车车轴和飞机机翼等概述概述概述概述2021/6/42021/6/41 1 研究冷变形金属在加热过程中组织、结构和性能的变化规研究冷变形金属在加热过程中组织、结构和性能的变化规研究冷变形金属在加热过程中组织、结构和性能的变化规研究冷变形金属在加热过程中组织、结构和性能的变化规 律，具有十分重要的理论和实际意义律，具有十分重要的理论和实际意义律，具有十分重要的理论和实际意义律，具有十分重要的理论和实际意义 研究金属的变形机制，及其研究

3、金属的变形机制，及其研究金属的变形机制，及其研究金属的变形机制，及其 影响因素，影响因素，影响因素，影响因素，有助于发挥金属有助于发挥金属有助于发挥金属有助于发挥金属 的性能潜力，正确确定加工的性能潜力，正确确定加工的性能潜力，正确确定加工的性能潜力，正确确定加工 工艺工艺工艺工艺2021/6/42021/6/42 2 金属材料的变形金属材料的变形金属材料的变形金属材料的变形在外力作用下，材料发生在外力作用下，材料发生在外力作用下，材料发生在外力作用下，材料发生弹性变形弹性变形弹性变形弹性变形、塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形，最后发生，最后发生，最后发生，最后发生断裂断裂断裂断裂强度强度强度

4、强度材料抵抗变形与破坏的能力材料抵抗变形与破坏的能力材料抵抗变形与破坏的能力材料抵抗变形与破坏的能力F F 载荷载荷载荷载荷A A0 0试样原始截面面积试样原始截面面积试样原始截面面积试样原始截面面积l l0 0 试样原始长度试样原始长度试样原始长度试样原始长度l l 试样变形后长度试样变形后长度试样变形后长度试样变形后长度2021/6/42021/6/43 3E E ：弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量( (杨氏模量杨氏模量杨氏模量杨氏模量) )GG ：切变模量切变模量切变模量切变模量( (剪切模量剪切模量剪切模量剪切模量) ) ：泊松比：泊松比：泊松比：泊松比( (表示侧向收缩能力表示侧向收

5、缩能力表示侧向收缩能力表示侧向收缩能力) )5.1 5.1 金属材料的弹性变形金属材料的弹性变形金属材料的弹性变形金属材料的弹性变形5.1.1 5.1.1 弹性变形的特征弹性变形的特征弹性变形的特征弹性变形的特征弹性变形：外力去除后能够完全恢复的那部分变形。弹性变形：外力去除后能够完全恢复的那部分变形。弹性变形：外力去除后能够完全恢复的那部分变形。弹性变形：外力去除后能够完全恢复的那部分变形。 弹性变形是塑性变形的先行阶段。弹性变形是塑性变形的先行阶段。弹性变形是塑性变形的先行阶段。弹性变形是塑性变形的先行阶段。 理想的弹性变形是可逆变形。理想的弹性变形是可逆变形。理想的弹性变形是可逆变形。理

6、想的弹性变形是可逆变形。 加载时变形，卸载时变形消失、恢复原状加载时变形，卸载时变形消失、恢复原状加载时变形，卸载时变形消失、恢复原状加载时变形，卸载时变形消失、恢复原状在弹性变形范围内，在弹性变形范围内，在弹性变形范围内，在弹性变形范围内，应力与应变成线性关系。应力与应变成线性关系。应力与应变成线性关系。应力与应变成线性关系。 服从虎克定律服从虎克定律服从虎克定律服从虎克定律 正应力下：正应力下：正应力下：正应力下： = E = E 切应力下：切应力下：切应力下：切应力下： = G = G 2021/6/42021/6/44 4 弹性模量是原子间结弹性模量是原子间结弹性模量是原子间结弹性模量

7、是原子间结合力的反映和度量合力的反映和度量合力的反映和度量合力的反映和度量5.1.2 5.1.2 弹性变形的本质弹性变形的本质弹性变形的本质弹性变形的本质2021/6/42021/6/45 5a) a) 变变变变形前形前形前形前 b) b) 弹性变形弹性变形弹性变形弹性变形 c) c) 塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形 金属晶体变形后其内部原子的移动情况金属晶体变形后其内部原子的移动情况金属晶体变形后其内部原子的移动情况金属晶体变形后其内部原子的移动情况2021/6/42021/6/46 6 弹性模量是组织结构的不敏感参数弹性模量是组织结构的不敏感参数弹性模量是组织结构的不敏感参数弹性模量是组

8、织结构的不敏感参数2021/6/42021/6/47 7 对于单晶体，弹性模量各向异性，而多晶体则各向同性对于单晶体，弹性模量各向异性，而多晶体则各向同性对于单晶体，弹性模量各向异性，而多晶体则各向同性对于单晶体，弹性模量各向异性，而多晶体则各向同性2021/6/42021/6/48 85.25.2晶体的塑性变形晶体的塑性变形晶体的塑性变形晶体的塑性变形 塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形当应力超过弹性极限，材料发生的当应力超过弹性极限，材料发生的当应力超过弹性极限，材料发生的当应力超过弹性极限，材料发生的不可逆的永不可逆的永不可逆的永不可逆的永 久变形久变形久变形久变形。应变应变应变应变应力应

9、力应力应力塑性材料塑性材料塑性材料塑性材料脆性脆性脆性脆性材料材料材料材料2021/6/42021/6/49 95.2.1 5.2.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过滑移滑移滑移滑移方式进行，方式进行，方式进行，方式进行，此外，尚有此外，尚有此外，尚有此外，尚有孪生孪生孪生孪生和和和和扭折扭折扭折扭折等方式。等方式。等方式。等方式。1 1滑移：滑移：滑移：滑移：晶体片层之间发生相对滑动晶体片层之间发生

10、相对滑动晶体片层之间发生相对滑动晶体片层之间发生相对滑动a a滑移带滑移带滑移带滑移带：宏观及金相观察到的滑移线：宏观及金相观察到的滑移线：宏观及金相观察到的滑移线：宏观及金相观察到的滑移线 滑移线滑移线滑移线滑移线：组成滑移带的更细的滑移线：组成滑移带的更细的滑移线：组成滑移带的更细的滑移线：组成滑移带的更细的滑移线金金金金属属属属单单单单晶晶晶晶的的的的拉拉拉拉伸伸伸伸照照照照片片片片2021/6/42021/6/41010b b滑移系滑移系滑移系滑移系 塑性变形的微观机制就是原子发生了滑移塑性变形的微观机制就是原子发生了滑移塑性变形的微观机制就是原子发生了滑移塑性变形的微观机制就是原子发

11、生了滑移2021/6/42021/6/41111滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面（滑移面）和晶向滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面（滑移面）和晶向滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面（滑移面）和晶向滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面（滑移面）和晶向 （滑移方向）发生，即（滑移方向）发生，即（滑移方向）发生，即（滑移方向）发生，即滑移面一般为密排面，滑移方向一滑移面一般为密排面，滑移方向一滑移面一般为密排面，滑移方向一滑移面一般为密排面，滑移方向一 般为密排方向。般为密排方向。般为密排方向。般为密排方向。 因原子密度最大的晶面之间面间距最大，结合力最因原子密度最大的晶面之间面间距最大，结合力最因原子密度

12、最大的晶面之间面间距最大，结合力最因原子密度最大的晶面之间面间距最大，结合力最 弱；原子密度最大的晶向原子间距最短，位错弱；原子密度最大的晶向原子间距最短，位错弱；原子密度最大的晶向原子间距最短，位错弱；原子密度最大的晶向原子间距最短，位错b b最小，所最小，所最小，所最小，所 以产生滑移时所受点阵阻力最小。以产生滑移时所受点阵阻力最小。以产生滑移时所受点阵阻力最小。以产生滑移时所受点阵阻力最小。2021/6/42021/6/41212一个滑移面一个滑移面一个滑移面一个滑移面和它上面的和它上面的和它上面的和它上面的一个滑移方向一个滑移方向一个滑移方向一个滑移方向构成一个构成一个构成一个构成一个

13、滑移系滑移系滑移系滑移系。体心立方晶格体心立方晶格体心立方晶格体心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格密排六方晶格密排六方晶格110110111111110110111111晶格晶格晶格晶格滑移面滑移面滑移面滑移面滑移滑移滑移滑移方向方向方向方向滑移系滑移系滑移系滑移系三种三种三种三种典型金属晶格典型金属晶格典型金属晶格典型金属晶格的的的的典型滑移系典型滑移系典型滑移系典型滑移系体体体体心心心心立立立立方方方方面面面面心心心心立立立立方方方方2021/6/42021/6/41313 体体体体 心心心心 立立立立 方方方方112112 体体体体 心心心

14、心 立立立立 方方方方1231232021/6/42021/6/41414 在其他条件相同时，晶体中的在其他条件相同时，晶体中的在其他条件相同时，晶体中的在其他条件相同时，晶体中的滑移系愈多滑移系愈多滑移系愈多滑移系愈多，滑移过程可能采，滑移过程可能采，滑移过程可能采，滑移过程可能采取的空间取向便愈多，滑移容易进行，它的取的空间取向便愈多，滑移容易进行，它的取的空间取向便愈多，滑移容易进行，它的取的空间取向便愈多，滑移容易进行，它的塑性便愈好塑性便愈好塑性便愈好塑性便愈好。 面心立方面心立方面心立方面心立方(fcc)(fcc)：1111114 43 3 = 12 = 12个个个个体心立方体心立

15、方体心立方体心立方(bcc)(bcc)：1101106 62 2+112+11212121 1+123+12324241 1=48=48个个个个密排六方密排六方密排六方密排六方(hcp)(hcp)：(0001)(0001)1 13 3 = 3 = 3个，其塑性比面心和体心差个，其塑性比面心和体心差个，其塑性比面心和体心差个，其塑性比面心和体心差2021/6/42021/6/41515c c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 晶体的滑移是在晶体的滑移是在晶体的滑移是在晶体的滑移是在切应力切应力切应力切应力作用下进行的。作用下进行的。作用下进行的。作用下进行的

16、。 当外力作用在某一滑移系中的当外力作用在某一滑移系中的当外力作用在某一滑移系中的当外力作用在某一滑移系中的分切应力分切应力分切应力分切应力达到一定临界值时，达到一定临界值时，达到一定临界值时，达到一定临界值时， 滑移系开始滑移，该分切应力称为滑移的滑移系开始滑移，该分切应力称为滑移的滑移系开始滑移，该分切应力称为滑移的滑移系开始滑移，该分切应力称为滑移的临界分切应力临界分切应力临界分切应力临界分切应力。 设圆柱形单晶体的截面积设圆柱形单晶体的截面积设圆柱形单晶体的截面积设圆柱形单晶体的截面积A A， 轴向拉力轴向拉力轴向拉力轴向拉力F F， 滑移面法线与拉力滑移面法线与拉力滑移面法线与拉力滑

17、移面法线与拉力F F的夹角的夹角的夹角的夹角 ， 滑移方向与拉力的夹角滑移方向与拉力的夹角滑移方向与拉力的夹角滑移方向与拉力的夹角 ， 则外力则外力则外力则外力在滑移面沿滑移方向的在滑移面沿滑移方向的在滑移面沿滑移方向的在滑移面沿滑移方向的 分切应力分切应力分切应力分切应力：2021/6/42021/6/41616当当当当=45=45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， 可用最小的拉力开始滑移。可用最小的拉力开始滑移。可用最小的拉力开始滑移。可用最小的拉力开始滑移。coscos coscos = = 称为称为称为称为取向因子取向因子取向因子取向因子或或或或施

18、密特因子。施密特因子。施密特因子。施密特因子。 它越大，分切应力越大，滑移容易发生它越大，分切应力越大，滑移容易发生它越大，分切应力越大，滑移容易发生它越大，分切应力越大，滑移容易发生-软取向软取向软取向软取向； 它越小，分切应力越小，滑移难以进行它越小，分切应力越小，滑移难以进行它越小，分切应力越小，滑移难以进行它越小，分切应力越小，滑移难以进行-硬取向硬取向硬取向硬取向。当滑移面当滑移面当滑移面当滑移面垂直于或平行于拉力轴垂直于或平行于拉力轴垂直于或平行于拉力轴垂直于或平行于拉力轴 时，滑移面上的分切应力均为零，时，滑移面上的分切应力均为零，时，滑移面上的分切应力均为零，时，滑移面上的分切

19、应力均为零， 滑移不能进行。滑移不能进行。滑移不能进行。滑移不能进行。即，滑移开始所对应的剪切应力即，滑移开始所对应的剪切应力即，滑移开始所对应的剪切应力即，滑移开始所对应的剪切应力 c c在宏观上对应屈服应力在宏观上对应屈服应力在宏观上对应屈服应力在宏观上对应屈服应力 s s2021/6/42021/6/41717 所以，所以，所以，所以，滑移的临界分切应力是一个真实反映滑移的临界分切应力是一个真实反映滑移的临界分切应力是一个真实反映滑移的临界分切应力是一个真实反映单晶体单晶体单晶体单晶体受力起受力起受力起受力起始屈服的物理量始屈服的物理量始屈服的物理量始屈服的物理量 影响因素：晶体的类型、

20、纯度、温度、滑移系类型等影响因素：晶体的类型、纯度、温度、滑移系类型等影响因素：晶体的类型、纯度、温度、滑移系类型等影响因素：晶体的类型、纯度、温度、滑移系类型等2021/6/42021/6/41818d d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滑移面向外力轴方向转动滑移面向外力轴方向转动滑移面向外力轴方向转动滑移面向外力轴方向转动滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。转动有两种转动有两种转动有两种转动有两种2021/6/42021/6/41919转动的原

