材料的形变和再结晶二

材料科学基础_第五章材料的形变和再结晶材料的形变是指材料在外力作用下发生的形状、尺寸及结构的变化。

形变可以分为弹性变形和塑性变形两种形式。

弹性变形是指物质在外力作用下只发生形状的改变，而不发生组织内部结构的改变，当外力消失时，物质能恢复到原来的形状。

塑性变形是指物质在外力作用下发生形状和内部结构的改变，当外力消失时，物质不能恢复到原来的形状。

形变过程中，材料的内部晶粒会发生滑移、动晶界和晶界迁移等变化，这些变化有助于减小材料中的位错密度，同时也能影响晶粒的尺寸、形状和分布。

当形变达到一定程度时，晶粒内部会产生高密度的位错，这会导致晶体的韧性下降，同时也容易引起晶粒的断裂和开裂。

因此，形变过程中产生的位错对材料的性能具有重要影响。

再结晶是指在材料的形变过程中，通过退火处理使晶粒重新长大，去除或减小形变过程中产生的位错和晶界等缺陷，从而改善材料的力学性能和其他性能。

再结晶的发生与材料的种类、成分、形变方式等因素有关。

再结晶可以通过两种方式实现：显微再结晶和亚显微再结晶。

显微再结晶是指晶粒在正常晶界上长大，形成新的晶粒；亚显微再结晶是指材料中的一些晶粒发生部分再结晶，形成较大的再结晶晶粒。

再结晶的发生和发展受到晶粒的尺寸、形状和分布的影响。

晶粒尺寸越小，再结晶发生越容易，且再结晶晶粒的尺寸也越小。

再结晶晶粒的尺寸和分布对材料的性能影响很大。

晶粒尺寸较小的材料通常具有优良的力学性能和高韧性，且易于加工。

因此，控制再结晶晶粒的尺寸和分布对材料的性能优化和加工有重要意义。

总之，材料的形变和再结晶是材料科学中重要的研究领域。

通过研究形变和再结晶的机制和规律，可以优化材料的性能和加工过程，从而推动材料科学的发展和应用。

5 材料的形变和再结晶材料在加工制备过程中或是制成零部件后的工作运行中都要受到外力的作用。

材料受力后要发生变形，外力较小时产生弹性变形；外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会发生断裂。

本章主要内容：一．晶体的塑性变形单晶体的塑性变形多晶体的塑性变形合金的塑性变形塑性变形对材料组织与性能的影响二．回复和再结晶冷变形金属在加热时的组织与性能变化回复再结晶晶粒长大再结晶织构与退火孪晶5.1 晶体的塑性变形塑性加工金属材料获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得一定形状、尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材。

塑性加工包括锻压、轧制、挤压、拉拔、冲压等方法。

金属在承受塑性加工时，当应力超过弹性极限后，会产生塑性变形，这对金属的结构和性能会产生重要的影响。

5.1.1 单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的两种方式：滑移孪生滑移:滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶向发生相对滑动。

滑移线：为了观察滑移现象，可将经良好抛光的单晶体金属棒试样进行适当拉伸，使之产生一定的塑性变形，即可在金属棒表面见到一条条的细线，通常称为滑移线.滑移带：在宏观及金相观察中看到的滑移带并不是单一条线，而是由一系列相互平行的更细的线所组成的，称为滑移带。

滑移系：塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。

一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系。

滑移的临界分切应力τk晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时，该滑移系方可以首先发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切应力。

滑移的特点晶体的滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分同时做整体的刚性的移动，而是通过位错在切应力作用下沿着滑移面逐步移动的结果，因此实际滑移的临界分切应力τk 比理论计算的低得多。

