材料的形变和再结晶优秀PPT.ppt

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1、材料的形变和再结晶你现在浏览的是第一页，共78页本章讲授的主要内容晶体的塑性变形单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形合金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塑性变形对材料组织与性能的影响回复和再结晶回复和再结晶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 回复回复 再结晶再结晶 晶粒长大晶粒长大 再结晶织构与退火孪晶再结晶织构与退火孪晶你现在浏览的是第二页，共78页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

2、压等方法。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。变形，这对金属的结构和性能会产生重要的影响。你现在浏览的是第三页，共78页5.1.1 单晶体的塑性变形 单晶体单晶体:滑移滑移 孪生孪生 扭折扭折 滑移滑移 滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面部分沿一定的晶面(滑移面滑移面)的一定方向的一定方向(滑移方滑移方向向)相对于另一部分发生滑动。相对于另一部分发生滑动。你现在浏览的是第四页，共

3、78页滑移的特点滑移的特点滑移线 为了观察滑移现象，可将经良好抛光的单晶为了观察滑移现象，可将经良好抛光的单晶为了观察滑移现象，可将经良好抛光的单晶为了观察滑移现象，可将经良好抛光的单晶体金属棒试样进行适当拉伸，使之产生一定的体金属棒试样进行适当拉伸，使之产生一定的体金属棒试样进行适当拉伸，使之产生一定的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塑性变形，即可在金属棒表面见到一条条的细塑性变形，即可在金属棒表面见到一条条的细塑性变形，即可在金属棒表面见到一条条的细线，通常称为线，通常称为线，通常称为线，通常称为滑移线滑移线滑移线滑移线.与滑移带 高倍分析发

4、现：在宏观及金相观察中看到的高倍分析发现：在宏观及金相观察中看到的高倍分析发现：在宏观及金相观察中看到的高倍分析发现：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滑移带并不是单一条线，而是由一系列相互平行滑移带并不是单一条线，而是由一系列相互平行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，称为的更细的线所组成的，称为的更细的线所组成的，称为的更细的线所组成的，称为滑移带滑移带滑移带滑移带。对滑移线的观察也表明了晶体塑性变形的不对滑移线的观察也表明了晶体塑性变形的不对滑移线的观察也表明了晶体塑性变形的不对滑移线的观察也表明了晶体塑性变形的不均匀性，滑移只是

5、集中发生在一些晶面上，而均匀性，滑移只是集中发生在一些晶面上，而均匀性，滑移只是集中发生在一些晶面上，而均匀性，滑移只是集中发生在一些晶面上，而滑移带或滑移线之间的晶体层片则未产生变形，滑移带或滑移线之间的晶体层片则未产生变形，滑移带或滑移线之间的晶体层片则未产生变形，滑移带或滑移线之间的晶体层片则未产生变形，只是彼此之间作相对位移而已。只是彼此之间作相对位移而已。只是彼此之间作相对位移而已。只是彼此之间作相对位移而已。你现在浏览的是第五页，共78页滑移的特点滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果 滑移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动，而是通滑移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对

6、滑动，而是通过位错的运动来实现的。在切应力作用下，一个多余半原子面从晶过位错的运动来实现的。在切应力作用下，一个多余半原子面从晶体一侧到另一侧运动即位错自左向右移动时，晶体产生滑移。由体一侧到另一侧运动即位错自左向右移动时，晶体产生滑移。由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变形量，因此晶体发于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变形量，因此晶体发生的总变形量一定是这个方向上的原子间距的整数倍。生的总变形量一定是这个方向上的原子间距的整数倍。你现在浏览的是第六页，共78页滑移的特点滑移的特点滑移系滑移系 塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向塑性变形时位错只沿着一定的晶

7、面和晶向运动，这些晶面和晶向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分别称为分别称为分别称为“滑移面滑移面滑移面滑移面”和和和和“滑移方向滑移方向滑移方向滑移方向”滑移系滑移系滑移系滑移系 晶体结构不同，其滑移面和滑移方向也不同。晶体结构不同，其滑移面和滑移方向也不同。晶体结构不同，其滑移面和滑移方向也不同。晶体结构不同，其滑移面和滑移方向也不同。你现在浏览的是第七页，共78页滑移的特点滑移的特点滑移的临界分切应力 晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移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

8、非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移系中的分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，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。该分切应力称为滑移的临界分切应力。滑移的临界分切应力是一个真实反映单晶体受力起始屈滑移的临界分切应力是一个真实反映单晶体受力起始屈服的物理量。其数值与晶体的类型、纯度，以及温度等因服的物理量。其数值与晶体的类型、纯度，以及温度等因素有关，还与该晶体的加工和处理状态、变形速度，以及素有关，还与该晶体的加工和处理状态、变形速度，以及滑移系类型等因素有关。滑移系类型等因

