关于材料的形变和再结晶课件
- 格式：ppt
- 大小：4.12 MB
- 文档页数：68
下载文档原格式
合集下载
材料的形变和再结晶PPT 84页PPT文档
动态再结晶(dynamic reerystallization)
概念：指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。 对于低层错能金属（Cu、Ni、γ-Fe，Mg等），由
于它们的扩展位错宽度很宽，难以通过交滑移和刃 型位错的攀移来进行动态回复，因此发生动态再结 晶的倾向性大。
docin/sundae_meng
，或者使已成形的零件改变结晶状态以改善零件 的机械性能。
docin/sundae_meng
再结晶温度是区分冷加工/热加工的分界线。 1. Sn 的再结晶温度为-3℃，故室温时对Sn加工系
热加工。 2. W的最低再结晶温度为1200℃，在1000℃下拉制
钨丝则属于温加工。 3. 热加工时，变形温度高于再结晶温度，故在变形
概念： 1. 工程上常将再结晶温度以上的加工称为热加工（
Hot working）。 2. 工程上常将再结晶温度以下的加工称为冷加工
(Cold working)。 3. 变形温度低于再结晶温度，高于室温的加工称为
温加工(Warm working)。
docin/sundae_meng
历史上的专业设置
但实际上，有些塑性变形是在加热过程中同时伴随 着回复和再结晶过程。
例如，镁合金AZ80热挤压温度为380℃，而镁合金 再结晶温度为150℃，在镁合金变形过程中同时发 生了回复和再结晶。这就是动态回复和再结晶。
doc复和动态再结晶 2. 热加工对组织与性能的影响 3. 蠕变 4. 超塑性 5. 陶瓷材料变形的特点 6. 聚合物的变形特点
docin/sundae_meng
动态回复机制
随应变量的增加，位错通过增殖，密度不断增加， 开始形成位错缠结和胞状亚结构。
热变形温度较高，为回复过程提供了热激活条件。
塑性变形与再结晶PPT课件
纯铁滑移线
纯锌机械孪晶
纯铁机械孪晶
形变孪晶的产生与金属的点阵类型和层 错能高低等因素有关，如密排六方金属 (Zn，Mg等)，易以孪生方式变形而产生 孪晶，层错能低的奥氏体不锈钢亦产生 形变孪晶。
工业纯铁为体心立方金属，它只有在 0℃以下受冲击载荷时，才易产生孪晶。
晶粒形貌的变化
随着变形度的增加，等轴晶将逐渐沿变形 方向伸长。
影响再结晶的因素
变形度：变形度越大，储能增加，再结晶驱 动力越大，再结晶温度越低，同时等温退火 时的再结晶速度越快，但当变形量大到一定 程度后，再结晶温度基本稳定。在给定温度 下，发生再结晶需要一个最小变形量（临界 变形度）低于此变形度，不发生再结晶。同 时，变形度越大，得到的再结晶晶粒越细。
当变形程度和退火保温时间一定时，退 火温度越高，再结晶速度越快，产生一
定体积分数的再结晶所需要的时间越短， 再结晶后的晶粒越粗大。
变形度70%+400℃ 退火小时
变形度70%+450℃ 退火小时
变形度70%+500℃ 退火小时
变形度70%+600℃ 退火小时
变形度70%+850℃ 退火小时
层错能低的晶体容易形成退火孪晶。
实验步骤
观察并描绘纯铁冷变形的滑移线。 观察低碳钢经5％，10％，20％，50％，70％
变形度变形后的显微组织，并描绘其组织特 征。 观察低碳钢经5％，10％，20％，30％，70％ 六种变形度变形后在850 ℃退火半小时后组织， 并用割线法测得其晶粒度。 观察低碳钢经70％变形度在400 ℃ ，450 ℃， 500 ℃，600 ℃，850 ℃退火半小时后的试样， 从中找出再结晶后晶粒大小与退火温度之间 的定性关系。 观察并描绘黄铜的退火孪晶。
第5章 材料的形变和再结晶4
steel or, lead. Platinum and white gold are, at present, the most popular materials.