（滑移面为原子排列最密的面）单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，往往伴随着晶面的转动。

北京科技大学材料科学与工程专业814 材料科学基础主讲人：薛春阳第五章材料的形变和再结晶本章主要内容1.弹性和黏弹性2.晶体的塑性变形3.回复和再结晶4.热变形和动态回复、动态再结晶5.陶瓷形变的特点本章要求1.了解弹性和黏弹性的基本概念2.熟悉单晶体的塑性变形过程3.熟悉多晶体的塑性变形过程4.掌握塑性变形对材料组织和性能的影响5.掌握回复和再结晶的概念和过程6.熟悉动态回复和动态再结晶的概念和过程7.了解陶瓷变形的特点和一些基本概念应变应力b σsσe σbk s e ob εk ε变形的五个阶段：1.弹性变形2.不均匀的屈服变形3.均匀的塑性变形4.不均匀的塑性变形5.断裂阶段抗拉强度屈服强度弹性极限知识点1 弹性的不完整性定义：我们在考虑弹性变形的时候，通常只是考虑应力和应变的关系，而没有考虑时间的影响，即把物体看作是理想弹性体来处理。

但是，多数工程上应用的材料为多晶体甚至为非晶体，或者是两者皆有的物质，其内部存在着各种类型的缺陷，在弹性变形是，可能出现加载线与卸载线不重合、应变跟不上应力的变化等有别于理想弹性变形的特点的现象，我们称之为弹性的不完整性。

弹性不完整的现象主要包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后、循环韧性等1.包申格效应材料预先加载才生少量的塑性变形（4%），而后同向加载则 升高，反向加载则 下降。

此现象称之为包申格效应。

它是多晶体金属材料的普遍现象。

2.弹性后效一些实际晶体中，在加载后者卸载时，应变不是瞬时达到其平衡值，而是通过一种弛豫过程来完成其变化的。

这种在弹性极限 范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象，称之为弹性后效或者滞弹性。

3.弹性滞后由于应变落后与应力，在应力应变曲线上，使加载与卸载线不重合而是形成一段闭合回路，我们称之为弹性滞后。

弹性滞后表明，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，称之为内耗，其大小用弹性滞后环的面积度量。