9、素有关。你现在浏览的是第八页，共78页滑移的特点滑移时晶面的转动滑移时晶面的转动 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，对于只有一组滑移面的hcp，这种现象尤为明显。晶体受压变形时也要发生晶面转动，但转动的结果是使滑移面逐渐趋于与压力轴线相垂直。你现在浏览的是第九页，共78页滑移的特点多系滑移 对于具有多组滑移系的晶体，滑移首先在取向最有利的滑移系（其分切应力最大）中进行，但由于变形时晶面转动的结果，另一组滑移面上的分切应力也可能逐渐增加到足以发生滑移的临界值以上，于是晶体的滑移就可能在两组或更多的滑移面上同时进行或交替地进行，从而产生多系滑移。你现在浏览的是第十页，共7

10、8页孪生 孪生是塑性变形的另一种重要形式，它常作为滑移不易进行时的补充。孪生变形过程 你现在浏览的是第十一页，共78页孪生的特点孪生的特点（1）孪生变形也是在切应力作用下发生的，并通常出现于滑移受阻而引起的应力集中区，因此，孪生所需的临界切应力要比滑移时大得多。（2）孪生是一种均匀切变，即切变区内与孪晶面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离，且每一层原子相对于孪生面的切变量跟它与孪生面的距离成正比。（3）孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。你现在浏览的是第十二页，共78页孪晶的形成 孪晶的主要方式有三种：一是通过机械变形而产生的孪晶，也称为“变形孪晶”或“机械孪晶

11、”，它的特征通常呈透镜状或片状；二为二为“生长孪晶生长孪晶”，它包括晶体自气态（如气相沉积）、，它包括晶体自气态（如气相沉积）、液态（液相凝固）或固体中长大时形成的孪晶；液态（液相凝固）或固体中长大时形成的孪晶；三是变形金属在其再结晶退火过程中形成的孪晶，也称为“退火孪晶”，它往往以相互平行的孪晶面为界横贯整个晶粒，是在再结晶过程中通过堆垛层错的生长形成的。通常，对称性低、滑移系少的密排六方金属如Cd，Zn，Mg等往往容易出现孪生变形。你现在浏览的是第十三页，共78页讨论：滑移和孪生的比较相同方面从宏观上看二者都是晶体在剪应力作用下发生的均匀剪从宏观上看二者都是晶体在剪应力作用下发生的均匀剪切

12、变形。切变形。从微观上看二者都是晶体塑性形变的基本方式，是晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向平移。从变形机制看二者都是晶体中位错运动的结果。从变形机制看二者都是晶体中位错运动的结果。二者都不改变晶体结构。你现在浏览的是第十四页，共78页不同方面滑移不改变位向，即晶体中已滑移部分和未滑移部分的位向滑移不改变位向，即晶体中已滑移部分和未滑移部分的位向相同。孪生则改变位向即已孪生部分相同。孪生则改变位向即已孪生部分(孪晶孪晶)和未孪生部分和未孪生部分(基体基体)的位向不同，而且两部分具有特定的位向关系的位向不同，而且两部分具有特定的位向关系(对称关对称关系系)。滑移时原子的位移是沿滑移方向

13、的原子间距的整数倍，而且在滑移时原子的位移是沿滑移方向的原子间距的整数倍，而且在一个滑移面上的总化移往往很大。但孪生时原子的位移小于孪一个滑移面上的总化移往往很大。但孪生时原子的位移小于孪生方向的原子间距。生方向的原子间距。滑移时只要晶体有足够的塑性，切变可以为任意值。但孪生时滑移时只要晶体有足够的塑性，切变可以为任意值。但孪生时切变是一个确定值切变是一个确定值(由晶体结构决定由晶体结构决定)，且一般都较小。因此滑移，且一般都较小。因此滑移可以对晶体的塑性变形有很大的贡献，而孪生对塑性变形的直可以对晶体的塑性变形有很大的贡献，而孪生对塑性变形的直接贡献则非常有限。虽然由于孪生引起位向变化，可能

14、进一步接贡献则非常有限。虽然由于孪生引起位向变化，可能进一步诱发滑移，但总的来说，如果某种晶体的主要变形方式是孪生，诱发滑移，但总的来说，如果某种晶体的主要变形方式是孪生，则它往往比较脆。则它往往比较脆。你现在浏览的是第十五页，共78页不同方面虽然从宏观上看，滑移和孪生都是均匀切变，但从微观上虽然从宏观上看，滑移和孪生都是均匀切变，但从微观上看，孪生比滑移变形更均匀，因为在孪生时每相邻两层平看，孪生比滑移变形更均匀，因为在孪生时每相邻两层平行于孪生面的原子层都发生同样大小的相对位移。而滑移行于孪生面的原子层都发生同样大小的相对位移。而滑移时，相邻滑移线间的距离达到数百埃以上，相邻滑移带间时，相

