第五章材料的變形和再結(jié)晶

1、第五章第五章 材料的變形和再結(jié)晶材料的變形和再結(jié)晶 5.1 5.1 材料在靜載下的力學(xué)行為材料在靜載下的力學(xué)行為一、概述一、概述金屬的應(yīng)力金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 金屬在外力作用下一般經(jīng)歷金屬在外力作用下一般經(jīng)歷彈性變形（彈性變形（elastic deformationelastic deformation）彈塑性變形（彈塑性變形（plastic deformationplastic deformation）斷裂（斷裂（fracturefracture）三個(gè)階三個(gè)階段段 1.1.工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線 工程應(yīng)力一應(yīng)變（工程應(yīng)力一應(yīng)變（）曲線：）曲線： 式中：式中： P作用在試樣

2、上的載荷；作用在試樣上的載荷； A0試樣的原始橫截面積；試樣的原始橫截面積； l0試樣的原始標(biāo)距部分長(zhǎng)度；試樣的原始標(biāo)距部分長(zhǎng)度； l試樣變形后標(biāo)距部分長(zhǎng)度。試樣變形后標(biāo)距部分長(zhǎng)度。0AP00lll 靜拉伸示意圖靜拉伸示意圖載荷伸長(zhǎng)曲線載荷伸長(zhǎng)曲線工程應(yīng)力應(yīng)變示意圖工程應(yīng)力應(yīng)變示意圖 真應(yīng)力真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線真應(yīng)變曲線 低碳鋼低碳鋼曲線的特點(diǎn)曲線的特點(diǎn) (1)(1) ee 彈性變形階段彈性變形階段（elastic deformationelastic deformation） 線線性階段性階段 該階段符合虎克定律該階段符合虎克定律 = E= E或或 = G= G E E、G G為為彈性模量、剪

3、切模量彈性模量、剪切模量：表示金屬材料抵抗：表示金屬材料抵抗彈性變形的能力。為彈性變形的能力。為曲線上斜率曲線上斜率 ee：材料彈性極限：材料彈性極限, ,是材料保持彈性的最大應(yīng)力。是材料保持彈性的最大應(yīng)力。單位：?jiǎn)挝唬篗PaMPa（2 2）eess 微量塑性變形開(kāi)始階段微量塑性變形開(kāi)始階段 ss：材料屈服極限：材料屈服極限, ,是開(kāi)始發(fā)生塑性變形的最小應(yīng)力，是開(kāi)始發(fā)生塑性變形的最小應(yīng)力，表示材料對(duì)開(kāi)始微量塑性變形的抗力。表示材料對(duì)開(kāi)始微量塑性變形的抗力。（3 3）ssbb 均勻塑性變形均勻塑性變形 、 b b：抗拉強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度, , 表示材料最大均勻塑性變表示材料最大均勻塑性變形的抗力。形

4、的抗力。 （4 4）bbkbb 試樣開(kāi)始發(fā)生不均勻塑性變形并形試樣開(kāi)始發(fā)生不均勻塑性變形并形 成縮頸成縮頸 kk：條件斷裂強(qiáng)度。表示材料對(duì)塑性變形：條件斷裂強(qiáng)度。表示材料對(duì)塑性變形 的極限抗力。的極限抗力。 塑性斷裂塑性斷裂: :產(chǎn)生一定量塑性變形后的斷裂。產(chǎn)生一定量塑性變形后的斷裂。 不同材料，其應(yīng)力應(yīng)變曲線不同，如：二、材料的彈性變形二、材料的彈性變形(elastic deformation(elastic deformation） 1 1 彈性變形的本質(zhì)彈性變形的本質(zhì) 彈性變形（彈性變形（elastic deformationelastic deformation） 彈性變形的原因：彈性

5、變形的原因： 2 2 彈性變形的特征和彈性模量彈性變形的特征和彈性模量 彈性變形的特征彈性變形的特征 (1) (1) 理想的彈性變形是可逆變形理想的彈性變形是可逆變形 (2)(2) 在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變間服從虎克定律。在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變間服從虎克定律。 = E= E = G = G G = E /2 G = E /2（1 1） K = E /3(1 K = E /3(12) 2) 式中式中、分別為切應(yīng)力、切應(yīng)變，分別為切應(yīng)力、切應(yīng)變， K K體彈性模量、體彈性模量、 v v泊松比泊松比 (3) (3) 彈性變形量隨材料的不同而異。彈性變形量隨材料的不同而異。 試件產(chǎn)生彈性變形