塑性变形和再结晶引言在材料加工和形状塑造过程中，塑性变形和再结晶是两个重要的现象。

塑性变形是指材料在加工过程中受到外力作用而发生的形变，而再结晶是指材料经历过塑性变形后，重新形成晶粒的过程。

本文将从塑性变形和再结晶的基本概念、相关机理以及实际应用等方面进行介绍和分析。

塑性变形基本概念塑性变形是指材料在受到外力作用下发生的非弹性形变。

在塑性变形过程中，材料的晶体结构发生位移和重新排列，但并不改变其化学组成。

塑性变形可以通过施加压力、拉伸、弯曲或剪切等方式实现。

塑性变形的机制塑性变形的机制主要包括滑移、爬移和重结晶。

滑移是指晶体中的原子层沿着某一方向移动，以适应外界力的作用，从而产生形变。

爬移是指由于晶体点位错的移动引起的晶体形变。

重结晶是指材料在塑性变形过程中受到高温或其他因素的影响，原来的晶体结构破坏，重新形成新的晶粒。

塑性变形的影响因素塑性变形的影响因素包括应力、温度、变形速率和晶体结构等。

较高的应力将使材料更容易发生塑性变形，而较低的温度和较高的变形速率则有利于塑性变形的发生。

晶体结构的变化也会影响材料的塑性变形性能。

再结晶基本概念再结晶是指材料在塑性变形后，经历一系列热处理过程形成新的晶粒结构。

再结晶能够改善材料的力学性能和热稳定性，并消除塑性变形过程中产生的缺陷和应力。

再结晶的机制再结晶的机制主要包括动态再结晶和静态再结晶。

动态再结晶发生在塑性变形过程中，由于高应变速率和高温造成原来的晶体结构破坏，从而形成新的晶粒。

静态再结晶发生在塑性变形后，通过热处理将材料加热至临界温度以下，再形成新的晶粒。

再结晶的影响因素再结晶的影响因素包括温度、时间和应变等。

较高的温度和较长的时间将有利于再结晶的发生。

而较大的应变会促使再结晶的发生，因为应变能使材料的晶体结构发生变化。

应用塑性变形和再结晶在材料加工和形状塑造过程中具有重要的应用价值。

塑性变形使材料能够被轻松地塑造成所需的形状，从而实现产品的制造和加工。

第五章材料的形变和再结晶材料的形变和再结晶是材料科学与工程领域中非常重要的一个方面。

在材料的加工过程中，材料会发生形变现象，并且随着形变的进行，材料的晶粒也会重新排列，从而形成新的晶粒结构，这就是再结晶现象。

形变和再结晶对材料的性能和性质有着重大的影响，因此研究材料的形变和再结晶是十分重要的。

首先，让我们来了解一下形变现象。

形变是指材料在外力的作用下，改变其形状、大小和位置的过程。

形变可以分为弹性形变和塑性形变。

弹性形变是材料在外力作用下发生的可恢复变形，当外力消失后可以恢复到原来的形状。

而塑性形变是材料在外力作用下发生的不可恢复变形，当外力消失后不能恢复到原来的形状。

塑性形变可以进一步细分为冷加工和热加工。

冷加工是指材料在常温下进行的变形，而热加工是指材料在高温下进行的变形。

形变的过程中，材料的晶粒也会发生重排，从而影响材料的性能。

然后，我们来了解一下再结晶现象。

再结晶是指材料在塑性变形过程中，晶界和晶内发生的晶粒重排，并产生新的晶粒结构的过程。

再结晶可以恢复材料的塑性，并调整材料的晶粒结构，从而改善材料的综合性能。

再结晶可以分为两种类型：动态再结晶和静态再结晶。

动态再结晶是在连续变形中发生的再结晶，晶粒较小，形成时的应变较大。

而静态再结晶是在停止变形后发生的再结晶，晶粒较大，形成时的应变较小。

再结晶的条件包括温度、应变速率、变形温度等因素。

形变和再结晶对材料性能的影响是非常重要的。

首先，形变可以提高材料的力学性能。

塑性变形可以提高材料的强度和韧性，使材料更加适用于工程应用。

其次，再结晶能够改善材料的综合性能。

再结晶可以调整材料的晶粒结构，消除变形过程中的组织缺陷，从而提高材料的强度、塑性和韧性。

此外，再结晶还能改善材料的晶界特性，提高材料的耐腐蚀性能。

最后，让我们来看一下材料的形变和再结晶在实际应用中的一些例子。

举个例子，对于金属材料，通过冷加工可以使其产生塑性变形，从而提高其强度。

但是过多的冷加工会使材料变脆，此时需要进行热处理来进行再结晶。

《材料科学基础》名词术语（126个）第一章原子结构与键合（5个）4、物理键（次价键）:分子之间的作用力（范德瓦尔斯力）或氢键。

7、范德范德瓦耳斯力:由瞬间偶极矩和诱导偶极矩产生的分子间引力所构成的物理键。

8、二次结构:指单个高分子的大小和形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象，又称远程结构。

9、聚合度:高分子链中的重复结构单元的数目。

10、官能度：指在一个单体上能与别的单体发生键合的位置数目。

第二章固体结构（27个）18、晶体:原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性的固体。

18、非晶体:原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等的固体。

18、空间点阵:指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。

18、晶胞:在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。

20、布拉菲点阵:除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。

22、晶体结构：晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况。

23、晶面：晶体中原子构成的平面。

23、晶向：晶体中原子列的方向。

23、晶向指数：从晶列通过轴矢坐标系原点的直线上任取一格点，把该格点指数化为互质指数，就称为晶向指数，表示为[h,k,l]。

23、晶面指数：是晶面在三个结晶轴上的截距系数的倒数，当化为简单的整数比后所得到的三个整数就称为该晶面的米勒指数，表示为(h,k,l)。

26、晶带：所有平行或相交于某一晶向直线的所有晶面的组合。

26、晶面间距：指相邻两个平行晶面之间的距离。

35、金属键:自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。

38、配位数:晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。

38、致密度:晶体结构中原子体积占总体积的百分数。

42、固溶体:是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶剂原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持溶剂的晶体结构类型。