15、邻滑移线间的距离达到数百埃以上，相邻滑移带间的距离则更大，但滑移只发生在滑移线处滑移线之间及的距离则更大，但滑移只发生在滑移线处滑移线之间及滑移带之间的区域均无变形，故变形是不均匀分布的。滑移带之间的区域均无变形，故变形是不均匀分布的。滑移过程比较平缓，因而相应的拉伸曲线比较光滑、连滑移过程比较平缓，因而相应的拉伸曲线比较光滑、连续。孪生往往是突然发生的，甚至可以听见急促的响声，续。孪生往往是突然发生的，甚至可以听见急促的响声，相应的拉伸曲线上出现锯齿形的脉动。相应的拉伸曲线上出现锯齿形的脉动。滑移和孪生发生的条件往往不同。晶体的对称度越低，越容易发生孪生。此外，变形温度越低，加载速率越高(如

16、冲击加载)，也越容易发生孪生。你现在浏览的是第十六页，共78页不同方面滑移有确定的(虽然是近似的)临界分切应力，而孪生是否也存在着确定的临界分切应力则尚无实验证据，但一般来说，引起孪生所需的分切应力往往高于滑移的临界分切应力。滑移是全位错运动的结果，孪生则是分位错运动的结果。你现在浏览的是第十七页，共78页如何根据变形后的样品表面形貌来区别孪晶、滑移带 比较可靠的识别方法是，先将变形后的样品表面磨光或抛光使变形痕迹(孪晶、滑移带)全部消失。再选用适当的腐刻剂腐蚀样品表面，然后在显微镜下观察。如果看不到变形痕迹(即样品表面处处衬度一样)，则该样品原来的表面形变痕迹必为滑移带。这是因为滑移不会引起

17、位向差，故表面各处腐蚀速率相同，原来光滑的平面始终保持平面，没有反差。如果在腐蚀后的样品表面上重新出现变形痕迹，则它必为孪晶因为孪晶内的位向是不同于周围未变形区域的，因而其腐蚀速率也不同于未变形区，故在表面就出现衬度不同的区域。你现在浏览的是第十八页，共78页（3）扭折 由于各种原因，晶体中不同部位的受力情况和形变方由于各种原因，晶体中不同部位的受力情况和形变方式可能有很大的差异，对于那些既不能进行滑移也不能进式可能有很大的差异，对于那些既不能进行滑移也不能进行孪生的地方，晶体将通过其他方式进行塑性变形。行孪生的地方，晶体将通过其他方式进行塑性变形。为了使晶体的形状与外力相适应，当外力超过某一

18、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。扭折变形与孪生不同，它使扭折区晶体的取向发生了不对称性的变化。扭折是一种协调性变形，它能引起应力松弛，使晶体不致断裂。并且通过晶体取向的改变是滑移系处于有利取向，进一步产生滑移。你现在浏览的是第十九页，共78页5.1.2 多晶体的塑性变形 工程上使用的金属绝大部分是多晶体。多晶体中每个晶粒的变形基本方式与单晶体相同。但由于多晶体材料中存在单晶体所不具备的晶体学特征，包括：晶粒位向不同、晶粒大小不同、晶界，因此着重讨论这些特征对变形的影响。你现在浏览的是第二十页，共78页 晶粒取向的影响，主要表现在各晶粒变形过程中的相互制

19、约和协调性。晶粒取向的影响，主要表现在各晶粒变形过程中的相互制约和协调性。多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向近于最大切应力方向(软位向软位向)，另一些晶粒的滑移面和滑移方向偏，另一些晶粒的滑移面和滑移方向偏离最大切应力方向离最大切应力方向(硬位向硬位向)。在发生滑移时，软位向晶粒先开始。在发生滑移时，软位向晶粒先开始。当位错在晶界受阻逐渐堆积时，其他晶粒发生滑移。因此多晶体变当位错在晶界受阻逐渐堆积时，其他晶粒发生滑移。因此多晶体变形时晶粒分批地逐步地变形。形时晶粒分批地逐步地变形。但多晶体中每个晶

20、粒都处于其他晶粒包围之中，它的变形必然但多晶体中每个晶粒都处于其他晶粒包围之中，它的变形必然与其邻近晶粒相互协调配合，不然就难以进行变形，甚至不能保与其邻近晶粒相互协调配合，不然就难以进行变形，甚至不能保持晶粒之间的连续性，会造成空隙而导致材料的破裂。持晶粒之间的连续性，会造成空隙而导致材料的破裂。为了使多晶体中各晶粒之间的变形得到相互协调与配合，多晶体塑性为了使多晶体中各晶粒之间的变形得到相互协调与配合，多晶体塑性变形时要求每个晶粒至少能在变形时要求每个晶粒至少能在5 5个独立的滑移系上进行滑移。个独立的滑移系上进行滑移。滑移系甚多的面心立方和体心立方晶体能满足这个条件，故它们滑移系甚多的面