6、試件產(chǎn)生彈性變形 注：此圖表示材料受外力拉伸后伸長(zhǎng)，虛線部分表示拉伸前試件的尺寸和形狀。注：此圖表示材料受外力拉伸后伸長(zhǎng)，虛線部分表示拉伸前試件的尺寸和形狀。 彈性模量彈性模量(E)(E) (1)(1)彈性模量（彈性模量（modulus of elasticitymodulus of elasticity）E E代表代表著使原子離開(kāi)平衡位置的難易程度，是表征晶體中著使原子離開(kāi)平衡位置的難易程度，是表征晶體中原子間結(jié)合力強(qiáng)弱的物理量。原子間結(jié)合力強(qiáng)弱的物理量。 (2) E(2) E是組織不敏感參數(shù)。是組織不敏感參數(shù)。 (3) (3) 對(duì)晶體而言，對(duì)晶體而言，E E是各向異性的。在單晶體中，是各向

7、異性的。在單晶體中，沿原子密排面沿原子密排面E E最高，沿原子排列最疏的晶向最高，沿原子排列最疏的晶向E E最低。最低。多晶體中，多晶體中，E E各向同性。各向同性。 (4) (4) 工程上，工程上，E E是材料剛度的度量。是材料剛度的度量。3 3 彈性的不完整性彈性的不完整性 彈性的不完整性包括：彈性的不完整性包括： a.a. 包申格效應(yīng)包申格效應(yīng) b.b. 彈性后效彈性后效 c.c. 彈性滯后彈性滯后 內(nèi)耗（滯彈性內(nèi)耗（滯彈性 anelasticityanelasticity）：）： 5.2 晶體的塑性變形單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形合金的塑性變形合金的

8、塑性變形塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響5.2.15.2.1單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形常溫下塑性變形的主要方式：常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生、滑移、孿生、扭折。扭折。一一 滑移滑移1 1 滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一 部分相對(duì)于另一部分沿著一部分相對(duì)于另一部分沿著一 定的晶面（定的晶面（滑移面滑移面）和晶向）和晶向 （滑移方向滑移方向）產(chǎn)生相對(duì)位移，）產(chǎn)生相對(duì)位移， 且不破壞晶體內(nèi)部原子排列且不破壞晶體內(nèi)部原子排列 規(guī)律性的塑變方式。規(guī)律性的塑變方式。一一 滑移滑移 光鏡下：滑移帶（無(wú)重現(xiàn)性）。光鏡下：滑移帶（無(wú)重現(xiàn)性）

9、。（1） 滑移的表象學(xué)滑移的表象學(xué) 電境下：滑移線。電境下：滑移線。 滑移帶形成示意圖滑移帶形成示意圖 滑移面滑移面 （密排面）（密排面） 幾何要素幾何要素 滑移方向（密排方向）滑移方向（密排方向） 滑移系：一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向的組合?；葡担阂粋€(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向的組合。 滑移系的個(gè)數(shù)滑移系的個(gè)數(shù):(:(滑移面?zhèn)€數(shù)）滑移面?zhèn)€數(shù)）（每個(gè)面上所具有的滑移（每個(gè)面上所具有的滑移方向的個(gè)數(shù)）方向的個(gè)數(shù)）(2)滑移系滑移系面心立方晶體中的滑移系面心立方晶體中的滑移系 （3 3）滑移的臨界分切應(yīng)力（）滑移的臨界分切應(yīng)力（ s s） s s：在滑移面上沿滑移方面開(kāi)始滑移的最小分切應(yīng)力。：

10、在滑移面上沿滑移方面開(kāi)始滑移的最小分切應(yīng)力。 ( (外力在滑移方向上的分解外力在滑移方向上的分解) 或或 90 時(shí)，時(shí)， s ； s的取值的取值 ， 45 時(shí)，時(shí)， s最小，最小， 晶體易滑移；晶體易滑移； 軟取向：值大；軟取向：值大；取向因子：取向因子：cos cos 硬取向：值小。硬取向：值小。coscoscoscoscoscosAFAFcoscosss分切應(yīng)力圖分切應(yīng)力圖(4) (4) 滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)（1 1）位向和晶面的變化）位向和晶面的變化 拉伸時(shí)拉伸時(shí), ,滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向; ; 壓縮時(shí)，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸

11、線。壓縮時(shí)，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。 幾何硬化：幾何硬化： ， 遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離4545 ，滑移變得困難；，滑移變得困難；（2 2）取向因子的變化）取向因子的變化 幾何軟化；幾何軟化； ， 接近接近4545 ，滑移變得容易。，滑移變得容易。(a) 拉伸拉伸 (b) 壓縮壓縮滑移時(shí)晶面的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移時(shí)晶面的轉(zhuǎn)動(dòng)(5 )(5 )多滑移多滑移 滑移的分類滑移的分類 多滑移：在多個(gè)（多滑移：在多個(gè)（22）滑移系上同時(shí)或交替進(jìn)行的滑移。）滑移系上同時(shí)或交替進(jìn)行的滑移。 雙滑移：雙滑移： 單滑移：?jiǎn)位疲?交滑移系：兩個(gè)或多個(gè)滑移面沿著某個(gè)共同的滑移方向交滑移系：兩個(gè)或多個(gè)滑移面沿著某個(gè)共同的滑移方向 同時(shí)或交替