21、因转动的原因转动的原因转动的原因：晶体滑移后使正应力分量和切应力分量组成了力偶：晶体滑移后使正应力分量和切应力分量组成了力偶：晶体滑移后使正应力分量和切应力分量组成了力偶：晶体滑移后使正应力分量和切应力分量组成了力偶 A0A1FF2021/6/42021/6/42020转动的结果：转动的结果：转动的结果：转动的结果： 滑移过程中，晶体要发生转动，从而导致晶体的滑移过程中，晶体要发生转动，从而导致晶体的滑移过程中，晶体要发生转动，从而导致晶体的滑移过程中，晶体要发生转动，从而导致晶体的空间取向发空间取向发空间取向发空间取向发 生变化生变化生变化生变化。 拉伸时使滑移面逐渐转到与应力轴平行的方向。

22、拉伸时使滑移面逐渐转到与应力轴平行的方向。拉伸时使滑移面逐渐转到与应力轴平行的方向。拉伸时使滑移面逐渐转到与应力轴平行的方向。 压缩时使滑移面逐渐转到与应力轴垂直的方向。压缩时使滑移面逐渐转到与应力轴垂直的方向。压缩时使滑移面逐渐转到与应力轴垂直的方向。压缩时使滑移面逐渐转到与应力轴垂直的方向。2021/6/42021/6/42121e e多系滑移多系滑移多系滑移多系滑移 单滑移单滑移单滑移单滑移：一个滑移系启动：一个滑移系启动：一个滑移系启动：一个滑移系启动 。 不发生位错交互作用不发生位错交互作用不发生位错交互作用不发生位错交互作用多系滑移多系滑移多系滑移多系滑移：具有多组滑移系的晶具有多

23、组滑移系的晶具有多组滑移系的晶具有多组滑移系的晶体，滑移先在取向最体，滑移先在取向最体，滑移先在取向最体，滑移先在取向最有利的滑移系中进行，有利的滑移系中进行，有利的滑移系中进行，有利的滑移系中进行，由于晶面转动的结果，由于晶面转动的结果，由于晶面转动的结果，由于晶面转动的结果，另一组滑移系上的分另一组滑移系上的分另一组滑移系上的分另一组滑移系上的分切应力也可能增加到切应力也可能增加到切应力也可能增加到切应力也可能增加到临界值以上，晶体的临界值以上，晶体的临界值以上，晶体的临界值以上，晶体的滑移就可能在滑移就可能在滑移就可能在滑移就可能在两组两组两组两组或或或或更多更多更多更多的滑移系上同时的

24、滑移系上同时的滑移系上同时的滑移系上同时或交替进行或交替进行或交替进行或交替进行方向不一定相同方向不一定相同方向不一定相同方向不一定相同发生发生发生发生位错交互作用位错交互作用位错交互作用位错交互作用单单滑滑移移多多滑滑移移交滑移交滑移2021/6/42021/6/42222例：例：例：例：多个滑移系具有多个滑移系具有多个滑移系具有多个滑移系具有相同的取向因子相同的取向因子相同的取向因子相同的取向因子2021/6/42021/6/42323交滑移交滑移交滑移交滑移: :在晶体中两个或多个滑移面沿着某个在晶体中两个或多个滑移面沿着某个在晶体中两个或多个滑移面沿着某个在晶体中两个或多个滑移面沿着某

25、个共同的滑移方向共同的滑移方向共同的滑移方向共同的滑移方向同同同同 时或交替滑移。时或交替滑移。时或交替滑移。时或交替滑移。 使滑移具有更大的灵活性。使滑移具有更大的灵活性。使滑移具有更大的灵活性。使滑移具有更大的灵活性。2021/6/42021/6/42424f f滑移的位错机制滑移的位错机制滑移的位错机制滑移的位错机制 滑移是借助滑移是借助滑移是借助滑移是借助位错位错位错位错在滑移面上运动来实现的在滑移面上运动来实现的在滑移面上运动来实现的在滑移面上运动来实现的 滑移带是大量位错运动到表面的结果滑移带是大量位错运动到表面的结果滑移带是大量位错运动到表面的结果滑移带是大量位错运动到表面的结果

26、 位错运动时，只是位错中心的少数原子发位错运动时，只是位错中心的少数原子发位错运动时，只是位错中心的少数原子发位错运动时，只是位错中心的少数原子发 生移动，它们移动的距离远小于一个原子生移动，它们移动的距离远小于一个原子生移动，它们移动的距离远小于一个原子生移动，它们移动的距离远小于一个原子 间距，因而所需临界切应力小，这种现象间距，因而所需临界切应力小，这种现象间距，因而所需临界切应力小，这种现象间距，因而所需临界切应力小，这种现象 称作称作称作称作位错的易动性位错的易动性位错的易动性位错的易动性。刃型位错滑移过程刃型位错滑移过程刃型位错滑移过程刃型位错滑移过程螺型位错滑移过程螺型位错滑移过

27、程螺型位错滑移过程螺型位错滑移过程2021/6/42021/6/42525 滑移必须在一定的外力下才能发生，即滑移必须在一定的外力下才能发生，即滑移必须在一定的外力下才能发生，即滑移必须在一定的外力下才能发生，即位错运动需克服阻力位错运动需克服阻力位错运动需克服阻力位错运动需克服阻力。 位错运动的阻力首先来自位错运动的阻力首先来自位错运动的阻力首先来自位错运动的阻力首先来自点阵阻力点阵阻力点阵阻力点阵阻力需越过能垒。需越过能垒。需越过能垒。需越过能垒。 派尔斯派尔斯派尔斯派尔斯(Peierls)(Peierls)和纳巴罗和纳巴罗和纳巴罗和纳巴罗(Nabarro)(Nabarro)首先估首先估首

28、先估首先估算了这一阻力，故又称为算了这一阻力，故又称为算了这一阻力，故又称为算了这一阻力，故又称为派一纳派一纳派一纳派一纳(P-N)(P-N)力力力力 d d：晶面间距：晶面间距：晶面间距：晶面间距b b：柏氏矢量：柏氏矢量：柏氏矢量：柏氏矢量W=d/(1-W=d/(1-n n n n) )：位错宽度：位错宽度：位错宽度：位错宽度表示位错导致点阵严重畸变区的范围表示位错导致点阵严重畸变区的范围表示位错导致点阵严重畸变区的范围表示位错导致点阵严重畸变区的范围2021/6/42021/6/42626WW， P-NP-N ， s s 因为位错宽度越大，位错周围原子越接近平衡位置，点阵的弹因为位错宽度

29、越大，位错周围原子越接近平衡位置，点阵的弹因为位错宽度越大，位错周围原子越接近平衡位置，点阵的弹因为位错宽度越大，位错周围原子越接近平衡位置，点阵的弹性畸变能越低，位错移动时其他原子移动的距离较小，产生的性畸变能越低，位错移动时其他原子移动的距离较小，产生的性畸变能越低，位错移动时其他原子移动的距离较小，产生的性畸变能越低，位错移动时其他原子移动的距离较小，产生的阻力也较小。阻力也较小。阻力也较小。阻力也较小。例：面心立方例：面心立方例：面心立方例：面心立方WW宽，宽，宽，宽， P-NP-N小，小，小，小， s s低低低低 体心立方体心立方体心立方体心立方WW窄，窄，窄，窄， P-NP-N大，

30、大，大，大， s s高高高高 dd， b b， P-N P-N 解释了晶体的滑移面和滑移方向一般都是原子密排面和密排方向解释了晶体的滑移面和滑移方向一般都是原子密排面和密排方向解释了晶体的滑移面和滑移方向一般都是原子密排面和密排方向解释了晶体的滑移面和滑移方向一般都是原子密排面和密排方向2021/6/42021/6/42727位错的扭折运动位错的扭折运动位错的扭折运动位错的扭折运动可以使位错滑移所需应力进一步降低可以使位错滑移所需应力进一步降低可以使位错滑移所需应力进一步降低可以使位错滑移所需应力进一步降低 位错运动的其他阻力位错运动的其他阻力位错运动的其他阻力位错运动的其他阻力位错间的交互作

31、用位错间的交互作用位错间的交互作用位错间的交互作用位错与点缺陷、晶界、第二相质点的交互作用位错与点缺陷、晶界、第二相质点的交互作用位错与点缺陷、晶界、第二相质点的交互作用位错与点缺陷、晶界、第二相质点的交互作用晶体强化晶体强化晶体强化晶体强化2021/6/42021/6/428282 2孪生孪生孪生孪生 晶体在晶体在晶体在晶体在切应力切应力切应力切应力作用下作用下作用下作用下沿着一定的晶面沿着一定的晶面沿着一定的晶面沿着一定的晶面 ( (孪晶面孪晶面孪晶面孪晶面) ) 和和和和一定的晶向一定的晶向一定的晶向一定的晶向 ( (孪晶方向孪晶方向孪晶方向孪晶方向) )，在，在，在，在一个区域内一个区

32、域内一个区域内一个区域内发生发生发生发生均匀的切变均匀的切变均匀的切变均匀的切变例例例例：面心立方晶体在切应力：面心立方晶体在切应力：面心立方晶体在切应力：面心立方晶体在切应力作用下发生孪生变形时，晶作用下发生孪生变形时，晶作用下发生孪生变形时，晶作用下发生孪生变形时，晶体内局部地区的各个体内局部地区的各个体内局部地区的各个体内局部地区的各个(111)(111)晶晶晶晶面面面面( (孪晶面孪晶面孪晶面孪晶面) )沿着沿着沿着沿着11-211-2方向方向方向方向( (孪生方向孪生方向孪生方向孪生方向) ) ，产生彼此相对，产生彼此相对，产生彼此相对，产生彼此相对移动距离为移动距离为移动距离为移动

33、距离为a/611-2a/611-2的均匀的均匀的均匀的均匀切变切变切变切变( (小于一个原子间距小于一个原子间距小于一个原子间距小于一个原子间距) )。 变形与未变形两部分晶变形与未变形两部分晶变形与未变形两部分晶变形与未变形两部分晶体合称为体合称为体合称为体合称为孪晶孪晶孪晶孪晶。2021/6/42021/6/42929 这样的切变并未使晶体的结构变化，但确使均匀切变区中的这样的切变并未使晶体的结构变化，但确使均匀切变区中的这样的切变并未使晶体的结构变化，但确使均匀切变区中的这样的切变并未使晶体的结构变化，但确使均匀切变区中的 晶体取向发生变化，且变形与未变性区呈镜面对称晶体取向发生变化，且

34、变形与未变性区呈镜面对称晶体取向发生变化，且变形与未变性区呈镜面对称晶体取向发生变化，且变形与未变性区呈镜面对称. .2021/6/42021/6/43030孪生与滑移的主要区别孪生与滑移的主要区别 孪生通过晶格切变使晶格位向改变，使变形部分与孪生通过晶格切变使晶格位向改变，使变形部分与孪生通过晶格切变使晶格位向改变，使变形部分与孪生通过晶格切变使晶格位向改变，使变形部分与 未变形部分呈镜面对称；而滑移不引起晶格位向改未变形部分呈镜面对称；而滑移不引起晶格位向改未变形部分呈镜面对称；而滑移不引起晶格位向改未变形部分呈镜面对称；而滑移不引起晶格位向改 变。变。变。变。 孪生时，相邻原子面的相对位

35、移量小于一个原子间孪生时，相邻原子面的相对位移量小于一个原子间孪生时，相邻原子面的相对位移量小于一个原子间孪生时，相邻原子面的相对位移量小于一个原子间 距；而滑移时滑移面两侧晶体的相对位移量是原子距；而滑移时滑移面两侧晶体的相对位移量是原子距；而滑移时滑移面两侧晶体的相对位移量是原子距；而滑移时滑移面两侧晶体的相对位移量是原子 间距的整数倍。间距的整数倍。间距的整数倍。间距的整数倍。 孪生所需要的临界切应力比滑移大得多，变形速度孪生所需要的临界切应力比滑移大得多，变形速度孪生所需要的临界切应力比滑移大得多，变形速度孪生所需要的临界切应力比滑移大得多，变形速度 大得多，接近声速。大得多，接近声速

36、。大得多，接近声速。大得多，接近声速。孪生可在位错滑移受阻时调整晶体的变形能力。孪生可在位错滑移受阻时调整晶体的变形能力。孪生可在位错滑移受阻时调整晶体的变形能力。孪生可在位错滑移受阻时调整晶体的变形能力。2021/6/42021/6/43131 滑移带可以通过抛光去除；孪晶区域不能通过抛光去滑移带可以通过抛光去除；孪晶区域不能通过抛光去滑移带可以通过抛光去除；孪晶区域不能通过抛光去滑移带可以通过抛光去除；孪晶区域不能通过抛光去除。除。除。除。2021/6/42021/6/43232奥氏体不锈钢中退火孪晶奥氏体不锈钢中退火孪晶奥氏体不锈钢中退火孪晶奥氏体不锈钢中退火孪晶钛合金六方相中的形变孪晶