21、心立方和体心立方晶体能满足这个条件，故它们的多晶体具有很好的塑性；相反，密排六方晶体由于滑移系少，晶的多晶体具有很好的塑性；相反，密排六方晶体由于滑移系少，晶粒之间的应变协调性很差，所以其多晶体的塑性变形能力可低。粒之间的应变协调性很差，所以其多晶体的塑性变形能力可低。晶粒取向的影响你现在浏览的是第二十一页，共78页 为了研究晶界的力学行为，有人为了研究晶界的力学行为，有人将同样的多晶将同样的多晶-Fe-Fe试样分别在室温试样分别在室温和高温下进行拉伸试验。这些试样和高温下进行拉伸试验。这些试样的晶界都近似垂直于试样轴。试验的晶界都近似垂直于试样轴。试验结果发现，在室温下拉伸时，靠近结果发现，

22、在室温下拉伸时，靠近晶界处试样的直径变化很小，远离晶界处试样的直径变化很小，远离晶界处则直径显著减小。在高温下晶界处则直径显著减小。在高温下拉伸时情况恰好相反：晶界附近试拉伸时情况恰好相反：晶界附近试样显著变细，远离晶界处则变化很样显著变细，远离晶界处则变化很小，如图所示。小，如图所示。晶界的影响你现在浏览的是第二十二页，共78页 试验表明，低温或室温下，晶界强而晶粒本身弱；高温下则相反。这样就必然存在着一个温度，在此温度下晶界和晶粒本身强度相等。这个温度便称为等强温度。你现在浏览的是第二十三页，共78页晶界在多晶体塑性形变中的作用协调作用 多晶体在塑性形变时各晶粒都要通过滑移或孪生而多晶体在

23、塑性形变时各晶粒都要通过滑移或孪生而变形。但由于多晶体是一个整体，各晶粒的变形不能是变形。但由于多晶体是一个整体，各晶粒的变形不能是任意的，而必须相互协调，否则在晶界处就会裂开。晶任意的，而必须相互协调，否则在晶界处就会裂开。晶界正是起着协调相邻晶粒的变形的作用。由于协调变形界正是起着协调相邻晶粒的变形的作用。由于协调变形的要求，在晶界处变形必须连续，亦即两个相邻晶粒在的要求，在晶界处变形必须连续，亦即两个相邻晶粒在晶界处的变形必须相同。晶界处的变形必须相同。你现在浏览的是第二十四页，共78页晶界在多晶体塑性形变中的作用障碍作用 在低温或室温下变形时，由于晶界比晶粒强，故滑移在低温或室温下变形

24、时，由于晶界比晶粒强，故滑移主要在晶粒内进行。它不可能穿过晶界而在相邻晶粒内主要在晶粒内进行。它不可能穿过晶界而在相邻晶粒内进行。可见，晶界限制了滑移。另一方面，由于晶界内进行。可见，晶界限制了滑移。另一方面，由于晶界内大量缺陷的应力场，使晶粒内部大量缺陷的应力场，使晶粒内部(特别是靠近晶界区特别是靠近晶界区)滑滑移更困难，或者说，需要更高的外加应力才能滑移。这移更困难，或者说，需要更高的外加应力才能滑移。这就是晶界的障碍作用。就是晶界的障碍作用。你现在浏览的是第二十五页，共78页晶界在多晶体塑性形变中的作用促进作用 在高温下变形时，由于晶界比晶粒弱，故除了晶在高温下变形时，由于晶界比晶粒弱，

25、故除了晶粒内滑移外，相邻两个晶粒还会沿着晶界发生相对滑粒内滑移外，相邻两个晶粒还会沿着晶界发生相对滑动，此称为晶界滑动。晶界滑动也造成晶体宏观塑性动，此称为晶界滑动。晶界滑动也造成晶体宏观塑性变形，但变形量往往远小于滑移和孪生引起的塑性变变形，但变形量往往远小于滑移和孪生引起的塑性变形。形。你现在浏览的是第二十六页，共78页晶界在多晶体塑性形变中的作用起裂作用 一方面，由于晶界阻碍滑移，此处往往应力集中；一方面，由于晶界阻碍滑移，此处往往应力集中；另一方面，由于杂质和脆性，第二相往往优先分布于晶另一方面，由于杂质和脆性，第二相往往优先分布于晶界，使晶界变脆；这样在变形过程中裂纹往往起源于晶界，

26、使晶界变脆；这样在变形过程中裂纹往往起源于晶界。此外，由于晶界处缺陷多，原子处于能量较高的不界。此外，由于晶界处缺陷多，原子处于能量较高的不稳定状态，在腐蚀介质作用下，晶界往往优先被腐蚀稳定状态，在腐蚀介质作用下，晶界往往优先被腐蚀(晶晶间腐蚀间腐蚀)，形成微裂纹。，形成微裂纹。你现在浏览的是第二十七页，共78页所谓晶粒度就是指晶粒的大小。它可以用单位体积材料中所谓晶粒度就是指晶粒的大小。它可以用单位体积材料中的晶粒数或单位截面面积内的晶粒数来度量。但较方便的的晶粒数或单位截面面积内的晶粒数来度量。但较方便的表示方法是将晶粒近似地看成是球形，把各球形晶粒的平表示方法是将晶粒近似地看成是球形，把

