最新6材料的形变和再结晶

第五部分 材料的形变和再结晶概述：材料经变形后，不仅其外形和尺寸发生变化，还会使其内部组织和有关性能发生变化，使其处在自由焓较高的状态；分析研究材料在外力作用下的塑性变形过程、机理、组织结构与性能的影响规律，各种内外因对变形的影响及变形材料在加热过程中产生回复和再结晶现象，不仅对正确选择控制材料的加工工艺，保证产品质量是十分必要的，而且对合理使用材料，研制和发展新材料也是很重要的。

第一节 材料受力情况下的力学行为材料受力后要发生变形，外力较小时发生弹性变形，外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会产生断裂，右图为碳钢在单向拉伸时 的应力（σ）—应变（ε）曲线。

σe：弹性极限；)(2.0σσs：屈服强度；σb：抗拉强度（断裂强度）。

材料的变形形式有：弹性变形、塑性变形、黏性流动。

第二节 弹性变形和黏弹性 1.弹性变形弹性变形指外力去除后能够完全恢复的那部分变形；其本质是原子间的相互作用在平衡位置附近的体现。

弹性变形的主要特征：①理想的弹性变形是可逆变形；②在弹性变形范围内，其应力与应变之间都保持单值线性函数关系，即服从胡克定律； ③材料的最大弹性变形量随材料不同而异。

胡克定律：εσE =，γτG =，)1(2v EG +=，v 为泊松比，表征材料的侧向收缩能力，在拉伸试验中指材料的横向收缩率与纵向伸长率的比值，对于金属材料一般在0.25～0.35之间；弹性模量（E ）：表征原子间结合力强弱的物理量，是组织结构不敏感参数，添加少量合金元素或进行各种加工处理都不能对某种材料的弹性模量产生明显的影响。

工程上，弹性模量是材料刚度的度量。

2.弹性的不完整性☆弹性的不完整性：在弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合，应变的发展跟不上应力的变化等有别于理想弹性变形特点的现象。

弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等。

包申格效应考察预变形对弹性极限的影响，常见于多晶金属材料；弹性后效（滞弹性）考察恒应力下的应变滞后现象(ξ—t);弹性滞后考察连续周期性应力下的应变滞后现象(σ—t)；加载时消耗于材料的变形功与卸载时材料恢复所释放的变形功的差值称“内耗”，其大小可用弹性滞后环的面积度量。

第六章 变形金属与合金的回复与再结晶本章教学目的：1 揭示形变金属在加热过程中组织和性能变化的规律；2 揭示再结晶的实质3 说明热加工与冷加工的本质区别以及热加工的特点。

教学内容：（1）变形金属在退火过程中（回复，再结晶以及晶粒长大）过程的组织与性能变化；（2）影响再结晶的因素；（3）再结晶晶粒大小及控制；（4）热加工与冷加工重点：（1）回复与再结晶的概念和应用；（2）临界变形度的概念；（3）再结晶晶粒度的控制；（4）热加工与冷加工的区别。

难点：（1）再结晶形核机制与再结晶动力学；（2）再结晶晶粒的二次长大机理§6-1变形金属与合金在退火过程中的变化金属经冷塑性变形后，内部组织和各项性能均发生相应变化，而且由于位错等结构缺陷密度的增加以及畸变能的升高，使其处于热力学不稳定状态。

当变形金属加热时，通过原子扩散能力的增加，有助于促进向低能量状态的转变。

一、显微组织的变化第一阶段：显微组织基本上未发生变化，其晶粒仍保持纤维状或扁平状变形组织，称回复阶段。

第二阶段：以新的无畸变等轴小晶粒逐渐取代变形组织，称为再结晶阶段。

第三阶段：上述小晶粒通过互相吞并方式而长大，直至形成较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。

二、储存能及内应力的变化当变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，其中的储存能将释放出来。

回复阶段释放的储存能很小三、机械性能的变化规律回复阶段硬度变化很小，约占总变化的1/5，再结晶阶段下降较多，强度与硬度有相似的变化规律。

因为回复阶段仍保持很高的位错密度。

在再结晶阶段，硬度与强度显著下降，塑性大大提高。

四、其它性能的变化1、电阻的变化电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。

点缺陷对电阻的贡献远大于位错，而回复阶段点缺陷的密度发生显著的减小。

2、密度的变化再结晶阶段密度急剧增高。

五、亚晶粒尺寸在回复阶段前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶温度时，晶粒尺寸显著增大。

§6-2 回复一、退火温度和时间对回复过程的影响回复是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变之前所产生的某些亚结构和性能的变化过程。

实验六金属的塑性变形与再结晶（Plastic Deformation and Recrystallization of Metals）实验学时： 2实验种类：综合前修课程名称：《资料科学导论》合用专业：资料科学与工程一、实验目的1．察看显微镜下变形孪晶与退火孪晶的特色；2．认识金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化；3．议论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。

二、概括1．显微镜下的滑移线与变形孪晶金属受力超出弹性极限后，在金属中将产生塑性变形。

金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为：滑移和孪晶两种。

所谓滑移，是晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对挪动（本质为位错沿滑移面运动）的结果。

滑移后在滑移面双侧的晶体位向保持不变。

把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组渺小的台阶在显微镜下只能察看到一条黑线，即称为滑移带。

变形后的显微组织是由很多滑移带（平行的黑线）所组成。

在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特色：①各晶粒内滑移带的方向不一样（因晶粒方向各不相同）；②各晶粒之间形变程度不平均，有的晶粒内滑移带多（即变形量大），有的晶粒内滑移带少（即变形量小）；③在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒界限变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而界限滑移带稀，并可发此刻一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，常常看见双滑移现象（在面心立方晶格状况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒内部交织起来，将晶粒分红很多小块。

（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立刻直接在显微镜下察看；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消逝，察看不到。

原由是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平坦台阶，不是资料内部晶体构造的变化，样品制备过程会造成滑移带的消逝。

）另一种变形的方式为孪晶。

不易产生滑移的金属，如六方晶系的镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的一部分以必定的晶面（孪晶面或双晶面）为对称面，与晶体的另一部散发生对称挪动，这种变形方式称为孪晶或双晶。

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。