12、滑移。同時(shí)或交替滑移。 (6)(6)滑移的位錯(cuò)機(jī)制滑移的位錯(cuò)機(jī)制 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明晶體滑移并不是晶體的一部分相對(duì)于另實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明晶體滑移并不是晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是借助位錯(cuò)在滑移借助位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)來(lái)逐步地進(jìn)行的。面上運(yùn)動(dòng)來(lái)逐步地進(jìn)行的。 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力主要包含以下幾方面：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力主要包含以下幾方面： 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力首先來(lái)自于點(diǎn)陣阻力，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力首先來(lái)自于點(diǎn)陣阻力， 與其它位錯(cuò)的交互作用阻力；與其它位錯(cuò)的交互作用阻力； 位錯(cuò)交割后形成的割階與扭折；位錯(cuò)交割后形成的割階與扭折； 位錯(cuò)與一些缺陷發(fā)生交互作用。表明位錯(cuò)與一

13、些缺陷發(fā)生交互作用。表明二、孿生（1）孿生的變形過(guò)程）孿生的變形過(guò)程 孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分 沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取 向的鏡面對(duì)稱關(guān)系。向的鏡面對(duì)稱關(guān)系。 a. 變形前變形前 b. 滑移滑移 c. 孿生孿生晶體滑移和孿生變形后的結(jié)構(gòu)與外形變化示意圖晶體滑移和孿生變形后的結(jié)構(gòu)與外形變化示意圖(a)孿晶面與孿生方向?qū)\晶面與孿生方向 (b)孿生變形時(shí)晶面移動(dòng)情況孿生變形時(shí)晶面移動(dòng)情況 面心立方晶體孿生變形示意圖面心立方晶體孿生變形示意圖（2 2）滑移和孿生的比較）滑

14、移和孿生的比較1) 相同點(diǎn)：相同點(diǎn)：宏觀上，都是切應(yīng)力作用下發(fā)生的剪切變形；宏觀上，都是切應(yīng)力作用下發(fā)生的剪切變形；微觀上，都是晶體塑性變形的基本形式，是晶體的一部微觀上，都是晶體塑性變形的基本形式，是晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對(duì)另一部分的移動(dòng)過(guò)程；分沿一定晶面和晶向相對(duì)另一部分的移動(dòng)過(guò)程；兩者都不會(huì)改變晶體結(jié)構(gòu)；兩者都不會(huì)改變晶體結(jié)構(gòu)； 從機(jī)制上看，都是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)結(jié)果。從機(jī)制上看，都是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)結(jié)果。 2) 不同點(diǎn)：不同點(diǎn)： 滑移不改變晶體的位相，孿生改變了晶體位向；滑移不改變晶體的位相，孿生改變了晶體位向； 滑移是全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，而孿生是不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果；滑移是全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，而孿生

15、是不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果； 滑移是不均勻切變過(guò)程，而孿生是均勻切變過(guò)程；滑移是不均勻切變過(guò)程，而孿生是均勻切變過(guò)程； 滑移比較平緩，應(yīng)力應(yīng)變曲線較光滑、連續(xù)，孿生則呈鋸齒狀；滑移比較平緩，應(yīng)力應(yīng)變曲線較光滑、連續(xù)，孿生則呈鋸齒狀； 兩者發(fā)生的條件不同，孿生所需臨界分切應(yīng)力值遠(yuǎn)大于滑移，因兩者發(fā)生的條件不同，孿生所需臨界分切應(yīng)力值遠(yuǎn)大于滑移，因此只有在滑移受阻情況下晶體才以孿生方式形變。；此只有在滑移受阻情況下晶體才以孿生方式形變。； 滑移產(chǎn)生的切變較大（取決于晶體的塑性），而孿生切變較小，滑移產(chǎn)生的切變較大（取決于晶體的塑性），而孿生切變較小，取決于晶體結(jié)構(gòu)。取決于晶體結(jié)構(gòu)。（3 3）孿晶的形成）

16、孿晶的形成 （1 1）形成方式）形成方式 形變孿晶：通過(guò)機(jī)械變形而產(chǎn)生的孿晶。形變孿晶：通過(guò)機(jī)械變形而產(chǎn)生的孿晶。 生長(zhǎng)孿晶：晶體自氣態(tài)、液態(tài)或固體中長(zhǎng)大時(shí)形生長(zhǎng)孿晶：晶體自氣態(tài)、液態(tài)或固體中長(zhǎng)大時(shí)形 成的孿晶。成的孿晶。 退火孿晶：變形金屬在其再結(jié)晶退火過(guò)程中形成退火孿晶：變形金屬在其再結(jié)晶退火過(guò)程中形成 的孿晶。的孿晶。（2 2）生長(zhǎng)方式）生長(zhǎng)方式 形核形核 長(zhǎng)大長(zhǎng)大（4 4）孿生的位錯(cuò)機(jī)制）孿生的位錯(cuò)機(jī)制孿生的極軸機(jī)制孿生的極軸機(jī)制三、晶體的扭折三、晶體的扭折 當(dāng)受力的晶體處于不能進(jìn)行滑移或?qū)\生的某種取向時(shí)，它當(dāng)受力的晶體處于不能進(jìn)行滑移或?qū)\生的某種取向時(shí)，它可能通過(guò)不均勻的局部塑性變形