37、钛合金六方相中的形变孪晶钛合金六方相中的形变孪晶钛合金六方相中的形变孪晶孪晶的形成孪晶的形成孪晶的形成孪晶的形成 变形孪晶（机械孪晶）变形孪晶（机械孪晶）变形孪晶（机械孪晶）变形孪晶（机械孪晶） 生长孪晶：气相沉积、凝固等生长孪晶：气相沉积、凝固等生长孪晶：气相沉积、凝固等生长孪晶：气相沉积、凝固等 退火孪晶，可归属于生长孪晶退火孪晶，可归属于生长孪晶退火孪晶，可归属于生长孪晶退火孪晶，可归属于生长孪晶密排六方密排六方密排六方密排六方金属对称性低，滑移系金属对称性低，滑移系金属对称性低，滑移系金属对称性低，滑移系少，常以孪生方式变形。少，常以孪生方式变形。少，常以孪生方式变形。少，常以孪生方式

38、变形。体心立方体心立方体心立方体心立方金属只有在低温或冲击金属只有在低温或冲击金属只有在低温或冲击金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。作用下才发生孪生变形。作用下才发生孪生变形。作用下才发生孪生变形。面心立方面心立方面心立方面心立方金属对称性高，滑移系金属对称性高，滑移系金属对称性高，滑移系金属对称性高，滑移系多，一般不发生孪生变形，但可多，一般不发生孪生变形，但可多，一般不发生孪生变形，但可多，一般不发生孪生变形，但可产生退火孪晶。产生退火孪晶。产生退火孪晶。产生退火孪晶。2021/6/42021/6/433333 3 扭折扭折扭折扭折( (不常见不常见不常见不常见) ) 主要发生在滑

39、移和孪生都不主要发生在滑移和孪生都不主要发生在滑移和孪生都不主要发生在滑移和孪生都不 能发生的地方；能发生的地方；能发生的地方；能发生的地方； 变形区域称为扭折带，扭折变形区域称为扭折带，扭折变形区域称为扭折带，扭折变形区域称为扭折带，扭折 区的晶体取向发生不对称性区的晶体取向发生不对称性区的晶体取向发生不对称性区的晶体取向发生不对称性 的变化；的变化；的变化；的变化； 是一种协调性变形，它能引是一种协调性变形，它能引是一种协调性变形，它能引是一种协调性变形，它能引 起应力松弛，使晶体不致断起应力松弛，使晶体不致断起应力松弛，使晶体不致断起应力松弛，使晶体不致断 裂。裂。裂。裂。2021/6/

40、42021/6/43434思考题：思考题：思考题：思考题：1 1、已知铝单晶室温时、已知铝单晶室温时、已知铝单晶室温时、已知铝单晶室温时 c c=0.79MPa=0.79MPa，若室温下对铝单晶试样作拉，若室温下对铝单晶试样作拉，若室温下对铝单晶试样作拉，若室温下对铝单晶试样作拉伸试验时，拉伸轴为伸试验时，拉伸轴为伸试验时，拉伸轴为伸试验时，拉伸轴为001001方向，可能开动的滑移系为方向，可能开动的滑移系为方向，可能开动的滑移系为方向，可能开动的滑移系为(-111)101,(-111)101,(1)(1)试计算引起该样品屈服所需加的应力？试计算引起该样品屈服所需加的应力？试计算引起该样品屈服

41、所需加的应力？试计算引起该样品屈服所需加的应力？(2)(2)若开动的滑移系为若开动的滑移系为若开动的滑移系为若开动的滑移系为(-111)110(-111)110呢？呢？呢？呢？2 2、面心立方单晶以、面心立方单晶以、面心立方单晶以、面心立方单晶以131131为力轴，进行拉伸。当拉应力为为力轴，进行拉伸。当拉应力为为力轴，进行拉伸。当拉应力为为力轴，进行拉伸。当拉应力为1101107 7PaPa的时候，试确定的时候，试确定的时候，试确定的时候，试确定(111)0-11(111)0-11， (111)10-1 (111)10-1 和和和和(111)-110(111)-110滑滑滑滑移系上的分切应力

42、。移系上的分切应力。移系上的分切应力。移系上的分切应力。2021/6/42021/6/435355.2.25.2.2多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形特点：由于相邻晶粒取向不同以及晶界的存在，变形既需特点：由于相邻晶粒取向不同以及晶界的存在，变形既需特点：由于相邻晶粒取向不同以及晶界的存在，变形既需特点：由于相邻晶粒取向不同以及晶界的存在，变形既需克服晶克服晶克服晶克服晶 界的阻碍界的阻碍界的阻碍界的阻碍，又要求各晶粒的，又要求各晶粒的，又要求各晶粒的，又要求各晶粒的变形相互协调与配合变形相互协调与配合变形相互协调与配合变形相互协调与配合。1 1晶粒取向的影响晶粒

43、取向的影响晶粒取向的影响晶粒取向的影响 多晶体塑性变形时要求多晶体塑性变形时要求多晶体塑性变形时要求多晶体塑性变形时要求每个晶粒至少能在每个晶粒至少能在每个晶粒至少能在每个晶粒至少能在5 5个独立的滑移系上滑个独立的滑移系上滑个独立的滑移系上滑个独立的滑移系上滑移移移移，多晶体的塑性变形是通过各晶粒的多系滑移来保证相互间，多晶体的塑性变形是通过各晶粒的多系滑移来保证相互间，多晶体的塑性变形是通过各晶粒的多系滑移来保证相互间，多晶体的塑性变形是通过各晶粒的多系滑移来保证相互间的的的的协调协调协调协调。这种协调或制约。这种协调或制约。这种协调或制约。这种协调或制约增加了增加了增加了增加了多晶体金属

44、的塑性变形抗力多晶体金属的塑性变形抗力多晶体金属的塑性变形抗力多晶体金属的塑性变形抗力 体心立方和面心立方有较多的滑移系，多晶体有较好的塑性体心立方和面心立方有较多的滑移系，多晶体有较好的塑性体心立方和面心立方有较多的滑移系，多晶体有较好的塑性体心立方和面心立方有较多的滑移系，多晶体有较好的塑性 密排六方滑移系少，晶粒间协调性差，塑性变形能力低密排六方滑移系少，晶粒间协调性差，塑性变形能力低密排六方滑移系少，晶粒间协调性差，塑性变形能力低密排六方滑移系少，晶粒间协调性差，塑性变形能力低 2021/6/42021/6/436362 2晶界的影响晶界的影响晶界的影响晶界的影响 晶界上原子排列不规则

45、、晶界上原子排列不规则、晶界上原子排列不规则、晶界上原子排列不规则、点阵畸变、两侧滑移方向和滑点阵畸变、两侧滑移方向和滑点阵畸变、两侧滑移方向和滑点阵畸变、两侧滑移方向和滑移面不一致，因此，室温下晶移面不一致，因此，室温下晶移面不一致，因此，室温下晶移面不一致，因此，室温下晶界对滑移具有阻碍效应。界对滑移具有阻碍效应。界对滑移具有阻碍效应。界对滑移具有阻碍效应。 位错在晶界处的位错在晶界处的位错在晶界处的位错在晶界处的位错塞积效应位错塞积效应位错塞积效应位错塞积效应 抑制了位错源的开动。抑制了位错源的开动。抑制了位错源的开动。抑制了位错源的开动。增加了多晶体金属的增加了多晶体金属的增加了多晶体

46、金属的增加了多晶体金属的宏观宏观宏观宏观塑性变形抗力塑性变形抗力塑性变形抗力塑性变形抗力2021/6/42021/6/43737晶界对塑性变形的影响晶界对塑性变形的影响晶界对塑性变形的影响晶界对塑性变形的影响Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位错塞积界的位错塞积2021/6/42021/6/43838 晶界的作用与晶界的数量相关，而这直接取决于晶粒的大小晶界的作用与晶界的数量相关，而这直接取决于晶粒的大小晶界的作用与晶界的数量相关，而这直接取决于晶粒的大小晶界的作用与晶界的数量相关，而这直接取决于晶粒的大小 霍尔霍尔霍尔霍尔佩奇公式佩奇公式佩奇公式佩奇公式( (Hall-PetchHall-Pe

47、tch): ):多晶体的屈服强度与晶粒平均直多晶体的屈服强度与晶粒平均直多晶体的屈服强度与晶粒平均直多晶体的屈服强度与晶粒平均直 径的经验关系式径的经验关系式径的经验关系式径的经验关系式 0 0：反映晶内对变形的阻：反映晶内对变形的阻：反映晶内对变形的阻：反映晶内对变形的阻 力，大体等于单晶体力，大体等于单晶体力，大体等于单晶体力，大体等于单晶体 的屈服强度，的屈服强度，的屈服强度，的屈服强度， K K：表征晶界对强度影响：表征晶界对强度影响：表征晶界对强度影响：表征晶界对强度影响 的程度，与晶界结构的程度，与晶界结构的程度，与晶界结构的程度，与晶界结构 有关有关有关有关 d d： 晶粒平均直

48、径晶粒平均直径晶粒平均直径晶粒平均直径2021/6/42021/6/43939d d适用性甚广适用性甚广适用性甚广适用性甚广即可以是晶粒，也可以是即可以是晶粒，也可以是即可以是晶粒，也可以是即可以是晶粒，也可以是亚晶粒尺寸，还可以是不亚晶粒尺寸，还可以是不亚晶粒尺寸，还可以是不亚晶粒尺寸，还可以是不同相片层间距等同相片层间距等同相片层间距等同相片层间距等细晶强化细晶强化细晶强化细晶强化是唯一不以牺牲是唯一不以牺牲是唯一不以牺牲是唯一不以牺牲塑性为代价的强化方法塑性为代价的强化方法塑性为代价的强化方法塑性为代价的强化方法 因为晶粒越细，参与变形的因为晶粒越细，参与变形的因为晶粒越细，参与变形的因

49、为晶粒越细，参与变形的晶粒数目也越多，变形越均晶粒数目也越多，变形越均晶粒数目也越多，变形越均晶粒数目也越多，变形越均匀，断裂前发生的塑性变形匀，断裂前发生的塑性变形匀，断裂前发生的塑性变形匀，断裂前发生的塑性变形越大。越大。越大。越大。2021/6/42021/6/44040 当变形温度高于当变形温度高于当变形温度高于当变形温度高于0.50.5T Tmm( (熔点熔点熔点熔点) )以上时，由于原子活动能力的增以上时，由于原子活动能力的增以上时，由于原子活动能力的增以上时，由于原子活动能力的增 大，以及原子沿晶界的扩散速率加快，使大，以及原子沿晶界的扩散速率加快，使大，以及原子沿晶界的扩散速率

50、加快，使大，以及原子沿晶界的扩散速率加快，使高温下的晶界强度高温下的晶界强度高温下的晶界强度高温下的晶界强度 降低。降低。降低。降低。2021/6/42021/6/44141思考题：思考题：思考题：思考题：1 1、退火纯铁在晶粒大小为、退火纯铁在晶粒大小为、退火纯铁在晶粒大小为、退火纯铁在晶粒大小为N NA A=16=16个个个个/mm/mm2 2时，其屈服强度时，其屈服强度时，其屈服强度时，其屈服强度S S=100MPa=100MPa；当；当；当；当N NA A=4096=4096个个个个/mm/mm2 2时，时，时，时， S S=250MPa=250MPa。试计算。试计算。试计算。试计算N

51、 NA A=250=250个个个个/mm/mm2 2时的时的时的时的S S？ 已知晶粒的平均直径已知晶粒的平均直径已知晶粒的平均直径已知晶粒的平均直径d d和每平方毫米内的晶粒个数和每平方毫米内的晶粒个数和每平方毫米内的晶粒个数和每平方毫米内的晶粒个数N NA A有如下关有如下关有如下关有如下关系：系：系：系：2021/6/42021/6/442425.2.35.2.3合金的塑性变形合金的塑性变形合金的塑性变形合金的塑性变形相相相相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相：

52、合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相 互分开的均匀组成部分。互分开的均匀组成部分。互分开的均匀组成部分。互分开的均匀组成部分。单相合金单相合金单相合金单相合金：由一种相组成的合金。：由一种相组成的合金。：由一种相组成的合金。：由一种相组成的合金。多相合金多相合金多相合金多相合金：由几种不同的相组成的合金（多相混和物）。：由几种不同的相组成的合金（多相混和物）。：由几种不同的相组成的合金（多相混和物）。：由几种不同的相组成的合金（多相混和物）。两相合金两相合金两相合金两相合金：第二相可以是纯金属、固溶体或化合物，工业合金中第二相可以是纯金属、固溶体或化合物，工业合金中第二相可以是

53、纯金属、固溶体或化合物，工业合金中第二相可以是纯金属、固溶体或化合物，工业合金中 第二相多数是化合物。第二相多数是化合物。第二相多数是化合物。第二相多数是化合物。合金塑性变形特点合金塑性变形特点合金塑性变形特点合金塑性变形特点：基本过程仍然是滑移和孪生，但基本过程仍然是滑移和孪生，但基本过程仍然是滑移和孪生，但基本过程仍然是滑移和孪生，但由于由于由于由于合金元合金元合金元合金元 素素素素的存在和的存在和的存在和的存在和第二相第二相第二相第二相的出现，使得其塑性变形的出现，使得其塑性变形的出现，使得其塑性变形的出现，使得其塑性变形 具有新的特点。具有新的特点。具有新的特点。具有新的特点。聚合型两