White gold（白金） is an alloy of gold (i.e., it is gold and silver or palladium（钯）. This is where the concept of Karat (开，克拉) comes in. Karat is a measure of the purity of the material.
2. 晶粒越细，塑韧性提高
细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易萌生； 晶界多，裂纹不易传播，在断裂过程中可吸收较 多能量,表现出高韧性。
晶界在塑性变形中的作用
协调作用：协调相邻晶粒变形
障碍作用：阻碍滑移的进行 促进作用：高温变形时两相邻晶粒沿晶界滑动 起裂作用：晶界阻碍滑移晶界应力集中
Strength or elongation
Cu
回答：为什么钻戒不用纯金而是用白金作为托 架的问题？
利用合金固溶强化理论，白金的硬度显然比纯金的高 ，以保证钻石不会从戒指中脱落。
4）屈服现象与应变时效
①屈服现象
上屈服点：试样开始屈服时对应的应力
下屈服点：载荷首次降低的最低载荷 屈服伸长：试样在此恒定应力下的伸长
拉伸试验时， p 接近于恒定。
m'
塑形变性前，ρm很低，v很大，τ 很大；这就是上屈服点 高的原因。
3. 弥散强化 4. 加工硬化
6. 应变时效
7. 柯氏气团 8. 形变织构
Questions?
1. 为什么工程上很少用纯金属？
金属的塑性变形与再结晶
相反，原来硬取向旳滑移系，将逐渐趋于软位向， 易于滑移，称为“取向软化”。
可见在滑移过程中“取向软化”和“取向硬化”是 同步进行旳。
三、多晶体旳塑性变形
工程上使用旳金属材料大多为位向、形状、大小 不同旳晶粒构成旳多晶体，所以多晶体旳变形是 许多单晶体变形旳综合作用旳成果。多晶体内单 晶体旳变形仍是以滑移和孪生两种方式进行旳， 但因为位向不同旳晶粒是经过晶界结合在一起旳， 晶粒旳位向和晶界对变形有很大旳影响，所以多 晶体旳塑性变形较单晶体复杂。
所以对冷变形金属进行旳这种低温加热退火只能用在 保存加工硬化而降低内应力改善其他旳物理性能旳场 合。
例如冷拔高强度钢丝，利用加工硬化现象产生旳高强 度，另外，因为残余内应力对其使用有不利旳影响， 所以采用低温退火以消除残余应力。
2 .再结晶
经过回复，虽然金属中旳点缺陷大为降低， 晶格畸变有所降低，但整个变形金属旳晶粒 破碎拉长旳状态仍未变化，组织仍处于不稳 定旳状态。
1. 晶界和晶粒位向旳影响 2. 多晶体金属旳变形过程
1. 晶界和晶粒位向旳影响
晶界旳存在会增大滑移抗力，而且因多晶体中 各晶粒晶格位向旳不同，也会增大其滑移抗力， 所以多晶体金属旳变形抗力总是高于单晶体 。
金属旳晶粒愈细，金属旳强度便愈高 ，而且塑 性与韧性也较高
1.晶界和晶粒位向旳影响
为了确保变形金属旳再结晶退火质量，取得细晶粒， 有必要了解影响再结晶晶粒大小旳原因。
二、影响再结晶粒大小旳原因
变形度影响 退火温度旳影响
1.变形度影响
当变形量很小时，因为晶格畸变很小，不足以引 起再结晶，故加热时无再结晶现象，晶粒度仍保 持原来旳大小，当变形度到达某一临界值时，因 为此时金属中只有部分晶粒变形，变形极不均匀， 再结晶晶核少，且晶粒极易相互兼并长大，因而 再结晶后晶粒粗大，这种变形度即为临界变形度，
可见在滑移过程中“取向软化”和“取向硬化”是 同步进行旳。
三、多晶体旳塑性变形