27、各球形晶粒的平均直径均直径d d作为晶粒度的度量。作为晶粒度的度量。晶粒度对晶体的各种性能都有影响，而影响最大的是变形过程的力学性能，特别是对屈服极限的影响。一般来说，晶粒越细，阻碍滑移的晶界便越多(或晶界面积越大)，屈服极限也就越高。大多数金属的屈服极限和晶粒度符合Hall-Petch公式。精细的实验表明，具有明显屈服点的金属特别符合该公式，而没有明显屈服点的FCC金属则不甚符合。除了屈服极限外，金属的硬度和晶粒度也有一定的关系。晶粒度的影响你现在浏览的是第二十八页，共78页多晶体塑性形变的微观特点 和单晶体的塑性形变相比，多晶体的塑性形变有三个突出的微观特点，即：多方式、多滑移和不均匀。多

28、滑移 和单晶体不同，多晶体变形时开动的滑移系统不仅仅取决于外加应力，而且取决于协调变形的要求。理论分析表明，为了维持多晶体的完整性即在晶界处既不出现裂纹也不发生原子的堆积每个晶粒至少要有五个滑移系统同时开动，虽然这些系统的分切应力并非都最大。实验观察也证明，多滑移是多晶体塑性形变时的一个普遍现象。你现在浏览的是第二十九页，共78页多方式多方式 多晶体的塑性形变方式除了滑移和孪生外，还有晶界滑动和迁移，以及点缺陷的定向扩散。滑移和孪生是室温和低温下塑性形变的重要方式，此时外加应力滑移和孪生是室温和低温下塑性形变的重要方式，此时外加应力超过晶体的屈服极限。超过晶体的屈服极限。晶界滑动和迁移是高温下

29、的塑性形变方式之一，此时外加应晶界滑动和迁移是高温下的塑性形变方式之一，此时外加应力往往低于该温度下的屈服极限。试样会发生随时间不断增加力往往低于该温度下的屈服极限。试样会发生随时间不断增加的缓慢的塑性变形的缓慢的塑性变形(蠕变蠕变)，其微观变形方式主要就是晶界滑动，其微观变形方式主要就是晶界滑动和迁移。和迁移。如果试验温度非常高，而外加应力非常低，还可能出现由于点缺陷如果试验温度非常高，而外加应力非常低，还可能出现由于点缺陷的定向扩散而引起的塑性变形的定向扩散而引起的塑性变形(亦称扩散蠕变亦称扩散蠕变)。在这种情况下，由于温。在这种情况下，由于温度极高，间隙原子和空位等点缺陷的迁移率很大，在

30、外加应力作用下它度极高，间隙原子和空位等点缺陷的迁移率很大，在外加应力作用下它们将发生定向扩散：间隙原子运动到和拉应力垂直的晶面之间，使晶体们将发生定向扩散：间隙原子运动到和拉应力垂直的晶面之间，使晶体沿拉应力方向膨胀，或者空位运动到和压应力垂直的晶面上，使晶体沿沿拉应力方向膨胀，或者空位运动到和压应力垂直的晶面上，使晶体沿压应力方向收缩。压应力方向收缩。你现在浏览的是第三十页，共78页不均匀 和单晶体相比，多晶体的范性形变更加不均匀。除了更和单晶体相比，多晶体的范性形变更加不均匀。除了更多系统的多滑移外由于晶界的约束作用，晶粒中心区的多系统的多滑移外由于晶界的约束作用，晶粒中心区的滑移量也大

31、于边缘区滑移量也大于边缘区(即晶界附近的区域即晶界附近的区域)。在晶体发生转。在晶体发生转动时中心区的转角也大于边缘区，因此多晶体变形后的组动时中心区的转角也大于边缘区，因此多晶体变形后的组织中会出现更多、更明显的滑移带、形变带和晶面弯曲，织中会出现更多、更明显的滑移带、形变带和晶面弯曲，也会形成更多的晶体缺陷。也会形成更多的晶体缺陷。以上讨论了多晶体塑性形变的三个基本特点。由于这些特点，特别是多滑移和变形的不均匀性，又派生出其它特点。包括：产生内应力；出现加工硬化；形成纤维组织(即杂质和第二相择优分布)和择优取向(织构)。你现在浏览的是第三十一页，共78页5.1.3 合金的塑性变形按合金组成