54、相合金：聚合型两相合金：聚合型两相合金：聚合型两相合金：第二相尺寸与基体相相近第二相尺寸与基体相相近第二相尺寸与基体相相近第二相尺寸与基体相相近弥散分布型两相合金：弥散分布型两相合金：弥散分布型两相合金：弥散分布型两相合金：第二相细小且弥散分布第二相细小且弥散分布第二相细小且弥散分布第二相细小且弥散分布固溶体固溶体固溶体固溶体2021/6/42021/6/44343间间隙隙原原子子小小置置换换原原子子大大置置换换原原子子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a. a. 固溶强化固溶强化固溶强化固溶强化溶质原子的加溶质原子的加溶质原

55、子的加溶质原子的加 入引起点阵畸入引起点阵畸入引起点阵畸入引起点阵畸 变，增加了位变，增加了位变，增加了位变，增加了位 错运动的阻错运动的阻错运动的阻错运动的阻 力，增大了晶力，增大了晶力，增大了晶力，增大了晶 体滑移阻力。体滑移阻力。体滑移阻力。体滑移阻力。2021/6/42021/6/44444 宏观表现固溶体的屈服强度高于纯溶剂的宏观表现固溶体的屈服强度高于纯溶剂的宏观表现固溶体的屈服强度高于纯溶剂的宏观表现固溶体的屈服强度高于纯溶剂的2021/6/42021/6/44545影响固溶强化效果的因素影响固溶强化效果的因素 溶质浓度溶质浓度溶质浓度溶质浓度：溶质浓度增加，效果大：溶质浓度增加

56、，效果大 固溶体类型固溶体类型固溶体类型固溶体类型：间隙型大于置换型：间隙型大于置换型 溶质溶剂原子尺寸差溶质溶剂原子尺寸差溶质溶剂原子尺寸差溶质溶剂原子尺寸差(置换型置换型)：尺寸差越大，效果好：尺寸差越大，效果好 溶质溶剂原子价电子数差溶质溶剂原子价电子数差溶质溶剂原子价电子数差溶质溶剂原子价电子数差(置换型置换型)：差别越大，效果好：差别越大，效果好 2021/6/42021/6/44646b b屈服现象与应变时效屈服现象与应变时效屈服现象与应变时效屈服现象与应变时效 低碳钢的屈服现象和吕德斯低碳钢的屈服现象和吕德斯低碳钢的屈服现象和吕德斯低碳钢的屈服现象和吕德斯(Lders)(Lder

57、s)带带带带屈服现象屈服现象屈服现象屈服现象：上下屈服点及屈服平台：上下屈服点及屈服平台：上下屈服点及屈服平台：上下屈服点及屈服平台 吕德斯带吕德斯带吕德斯带吕德斯带： 应力超过屈服极限时，应力超过屈服极限时，应力超过屈服极限时，应力超过屈服极限时，在试样表面产生一个在试样表面产生一个在试样表面产生一个在试样表面产生一个与拉伸轴成与拉伸轴成与拉伸轴成与拉伸轴成4545度的变度的变度的变度的变形带。形带。形带。形带。它与滑移带不同，是它与滑移带不同，是它与滑移带不同，是它与滑移带不同，是许多晶粒协调变形的许多晶粒协调变形的许多晶粒协调变形的许多晶粒协调变形的结果，穿过试样横截结果，穿过试样横截结

58、果，穿过试样横截结果，穿过试样横截面上的每个晶粒。面上的每个晶粒。面上的每个晶粒。面上的每个晶粒。2021/6/42021/6/44747屈服现象的原因：屈服现象的原因：柯氏气团机制：柯氏气团机制： 溶质原子与刃型位错交互作用，起到溶质原子与刃型位错交互作用，起到“钉扎钉扎”位错的作用。位错的作用。位错增殖机制：位错增殖机制： 刚开始，可动位错少，塑性变形所需切应力较大，变形开始后刚开始，可动位错少，塑性变形所需切应力较大，变形开始后位错迅速增殖，在应变速率不变的情况下，所需切应力降低。位错迅速增殖，在应变速率不变的情况下，所需切应力降低。金属晶须退火态(105-108/cm2) 加工态(10

59、11-1012/cm2) 位错密度与强度关系位错密度与强度关系2021/6/42021/6/44848 应变时效应变时效应变时效应变时效 退火状态的试样拉伸超过屈服点卸载马上再加载，不发生退火状态的试样拉伸超过屈服点卸载马上再加载，不发生退火状态的试样拉伸超过屈服点卸载马上再加载，不发生退火状态的试样拉伸超过屈服点卸载马上再加载，不发生屈服现象屈服现象屈服现象屈服现象放置一段时间后放置一段时间后放置一段时间后放置一段时间后再加载，屈服现象重新出现。再加载，屈服现象重新出现。再加载，屈服现象重新出现。再加载，屈服现象重新出现。溶质原子的扩散溶质原子的扩散溶质原子的扩散溶质原子的扩散柯氏气团重复形

60、成柯氏气团重复形成柯氏气团重复形成柯氏气团重复形成机理机理机理机理：2021/6/42021/6/449492 2多相合金的塑性变形多相合金的塑性变形多相合金的塑性变形多相合金的塑性变形影响因素：第二相的数量、尺寸、形状、分布，与基体相的结合影响因素：第二相的数量、尺寸、形状、分布，与基体相的结合影响因素：第二相的数量、尺寸、形状、分布，与基体相的结合影响因素：第二相的数量、尺寸、形状、分布，与基体相的结合 状况、与基体相变形特性的差异。状况、与基体相变形特性的差异。状况、与基体相变形特性的差异。状况、与基体相变形特性的差异。聚合型两相合金：聚合型两相合金：第二相尺寸与基体相相近第二相尺寸与基

61、体相相近弥散分布型两相合金：弥散分布型两相合金：第二相细小且弥散分布第二相细小且弥散分布根据第二相粒子的尺寸大小可将合金分成两大类根据第二相粒子的尺寸大小可将合金分成两大类根据第二相粒子的尺寸大小可将合金分成两大类根据第二相粒子的尺寸大小可将合金分成两大类2021/6/42021/6/45050a a聚合型合金的塑性变形聚合型合金的塑性变形聚合型合金的塑性变形聚合型合金的塑性变形 若两相均为塑性相，则合金的变形若两相均为塑性相，则合金的变形若两相均为塑性相，则合金的变形若两相均为塑性相，则合金的变形阻力阻力阻力阻力取决于两相的体积分数取决于两相的体积分数取决于两相的体积分数取决于两相的体积分数

62、。 第二相体积分数影响的第二相体积分数影响的第二相体积分数影响的第二相体积分数影响的定性估算定性估算定性估算定性估算，可用，可用，可用，可用机械混合法则机械混合法则机械混合法则机械混合法则等应变理论：等应变理论：等应变理论：等应变理论：等应力理论：等应力理论：等应力理论：等应力理论：2021/6/42021/6/45151珠光体珠光体珠光体珠光体珠光体珠光体珠光体珠光体+ +网状渗碳体网状渗碳体网状渗碳体网状渗碳体 若若若若两相中一个为塑性相，另一个为脆性相，两相中一个为塑性相，另一个为脆性相，两相中一个为塑性相，另一个为脆性相，两相中一个为塑性相，另一个为脆性相， 合金变形的阻力不合金变形的

63、阻力不合金变形的阻力不合金变形的阻力不 仅取决于两相的仅取决于两相的仅取决于两相的仅取决于两相的体积分体积分体积分体积分 数数数数，而且还与，而且还与，而且还与，而且还与形状形状形状形状、大小大小大小大小和和和和分布分布分布分布有关。有关。有关。有关。当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬 度，但会降低塑性和韧性；度，但会降低塑性和韧性；度，但会降低塑性和韧性；度，但会降低塑性和韧性；当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和当在晶界呈网状分布时，对合金的强度

64、和当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和 塑性不利；塑性不利；塑性不利；塑性不利；2021/6/42021/6/45252b b弥散分布型合金的塑性变形弥散分布型合金的塑性变形弥散分布型合金的塑性变形弥散分布型合金的塑性变形位错切过粒子，粒子产生新的表面位错切过粒子，粒子产生新的表面位错切过粒子，粒子产生新的表面位错切过粒子，粒子产生新的表面 积，使总的界面能升高；积，使总的界面能升高；积，使总的界面能升高；积，使总的界面能升高；粒子内发生原子错排，产生新的割粒子内发生原子错排，产生新的割粒子内发生原子错排，产生新的割粒子内发生原子错排，产生新的割 阶等，给位错的运动带来困难阶等，给位错的运动带

65、来困难阶等，给位错的运动带来困难阶等，给位错的运动带来困难； 弥散细小的第二相均匀分布在基体相中时，会产生显著的强化作用弥散细小的第二相均匀分布在基体相中时，会产生显著的强化作用弥散细小的第二相均匀分布在基体相中时，会产生显著的强化作用弥散细小的第二相均匀分布在基体相中时，会产生显著的强化作用 若若若若第二相粒子为第二相粒子为第二相粒子为第二相粒子为可变形颗粒可变形颗粒可变形颗粒可变形颗粒时时时时( (通过时效处理从过饱和固溶体中析通过时效处理从过饱和固溶体中析通过时效处理从过饱和固溶体中析通过时效处理从过饱和固溶体中析出的出的出的出的沉淀相粒子沉淀相粒子沉淀相粒子沉淀相粒子) )，位错将切过

66、粒子位错将切过粒子位错将切过粒子位错将切过粒子使之随同基体一起变形。使之随同基体一起变形。使之随同基体一起变形。使之随同基体一起变形。 （沉淀强化型合金沉淀强化型合金沉淀强化型合金沉淀强化型合金）强化机理主要有强化机理主要有强化机理主要有强化机理主要有：电电镜镜观观察察2021/6/42021/6/45353强化作用与强化作用与强化作用与强化作用与L L成反比，粒子成反比，粒子成反比，粒子成反比，粒子越小，越均匀，硬度越高，强化效越小，越均匀，硬度越高，强化效越小，越均匀，硬度越高，强化效越小，越均匀，硬度越高，强化效果果果果愈明显愈明显愈明显愈明显( (同样的体积分数时，粒子愈小，则粒子间距

67、愈小同样的体积分数时，粒子愈小，则粒子间距愈小同样的体积分数时，粒子愈小，则粒子间距愈小同样的体积分数时，粒子愈小，则粒子间距愈小) )。（弥散强化型合金弥散强化型合金弥散强化型合金弥散强化型合金）强化机理强化机理强化机理强化机理：若若第二相粒子为第二相粒子为不可变形颗粒不可变形颗粒(如借助粉末冶金加入的硬、脆如借助粉末冶金加入的硬、脆 相，或可变形颗粒长大到一定程度，与基体失去共格关系相，或可变形颗粒长大到一定程度，与基体失去共格关系)，位，位错将绕过粒子，才能继续运动。错将绕过粒子，才能继续运动。L L：粒子间距：粒子间距：粒子间距：粒子间距位错绕过颗粒所需临界切应力：位错绕过颗粒所需临界

68、切应力：位错绕过颗粒所需临界切应力：位错绕过颗粒所需临界切应力：同时，包围粒子的位错环会对原位错源的开动起阻碍作用。同时，包围粒子的位错环会对原位错源的开动起阻碍作用。同时，包围粒子的位错环会对原位错源的开动起阻碍作用。同时，包围粒子的位错环会对原位错源的开动起阻碍作用。颗粒钉扎作用的电镜照片颗粒钉扎作用的电镜照片颗粒钉扎作用的电镜照片颗粒钉扎作用的电镜照片2021/6/42021/6/454545.2.4 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

69、织的变化 晶粒沿形变方向被拉长晶粒沿形变方向被拉长晶粒沿形变方向被拉长晶粒沿形变方向被拉长 纤维状纤维状纤维状纤维状 夹杂物和第二相：夹杂物和第二相：夹杂物和第二相：夹杂物和第二相： 塑性好的被拉长塑性好的被拉长塑性好的被拉长塑性好的被拉长 塑性差的破裂塑性差的破裂塑性差的破裂塑性差的破裂2021/6/42021/6/45555(a) (a) 正火态正火态正火态正火态(b) (b) 变形变形变形变形40%40%(c) (c) 变形变形变形变形80%80%晶界模糊不清晶界模糊不清晶界模糊不清晶界模糊不清纤维状组织纤维状组织纤维状组织纤维状组织2021/6/42021/6/45656 亚结构的变化

70、亚结构的变化亚结构的变化亚结构的变化 晶粒内部位错密度增加，晶粒内部位错密度增加，晶粒内部位错密度增加，晶粒内部位错密度增加， 位错缠结，位错缠结，位错缠结，位错缠结， 位错胞状亚结构位错胞状亚结构位错胞状亚结构位错胞状亚结构 形变亚晶形变亚晶形变亚晶形变亚晶 金属晶须退火态(105-108/cm2) 加工态(1011-1012/cm2) 透射电镜照片透射电镜照片透射电镜照片透射电镜照片2021/6/42021/6/457572 2 形变织构形变织构形变织构形变织构1)1) 形变织构形变织构形变织构形变织构：多晶体材料：多晶体材料：多晶体材料：多晶体材料( (金属金属金属金属) )中由于形变而