工程上使用旳金属材料大多为位向、形状、大小 不同旳晶粒构成旳多晶体，所以多晶体旳变形是 许多单晶体变形旳综合作用旳成果。多晶体内单 晶体旳变形仍是以滑移和孪生两种方式进行旳， 但因为位向不同旳晶粒是经过晶界结合在一起旳， 晶粒旳位向和晶界对变形有很大旳影响，所以多 晶体旳塑性变形较单晶体复杂。
所以对冷变形金属进行旳这种低温加热退火只能用在 保存加工硬化而降低内应力改善其他旳物理性能旳场 合。
例如冷拔高强度钢丝，利用加工硬化现象产生旳高强 度，另外，因为残余内应力对其使用有不利旳影响， 所以采用低温退火以消除残余应力。
2 .再结晶
经过回复，虽然金属中旳点缺陷大为降低， 晶格畸变有所降低，但整个变形金属旳晶粒 破碎拉长旳状态仍未变化，组织仍处于不稳 定旳状态。
1. 晶界和晶粒位向旳影响 2. 多晶体金属旳变形过程
1. 晶界和晶粒位向旳影响
晶界旳存在会增大滑移抗力，而且因多晶体中 各晶粒晶格位向旳不同，也会增大其滑移抗力， 所以多晶体金属旳变形抗力总是高于单晶体 。
金属旳晶粒愈细，金属旳强度便愈高 ，而且塑 性与韧性也较高
1.晶界和晶粒位向旳影响
为了确保变形金属旳再结晶退火质量，取得细晶粒， 有必要了解影响再结晶晶粒大小旳原因。
二、影响再结晶粒大小旳原因
变形度影响 退火温度旳影响
1.变形度影响
当变形量很小时，因为晶格畸变很小，不足以引 起再结晶，故加热时无再结晶现象，晶粒度仍保 持原来旳大小，当变形度到达某一临界值时，因 为此时金属中只有部分晶粒变形，变形极不均匀， 再结晶晶核少，且晶粒极易相互兼并长大，因而 再结晶后晶粒粗大，这种变形度即为临界变形度，
第5章 材料的形变和再结晶3
R.C. Zeng et al. / Materials Science and Engineering A 509 (2009) 1 –7 R. Zeng et al. / International Journal of Fatigue 32 (2010) 411 –419
常见金属加工方法
(a) Rolling. (b) Forging (open and closed die). (c) Extrusion (direct and indirect).(d) Wire drawing. (e) Stamping.
正应力（Normal stress）的作用
作用在晶格上的正应力只能使晶格的距离加大，不能使原
子从一个平衡位置移动到另一平衡位置，不能产生塑性变形； 正应力达到破坏原子间的吸引力，晶格分离，材料则出现
断裂。
材料在正应力作用下，在应力方向虽然不能发生塑性变形， 但应力的分解在另一方向就有切应力，可使晶格沿另外的方向
三种典型晶格的滑移系
6 <11-20>
(0001)
48
面心立方 的滑移系
BCC: {110}6<111>2+{112}12<111>1+{123}24<111>1 =48
面心立方晶体中的滑移系
密排六方晶体中的滑移系
基面滑移面 圆锥滑移面
棱柱滑移面 按室温以上热激活能力的顺序密排六方镁的滑移面和滑移方向
Density)。
滑移系：由滑移面和此面上的一个滑移方向所组成。
FCC (111)Plane <110>direction
为什么滑移面往往是原子最密排的晶面？
这个问题将在后面回答
常见金属加工方法
(a) Rolling. (b) Forging (open and closed die). (c) Extrusion (direct and indirect).(d) Wire drawing. (e) Stamping.