17、來(lái)適應(yīng)所作用的外力?？赡芡ㄟ^(guò)不均勻的局部塑性變形來(lái)適應(yīng)所作用的外力。 晶體的扭折示意圖晶體的扭折示意圖 伴隨著孿生的扭折現(xiàn)象伴隨著孿生的扭折現(xiàn)象 5.2.25.2.2多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形1. 1. 晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性 （1 1）原因：各晶粒之間變形具有非同時(shí)性。）原因：各晶粒之間變形具有非同時(shí)性。 （2 2）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會(huì)導(dǎo)）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會(huì)導(dǎo) 致晶體分裂）致晶體分裂） （3 3）條件：獨(dú)立滑移系）條件：獨(dú)立滑移系 5 5個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變 化）化） 2. 2.晶界的影響晶

18、界的影響 晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。晶界對(duì)變形的影響晶界對(duì)變形的影響: :滑移、孿生多終止于晶界滑移、孿生多終止于晶界, ,極少穿過(guò)。極少穿過(guò)。 雙晶拉伸雙晶拉伸（2 2）晶界的影響）晶界的影響晶粒大小與性能的關(guān)系晶粒大小與性能的關(guān)系 a a 晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高( (細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化：霍爾配奇公式：霍爾配奇公式) ) s s= = 0 0+kd+kd-1/2-1/2 原因：晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大。原因：晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大。 （有尺寸限制）（有尺寸限制） 晶粒越多，變形均勻性提高，

19、由應(yīng)力晶粒越多，變形均勻性提高，由應(yīng)力 集中導(dǎo)致的開(kāi)裂機(jī)會(huì)減少，可承受集中導(dǎo)致的開(kāi)裂機(jī)會(huì)減少，可承受 更大的變形量，表現(xiàn)出更大的變形量，表現(xiàn)出高塑性高塑性。 b b 晶粒越細(xì)，塑韌性提高晶粒越細(xì)，塑韌性提高 細(xì)晶粒材料中，應(yīng)力集中小，裂紋細(xì)晶粒材料中，應(yīng)力集中小，裂紋 不易萌生；晶界多，裂紋不易傳不易萌生；晶界多，裂紋不易傳 播，在斷裂過(guò)程中可吸收較多能量播，在斷裂過(guò)程中可吸收較多能量, , 表現(xiàn)表現(xiàn)高高韌性韌性。5.2.3合金的塑性變形一、一、 單項(xiàng)固溶體合金的塑性變形單項(xiàng)固溶體合金的塑性變形1 1 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 （1 1）固溶強(qiáng)化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度）固溶強(qiáng)化：固溶體

20、材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度 提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。 （2 2）影響固溶強(qiáng)化的因素：（見(jiàn)影響固溶強(qiáng)化的因素：（見(jiàn)P183P183）銅鎳合金相圖及其固溶體性能與成分的關(guān)系銅鎳合金相圖及其固溶體性能與成分的關(guān)系（3 3）屈服和應(yīng)變時(shí)效）屈服和應(yīng)變時(shí)效 屈服現(xiàn)象：上下屈服點(diǎn)、屈服延伸（呂德斯帶擴(kuò)展）。屈服現(xiàn)象：上下屈服點(diǎn)、屈服延伸（呂德斯帶擴(kuò)展）。 應(yīng)變時(shí)效應(yīng)變時(shí)效：去載后立即加載不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后放置：去載后立即加載不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后放置一段時(shí)間或一段時(shí)間或200200加熱后再加載出現(xiàn)屈服。加熱后再加載出現(xiàn)屈服。 原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成。原

21、因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成。低碳鋼的屈服現(xiàn)低碳鋼的屈服現(xiàn) 低碳鋼應(yīng)變時(shí)效低碳鋼應(yīng)變時(shí)效 二、二、 多相合金的塑性變形多相合金的塑性變形1. 1. 結(jié)構(gòu)：基體第二相結(jié)構(gòu)：基體第二相2. 2. 分類：分類：聚合型兩相合金的塑性變形聚合型兩相合金的塑性變形 彌散分布型合金的塑性變形彌散分布型合金的塑性變形聚合型合金組織聚合型合金組織Al青銅青銅 彌散型第二相合金組織鐵黃銅彌散型第二相合金組織鐵黃銅聚合型兩相合金的塑性變形聚合型兩相合金的塑性變形、兩相性能接近：按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算。、兩相性能接近：按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算。、如果兩個(gè)相中一個(gè)是塑性相，而另一個(gè)是脆性相如果兩個(gè)相中一個(gè)是塑性相，而另一個(gè)