71、形成的各晶粒具有中由于形变而形成的各晶粒具有中由于形变而形成的各晶粒具有中由于形变而形成的各晶粒具有择优取向的组织择优取向的组织择优取向的组织择优取向的组织。2) 2) 成因：塑性变形中，随着变形程度的增加，各晶粒滑移方向向成因：塑性变形中，随着变形程度的增加，各晶粒滑移方向向成因：塑性变形中，随着变形程度的增加，各晶粒滑移方向向成因：塑性变形中，随着变形程度的增加，各晶粒滑移方向向主变形方向主变形方向主变形方向主变形方向转动转动转动转动，使多晶体的各晶粒最终在空间位向上呈现一，使多晶体的各晶粒最终在空间位向上呈现一，使多晶体的各晶粒最终在空间位向上呈现一，使多晶体的各晶粒最终在空间位向上呈现

72、一定程度的一致现象。定程度的一致现象。定程度的一致现象。定程度的一致现象。 丝织构：丝织构：丝织构：丝织构： 某一某一某一某一晶向晶向晶向晶向大致与大致与大致与大致与拔丝方向拔丝方向拔丝方向拔丝方向一致一致一致一致 板织构：板织构：板织构：板织构： 某一某一某一某一晶面晶面晶面晶面与与与与轧制面轧制面轧制面轧制面平行，某一平行，某一平行，某一平行，某一晶向晶向晶向晶向与轧制时的与轧制时的与轧制时的与轧制时的主变形方向主变形方向主变形方向主变形方向一致一致一致一致形变织构示意图形变织构示意图形变织构示意图形变织构示意图2021/6/42021/6/458582021/6/42021/6/4595

73、9 形变织构使金属呈现各向异性，在深冲零件时，易产生形变织构使金属呈现各向异性，在深冲零件时，易产生形变织构使金属呈现各向异性，在深冲零件时，易产生形变织构使金属呈现各向异性，在深冲零件时，易产生“ “制耳制耳制耳制耳” ” 现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。 但织构可提高硅钢片的导磁率。但织构可提高硅钢片的导磁率。但织构可提高硅钢片的导磁率。但织构可提高硅钢片的导磁率。 有有有有 无无无无各向异性导致的铜板各向异性导致的铜板各向异性导致的铜板各向异性导致的铜板 “ “制耳制耳制耳制耳” ”2021/

74、6/42021/6/460603 3 性能的变化性能的变化性能的变化性能的变化 材料在塑性变形过程中，随着内部组织与结构的变化，其材料在塑性变形过程中，随着内部组织与结构的变化，其材料在塑性变形过程中，随着内部组织与结构的变化，其材料在塑性变形过程中，随着内部组织与结构的变化，其力力力力学、物理和化学性能学、物理和化学性能学、物理和化学性能学、物理和化学性能均发生明显的改变。均发生明显的改变。均发生明显的改变。均发生明显的改变。 a. a. 加加加加工硬化工硬化工硬化工硬化 材料材料材料材料( (金属金属金属金属) )冷加工变形后，冷加工变形后，冷加工变形后，冷加工变形后，强度强度强度强度(

75、(硬度硬度硬度硬度) )显著提高，塑性下降显著提高，塑性下降显著提高，塑性下降显著提高，塑性下降的的的的现象，也称现象，也称现象，也称现象，也称冷作硬化冷作硬化冷作硬化冷作硬化。2021/6/42021/6/461612021/6/42021/6/46262金属晶须退火态(105-108/cm2) 加工态(1011-1012/cm2) 产生加工硬化的原因产生加工硬化的原因产生加工硬化的原因产生加工硬化的原因: : 1. 1. 随变形量增加随变形量增加随变形量增加随变形量增加, , 位错密度增加，由于位错之间的交互作用位错密度增加，由于位错之间的交互作用位错密度增加，由于位错之间的交互作用位错密

76、度增加，由于位错之间的交互作用 ( (堆积、缠结堆积、缠结堆积、缠结堆积、缠结) )，使变形抗力增加。，使变形抗力增加。，使变形抗力增加。，使变形抗力增加。 2. 2. 随变形量增加，亚结构细化。随变形量增加，亚结构细化。随变形量增加，亚结构细化。随变形量增加，亚结构细化。 3. 3. 随变形量增加随变形量增加随变形量增加随变形量增加, , 空位密度增加。空位密度增加。空位密度增加。空位密度增加。 4. 4. 几何硬化：由晶粒转动引起。几何硬化：由晶粒转动引起。几何硬化：由晶粒转动引起。几何硬化：由晶粒转动引起。2021/6/42021/6/46363 加工硬化的意义加工硬化的意义加工硬化的意

77、义加工硬化的意义1. 1. 由于加工硬化由于加工硬化由于加工硬化由于加工硬化, , 使已变形使已变形使已变形使已变形 部分发生硬化而停止变部分发生硬化而停止变部分发生硬化而停止变部分发生硬化而停止变 形形形形, , 而未变形部分开始变而未变形部分开始变而未变形部分开始变而未变形部分开始变 形。没有加工硬化形。没有加工硬化形。没有加工硬化形。没有加工硬化, , 金属金属金属金属 就不会发生就不会发生就不会发生就不会发生均匀塑性变形均匀塑性变形均匀塑性变形均匀塑性变形2. 2. 加工硬化是加工硬化是加工硬化是加工硬化是强化金属的重强化金属的重强化金属的重强化金属的重 要手段之一要手段之一要手段之一

78、要手段之一，对于不能热，对于不能热，对于不能热，对于不能热 处理强化的金属和合金尤处理强化的金属和合金尤处理强化的金属和合金尤处理强化的金属和合金尤 为重要。如纯金属、奥氏为重要。如纯金属、奥氏为重要。如纯金属、奥氏为重要。如纯金属、奥氏 体不锈钢。体不锈钢。体不锈钢。体不锈钢。3. 3. 材料材料材料材料继续加工困难继续加工困难继续加工困难继续加工困难。b. b. 其他性能的变化其他性能的变化其他性能的变化其他性能的变化 电阻率升高，热导率、抗腐蚀性下降，金属中的扩散过程加速电阻率升高，热导率、抗腐蚀性下降，金属中的扩散过程加速电阻率升高，热导率、抗腐蚀性下降，金属中的扩散过程加速电阻率升高

79、，热导率、抗腐蚀性下降，金属中的扩散过程加速 等等。等等。等等。等等。2021/6/42021/6/464644 4 残余内应力残余内应力残余内应力残余内应力总变形功总变形功总变形功总变形功百分之几百分之几百分之几百分之几 储存能储存能储存能储存能( (以畸变能的形式以畸变能的形式以畸变能的形式以畸变能的形式储存在材料内部储存在材料内部储存在材料内部储存在材料内部) )宏观宏观宏观宏观残余残余残余残余应力应力应力应力(0.1%)(0.1%)微观微观微观微观残余残余残余残余应力应力应力应力点阵畸变点阵畸变点阵畸变点阵畸变(80%90%)(80%90%)1) 1) 宏观残余应力宏观残余应力宏观残余

80、应力宏观残余应力( (第一类内应力第一类内应力第一类内应力第一类内应力) )： 材料材料材料材料( (或工件或工件或工件或工件) )各个部分的宏观形变不均匀引起。各个部分的宏观形变不均匀引起。各个部分的宏观形变不均匀引起。各个部分的宏观形变不均匀引起。 作用范围整个工件。作用范围整个工件。作用范围整个工件。作用范围整个工件。2021/6/42021/6/465652) 2) 微观残余应力微观残余应力微观残余应力微观残余应力( (第二类内应力第二类内应力第二类内应力第二类内应力) )： 晶粒或亚晶粒之间变形不均匀所导致。晶粒或亚晶粒之间变形不均匀所导致。晶粒或亚晶粒之间变形不均匀所导致。晶粒或亚

81、晶粒之间变形不均匀所导致。 其作用范围与晶粒尺寸相当其作用范围与晶粒尺寸相当其作用范围与晶粒尺寸相当其作用范围与晶粒尺寸相当。2021/6/42021/6/466663) 3) 点阵畸变点阵畸变点阵畸变点阵畸变( (第三类内应力第三类内应力第三类内应力第三类内应力) )： 是由于塑性变形中形成的大量晶体缺陷所导致。是由于塑性变形中形成的大量晶体缺陷所导致。是由于塑性变形中形成的大量晶体缺陷所导致。是由于塑性变形中形成的大量晶体缺陷所导致。 作用范围为几十至几百纳米。作用范围为几十至几百纳米。作用范围为几十至几百纳米。作用范围为几十至几百纳米。2021/6/42021/6/46767影响：影响：

82、 第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的 主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。 内应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起零件加工、淬火过内应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起零件加工、淬火过内应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起零件加工、淬火过内应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起零件加工、

83、淬火过 程中的变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，通常要进行程中的变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，通常要进行程中的变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，通常要进行程中的变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，通常要进行 退火处理，以消除或降低内应力。退火处理，以消除或降低内应力。退火处理，以消除或降低内应力。退火处理，以消除或降低内应力。 表面压应力可提高抗疲劳强度表面压应力可提高抗疲劳强度 晶界位错塞积所晶界位错塞积所引起的应力集中引起的应力集中2021/6/42021/6/468685.3 5.3 回复和再结晶回复和再结晶回复和再结晶回复和再结晶 经塑性变形的材料，由于空位、位错等结构缺陷密

84、度的增加，经塑性变形的材料，由于空位、位错等结构缺陷密度的增加，经塑性变形的材料，由于空位、位错等结构缺陷密度的增加，经塑性变形的材料，由于空位、位错等结构缺陷密度的增加， 以及畸变能的升高，将处于热力学不稳定的高自由能状态，具以及畸变能的升高，将处于热力学不稳定的高自由能状态，具以及畸变能的升高，将处于热力学不稳定的高自由能状态，具以及畸变能的升高，将处于热力学不稳定的高自由能状态，具 有有有有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势自发恢复到变形前低自由能状态的趋势自发恢复到变形前低自由能状态的趋势自发恢复到变形前低自由能状态的趋势。 常温下，原子扩散能力小常温下，原子扩散能力小常温下，原子扩散

85、能力小常温下，原子扩散能力小, ,不稳定状态可长时间维持。不稳定状态可长时间维持。不稳定状态可长时间维持。不稳定状态可长时间维持。加热可使加热可使加热可使加热可使 原子扩散能力增加，冷变形金属将依次发生回复、再结晶和晶原子扩散能力增加，冷变形金属将依次发生回复、再结晶和晶原子扩散能力增加，冷变形金属将依次发生回复、再结晶和晶原子扩散能力增加，冷变形金属将依次发生回复、再结晶和晶 粒长大粒长大粒长大粒长大。 2021/6/42021/6/469695.3.1 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组织与性能变化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组织

86、与性能变化 1 1 组织的变化组织的变化组织的变化组织的变化 回复：晶粒的形态和大小与变形态相同，但亚结构及性能已有回复：晶粒的形态和大小与变形态相同，但亚结构及性能已有回复：晶粒的形态和大小与变形态相同，但亚结构及性能已有回复：晶粒的形态和大小与变形态相同，但亚结构及性能已有 变化。变化。变化。变化。 再结晶：出现无畸变的等轴晶粒，逐步取代变形晶粒。再结晶：出现无畸变的等轴晶粒，逐步取代变形晶粒。再结晶：出现无畸变的等轴晶粒，逐步取代变形晶粒。再结晶：出现无畸变的等轴晶粒，逐步取代变形晶粒。 晶粒长大：再结晶结束后的晶粒继续长大。晶粒长大：再结晶结束后的晶粒继续长大。晶粒长大：再结晶结束后的

87、晶粒继续长大。晶粒长大：再结晶结束后的晶粒继续长大。加热时间延长或加热温度升高加热时间延长或加热温度升高加热时间延长或加热温度升高加热时间延长或加热温度升高 冷变形态冷变形态冷变形态冷变形态回复回复回复回复再结晶再结晶再结晶再结晶晶粒长大晶粒长大晶粒长大晶粒长大2021/6/42021/6/47070冷变形黄铜在冷变形黄铜在冷变形黄铜在冷变形黄铜在580580保温时保温时保温时保温时回复、回复、回复、回复、再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片冷变形量为冷变形量为冷变形量为冷变形量为3838的组织

88、的组织的组织的组织580C580C保温保温保温保温3 3秒后的组织秒后的组织秒后的组织秒后的组织580C580C保温保温保温保温4 4秒后的组织秒后的组织秒后的组织秒后的组织580C580C保温保温保温保温8 8秒后的组织秒后的组织秒后的组织秒后的组织580C580C保温保温保温保温1515分后的组织分后的组织分后的组织分后的组织700C700C保温保温保温保温1010分后的组织分后的组织分后的组织分后的组织2021/6/42021/6/471712 2 性能的变化性能的变化性能的变化性能的变化 强度和硬度：强度和硬度：强度和硬度：强度和硬度： 回复阶段变化小，回复阶段变化小，回复阶段变化小，

89、回复阶段变化小， 再结晶阶段变化大再结晶阶段变化大再结晶阶段变化大再结晶阶段变化大( (与位错密度有关与位错密度有关与位错密度有关与位错密度有关) ) 电阻：电阻：电阻：电阻： 回复阶段已有大的变化回复阶段已有大的变化回复阶段已有大的变化回复阶段已有大的变化( (与点缺陷有关与点缺陷有关与点缺陷有关与点缺陷有关) ) 内应力：内应力：内应力：内应力： 回复阶段消除大部或全部内应力，回复阶段消除大部或全部内应力，回复阶段消除大部或全部内应力，回复阶段消除大部或全部内应力， 再结晶阶段全部消除微观内应力再结晶阶段全部消除微观内应力再结晶阶段全部消除微观内应力再结晶阶段全部消除微观内应力 亚晶粒尺寸