正应力（Normal stress）的作用
作用在晶格上的正应力只能使晶格的距离加大，不能使原
子从一个平衡位置移动到另一平衡位置，不能产生塑性变形； 正应力达到破坏原子间的吸引力，晶格分离，材料则出现
断裂。
材料在正应力作用下，在应力方向虽然不能发生塑性变形， 但应力的分解在另一方向就有切应力，可使晶格沿另外的方向
三种典型晶格的滑移系
6 <11-20>
(0001)
48
面心立方 的滑移系
BCC: {110}6<111>2+{112}12<111>1+{123}24<111>1 =48
面心立方晶体中的滑移系
密排六方晶体中的滑移系
基面滑移面 圆锥滑移面
棱柱滑移面 按室温以上热激活能力的顺序密排六方镁的滑移面和滑移方向
Density)。
滑移系：由滑移面和此面上的一个滑移方向所组成。
FCC (111)Plane <110>direction
为什么滑移面往往是原子最密排的晶面？
这个问题将在后面回答
4.钢的奥氏体形变与再结晶
静态再结晶晶粒
r0、ε、T 亚晶的成长 成核＋长大 低 低 退火状态
εp——衡量动态再结晶的难易程度 图 2--15示出了εp 与Z的关系 : Z↑，εp↑ Nb、V钢：εp大， 动态再结晶困难
εp大，再结晶难
εp小，再结晶易
4.2 热加工变形后静态软化过程 热加工后，动态回复形成的组织是不稳定 的，晶内位错密度高，保持高温会发生静 态回复过程，即静态回复、静态再结晶和 亚动态再结晶。三个过程由热加工变形量 控制。 一．静态回复过程和相应的组织变化
4 ．在奥氏体再结晶区或在奥氏体未再结晶区或 在奥氏体部分再结晶区中进行多道次变形对奥 氏体晶粒有何影响？
5．看懂图2--25.
什么是再结晶区域图?它是用来说明变形中哪 些参量之间关系的? 定性画出再结晶区域图。并分析变形温度和压 下率对再结晶行为和再结晶晶粒直径的影响。
影响很大。
影响再结晶晶粒大小的主要轧制工艺参数有： １．加工温度
奥氏体区轧制，分三个温度区间： ①T≥1100℃，奥氏体晶粒均匀，但不细化 ②T＝950～1100℃，奥氏体晶粒均匀细化→细 化的铁素体晶粒 ③T＝850～950℃，未再结晶区轧制，r→α， 细化的铁素体 T↓，奥氏体晶粒细化
２．加工量
晶晶粒尺寸随变形量增大
而细化，而受变形温度的
影响较小。
３．静态再结晶动力学
X=1－exp(-Ktn) X——再结晶分数 t——时间 K、n——常数
产生X=0.5的再结晶分数所需的时间为t0.5
0.5=1－exp(-Kt0.5n)→K=0.693/t0.5n X=1－exp[-0.693(t/t0.5)n] 图2--28可见计算值与实测值相符
Ⅲ
(１) 连续动态再结晶
材料的变形课件
将再结晶完成后的金属继续加热到某一温度或是保温更长的时间， 会有少数晶粒会突然长大，迅速吞并相邻晶粒，直径可达几厘 米，最后使金属的晶粒变得非常粗大，这一现象称为晶粒的异 常长大或二次再结晶。
《材料的变形》PPT课件
四、金属的热加工
在工业生产中，钢材和许多零件的毛坯都是在加热至高温后 经压力加工而制成的。
B
D
滑移面A C (a)
B
D
滑移面A C (b)
B
D
AC 滑移面
(c)
B
D
AC (d)
B
D
AC (e)
F-R位错源
《材料的变形》PPT课件
B
D
AC (f)
二、多晶体的塑性变形与强化
实际工业生产中使用的金属材料很多都是多晶体。多晶体由许 多位向不同的单晶组成，因此其塑性变形过程也更为复杂。
多晶体塑性变形的特点
冷塑性变形引起的加工硬化，可以通过加热发生再结晶来加 以消除。如果钢在再结晶温度以上进行加工，塑性变形引起的加 工硬化便可以立即被再结晶过程所消除。因此，在再结晶温度以 上的加工称为热加工。反之，在再结晶温度以下的加工称为冷加 工。
金属在高温下强度降低而塑性提高，所以热加工的主要优点 是容易变形，且变形量大，能量消耗少，即使是脆性材料也较容 易加工。但由于金属在表面要发生氧化，所以热加工比冷加工产 品表面的粗糙度和尺寸精度都要差。一般的，冷加工适合于厚度 较小，而且尺寸精度和粗糙度要求较高的场合。厚度较大和变形 量较大的工件则需要进行热加工。在热加工工程中，金属内部同 时发生着加工硬化和再结晶软化，这种再结晶过程和加工硬化同 时进行的过程称为动态再结晶。
《材料的变形》PPT课件
孪生区域 A C EG
《材料的变形》PPT课件
四、金属的热加工
在工业生产中，钢材和许多零件的毛坯都是在加热至高温后 经压力加工而制成的。
B
D
滑移面A C (a)
B
D
滑移面A C (b)
B
D
AC 滑移面
(c)
B
D
AC (d)
B
D
AC (e)
F-R位错源
《材料的变形》PPT课件
B
D
AC (f)
二、多晶体的塑性变形与强化
实际工业生产中使用的金属材料很多都是多晶体。多晶体由许 多位向不同的单晶组成，因此其塑性变形过程也更为复杂。
多晶体塑性变形的特点
冷塑性变形引起的加工硬化，可以通过加热发生再结晶来加 以消除。如果钢在再结晶温度以上进行加工，塑性变形引起的加 工硬化便可以立即被再结晶过程所消除。因此，在再结晶温度以 上的加工称为热加工。反之，在再结晶温度以下的加工称为冷加 工。