22、是脆性相 時(shí)，則合金的塑性特征不僅取決于兩相比例，而時(shí)，則合金的塑性特征不僅取決于兩相比例，而 且與硬脆相的形狀、尺寸和分布相關(guān)。且與硬脆相的形狀、尺寸和分布相關(guān)。 彌散分布型合金的塑性變形彌散分布型合金的塑性變形、不可變形顆粒的強(qiáng)化作用：位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子、不可變形顆粒的強(qiáng)化作用：位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子( (粒子、粒子、 位錯(cuò)環(huán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)環(huán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)) )、可變形顆粒的強(qiáng)化作用：位錯(cuò)切過(guò)第二相粒子（表面能、可變形顆粒的強(qiáng)化作用：位錯(cuò)切過(guò)第二相粒子（表面能、 錯(cuò)排能、粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）錯(cuò)排能、粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）位錯(cuò)切過(guò)顆粒機(jī)制位錯(cuò)切過(guò)顆粒機(jī)制位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子的示意圖位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子的示

23、意圖5.2.45.2.4塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響一一 、顯微組織的變化顯微組織的變化 晶粒拉長(zhǎng)晶粒拉長(zhǎng); ; 形成纖維組織形成纖維組織 雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分布。雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分布。二、亞結(jié)構(gòu)的變化二、亞結(jié)構(gòu)的變化 形成位錯(cuò)胞形成位錯(cuò)胞 變形量變形量 位錯(cuò)纏結(jié)位錯(cuò)纏結(jié) 位錯(cuò)胞位錯(cuò)胞 （大量位錯(cuò)纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低。（大量位錯(cuò)纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低。) )三、性能的變化（1 1）加工硬化）加工硬化: :金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)，隨變形金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)，隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象量的增加，材料的

24、強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象（2 2）其它性能變化）其它性能變化 經(jīng)塑性變形后的金屬，由于點(diǎn)陣畸變、位錯(cuò)與空位等晶體經(jīng)塑性變形后的金屬，由于點(diǎn)陣畸變、位錯(cuò)與空位等晶體缺陷的增加，其物理性能和化學(xué)性能也會(huì)發(fā)生一定的變化。如缺陷的增加，其物理性能和化學(xué)性能也會(huì)發(fā)生一定的變化。如電阻率增加，電阻溫度系數(shù)降低，磁滯與矯頑力略有增加而磁電阻率增加，電阻溫度系數(shù)降低，磁滯與矯頑力略有增加而磁導(dǎo)率、熱導(dǎo)率下降。此外，由于原子活動(dòng)能力增大，還會(huì)使擴(kuò)導(dǎo)率、熱導(dǎo)率下降。此外，由于原子活動(dòng)能力增大，還會(huì)使擴(kuò)散加速，抗腐蝕性減弱。散加速，抗腐蝕性減弱。 四、形變織構(gòu)（擇優(yōu)取向） （1 1）形變織構(gòu)：多晶體材料由塑

25、性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向）形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向 的組織。的組織。 絲織構(gòu)絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時(shí)形：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時(shí)形 成）成）（2 2）類型）類型 板織構(gòu)板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平 行于主變形方向。（軋制時(shí)形成）行于主變形方向。（軋制時(shí)形成） 五、殘余應(yīng)力五、殘余應(yīng)力 第一類殘余應(yīng)力（第一類殘余應(yīng)力（ ）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個(gè)物）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個(gè)物 體變形不均勻引起。體變形不均勻引起。 1 1 分類分類 第二類殘余應(yīng)力（第二類殘余應(yīng)力（ ）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒

26、變）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒變 形不均勻引起。形不均勻引起。 第三類殘余應(yīng)力（第三類殘余應(yīng)力（ ）：點(diǎn)陣畸變，由位錯(cuò)、空）：點(diǎn)陣畸變，由位錯(cuò)、空 位等引起。位等引起。80-90%80-90%。5.3回復(fù)與再結(jié)晶 回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無(wú)可見(jiàn)變化，回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無(wú)可見(jiàn)變化， 但其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過(guò)程。但其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過(guò)程。 再結(jié)晶：冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，在變形組織內(nèi)部再結(jié)晶：冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，在變形組織內(nèi)部 新的無(wú)畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形新的無(wú)畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，

27、而使形 變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過(guò)程。變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過(guò)程。5.3.1冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化一、顯微組織變化（示意圖）一、顯微組織變化（示意圖） 回復(fù)階段：顯微組織仍為纖維狀，無(wú)可見(jiàn)變化；回復(fù)階段：顯微組織仍為纖維狀，無(wú)可見(jiàn)變化； 再結(jié)晶階段：變形晶粒通過(guò)形核長(zhǎng)大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o(wú)再結(jié)晶階段：變形晶粒通過(guò)形核長(zhǎng)大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o(wú) 畸變的等軸晶粒?；兊牡容S晶粒。 晶粒長(zhǎng)大階段：晶界移動(dòng)、晶粒粗化，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的形晶粒長(zhǎng)大階段：晶界移動(dòng)、晶粒粗化，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的形 狀和尺寸。狀和尺寸。 冷變形金屬退火晶粒形狀大小變化冷變形金屬退火晶粒形狀大小變化二、二、 性能變化性能變化（1 1）