90、：亚晶粒尺寸：亚晶粒尺寸：亚晶粒尺寸： 回复阶段变化小，回复阶段变化小，回复阶段变化小，回复阶段变化小， 接近再结晶时，显著增大接近再结晶时，显著增大接近再结晶时，显著增大接近再结晶时，显著增大 密度：密度：密度：密度： 再结晶阶段急剧增高再结晶阶段急剧增高再结晶阶段急剧增高再结晶阶段急剧增高( (缺陷减少缺陷减少缺陷减少缺陷减少) ) 储存能的变化：储存能的变化：储存能的变化：储存能的变化： 再结晶阶段释放多再结晶阶段释放多再结晶阶段释放多再结晶阶段释放多 2021/6/42021/6/472725.3.2 5.3.2 回复回复回复回复1 1回复动力学回复动力学回复动力学回复动力学 回复是冷

91、变形金属在退火时发生组织性能变化的回复是冷变形金属在退火时发生组织性能变化的回复是冷变形金属在退火时发生组织性能变化的回复是冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早期阶段早期阶段早期阶段早期阶段， 在此阶段内物理或力学性能的在此阶段内物理或力学性能的在此阶段内物理或力学性能的在此阶段内物理或力学性能的回复是随温度和时间而变化回复是随温度和时间而变化回复是随温度和时间而变化回复是随温度和时间而变化的的的的 定义剩余应变硬化分数（定义剩余应变硬化分数（定义剩余应变硬化分数（定义剩余应变硬化分数（1-R1-R），），），）， R R为屈服强度回复率为屈服强度回复率为屈服强度回复率为屈服强度回复率 mm

92、：变形后的屈服强度：变形后的屈服强度：变形后的屈服强度：变形后的屈服强度 r r ：回复后的屈服强度：回复后的屈服强度：回复后的屈服强度：回复后的屈服强度 0 0 ：完全退火后的屈服强度：完全退火后的屈服强度：完全退火后的屈服强度：完全退火后的屈服强度R =R =（ mm-r r）/ /（ mm-0 0）2021/6/42021/6/47373 回复是一个驰豫过程，其特点：回复是一个驰豫过程，其特点：回复是一个驰豫过程，其特点：回复是一个驰豫过程，其特点： 没有孕育期；没有孕育期；没有孕育期；没有孕育期； 在一定温度下，初期回复率大，在一定温度下，初期回复率大，在一定温度下，初期回复率大，在一

93、定温度下，初期回复率大， 随后逐渐变慢，直至趋近于零；随后逐渐变慢，直至趋近于零；随后逐渐变慢，直至趋近于零；随后逐渐变慢，直至趋近于零； 预变形量越大，起始回复率也越快预变形量越大，起始回复率也越快预变形量越大，起始回复率也越快预变形量越大，起始回复率也越快 每一温度的回复程度有一极限值，每一温度的回复程度有一极限值，每一温度的回复程度有一极限值，每一温度的回复程度有一极限值， 温度越高，该值越高，达到极限值所需时间越短；温度越高，该值越高，达到极限值所需时间越短；温度越高，该值越高，达到极限值所需时间越短；温度越高，该值越高，达到极限值所需时间越短；2021/6/42021/6/47474

94、x x0 0表示开始时性能增量的残留分数。表示开始时性能增量的残留分数。表示开始时性能增量的残留分数。表示开始时性能增量的残留分数。在不同温度下，如以在不同温度下，如以在不同温度下，如以在不同温度下，如以回复回复回复回复到相同程度作比较到相同程度作比较到相同程度作比较到相同程度作比较，可得：，可得：，可得：，可得：根据根据根据根据lnt(1/T)lnt(1/T), ,可求出回复激活能可求出回复激活能可求出回复激活能可求出回复激活能 回复特征可用一级反应方程表示回复特征可用一级反应方程表示回复特征可用一级反应方程表示回复特征可用一级反应方程表示t t为恒温下的加热时间，为恒温下的加热时间，为恒温

95、下的加热时间，为恒温下的加热时间，x x为冷变形导致的性能增量经加热后的为冷变形导致的性能增量经加热后的为冷变形导致的性能增量经加热后的为冷变形导致的性能增量经加热后的残余分数，残余分数，残余分数，残余分数，c c为与材料和温度有关的比例常数为与材料和温度有关的比例常数为与材料和温度有关的比例常数为与材料和温度有关的比例常数。 积分得：积分得：积分得：积分得：回复的程度不同，回复的程度不同，回复的程度不同，回复的程度不同，QQ不同，即不同的回复阶段，回复机制不同。不同，即不同的回复阶段，回复机制不同。不同，即不同的回复阶段，回复机制不同。不同，即不同的回复阶段，回复机制不同。回复阶段为扩散过程

96、，因此也是热激活过程，回复阶段为扩散过程，因此也是热激活过程，回复阶段为扩散过程，因此也是热激活过程，回复阶段为扩散过程，因此也是热激活过程，2021/6/42021/6/475752 2 回复机制回复机制回复机制回复机制a. a.低温回复：低温回复：低温回复：低温回复： 点缺陷的迁移点缺陷的迁移点缺陷的迁移点缺陷的迁移，且其密度急剧下降，且其密度急剧下降，且其密度急剧下降，且其密度急剧下降， 对点缺陷敏感的电阻率明显降低。对点缺陷敏感的电阻率明显降低。对点缺陷敏感的电阻率明显降低。对点缺陷敏感的电阻率明显降低。 b. b. 中温回复：中温回复：中温回复：中温回复： 位错滑移和重新分布位错滑移

97、和重新分布位错滑移和重新分布位错滑移和重新分布 c. c. 高温回复高温回复高温回复高温回复(0.3T(0.3Tmm) )： 刃型位错可以获得足够能量刃型位错可以获得足够能量刃型位错可以获得足够能量刃型位错可以获得足够能量攀移攀移攀移攀移， 并发生并发生并发生并发生多边化多边化多边化多边化 多边化即位错通过滑移和攀移，在沿垂直于滑移面方向上排多边化即位错通过滑移和攀移，在沿垂直于滑移面方向上排多边化即位错通过滑移和攀移，在沿垂直于滑移面方向上排多边化即位错通过滑移和攀移，在沿垂直于滑移面方向上排 列，形成具有一定取向差的位错墙列，形成具有一定取向差的位错墙列，形成具有一定取向差的位错墙列，形成

98、具有一定取向差的位错墙( (小角度晶界小角度晶界小角度晶界小角度晶界) )，由此产生亚，由此产生亚，由此产生亚，由此产生亚 晶，这种结构称为多边化结构。晶，这种结构称为多边化结构。晶，这种结构称为多边化结构。晶，这种结构称为多边化结构。 层错能高的金属易发生多边化，层错能高的金属易发生多边化，层错能高的金属易发生多边化，层错能高的金属易发生多边化， 层错能低的多边化困难层错能低的多边化困难层错能低的多边化困难层错能低的多边化困难 在随后的过程中，亚晶粒将迁移而使亚晶粒合并长大在随后的过程中，亚晶粒将迁移而使亚晶粒合并长大在随后的过程中，亚晶粒将迁移而使亚晶粒合并长大在随后的过程中，亚晶粒将迁移

99、而使亚晶粒合并长大2021/6/42021/6/47676 在回复阶段，金属组织变化在回复阶段，金属组织变化在回复阶段，金属组织变化在回复阶段，金属组织变化 不明显，因位错密度下降的不明显，因位错密度下降的不明显，因位错密度下降的不明显，因位错密度下降的 不多，其强度、硬度略有下不多，其强度、硬度略有下不多，其强度、硬度略有下不多，其强度、硬度略有下 降，塑性略有升高降，塑性略有升高降，塑性略有升高降，塑性略有升高 在回复阶段，晶体内弹性应在回复阶段，晶体内弹性应在回复阶段，晶体内弹性应在回复阶段，晶体内弹性应 变基本消除，所以内应力降变基本消除，所以内应力降变基本消除，所以内应力降变基本消除

100、，所以内应力降 低明显。低明显。低明显。低明显。 工业上，常利用回复现象将工业上，常利用回复现象将工业上，常利用回复现象将工业上，常利用回复现象将 冷变形金属低温加热，既降冷变形金属低温加热，既降冷变形金属低温加热，既降冷变形金属低温加热，既降 低其内应力稳定组织又保留低其内应力稳定组织又保留低其内应力稳定组织又保留低其内应力稳定组织又保留 加工硬化，这种热处理方法加工硬化，这种热处理方法加工硬化，这种热处理方法加工硬化，这种热处理方法 称称称称去应力退火去应力退火去应力退火去应力退火。2021/6/42021/6/477775.3.3 5.3.3 再结晶再结晶再结晶再结晶 再结晶是冷变形金属

101、再结晶是冷变形金属再结晶是冷变形金属再结晶是冷变形金属加热到加热到加热到加热到 一定温度一定温度一定温度一定温度后，在原变形组织后，在原变形组织后，在原变形组织后，在原变形组织 中重新中重新中重新中重新产生了无畸变的新晶产生了无畸变的新晶产生了无畸变的新晶产生了无畸变的新晶 粒粒粒粒，性能性能性能性能发生明显的变化并发生明显的变化并发生明显的变化并发生明显的变化并 恢复到变形前恢复到变形前恢复到变形前恢复到变形前状况的过程。状况的过程。状况的过程。状况的过程。 再结晶是再结晶是再结晶是再结晶是显微组织重新改组显微组织重新改组显微组织重新改组显微组织重新改组 的过程，可以基本消除加工的过程，可以

102、基本消除加工的过程，可以基本消除加工的过程，可以基本消除加工 硬化的影响。硬化的影响。硬化的影响。硬化的影响。 驱动力：金属回复后仍未释驱动力：金属回复后仍未释驱动力：金属回复后仍未释驱动力：金属回复后仍未释 放的储存能放的储存能放的储存能放的储存能( (相当于变形总储相当于变形总储相当于变形总储相当于变形总储 存能的存能的存能的存能的90%)90%)。1 1 再结晶过程再结晶过程再结晶过程再结晶过程 是一个是一个是一个是一个形核和长大形核和长大形核和长大形核和长大的过程：的过程：的过程：的过程： 再结晶晶核再结晶晶核再结晶晶核再结晶晶核 长大长大长大长大 再结晶再结晶再结晶再结晶无晶体结构和

103、化学成分的变化无晶体结构和化学成分的变化无晶体结构和化学成分的变化无晶体结构和化学成分的变化：不是相变：不是相变：不是相变：不是相变2021/6/42021/6/47878a. a. 形核：存在于形核：存在于形核：存在于形核：存在于局部高能量区局部高能量区局部高能量区局部高能量区，以多边化形成的，以多边化形成的，以多边化形成的，以多边化形成的亚晶为基础亚晶为基础亚晶为基础亚晶为基础形核形核形核形核 (1) (1) 晶界晶界晶界晶界凸出形核凸出形核凸出形核凸出形核变形度变形度变形度变形度较小较小较小较小，晶粒之间变形不均匀，晶粒之间变形不均匀，晶粒之间变形不均匀，晶粒之间变形不均匀 A A晶粒变

104、形小，亚晶尺寸大；晶粒变形小，亚晶尺寸大；晶粒变形小，亚晶尺寸大；晶粒变形小，亚晶尺寸大； B B晶粒变形大，亚晶尺寸小。晶粒变形大，亚晶尺寸小。晶粒变形大，亚晶尺寸小。晶粒变形大，亚晶尺寸小。 A A晶粒中的某些亚晶凸入晶粒中的某些亚晶凸入晶粒中的某些亚晶凸入晶粒中的某些亚晶凸入B B晶粒中，吞噬晶粒中，吞噬晶粒中，吞噬晶粒中，吞噬B B晶粒中的亚晶，晶粒中的亚晶，晶粒中的亚晶，晶粒中的亚晶， 形成无畸变的再结晶晶核，降低系统的自由能。形成无畸变的再结晶晶核，降低系统的自由能。形成无畸变的再结晶晶核，降低系统的自由能。形成无畸变的再结晶晶核，降低系统的自由能。SEM-SEM-再结晶晶粒在原再

105、结晶晶粒在原再结晶晶粒在原再结晶晶粒在原变形组织晶界上形核变形组织晶界上形核变形组织晶界上形核变形组织晶界上形核2021/6/42021/6/47979(2) 亚晶亚晶形核形核可以形成于晶粒内部可以形成于晶粒内部亚晶合并机制亚晶合并机制位错的运动使一些亚晶界上的位错转移到周围其它亚晶上，导位错的运动使一些亚晶界上的位错转移到周围其它亚晶上，导 致致亚晶的合并亚晶的合并；合并后的亚晶的晶界上位错密度增加，逐渐转化为合并后的亚晶的晶界上位错密度增加，逐渐转化为大角度晶界大角度晶界， 从而具有更大的迁移率，这种晶界移动后留下无畸变的晶体，从而具有更大的迁移率，这种晶界移动后留下无畸变的晶体， 构成再