金属在高温下强度降低而塑性提高，所以热加工的主要优点 是容易变形，且变形量大，能量消耗少，即使是脆性材料也较容 易加工。但由于金属在表面要发生氧化，所以热加工比冷加工产 品表面的粗糙度和尺寸精度都要差。一般的，冷加工适合于厚度 较小，而且尺寸精度和粗糙度要求较高的场合。厚度较大和变形 量较大的工件则需要进行热加工。在热加工工程中，金属内部同 时发生着加工硬化和再结晶软化，这种再结晶过程和加工硬化同 时进行的过程称为动态再结晶。
《材料的变形》PPT课件
孪生区域 A C EG
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
通过适当的加热和保温过程，这种趋势就会成为现实。这 种变化的表现就是一系列组织、性能的变化。
根据其显微组织及性能的变化情况，可将这种变化分为三 个阶段：回复、再结晶和晶粒长大。
14
5.3.1 冷变形金属在加热时的组织 和性能变化
关于材料的形变和再结晶
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
一、单晶体塑形变形（三种方式）： 滑移、孪生、扭折。 1、滑移：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶
向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 晶体塑性变形的不均匀性：滑移只是集中发生在一些晶面
上，滑移带或滑移线之间的晶体层片未产生变形，只是彼 此作相对位移 。 滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做 一个滑移系。
2
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
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， 该滑移系方可发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切 应力。
晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面 作刚性整体位移，而是借助位错在滑移面上运动逐步进行。
位错在运动时会遇到点阵阻力，变形过程中的相互制约和协调 性；多晶体塑性变形时要求每个晶粒至少能在5个独立的滑 移系上进行滑移。
6
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
2、晶界的影响：晶界对滑移具有阻碍效应 。
在变形过程中位错难以通过晶界，被堵塞在晶界附近。这 种在晶界附近产生的位错塞积群会对晶内的位错源产生一 反作用力。此反作用力随位错塞积的数目n而增大。
P N1 2 G ex p [(1 2 d )b]1 2 G ex p [2 b W ]
3
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
2、孪生：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面（孪 晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分作均匀的 切变、形成孪晶所产生的变形。
孪生的特点及与滑移的异同点。相同点： 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。 都存在临界分切应力。 都是晶体中的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶 向的平移。
三、合金的塑形变形：按合金组成相不同，主要可分为单 相固溶体合金和多相合金。
1、单相固溶体合金的塑性变形： 溶质原子对合金塑性变形的影响主要表现在 （1）固溶强化作用； （2）提高了塑性变形的阻力； （3）有些固溶体会出现明显的屈服点和应变时效现象。
8
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
屈服现象本质：（1）Cottrell气团理论：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溶质原子 气团，即所谓的Cottrell气团。
＝ 11＋ 22 ＝11＋22
（2）弥散分布型合金的塑性变形： 1）不可变形粒子的强化作用 2）可变形微粒的强化作用
10
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
四、塑性变形对材料组织与性能的影响： 1、显微组织的变化：晶粒内部结构出现大量的滑移带或孪
晶带；晶粒外观结构将逐渐沿其变形方向伸长；当变形量很 大时，出现纤维组织。 2、亚结构的变化：随着变形度的增大，晶体中的位错密度 迅速提高，出现胞状亚结构。 3、性能的变化：加工硬化及其他物理化学性能的变化。 4、形变织构：晶面转动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 择优取向，这种组织状态则称为形变织构。 丝织构；板织构。由于取向，造成了材料性能的各向异性。
多晶体的强度随其晶粒细化而提高。多晶体的屈服强度s
与晶 粒平 均直径 d的 关系可 用 著名的 霍 尔 —佩 奇 （ HallPetch）公式表示