28、強(qiáng)度與硬度的變化）強(qiáng)度與硬度的變化（2 2）電阻率的變化）電阻率的變化（3 3）內(nèi)應(yīng)力的變化）內(nèi)應(yīng)力的變化（4 4）亞晶粒尺寸的變化）亞晶粒尺寸的變化（5 5）密度的變化）密度的變化（6 6）儲(chǔ)能的釋放）儲(chǔ)能的釋放5.3.2 5.3.2 回復(fù)回復(fù)一、一、 回復(fù)動(dòng)力學(xué)（示意圖）回復(fù)動(dòng)力學(xué)（示意圖）1. 1. 加工硬化殘留率與退火溫度和時(shí)間的關(guān)系加工硬化殘留率與退火溫度和時(shí)間的關(guān)系 ln(ln(x x0 0/x/x)=)=c c0 0t texp(exp(-Q/RT-Q/RT) )x x0 0 原始加工硬化殘留率；原始加工硬化殘留率；x x退火時(shí)加工硬化殘留率；退火時(shí)加工硬化殘留率；c c0 0比

29、例常數(shù)；比例常數(shù)；t t加熱時(shí)間；加熱時(shí)間；T T加熱溫度。加熱溫度。2. 2. 動(dòng)力學(xué)曲線特點(diǎn)動(dòng)力學(xué)曲線特點(diǎn) （1 1）沒(méi)有孕育期；）沒(méi)有孕育期； （2 2）開(kāi)始變化快，）開(kāi)始變化快， 隨后變慢；隨后變慢； （3 3）長(zhǎng)時(shí)間處理后，）長(zhǎng)時(shí)間處理后， 性能趨于一平衡值。性能趨于一平衡值。 同一變形度的同一變形度的Fe在不同溫度等溫退火后的性能變化曲線在不同溫度等溫退火后的性能變化曲線1. 1. 低溫回復(fù)（低溫回復(fù)（0.10.10.3Tm0.3Tm） 移至晶界、位錯(cuò)處移至晶界、位錯(cuò)處 點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng) 空位間隙原子空位間隙原子 缺陷密度降低缺陷密度降低 空位聚集（空位群、對(duì)）空位聚集（空位群

30、、對(duì)）2. 2. 中溫回復(fù)中溫回復(fù) （0.30.30.5Tm0.5Tm） 異號(hào)位錯(cuò)相遇而抵銷異號(hào)位錯(cuò)相遇而抵銷位錯(cuò)滑移位錯(cuò)滑移 位錯(cuò)密度降低位錯(cuò)密度降低 位錯(cuò)纏結(jié)重新排列位錯(cuò)纏結(jié)重新排列二、二、 回復(fù)機(jī)理回復(fù)機(jī)理3. 3. 高溫回復(fù)（高溫回復(fù)（0.5Tm0.5Tm） 位錯(cuò)攀移位錯(cuò)攀移（滑移）（滑移） 位錯(cuò)垂直排列（亞晶界）位錯(cuò)垂直排列（亞晶界） 多邊化（亞晶粒）多邊化（亞晶粒） 彈性畸變能降低。彈性畸變能降低。回復(fù)過(guò)程中的位錯(cuò)攀移與滑移回復(fù)過(guò)程中的位錯(cuò)攀移與滑移位錯(cuò)在多邊化過(guò)程中重新分布位錯(cuò)在多邊化過(guò)程中重新分布5.3.3 5.3.3 再結(jié)晶再結(jié)晶一一 再結(jié)晶過(guò)程再結(jié)晶過(guò)程1. 1. 形核形核

31、 晶界弓出形核晶界弓出形核( (形變量小時(shí)形變量小時(shí)) ) 晶界弓出形核，凸向亞晶粒小的方向晶界弓出形核，凸向亞晶粒小的方向. .晶界弓出形核示意圖晶界弓出形核示意圖亞晶長(zhǎng)大形核機(jī)制亞晶長(zhǎng)大形核機(jī)制 （變形量較大時(shí)）（變形量較大時(shí)） 亞晶合并形核亞晶合并形核 亞晶界移動(dòng)亞晶界移動(dòng)( (長(zhǎng)大長(zhǎng)大) )形核形核( (吞并其它亞晶或變形部分吞并其它亞晶或變形部分) )亞晶合并形核機(jī)制亞晶合并形核機(jī)制亞晶直接長(zhǎng)大形核機(jī)制亞晶直接長(zhǎng)大形核機(jī)制一、一、 再結(jié)晶過(guò)程再結(jié)晶過(guò)程 驅(qū)動(dòng)力：畸變能差驅(qū)動(dòng)力：畸變能差2 2 長(zhǎng)大長(zhǎng)大 方式方式: :晶核向畸變晶粒擴(kuò)展晶核向畸變晶粒擴(kuò)展, ,至新晶粒相互至新晶粒相互