32、相不同，主要可分为单相固溶体合金和多相合金，它们的塑性变形又各具有不同特点。1单相固溶体合金的塑性变形 和纯金属相比最大的区别在于单相固溶体合金中存在溶质原子。溶质原子对合金塑性变形的影响主要表现在固溶强化，提高塑性变形阻力，此外，部分固溶体会出现明显的屈服点和应变时效现象。你现在浏览的是第三十二页，共78页团溶强化 溶质原子的存在及其固溶度的增加，使基体金属的变形抗力随之提高。你现在浏览的是第三十三页，共78页 不同溶质原子所引起的固溶强化效果存在很大不同溶质原子所引起的固溶强化效果存在很大差别。差别。溶质原子的原子数分数越高，强化作用也越大，特别是当原子数分数很低时的强化效应更为显著。溶质

33、原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用也越大。用也越大。间隙型溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化效果。溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。你现在浏览的是第三十四页，共78页屈服现象 图为低碳钢典型的应力一应图为低碳钢典型的应力一应变曲线，与一般拉伸曲线不同，变曲线，与一般拉伸曲线不同，出现了明显的屈服点。当应力出现了明显的屈服点。当应力达到上屈服点时，首先在试样达到上屈服点时，首先在试样的应力集中处开始塑性变形，的应力集中处开始塑性变形，并在试样表面产生一个与拉伸并在试样表面产生一个与拉伸轴约成轴约成4545交角的变形带一

34、吕交角的变形带一吕德斯（德斯（L L dersders）带，与此同时，）带，与此同时，应力降到下屈服点。随后这种应力降到下屈服点。随后这种变形带沿试样长度方向不断形变形带沿试样长度方向不断形成与扩展，从而产生拉伸曲线成与扩展，从而产生拉伸曲线平台的屈服伸长。平台的屈服伸长。当屈服扩展当屈服扩展到整个试样标距范围时，屈服到整个试样标距范围时，屈服延伸阶段就告结束。延伸阶段就告结束。你现在浏览的是第三十五页，共78页应变时效 当退火状态低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形后（曲当退火状态低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形后（曲线线a a）卸载，然后立即重新加载拉伸，则可见其拉伸曲线不

35、再出现屈服）卸载，然后立即重新加载拉伸，则可见其拉伸曲线不再出现屈服点（曲线点（曲线b b），此时试样不发生屈服现象。如果不采取上述方案，而是），此时试样不发生屈服现象。如果不采取上述方案，而是将预变形试样在常温下放置几天或经将预变形试样在常温下放置几天或经200200左右短时加热后再行拉伸，左右短时加热后再行拉伸，则屈服现象又复出现，且屈服应力进一步提高（曲线则屈服现象又复出现，且屈服应力进一步提高（曲线c c），此现象通常），此现象通常称为应变时效。称为应变时效。你现在浏览的是第三十六页，共78页2多相合金的塑性变形 由于第二相的数量、尺寸、形状和分布不同，基体由于第二相的数量、尺寸、形状

36、和分布不同，基体相的结合状况不一、第二相的形变特征与基体相的差相的结合状况不一、第二相的形变特征与基体相的差异，使得多相合金的塑性变形更加复杂。异，使得多相合金的塑性变形更加复杂。根据第二相粒子的尺寸大小可将合金分成两大类：若第二相粒子与基体晶粒尺寸属同一数量级，称为聚合型两相合金；若第二相粒子细小而弥散地分布在基体晶粒中，称为弥散分布型两相合金。你现在浏览的是第三十七页，共78页聚合型合金的塑性变形 当组成合金的两相晶粒尺寸属同一数量级，且都为塑性相时，则合金的变形能力取决于两相的体积分数。实验证明，这类合金在发生塑性变形时，滑移往往首先发生在较软的相中，如果较强相数量较少时，则塑性变形基本

37、上是在较弱的相中；只有当第二相为较强相，且体积分数大于大于3030时，时，才能起明显的强化作用。才能起明显的强化作用。你现在浏览的是第三十八页，共78页弥散分布型合金的塑性变形 当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将产生显著的强化作用。第二相粒子的强化中时，将产生显著的强化作用。第二相粒子的强化作用是通过其对位错运动的阻碍作用而表现出来的。作用是通过其对位错运动的阻碍作用而表现出来的。通常可将第二相粒子分为通常可将第二相粒子分为“不可变形的”和“可变形的”两类。（1 1）可变形微粒的强化作用）可变形微粒的强化作用 当第二相粒子为可变形微粒时，位

38、错将切过粒子当第二相粒子为可变形微粒时，位错将切过粒子使之随同基体一起变形。在这种情况下，强化作用主使之随同基体一起变形。在这种情况下，强化作用主要决定于粒子本身的性质，以及与基体的联系，其强要决定于粒子本身的性质，以及与基体的联系，其强化机制甚为复杂。化机制甚为复杂。你现在浏览的是第三十九页，共78页（2 2）不可变形粒子的强化作用 当运动位错与其相遇时，将受到粒子阻挡，使位错线绕着它发生当运动位错与其相遇时，将受到粒子阻挡，使位错线绕着它发生弯曲。随着外加应力的增大，位错线受阻部分的弯曲更剧，以致围绕弯曲。随着外加应力的增大，位错线受阻部分的弯曲更剧，以致围绕着粒子的位错线在左右两边相遇，