1
s 0 Kd 2
在多晶体材料中往往存在一“等强温度TE”，低于TE时，晶界
强度高于晶粒内部的；高于TE时则得到相反的结果。
7
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
11
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
5．残余应力（储存能）：外力做的功中一部分储存在材料 内部。
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均匀引起，可
能引起微裂纹； 点阵畸变：作用范围是几十至几百纳米，由于工件在塑性
5
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
3、扭折：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局部弯曲，这种变形方式称为扭 折，变形区域则称为扭折带。
二、多晶体的塑性变形：多晶体中每个晶粒变形的基本方 式与单晶体相同，但由于相邻晶粒之间取向不同，以及晶 界的存在，因而多晶体的变形既需克服晶界的阻碍。
上屈服点：挣脱Cottrel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 （2）位错增殖理论
由位错理论得 m v b
位错的平均运动速度 v ( ) m ' 0
9
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
2、多相合金的塑性变形：根据尺寸大小分为 聚合型 相差不多 弥散型 细小 （1）聚合型合金的塑性变形：
4
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
孪生的特点及与滑移的不同点： 对塑性变形的贡献小，但是可以改变位向，进一步诱发 滑移。 孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。 滑移的机制是位错的产生和移动，而孪生是孪生区内的 原子沿滑移方向的均匀切变，不全位错参与。 孪生的临界分切应力大。晶体对称度越低，越容易发生 孪生。变形温度越低，加载速度越高，越容易发生孪生。
变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等） 引起的，占储存能的绝大部分（80-90%）。
12
本章 章节结构
5.1 弹性和粘弹性 5.2 晶体的塑性变形 5.3 回复和再结晶 5.4 热变形与动态回复、再结晶 5.5 陶瓷材料变形的特点 5.6 高聚物的塑性变形
13
5.3 回复和再结晶
金属经过一定程度冷塑性变形后，组织和性能都发生了明 显的变化，由于各种缺陷及内应力的产生，导致金属晶体 在热力学上处于不稳定状态，有自发向稳定态转化的趋势。
根据其显微组织及性能的变化情况，可将这种变化分为三 个阶段：回复、再结晶和晶粒长大。
14
5.3.1 冷变形金属在加热时的组织 和性能变化
关于材料的形变和再结晶
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
一、单晶体塑形变形（三种方式）： 滑移、孪生、扭折。 1、滑移：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶
向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 晶体塑性变形的不均匀性：滑移只是集中发生在一些晶面
上，滑移带或滑移线之间的晶体层片未产生变形，只是彼 此作相对位移 。 滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做 一个滑移系。
2
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
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， 该滑移系方可发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切 应力。
晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面 作刚性整体位移，而是借助位错在滑移面上运动逐步进行。
位错在运动时会遇到点阵阻力，变形过程中的相互制约和协调 性；多晶体塑性变形时要求每个晶粒至少能在5个独立的滑 移系上进行滑移。
6
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
2、晶界的影响：晶界对滑移具有阻碍效应 。
在变形过程中位错难以通过晶界，被堵塞在晶界附近。这 种在晶界附近产生的位错塞积群会对晶内的位错源产生一 反作用力。此反作用力随位错塞积的数目n而增大。
P N1 2 G ex p [(1 2 d )b]1 2 G ex p [2 b W ]
3
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