32、接觸。接觸。 注：再結(jié)晶不是相變過(guò)程。注：再結(jié)晶不是相變過(guò)程。二、再結(jié)晶動(dòng)力學(xué) 規(guī)律規(guī)律 有孕育期有孕育期; ; 溫度越高溫度越高, ,變形量越大孕育期越短變形量越大孕育期越短; ;在體積分?jǐn)?shù)在體積分?jǐn)?shù)為為0.50.5時(shí)速率最大，然后減慢。時(shí)速率最大，然后減慢。同一變形度的同一變形度的Fe在不同溫度等溫退火后的再結(jié)晶曲線在不同溫度等溫退火后的再結(jié)晶曲線二、再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)（1）再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)決定于形核率再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)決定于形核率 和長(zhǎng)大速率和長(zhǎng)大速率G G的大小。的大小。 和和G G不隨時(shí)間而改變的情況下，在恒溫下經(jīng)過(guò)不隨時(shí)間而改變的情況下，在恒溫下經(jīng)過(guò)t t時(shí)間后，已經(jīng)再時(shí)間后，已經(jīng)再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)

33、結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)R R可用下式表示：可用下式表示：（2 2）再結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系）再結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系v v再再A Aexpexp(-(-Q QR R/RT/RT) )三、再結(jié)晶溫度及其影響因素1. 1. 再結(jié)晶溫度：經(jīng)嚴(yán)重冷變形（變形量再結(jié)晶溫度：經(jīng)嚴(yán)重冷變形（變形量70%70%）的金屬或）的金屬或 合金，在合金，在1h1h內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的（再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的（再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù) 95%95%）最低溫度。）最低溫度。 高純金屬：高純金屬：T T再再(0.25 (0.25 0.35)Tm0.35)Tm。2. 2. 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 工業(yè)純金屬：工業(yè)純金屬：T T再再(0.35 (

34、0.35 0.45)Tm0.45)Tm。 合金：合金：T T再再(0.4 (0.4 0.9)Tm0.9)Tm。 注：再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度高注：再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度高100100200200。三、再結(jié)晶溫度及其影響因素3. 3. 影響再結(jié)晶的因素影響再結(jié)晶的因素1)1)變形量變形量: :變形量越大，再結(jié)晶溫度越低；隨變形量增大，再結(jié)變形量越大，再結(jié)晶溫度越低；隨變形量增大，再結(jié) 晶溫度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結(jié)晶不能進(jìn)行。晶溫度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結(jié)晶不能進(jìn)行。2) 2) 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸: :晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大；晶界越多，有利于形晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大；

35、晶界越多，有利于形 核。核。3)3)微量溶質(zhì)元素微量溶質(zhì)元素: :阻礙位錯(cuò)和晶界的運(yùn)動(dòng)，不利于再結(jié)晶。阻礙位錯(cuò)和晶界的運(yùn)動(dòng)，不利于再結(jié)晶。4)4)第二分散相第二分散相: :間距和直徑都較大時(shí)，提高畸變能，并可作為形間距和直徑都較大時(shí)，提高畸變能，并可作為形 核核心，促進(jìn)再結(jié)晶；直徑和間距很小時(shí)，提高畸變能，但阻核核心，促進(jìn)再結(jié)晶；直徑和間距很小時(shí)，提高畸變能，但阻 礙晶界遷移，阻礙再結(jié)晶。礙晶界遷移，阻礙再結(jié)晶。5)5)退火溫度退火溫度: :溫度越高，再結(jié)晶速度越大。溫度越高，再結(jié)晶速度越大。四、再結(jié)晶后的晶粒大小1. 1. 再結(jié)晶晶粒的平均直徑再結(jié)晶晶粒的平均直徑d=kG/N1/42.影響再

36、結(jié)晶后的晶粒大小的因素1) 1) 變形量（圖）。存在臨界變形量，生產(chǎn)中應(yīng)避免臨界變變形量（圖）。存在臨界變形量，生產(chǎn)中應(yīng)避免臨界變 形量。形量。2) 2) 溫度。變形溫度越高，回復(fù)程度越大，儲(chǔ)存能減小，晶溫度。變形溫度越高，回復(fù)程度越大，儲(chǔ)存能減小，晶 粒粗化；退火溫度越高，臨界變形度越小，晶粒粗大。粒粗化；退火溫度越高，臨界變形度越小，晶粒粗大。3) 3) 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大，形核位置越原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大，形核位置越 多，使晶粒細(xì)化。多，使晶粒細(xì)化。4) 4) 合金元素和雜質(zhì)。增加儲(chǔ)存能，阻礙晶界移動(dòng)，有利于合金元素和雜質(zhì)。增加儲(chǔ)存能，阻礙晶界移動(dòng)，有利于 晶