39、于是正负位错彼此抵消，形成包围着粒子的位错线在左右两边相遇，于是正负位错彼此抵消，形成包围着粒子的位错环留下，而位错线的其余部分则越过粒子继续移动。显着粒子的位错环留下，而位错线的其余部分则越过粒子继续移动。显然，位错按这种方式移动时受到的阻力是很大的，而且每个留下的位然，位错按这种方式移动时受到的阻力是很大的，而且每个留下的位错环要作用于位错源一反向应力，故继续变形时必须增大应力以克服错环要作用于位错源一反向应力，故继续变形时必须增大应力以克服此反向应力。该位错绕过障碍物的机制通常称为奥罗万机制。此反向应力。该位错绕过障碍物的机制通常称为奥罗万机制。你现在浏览的是第四十页，共78页5.2.4

40、 塑性变形对材料组织与性能的影响纤维组织形成 金属发生塑性变形后，晶粒发生变形，沿形变方向被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒变成细条状(拉伸时)，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织。你现在浏览的是第四十一页，共78页5.2.4 塑性变形对材料组织与性能的影响亚结构形成 金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大和发生交互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠结，形成不均匀的分布，使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块，而在晶粒内产生亚晶粒。你现在浏览的是第四十二页，共78页5.2.4 塑性变形对材料组织与性能的影响形变织构产生 金属塑性变形到很大程度时，各个晶粒的滑移面和滑移方向都要金属塑性变形

41、到很大程度时，各个晶粒的滑移面和滑移方向都要向主形变方向转动，逐渐使多晶体中原来取向互不相同的各个晶粒在向主形变方向转动，逐渐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。织状态则称为形变织构。形变织构随加工变形方式不同主要有两种类形变织构随加工变形方式不同主要有两种类型：拔丝时形成的织构称为型：拔丝时形成的织构称为丝织构丝织构，其主要特征为各晶粒的某一晶向，其主要特征为各晶粒的某一晶向大致与拔丝方向相平行；轧板时形成的织构称为大致与拔丝方向相平行；轧板时形成的

42、织构称为板织构板织构，其主要特，其主要特征为各晶粒的某一晶面和晶向分别趋于同轧面与轧向相平行。征为各晶粒的某一晶面和晶向分别趋于同轧面与轧向相平行。你现在浏览的是第四十三页，共78页5.2.4 塑性变形对材料组织与性能的影响残余应力 塑性变形中外力所作的功除大部分转化成热之外，还有一小部分以塑性变形中外力所作的功除大部分转化成热之外，还有一小部分以畸变能的形式储存在形变材料内部。这部分能量叫做储存能。按照残畸变能的形式储存在形变材料内部。这部分能量叫做储存能。按照残余应力平衡范围的不同，可将其分为三种：余应力平衡范围的不同，可将其分为三种：（1 1）第一类内应力，又称宏观残余应力，它是由工件不

43、同部第一类内应力，又称宏观残余应力，它是由工件不同部分的宏观变形不均匀性引起的，分的宏观变形不均匀性引起的，故其应力平衡范围包括整个工件。故其应力平衡范围包括整个工件。这类残余应力所对应的畸变能不大，仅占总储存能的这类残余应力所对应的畸变能不大，仅占总储存能的0.10.1左右。左右。（2 2）第二类内应力，又称微观残余应力，它是由晶粒或亚晶粒之间的第二类内应力，又称微观残余应力，它是由晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性产生的。变形不均匀性产生的。其作用范围与晶粒尺寸相当。这种内应力其作用范围与晶粒尺寸相当。这种内应力有时可达到很大的数值，甚至可能造成显微裂纹并导致工件破有时可达到很大的数值，甚至可

44、能造成显微裂纹并导致工件破坏。坏。（3 3）第三类内应力，又称点阵畸变第三类内应力，又称点阵畸变。其作用范围是几十至几百纳。其作用范围是几十至几百纳米，它是由于工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷。变形金属米，它是由于工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷。变形金属中储存能的绝大部分（中储存能的绝大部分（80809090）用于形成点阵畸变。这部分）用于形成点阵畸变。这部分能量提高了变形晶体的能量，并导致塑性变形金属在加热时的回能量提高了变形晶体的能量，并导致塑性变形金属在加热时的回复及再结晶过程。复及再结晶过程。你现在浏览的是第四十四页，共78页5.2.4 塑性变形对材料组织与性能的影响各向异性 由