106、结晶核心构成再结晶核心此机制常出现在变形程度此机制常出现在变形程度较大较大且具有且具有高层错能高层错能的金属中。的金属中。2021/6/42021/6/48080亚晶迁移机制亚晶迁移机制亚晶迁移机制亚晶迁移机制 位错密度较高的亚晶界位错密度较高的亚晶界位错密度较高的亚晶界位错密度较高的亚晶界，其两侧的亚晶位相差大；，其两侧的亚晶位相差大；，其两侧的亚晶位相差大；，其两侧的亚晶位相差大； 在加热过程中这些在加热过程中这些在加热过程中这些在加热过程中这些亚晶界容易迁移而成为大角度晶界亚晶界容易迁移而成为大角度晶界亚晶界容易迁移而成为大角度晶界亚晶界容易迁移而成为大角度晶界，从而成，从而成，从而成，

107、从而成为再结晶核心为再结晶核心为再结晶核心为再结晶核心 此机制常出现在变形程度此机制常出现在变形程度此机制常出现在变形程度此机制常出现在变形程度很大很大很大很大且具有且具有且具有且具有低层错能低层错能低层错能低层错能的材料中。的材料中。的材料中。的材料中。上述两机制上述两机制上述两机制上述两机制大角度晶界形成是前提大角度晶界形成是前提大角度晶界形成是前提大角度晶界形成是前提迁移、长大。迁移、长大。迁移、长大。迁移、长大。依靠依靠依靠依靠亚晶粒的粗化亚晶粒的粗化亚晶粒的粗化亚晶粒的粗化来实现，可以在原变形组织晶粒内形核来实现，可以在原变形组织晶粒内形核来实现，可以在原变形组织晶粒内形核来实现，可

108、以在原变形组织晶粒内形核形变度的增大会产生更多的亚晶而有利于再结晶形核形变度的增大会产生更多的亚晶而有利于再结晶形核形变度的增大会产生更多的亚晶而有利于再结晶形核形变度的增大会产生更多的亚晶而有利于再结晶形核 再结晶后的晶粒随着变形度的增大而变细再结晶后的晶粒随着变形度的增大而变细再结晶后的晶粒随着变形度的增大而变细再结晶后的晶粒随着变形度的增大而变细。2021/6/42021/6/48181铁素体变形铁素体变形80%670加热加热650加热加热b. b. 长大长大长大长大 长大是再结晶长大是再结晶长大是再结晶长大是再结晶晶核晶核晶核晶核形成之形成之形成之形成之 后，借界面的移动向周围后，借界

109、面的移动向周围后，借界面的移动向周围后，借界面的移动向周围 畸变区域畸变区域畸变区域畸变区域长大长大长大长大的过程。的过程。的过程。的过程。 驱动力是新晶粒与周围畸驱动力是新晶粒与周围畸驱动力是新晶粒与周围畸驱动力是新晶粒与周围畸 变母体之间的应变能差。变母体之间的应变能差。变母体之间的应变能差。变母体之间的应变能差。 低能区兼并高能区低能区兼并高能区低能区兼并高能区低能区兼并高能区 当变形晶体全部形成无畸当变形晶体全部形成无畸当变形晶体全部形成无畸当变形晶体全部形成无畸 变的等轴晶粒为止，再结变的等轴晶粒为止，再结变的等轴晶粒为止，再结变的等轴晶粒为止，再结 晶结束。晶结束。晶结束。晶结束。

110、区别于再结晶晶粒长大区别于再结晶晶粒长大区别于再结晶晶粒长大区别于再结晶晶粒长大2021/6/42021/6/482822 2 再结晶动力学再结晶动力学再结晶动力学再结晶动力学1 1）再结晶的特点）再结晶的特点）再结晶的特点）再结晶的特点 再结晶过程有再结晶过程有再结晶过程有再结晶过程有孕育期孕育期孕育期孕育期； 再结晶刚开始速度慢，逐步再结晶刚开始速度慢，逐步再结晶刚开始速度慢，逐步再结晶刚开始速度慢，逐步 加快，到再结晶分数为加快，到再结晶分数为加快，到再结晶分数为加快，到再结晶分数为50%50% 时速度最快，随后逐渐变慢时速度最快，随后逐渐变慢时速度最快，随后逐渐变慢时速度最快，随后逐渐

111、变慢 再结晶过程取决于形核率再结晶过程取决于形核率再结晶过程取决于形核率再结晶过程取决于形核率 和长大速率和长大速率和长大速率和长大速率GG的大小；的大小；的大小；的大小； 恒恒恒恒温温温温动动动动力力力力学学学学曲曲曲曲线线线线2021/6/42021/6/483832 2）恒温下恒温下恒温下恒温下，再结晶，再结晶，再结晶，再结晶体积分数体积分数体积分数体积分数与与与与保温时间保温时间保温时间保温时间的关系的关系的关系的关系 阿弗拉密方程（阿弗拉密方程（阿弗拉密方程（阿弗拉密方程（AvramiAvrami） 针对针对针对针对恒温恒温恒温恒温再结晶时形核率再结晶时形核率再结晶时形核率再结晶时形

112、核率 随时间随时间随时间随时间t t的增加而呈指数关系衰减的增加而呈指数关系衰减的增加而呈指数关系衰减的增加而呈指数关系衰减 再结晶的体积分数：再结晶的体积分数：再结晶的体积分数：再结晶的体积分数：或：或：或：或：作作作作曲线，可以求曲线，可以求曲线，可以求曲线，可以求lgBlgB和和和和K K。2021/6/42021/6/484843) 3) 等温等温等温等温温度温度温度温度对对对对再结晶速率再结晶速率再结晶速率再结晶速率的影响的影响的影响的影响 等温温度与再结晶速率的关系：等温温度与再结晶速率的关系：等温温度与再结晶速率的关系：等温温度与再结晶速率的关系： 再结晶速率与产生某一再结晶体积

113、分数的时间成反比再结晶速率与产生某一再结晶体积分数的时间成反比再结晶速率与产生某一再结晶体积分数的时间成反比再结晶速率与产生某一再结晶体积分数的时间成反比 ：可以比较不同温度下等温退火再结晶达到同样程度时所需时间。可以比较不同温度下等温退火再结晶达到同样程度时所需时间。可以比较不同温度下等温退火再结晶达到同样程度时所需时间。可以比较不同温度下等温退火再结晶达到同样程度时所需时间。 即即即即 ：因此：因此：因此：因此：或：或：或：或： 以以以以 所用时间所用时间所用时间所用时间t t作为比较标准，根据作为比较标准，根据作为比较标准，根据作为比较标准，根据lgt1/Tlgt1/T的关系，可以的关系

114、，可以的关系，可以的关系，可以 求得再结晶激活能。求得再结晶激活能。求得再结晶激活能。求得再结晶激活能。 激活能为定值，不同于回复过程中，激活能因回复程度而改变。激活能为定值，不同于回复过程中，激活能因回复程度而改变。激活能为定值，不同于回复过程中，激活能因回复程度而改变。激活能为定值，不同于回复过程中，激活能因回复程度而改变。 在两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时，可得：在两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时，可得：在两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时，可得：在两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时，可得： 2021/6/42021/6/485853 3 再结晶温度及其影响

115、因素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及其影响因素1 1）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最低温度冷变形金属开始进行再结晶的最低温度冷变形金属开始进行再结晶的最低温度冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。 一般以显微镜中出现第一颗新晶粒的温度或硬度下降一般以显微镜中出现第一颗新晶粒的温度或硬度下降一般以显微镜中出现第一颗新晶粒的温度或硬度下降一般以显微镜中出现第一颗新晶粒的温度或硬度下降50%50%所所所所 对应的温度定为再结晶温度。对应的温度定为再结晶温度。对应的温度定为再结晶温度。对应的温度定为再结晶温度。 工业上通常以经过

116、大变形量（工业上通常以经过大变形量（工业上通常以经过大变形量（工业上通常以经过大变形量（70%70%以上）的冷变形金属，以上）的冷变形金属，以上）的冷变形金属，以上）的冷变形金属， 经经经经1 1 小时退火完成再结晶（转变量大于小时退火完成再结晶（转变量大于小时退火完成再结晶（转变量大于小时退火完成再结晶（转变量大于95%95%）所对应的温度为再）所对应的温度为再）所对应的温度为再）所对应的温度为再 结晶温度。结晶温度。结晶温度。结晶温度。工业纯金属，经强烈冷变形工业纯金属，经强烈冷变形工业纯金属，经强烈冷变形工业纯金属，经强烈冷变形 T TR R(0.350.4)T(0.350.4)TMM2

117、021/6/42021/6/48686思考题：思考题：思考题：思考题：1 1、有人将工业纯铝在室温下进行大变形量轧制使其成为薄片试、有人将工业纯铝在室温下进行大变形量轧制使其成为薄片试、有人将工业纯铝在室温下进行大变形量轧制使其成为薄片试、有人将工业纯铝在室温下进行大变形量轧制使其成为薄片试样，所测得的室温强度表明试样呈冷加工状态；然后将试样样，所测得的室温强度表明试样呈冷加工状态；然后将试样样，所测得的室温强度表明试样呈冷加工状态；然后将试样样，所测得的室温强度表明试样呈冷加工状态；然后将试样加热到加热到加热到加热到373K373K，保温，保温，保温，保温12d12d，再冷却后测得室温强度明

118、显降低。试，再冷却后测得室温强度明显降低。试，再冷却后测得室温强度明显降低。试，再冷却后测得室温强度明显降低。试验者查得工业纯铝的验者查得工业纯铝的验者查得工业纯铝的验者查得工业纯铝的T T再再再再=423K=423K，所以他不认为是发生再结晶，所以他不认为是发生再结晶，所以他不认为是发生再结晶，所以他不认为是发生再结晶的原因。请说出你自己的看法，并设法证明你的设想。的原因。请说出你自己的看法，并设法证明你的设想。的原因。请说出你自己的看法，并设法证明你的设想。的原因。请说出你自己的看法，并设法证明你的设想。2021/6/42021/6/487872 2）再结晶温度的影响因素）再结晶温度的影响

119、因素）再结晶温度的影响因素）再结晶温度的影响因素a. a. 变形程度的影响变形程度的影响变形程度的影响变形程度的影响 冷变形量越大冷变形量越大冷变形量越大冷变形量越大，再结晶驱动力越大，再结晶，再结晶驱动力越大，再结晶，再结晶驱动力越大，再结晶，再结晶驱动力越大，再结晶温度越低温度越低温度越低温度越低； 变形量达到一定变形量达到一定变形量达到一定变形量达到一定程度后，再结晶温度程度后，再结晶温度程度后，再结晶温度程度后，再结晶温度趋于稳定趋于稳定趋于稳定趋于稳定 给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量（给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量（给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量（给定温度下发

120、生再结晶需要一个最小变形量（临界变形度临界变形度临界变形度临界变形度）2021/6/42021/6/48888b. b. 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸 原始晶粒细小，冷变形抗力大，变形后储存的能量大，晶界提原始晶粒细小，冷变形抗力大，变形后储存的能量大，晶界提原始晶粒细小，冷变形抗力大，变形后储存的能量大，晶界提原始晶粒细小，冷变形抗力大，变形后储存的能量大，晶界提供较多的形核位置，再结晶温度降低。供较多的形核位置，再结晶温度降低。供较多的形核位置，再结晶温度降低。供较多的形核位置，再结晶温度降低。 c. c. 微量溶质原子微量溶质原子微量溶质原子微量溶质原子 提高金属的再

121、结晶温度，其原因归于溶质原子的偏聚阻碍位错提高金属的再结晶温度，其原因归于溶质原子的偏聚阻碍位错提高金属的再结晶温度，其原因归于溶质原子的偏聚阻碍位错提高金属的再结晶温度，其原因归于溶质原子的偏聚阻碍位错的滑移和晶界的迁移，不利于再结晶的形核和长大的滑移和晶界的迁移，不利于再结晶的形核和长大的滑移和晶界的迁移，不利于再结晶的形核和长大的滑移和晶界的迁移，不利于再结晶的形核和长大 。d. d. 第二相粒子第二相粒子第二相粒子第二相粒子 粒子尺寸大，间距宽，有利形核，促进再结晶。粒子尺寸大，间距宽，有利形核，促进再结晶。粒子尺寸大，间距宽，有利形核，促进再结晶。粒子尺寸大，间距宽，有利形核，促进再

122、结晶。 粒子尺寸小，间距密，阻碍再结晶。粒子尺寸小，间距密，阻碍再结晶。粒子尺寸小，间距密，阻碍再结晶。粒子尺寸小，间距密，阻碍再结晶。e. e. 再结晶退火工艺参数再结晶退火工艺参数再结晶退火工艺参数再结晶退火工艺参数 加热速度过缓，储存能减小，再结晶温度上升。加热速度过缓，储存能减小，再结晶温度上升。加热速度过缓，储存能减小，再结晶温度上升。加热速度过缓，储存能减小，再结晶温度上升。 加热速度过快，来不及形核与长大，再结晶温度上升。加热速度过快，来不及形核与长大，再结晶温度上升。加热速度过快，来不及形核与长大，再结晶温度上升。加热速度过快，来不及形核与长大，再结晶温度上升。 延长保温时间会

123、降低再结晶温度。延长保温时间会降低再结晶温度。延长保温时间会降低再结晶温度。延长保温时间会降低再结晶温度。2021/6/42021/6/489894 4 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 控制再结晶后晶粒大小意义重大控制再结晶后晶粒大小意义重大控制再结晶后晶粒大小意义重大控制再结晶后晶粒大小意义重大 再结晶后的晶粒尺寸再结晶后的晶粒尺寸再结晶后的晶粒尺寸再结晶后的晶粒尺寸d d与形核率和长大速与形核率和长大速与形核率和长大速与形核率和长大速 率有关：率有关：率有关：率有关：a. a. 变形度的影响变形度的影响变形度的影响变形度的影响 临界变形度临界变形度