37、粒細(xì)化。晶粒細(xì)化。5.3.4 5.3.4 晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng) 力：力：界面能降低界面能降低. .長(zhǎng)大方式：長(zhǎng)大方式： 正常長(zhǎng)大；正常長(zhǎng)大； 異常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶）異常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶）. .一、一、 晶粒的正常長(zhǎng)大晶粒的正常長(zhǎng)大1. 1. 正常長(zhǎng)大：再結(jié)晶后的晶粒均勻連續(xù)的長(zhǎng)大。正常長(zhǎng)大：再結(jié)晶后的晶粒均勻連續(xù)的長(zhǎng)大。2. 2. 驅(qū)動(dòng)力：界面能降低。界面能越大，曲率半徑越驅(qū)動(dòng)力：界面能降低。界面能越大，曲率半徑越 小，驅(qū)動(dòng)力越大。小，驅(qū)動(dòng)力越大。 ( (長(zhǎng)大方向是指向曲率中心長(zhǎng)大方向是指向曲率中心) )晶粒長(zhǎng)大時(shí)晶界移動(dòng)方向晶粒長(zhǎng)大時(shí)晶界移動(dòng)方向一、一、 晶粒的正常長(zhǎng)大及其影響因素晶粒

38、的正常長(zhǎng)大及其影響因素 晶界趨于平直晶界趨于平直; ; 3. 3. 晶粒的穩(wěn)定形狀晶粒的穩(wěn)定形狀 晶界夾角趨于晶界夾角趨于120;120; 二維坐標(biāo)中晶粒邊數(shù)趨于二維坐標(biāo)中晶粒邊數(shù)趨于6.6.4. 4. 影響晶粒長(zhǎng)大的因素影響晶粒長(zhǎng)大的因素(1) (1) 溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。(2) (2) 分散相粒子。阻礙晶界遷移，降低晶粒長(zhǎng)大速率。一分散相粒子。阻礙晶界遷移，降低晶粒長(zhǎng)大速率。一 般有晶粒穩(wěn)定尺寸般有晶粒穩(wěn)定尺寸d和第二相質(zhì)點(diǎn)半徑和第二相質(zhì)點(diǎn)半徑r、體積分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù) 的的 關(guān)系：關(guān)系：d=4r/3 (3) (3) 晶粒位向差。小角

39、度晶界的界面能小于大角度晶界，晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界， 因而前者的移動(dòng)速率低于后者。因而前者的移動(dòng)速率低于后者。(4) (4) 雜質(zhì)與合金元素。雜質(zhì)與合金元素?！皻鈭F(tuán)作氣團(tuán)作”釘扎晶界釘扎晶界, ,不利于晶界移不利于晶界移動(dòng)。動(dòng)。二、二、 晶粒的異常長(zhǎng)大晶粒的異常長(zhǎng)大1. 1. 異常長(zhǎng)大異常長(zhǎng)大: :少數(shù)再結(jié)晶晶粒的急劇長(zhǎng)大現(xiàn)象。少數(shù)再結(jié)晶晶粒的急劇長(zhǎng)大現(xiàn)象。( (二次再結(jié)晶）二次再結(jié)晶）2.2.基本條件基本條件: :正常晶粒長(zhǎng)大過(guò)程被正常晶粒長(zhǎng)大過(guò)程被( (第二分散相微粒、織構(gòu)）第二分散相微粒、織構(gòu)） 強(qiáng)烈阻礙。強(qiáng)烈阻礙。3. 3. 驅(qū)動(dòng)力：界面能變化。（不是重新形核）

40、驅(qū)動(dòng)力：界面能變化。（不是重新形核）5.3.55.3.5再結(jié)晶退火后的組織再結(jié)晶退火后的組織1. 1. 再結(jié)晶退火后的晶粒大小再結(jié)晶退火后的晶粒大小( (見(jiàn)見(jiàn)P208,P208,圖圖5.63)5.63)2. 2. 再結(jié)晶織構(gòu)再結(jié)晶織構(gòu): :再結(jié)晶退火后形成的織構(gòu)。再結(jié)晶退火后形成的織構(gòu)。 退火可將形變織構(gòu)消除，也可形成新織構(gòu)。退火可將形變織構(gòu)消除，也可形成新織構(gòu)。 擇優(yōu)形核（沿襲形變織構(gòu)）擇優(yōu)形核（沿襲形變織構(gòu)） 擇優(yōu)生長(zhǎng)（特殊位向的再結(jié)晶晶核快速長(zhǎng)大）擇優(yōu)生長(zhǎng)（特殊位向的再結(jié)晶晶核快速長(zhǎng)大）3. 3. 退火孿晶退火孿晶: :再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶。是由于再結(jié)晶過(guò)程再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶。是由于再結(jié)晶過(guò)程 中因晶界遷移出現(xiàn)層錯(cuò)形成的。中因晶界遷移出現(xiàn)層錯(cuò)形成的。5.4 5.4 熱變形與動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶熱變形與動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶一、一、 動(dòng)態(tài)回復(fù)