《材料科学基础》名词术语（126个）第一章原子结构与键合（5个）4、物理键（次价键）:分子之间的作用力（范德瓦尔斯力）或氢键。

7、范德范德瓦耳斯力:由瞬间偶极矩和诱导偶极矩产生的分子间引力所构成的物理键。

8、二次结构:指单个高分子的大小和形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象，又称远程结构。

9、聚合度:高分子链中的重复结构单元的数目。

10、官能度：指在一个单体上能与别的单体发生键合的位置数目。

第二章固体结构（27个）18、晶体:原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性的固体。

18、非晶体:原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等的固体。

18、空间点阵:指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。

18、晶胞:在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。

20、布拉菲点阵:除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。

22、晶体结构：晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况。

23、晶面：晶体中原子构成的平面。

23、晶向：晶体中原子列的方向。

23、晶向指数：从晶列通过轴矢坐标系原点的直线上任取一格点，把该格点指数化为互质指数，就称为晶向指数，表示为[h,k,l]。

23、晶面指数：是晶面在三个结晶轴上的截距系数的倒数，当化为简单的整数比后所得到的三个整数就称为该晶面的米勒指数，表示为(h,k,l)。

26、晶带：所有平行或相交于某一晶向直线的所有晶面的组合。

26、晶面间距：指相邻两个平行晶面之间的距离。

35、金属键:自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。

38、配位数:晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。

38、致密度:晶体结构中原子体积占总体积的百分数。

42、固溶体:是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶剂原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持溶剂的晶体结构类型。

材料的形变和再结晶一、填空题1、变形量是影响再结晶晶粒度的最主要因素。

变形量很小时，；当变形量略大于或等于值时，再结晶晶粒特别粗大；此后随变形量，晶粒尺寸变小。

再结晶完成后继续加热，在驱动下，晶粒会继续长大，其长大方式按其特点可分为：晶粒长大和晶粒长大。

2、金属塑性变形的主要方式是，其次是和。

滑移是沿着面和方向进行的。

3、冷塑性变形的金属材料在低温回复阶段，变形金属的浓度和导电率降低，内应力，但其显微组织和机械性能。

4、金属经冷塑性变形后，其强度和硬度，塑性和韧性，这种现象称为强化或。

5、霍耳-配奇公式表明晶粒越细小，其强度越，塑性变形能力，是强化方法的主要依据。

6、造成二次再结晶的基本条件主要是_____。

7、固态相变的驱动力是，回复再结晶的驱动力是。

9、在拉伸单晶时，滑移面转向与外力轴成角度时最易滑移。

10、固态相变形核的驱动力是，阻力主要是和。

12、晶体拉伸滑移时，驱使滑移面转动，使滑移面力求转向与平行，而同时滑移方向也旋转向与方向重合。

14、冷变形后，再结晶后晶粒度大小的控制与、原始晶粒尺寸、和杂质有关。

16、冷塑变金属低温回复时，主要是，高温回复时，主要发生。

18、强化金属材料的方法有强化、强化、强化和强化。

二、判断题1、再结晶结束后发生晶粒长大时的驱动力主要来自高的总晶界能（）2、再结晶的驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能。

（）3、回复、再结晶及晶粒长大三个过程均是形核及核长大过程，其驱动力均为变形储能。

（）4、在结晶过程中，晶核越多，生长速率越慢，则凝固后的晶粒越细小。

（）5、材料冷变形量只要略大于临界形变量，经再结晶退火后就可获得到细晶粒组织。

（）6、冷变形金属的再结晶在形核、长大过程晶体结构和组织都发生了变化，是一个相变过程。

（）7、晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。

（）8、多边化使分散的位错集中在一起形成位错墙，因位错应力场的叠加，使点阵畸变增大。