124、临界变形度临界变形度：给定温度下发生再结晶需：给定温度下发生再结晶需：给定温度下发生再结晶需：给定温度下发生再结晶需 要的最小变形量；临界变形度下再结晶要的最小变形量；临界变形度下再结晶要的最小变形量；临界变形度下再结晶要的最小变形量；临界变形度下再结晶 得到特别粗大晶粒。得到特别粗大晶粒。得到特别粗大晶粒。得到特别粗大晶粒。 当变形度大于临界变形度后，当变形度大于临界变形度后，当变形度大于临界变形度后，当变形度大于临界变形度后，变形度越变形度越变形度越变形度越 大，晶粒越细小大，晶粒越细小大，晶粒越细小大，晶粒越细小。b. b. 退火温度的影响退火温度的影响退火温度的影响退火温度的影响 退火

125、温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的 影响不大。影响不大。影响不大。影响不大。 降低临界变形度数值。降低临界变形度数值。降低临界变形度数值。降低临界变形度数值。 加速再结晶后的晶粒长大过程。加速再结晶后的晶粒长大过程。加速再结晶后的晶粒长大过程。加速再结晶后的晶粒长大过程。2021/6/42021/6/490905.3.4 5.3.4 晶粒长大晶粒长大晶粒长大晶粒长大 再结晶结束后，若继续再结晶结束后，若继续再结晶结束后，若继续再结晶结束后，若继续提高加热温度提高加热温度提高加热温度提高加热温度或或

126、或或延长加热时间延长加热时间延长加热时间延长加热时间，引起晶，引起晶，引起晶，引起晶 粒进一步长大的现象。粒进一步长大的现象。粒进一步长大的现象。粒进一步长大的现象。 晶粒长大的晶粒长大的晶粒长大的晶粒长大的驱动力是总晶界能的降低驱动力是总晶界能的降低驱动力是总晶界能的降低驱动力是总晶界能的降低。 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：大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大。：大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大。：大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大。：大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大。 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：少数晶粒突发性的不均匀长大。：少数晶粒突发性的不

127、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。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2. 2. 在界面能的驱动下，晶界总是向着曲率中心的方向移动。大晶在界面能的驱动下，晶界总是向着曲率中心的方向移动。大晶在界面能的驱动下，晶界总是向着曲率中心的方向移动。大晶在界面能的驱动下，晶界总是向着曲率中心的方向移动。大晶粒吞并小晶粒。粒吞并小晶粒。粒吞并小晶粒。粒吞并小晶粒。2021/6/42021/6/49191晶晶晶晶粒长大的计算机模拟粒长大的计算机模拟粒长大的计算机模拟粒长大的计算机模拟2021/6/42021/6/49292 晶粒粗大会使金属的

128、强度，尤其是塑性和韧性降低晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低 。n n的数值一般小于的数值一般小于的数值一般小于的数值一般小于1/21/2影响晶粒正常长大的因素：影响晶粒正常长大的因素：影响晶粒正常长大的因素：影响晶粒正常长大的因素：a. a.温度温度温度温度b.b. 晶粒长大实质是晶界的迁晶粒长大实质是晶界的迁晶粒长大实质是晶界的迁晶粒长大实质是晶界的迁移、扩散过程，温度是影响晶移、扩散过程，温度是影响晶移、扩散过程，温度是影响晶移、扩散过程，温度是影响晶界迁移的主要因素。界迁移的主要因素。界迁

129、移的主要因素。界迁移的主要因素。c. c.b. b. 杂质与微量合金元素杂质与微量合金元素杂质与微量合金元素杂质与微量合金元素d.d. 晶界上偏聚有微量元素晶界上偏聚有微量元素晶界上偏聚有微量元素晶界上偏聚有微量元素, , 降降降降低界面能，阻碍晶界迁移。低界面能，阻碍晶界迁移。低界面能，阻碍晶界迁移。低界面能，阻碍晶界迁移。原子穿过原子穿过原子穿过原子穿过晶界扩散晶界扩散晶界扩散晶界扩散晶界迁晶界迁晶界迁晶界迁移方向移方向移方向移方向 恒温下正常晶粒长大的关系式：恒温下正常晶粒长大的关系式：恒温下正常晶粒长大的关系式：恒温下正常晶粒长大的关系式：2021/6/42021/6/49393c.

130、c. 第二相粒子第二相粒子第二相粒子第二相粒子机械阻碍作用机械阻碍作用机械阻碍作用机械阻碍作用设设设设 b b为单位面积界面能，为单位面积界面能，为单位面积界面能，为单位面积界面能，半径为半径为半径为半径为r r的粒子前进到图的粒子前进到图的粒子前进到图的粒子前进到图b b所示位置时，与粒子接触所示位置时，与粒子接触所示位置时，与粒子接触所示位置时，与粒子接触的每一点晶界对粒子的拖的每一点晶界对粒子的拖的每一点晶界对粒子的拖的每一点晶界对粒子的拖拽力为：拽力为：拽力为：拽力为： b bsinsin ，整个边，整个边，整个边，整个边界长度为：界长度为：界长度为：界长度为：2 2 rcosrcos

131、 ，则，则，则，则边界对粒子的拖拽力边界对粒子的拖拽力边界对粒子的拖拽力边界对粒子的拖拽力( (等于等于等于等于粒子对边界运动的阻力粒子对边界运动的阻力粒子对边界运动的阻力粒子对边界运动的阻力) )为：为：为：为：F = 2F = 2 rcosrcosb bsinsin = = r r b bsin2sin2 最大阻力最大阻力最大阻力最大阻力F Fmaxmax = = r r b b 则：则：则：则：设设设设 为为为为晶粒停止长大时的平均直径晶粒停止长大时的平均直径晶粒停止长大时的平均直径晶粒停止长大时的平均直径， r r 为第二相粒子的半径，为第二相粒子的半径，为第二相粒子的半径，为第二相粒

132、子的半径，j j j j 为第二相的体积分数，为第二相的体积分数，为第二相的体积分数，为第二相的体积分数， 第二相的尺寸越小，数量越多，再结晶的晶粒越细小。第二相的尺寸越小，数量越多，再结晶的晶粒越细小。第二相的尺寸越小，数量越多，再结晶的晶粒越细小。第二相的尺寸越小，数量越多，再结晶的晶粒越细小。 2021/6/42021/6/494942 2 异常晶粒长大异常晶粒长大异常晶粒长大异常晶粒长大( (二次再结晶二次再结晶二次再结晶二次再结晶) ) 异常晶粒长大是当异常晶粒长大是当异常晶粒长大是当异常晶粒长大是当再结晶完成后再结晶完成后再结晶完成后再结晶完成后的金属继续的金属继续的金属继续的金属

133、继续加热到某一温度加热到某一温度加热到某一温度加热到某一温度 以上以上以上以上，少数晶粒突然反常长大少数晶粒突然反常长大少数晶粒突然反常长大少数晶粒突然反常长大的现象的现象的现象的现象 异常晶粒长大的基本条件异常晶粒长大的基本条件异常晶粒长大的基本条件异常晶粒长大的基本条件 正常晶粒长大过程被正常晶粒长大过程被正常晶粒长大过程被正常晶粒长大过程被分散相微粒、织构等强烈分散相微粒、织构等强烈分散相微粒、织构等强烈分散相微粒、织构等强烈阻碍阻碍阻碍阻碍，再结，再结，再结，再结 晶过程产生细小晶粒。晶过程产生细小晶粒。晶过程产生细小晶粒。晶过程产生细小晶粒。 当进一步加热时，这些阻碍正常晶粒长大的因

134、素一旦消当进一步加热时，这些阻碍正常晶粒长大的因素一旦消当进一步加热时，这些阻碍正常晶粒长大的因素一旦消当进一步加热时，这些阻碍正常晶粒长大的因素一旦消 失，少数晶粒就可能异常长大。失，少数晶粒就可能异常长大。失，少数晶粒就可能异常长大。失，少数晶粒就可能异常长大。2021/6/42021/6/495955.3.5 5.3.5 再结晶织构与退火孪晶再结晶织构与退火孪晶再结晶织构与退火孪晶再结晶织构与退火孪晶 1. 1. 再结晶织构再结晶织构再结晶织构再结晶织构 具有变形织构具有变形织构具有变形织构具有变形织构的金属经的金属经的金属经的金属经再结晶后的新晶粒若仍具有择优取向再结晶后的新晶粒若仍具

135、有择优取向再结晶后的新晶粒若仍具有择优取向再结晶后的新晶粒若仍具有择优取向， 则称为再结晶织构。则称为再结晶织构。则称为再结晶织构。则称为再结晶织构。 再结晶织构与变形织构的关系再结晶织构与变形织构的关系再结晶织构与变形织构的关系再结晶织构与变形织构的关系 与原有的织构相一致；与原有的织构相一致；与原有的织构相一致；与原有的织构相一致； 原有织构消失而代之以新的织构；原有织构消失而代之以新的织构；原有织构消失而代之以新的织构；原有织构消失而代之以新的织构； 原有织构消失不再产生新的织构。原有织构消失不再产生新的织构。原有织构消失不再产生新的织构。原有织构消失不再产生新的织构。 再结晶织构的形成

136、机制再结晶织构的形成机制再结晶织构的形成机制再结晶织构的形成机制 定向生长理论定向生长理论定向生长理论定向生长理论 晶核位向各异，只有特殊位向的容易长大。晶核位向各异，只有特殊位向的容易长大。晶核位向各异，只有特殊位向的容易长大。晶核位向各异，只有特殊位向的容易长大。 定向形核理论定向形核理论定向形核理论定向形核理论 再结晶晶核具有择优取向。再结晶晶核具有择优取向。再结晶晶核具有择优取向。再结晶晶核具有择优取向。2021/6/42021/6/496962. 2. 退火孪晶退火孪晶退火孪晶退火孪晶 退火孪晶的形态退火孪晶的形态退火孪晶的形态退火孪晶的形态 晶界交角处晶界交角处晶界交角处晶界交角处

137、(A)(A)； 贯穿晶粒的完整退火孪晶贯穿晶粒的完整退火孪晶贯穿晶粒的完整退火孪晶贯穿晶粒的完整退火孪晶(B)(B)； 一端中止于晶内的不完整孪晶一端中止于晶内的不完整孪晶一端中止于晶内的不完整孪晶一端中止于晶内的不完整孪晶(C)(C) 退火孪晶晶粒生长过程中形成的退火孪晶晶粒生长过程中形成的退火孪晶晶粒生长过程中形成的退火孪晶晶粒生长过程中形成的 堆垛层错堆垛层错堆垛层错堆垛层错 层错能低的晶体容易形成退火孪晶层错能低的晶体容易形成退火孪晶层错能低的晶体容易形成退火孪晶层错能低的晶体容易形成退火孪晶2021/6/42021/6/497975.4 5.4 金属的热加工金属的热加工金属的热加工金

138、属的热加工 冷加工与热加工的区别冷加工与热加工的区别冷加工与热加工的区别冷加工与热加工的区别 金属学中，低于再结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶金属学中，低于再结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶金属学中，低于再结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶金属学中，低于再结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶 温度的加工称为热加工。温度的加工称为热加工。温度的加工称为热加工。温度的加工称为热加工。 材料在较高温度形变时，回复和再结晶在形变过程中相继发材料在较高温度形变时，回复和再结晶在形变过程中相继发材料在较高温度形变时，回复和再结晶在形变过程中相继发材料在较高温度形变时，回复和再结晶在形变过

139、程中相继发 生，即发生动态回复和动态再结晶。生，即发生动态回复和动态再结晶。生，即发生动态回复和动态再结晶。生，即发生动态回复和动态再结晶。热加工时产生的加工硬化热加工时产生的加工硬化热加工时产生的加工硬化热加工时产生的加工硬化 很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬 化效果。化效果。化效果。化效果。 热轧时的组织变化热轧时的组织变化热轧时的组织变化热轧时的组织变化2021/6/42021/6/49898思考题：思考题

140、：思考题：思考题：1 1、今有纯、今有纯、今有纯、今有纯TiTi，AlAl，Pb 3Pb 3种铸锭，试判断它们在室温（种铸锭，试判断它们在室温（种铸锭，试判断它们在室温（种铸锭，试判断它们在室温（2020）轧）轧）轧）轧制的难易顺序，是否可以连续轧制？如果不能，应采取什么制的难易顺序，是否可以连续轧制？如果不能，应采取什么制的难易顺序，是否可以连续轧制？如果不能，应采取什么制的难易顺序，是否可以连续轧制？如果不能，应采取什么措施才能使之轧制成薄板。（已知措施才能使之轧制成薄板。（已知措施才能使之轧制成薄板。（已知措施才能使之轧制成薄板。（已知TiTi的熔点的熔点的熔点的熔点1672 1672 ，在，在，在，在883 883 以下为密排六方结构，在以下为密排六方结构，在以下为密排六方结构，在以下为密排六方结构，在883 883 以上为面心立方；以上为面心立方；以上为面心立方；以上为面心立方；AlAl的熔点的熔点的熔点的熔点为为为为660 660 ，面心立方；，面心立方；，面心立方；，面心立方；PbPb的熔点为的熔点为的熔点为的熔点为328 328 ，面心立方。），面心立方。），面心立方。），面心立方。）2021/6/42021/6/49999