工程材料第二章23-课件

钛合金六方相中的形变孪晶
多晶体的塑性变形
单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂。
晶界的影响
当位错运动到晶界附 近时，受到晶界的阻 碍而堆积起来,称为 位错的塞积。要使变 形继续进行, 则必须 增加外力, 从而使金 属的变形抗力提高。
晶粒位向的影响
由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑 性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶 粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之 协调。这种弹性 变形便成为塑性 变形晶粒的变形 阻力。由于晶粒 间的这种相互约 束，使得多晶体 金属的塑性变形 抗力提高。
晶温度越低。当预先变形程度达到一定大小后，金 属的最低再结晶温度趋于某一稳定值。 ②金属熔点 金属熔点越高, T再也越高。 ③金属的纯度 • 金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起 阻碍扩散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著提高。
• 随冷塑性变形量的增加，金属的强度、硬度提高， 塑性、韧性下降的现象称加工硬化。
• 产生加工硬化的原因：随变形量增加， 位错密度 增加，位错之间的交互作用（堆积、缠结）增强， 位错运动阻力增大，使塑性变形抗力增加.
加工硬化的意义：
1、加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不 能热处理强化的金属和合金尤为重要。
纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系:
T再=（0.35-0.4）T熔 其中T再、T熔为绝对温度。该公式只适用于纯金属。
T再℃ = (T熔℃+273)×0.4–273， 如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃
影响再结晶温度的因素为： ① 金属的预先变形度 • 金属预先变形程度越大，金属组织越不稳定，再结
再结晶后的晶粒长大
再结晶完成后，若继续升高加热温度或延 长保温时间，将发生晶粒的异常长大，得 到晶粒粗大的组织，这是一种不均匀、不 连续的长大过程，又称为二次再结晶。
再结晶温度
变形后的金属再结晶不是一个恒温过程，它是自 某一温度开始，在一个温度范围内连续进行。生 产上常规定经1小时加热能完全再结晶的最低温度 为再结晶温度。 当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低 值，称为最低再结晶温度。
2、有利于金属进行均匀的变形。由于加工硬化, 已变形部分发生硬化而停止变形, 未变形部分开始 变形。没有加工硬化, 金属就不会发生均匀的塑性 变形。
金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 有自发恢复 到稳定状态的倾向。在常温下，原子扩散能力小,不 稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增 加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。
精品
工程材料第二章23
• 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶 向相对于另一部分发生滑动的现象。
• 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和 晶向发生。因原子密度最大的晶面和晶 向之间原子间距最大，结合力最弱，产 生滑移所需切应力最小。
沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移 面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和 密排方向。
σ
粒发生滑移后，金
属便显示出明显的
塑性变形。

金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。因为金属 晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需 要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性 变形的抗力越高。
金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。因为晶 粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的 晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生 较大的塑性变形。强度和塑性同时增加,金属在 断裂前消耗的功也大，因而其韧性也较好。
多晶体的塑性变形过程
多晶体中每个晶粒的位向不同。滑移面和滑移方向接
近于最大切应力方向的晶粒先开始滑移。位错运动到 晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来，当塞积位 错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，
使相邻晶粒中原来
处于不利位向滑移
系上的位错开动，
从而使滑移由一批
晶粒传递到另一批
晶粒，当有大量晶 σ
• 再结晶是一个晶核形成和长大的过程，但不是 相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型完 全相同。
• 由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、 硬度明显下降，塑性、韧性大大提高，加工 硬化现象被消除。
•再结晶退火：生产中常把消除加工硬化的热处理 称为再结晶退火。再结晶退火温度比再结晶温度 高100-200℃。
一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。
体心立方:{110} ×﹤111﹥ 6×2=12 面心立方:{111} ×﹤110﹥ 4×3=12 密排六方: {0001} ×﹤1120﹥ 3×1=3
三种典型金属晶格的滑移系
晶格
体心立方晶格
面心立方晶格
密排六方晶格
滑移面 {110}
滑移 方向
{111} {110}
{111}
滑移系
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，
塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比 滑移面更大。因而金属的塑性，面心立方晶 格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密 排六方晶格。
滑移的实现 —— 借助位错运动。
孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另 一部分发生切变的现象。
密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体 心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生 变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形。
回复是指在加热温度较低时，由于金属 中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的 晶内某些变化。
在回复阶段，金属组织变化不明显，其 强度、硬度略有下降，塑性略有提高， 但内应力、电阻率等显著下降。 工业上，常利用回复现象将冷变形金属 低温加热，以降低内应力，保留加工硬 化，这种热处理方法称去应力退火。
• 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活 动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破 碎、拉长的晶粒变为均匀、细小的等轴晶粒。 这种冷变形组织在加热时重新形核、长大的过 程称再结晶。
通过细化晶粒同时提高金属的强度、硬度、塑性 和韧性的方法称细晶强化。
• 塑性变形对组织结构的影响 金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其 内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。 当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变 得模糊不清。塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。
由于晶粒的转动，当塑性变形达到一定程度时， 会使绝大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一 致，这种现象称织构或择优取向。