2、孪生：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面（孪 晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分作均匀的 切变、形成孪晶所产生的变形。
孪生的特点及与滑移的异同点。相同点： 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。 都存在临界分切应力。 都是晶体中的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶 向的平移。
三、合金的塑形变形：按合金组成相不同，主要可分为单 相固溶体合金和多相合金。
1、单相固溶体合金的塑性变形： 溶质原子对合金塑性变形的影响主要表现在 （1）固溶强化作用； （2）提高了塑性变形的阻力； （3）有些固溶体会出现明显的屈服点和应变时效现象。
8
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
屈服现象本质：（1）Cottrell气团理论：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溶质原子 气团，即所谓的Cottrell气团。
＝ 11＋ 22 ＝11＋22
（2）弥散分布型合金的塑性变形： 1）不可变形粒子的强化作用 2）可变形微粒的强化作用
10
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
四、塑性变形对材料组织与性能的影响： 1、显微组织的变化：晶粒内部结构出现大量的滑移带或孪
晶带；晶粒外观结构将逐渐沿其变形方向伸长；当变形量很 大时，出现纤维组织。 2、亚结构的变化：随着变形度的增大，晶体中的位错密度 迅速提高，出现胞状亚结构。 3、性能的变化：加工硬化及其他物理化学性能的变化。 4、形变织构：晶面转动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 择优取向，这种组织状态则称为形变织构。 丝织构；板织构。由于取向，造成了材料性能的各向异性。
多晶体的强度随其晶粒细化而提高。多晶体的屈服强度s
与晶 粒平 均直径 d的 关系可 用 著名的 霍 尔 —佩 奇 （ HallPetch）公式表示
1
s 0 Kd 2
在多晶体材料中往往存在一“等强温度TE”，低于TE时，晶界
强度高于晶粒内部的；高于TE时则得到相反的结果。
7
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
11
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
5．残余应力（储存能）：外力做的功中一部分储存在材料 内部。
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均匀引起，可
能引起微裂纹； 点阵畸变：作用范围是几十至几百纳米，由于工件在塑性
5
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
3、扭折：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局部弯曲，这种变形方式称为扭 折，变形区域则称为扭折带。
二、多晶体的塑性变形：多晶体中每个晶粒变形的基本方 式与单晶体相同，但由于相邻晶粒之间取向不同，以及晶 界的存在，因而多晶体的变形既需克服晶界的阻碍。
上屈服点：挣脱Cottrel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 （2）位错增殖理论
由位错理论得 m v b
位错的平均运动速度 v ( ) m ' 0
9
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
2、多相合金的塑性变形：根据尺寸大小分为 聚合型 相差不多 弥散型 细小 （1）聚合型合金的塑性变形：
4
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
孪生的特点及与滑移的不同点： 对塑性变形的贡献小，但是可以改变位向，进一步诱发 滑移。 孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。 滑移的机制是位错的产生和移动，而孪生是孪生区内的 原子沿滑移方向的均匀切变，不全位错参与。 孪生的临界分切应力大。晶体对称度越低，越容易发生 孪生。变形温度越低，加载速度越高，越容易发生孪生。
变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等） 引起的，占储存能的绝大部分（80-90%）。
12
本章 章节结构
5.1 弹性和粘弹性 5.2 晶体的塑性变形 5.3 回复和再结晶 5.4 热变形与动态回复、再结晶 5.5 陶瓷材料变形的特点 5.6 高聚物的塑性变形
13
5.3 回复和再结晶
金属经过一定程度冷塑性变形后，组织和性能都发生了明 显的变化，由于各种缺陷及内应力的产生，导致金属晶体 在热力学上处于不稳定状态，有自发向稳定态转化的趋势。