45、于纤维组织和形变织构的形成，使金属的性能产生各向异性。如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。具有形变织构的金属，在随后的再结晶退具有形变织构的金属，在随后的再结晶退火过程中极易形战再结晶织构。用有织构的板材冲制筒火过程中极易形战再结晶织构。用有织构的板材冲制筒形零件时，由于在不同方向上塑性差别很大，零件的边形零件时，由于在不同方向上塑性差别很大，零件的边缘出现缘出现“制耳”。你现在浏览的是第四十五页，共78页5.2.4 塑性变形对材料组织与性能的影响理化性能的变化 经塑性变形后的金属材料，经塑性变形后的金属材料，由于点阵畸变，空位和位错由于点阵畸变，空位和位错等结构缺陷的增加，使其物理性

46、能和化学性能也发生一定等结构缺陷的增加，使其物理性能和化学性能也发生一定的变化。如塑性变形通常可使金属的电阻率增高，增加的的变化。如塑性变形通常可使金属的电阻率增高，增加的程度与形变量成正比。另外，塑性变形后，金属的电阻温程度与形变量成正比。另外，塑性变形后，金属的电阻温度系数下降，磁导率下降，热导率也有所降低，铁磁材料度系数下降，磁导率下降，热导率也有所降低，铁磁材料的磁滞损耗及矫顽力增大的磁滞损耗及矫顽力增大。你现在浏览的是第四十六页，共78页5.2.4 塑性变形对材料组织与性能的影响加工硬化 金属发生塑性变形，随变形度的增大。金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工

47、硬化，也叫形变强化。产生加工硬化产生加工硬化的原因是：金属发生塑性变形时，的原因是：金属发生塑性变形时，位错密度增加，位错间的交互作位错密度增加，位错间的交互作用增强，相互缠结，造成位错运用增强，相互缠结，造成位错运动阻力的增大，引起塑性变形抗动阻力的增大，引起塑性变形抗力提高。另一方面由于亚晶界的力提高。另一方面由于亚晶界的增多，使强度得以提高。增多，使强度得以提高。你现在浏览的是第四十七页，共78页讨论：加工硬化的影响因素变形温度 一般，温度越高，屈服极限越低，硬化速率也越小。一般，温度越高，屈服极限越低，硬化速率也越小。具体的影响还和金属种类有关。例如对具体的影响还和金属种类有关。例如对

48、FCCFCC晶体，温度主晶体，温度主要影响硬化速率，对屈服极限影响不大。对要影响硬化速率，对屈服极限影响不大。对BCCBCC晶体，情况晶体，情况恰好相反屈服极限随着温度降低而急剧增加，硬化速率则恰好相反屈服极限随着温度降低而急剧增加，硬化速率则与温度关系不太大。对与温度关系不太大。对hcphcp晶体，温度升高则屈服极限显著晶体，温度升高则屈服极限显著降低。降低。变形速度 原子热运动(或称热激活)会促进塑性变形，而热运动不但和温度有关，而且和变形速度有关。因此，增加变形速度就相当于降低温度，因为二者都抑止了原子的热运动。你现在浏览的是第四十八页，共78页讨论：加工硬化的影响因素晶粒度 晶粒越细，

49、屈服极限及硬度越高。晶粒越细，屈服极限及硬度越高。此外，晶粒度对拉伸曲线也有影响。FCC晶体在变形量不太大时，晶粒越硬化越快，曲线也越陡。在大变形量时晶粒度影响就不大了，因为此时即使是大晶粒的试样也发生显著的多滑移，硬化也很严重。对HCP晶体来说由于硬化的主要原因是晶界阻碍滑移，故晶粒越细硬化越快硬化曲线随着晶粒度减小而急剧上升(变陡)。BCC晶体硬化曲线的形状主要取决于间隙式杂质元素。合金元素 合金元素的效果取决于它的数量、形态和分布。一般合金元素的效果取决于它的数量、形态和分布。一般来说弥散分布的细小沉淀相的强化效果最大，固溶强化次来说弥散分布的细小沉淀相的强化效果最大，固溶强化次之形成粗

50、大的沉淀相时，强化效果最差。之形成粗大的沉淀相时，强化效果最差。你现在浏览的是第四十九页，共78页讨论：加工硬化在生产实际中的意义不利方面 1)1)由于金属在加工过程中塑性变形抗力不断增加。由于金属在加工过程中塑性变形抗力不断增加。使金属的冷加工需要消耗更多的功率；使金属的冷加工需要消耗更多的功率；2)由于应变硬化使金属变脆，因而在冷加工过程中需要进行多次中间退火，使金属软化,能够继续加工而不致裂开；3)有的金属(如铼)尽管某些使用性能很好，但由于难解决加工问题，其应用受到很大限制。由于难解决加工问题，其应用受到很大限制。你现在浏览的是第五十页，共78页讨论：加工硬化在生产实际中的意义有利方面