大學(xué)材料的形變和再結(jié)晶

大學(xué)材料的形變和再結(jié)晶第1頁(yè)/共83頁(yè)問(wèn)題的提出但實(shí)際上，有些塑性變形是在加熱過(guò)程中同時(shí)伴隨著回復(fù)和再結(jié)晶過(guò)程。例如，鎂合金AZ80熱擠壓溫度為380℃，而鎂合金再結(jié)晶溫度為150℃，在鎂合金變形過(guò)程中同時(shí)發(fā)生了回復(fù)和再結(jié)晶。這就是動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶。第2頁(yè)/共83頁(yè)本節(jié)主要內(nèi)容動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶熱加工對(duì)組織與性能的影響蠕變超塑性陶瓷材料變形的特點(diǎn)聚合物的變形特點(diǎn)第3頁(yè)/共83頁(yè)重要概念熱加工動(dòng)態(tài)回復(fù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶加工流線帶狀組織蠕變超塑性第4頁(yè)/共83頁(yè)1.熱變形與動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶

Hotworkinganddynamicrecovery,recrystallization概念：工程上常將再結(jié)晶溫度以上的加工稱(chēng)為熱加工（Hotworking）。工程上常將再結(jié)晶溫度以下的加工稱(chēng)為冷加工(Coldworking)。變形溫度低于再結(jié)晶溫度，高于室溫的加工稱(chēng)為溫加工(Warmworking)。第5頁(yè)/共83頁(yè)歷史上的專(zhuān)業(yè)設(shè)置熱加工專(zhuān)業(yè)：金屬材料及熱處理焊接鑄造鍛壓冷加工專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械制造第6頁(yè)/共83頁(yè)1.熱變形與動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶

Hotworkinganddynamicrecovery,recrystallization熱加工(hotprocessingofmetal)熱加工能使金屬零件在成形的同時(shí)改善它的組織，或者使已成形的零件改變結(jié)晶狀態(tài)以改善零件的機(jī)械性能。第7頁(yè)/共83頁(yè)再結(jié)晶溫度是區(qū)分冷加工/熱加工的分界線。Sn的再結(jié)晶溫度為-3℃，故室溫時(shí)對(duì)Sn加工系熱加工。W的最低再結(jié)晶溫度為1200℃，在1000℃下拉制鎢絲則屬于溫加工。熱加工時(shí)，變形溫度高于再結(jié)晶溫度，故在變形的同時(shí)伴隨回復(fù)和再結(jié)晶過(guò)程。稱(chēng)為動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶。第8頁(yè)/共83頁(yè)1.動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶概念：熱加工時(shí)，由于變形溫度高于再結(jié)晶溫度，在變形的同時(shí)伴隨著回復(fù)、再結(jié)晶過(guò)程。在熱變形過(guò)程中，形變而產(chǎn)生的加工硬化過(guò)程與動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶所引起的軟化過(guò)程同時(shí)存在，熱加工后金屬的組織和性能就取決于它們之間相互抵消的程度。第9頁(yè)/共83頁(yè)動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶分類(lèi)：動(dòng)態(tài)回復(fù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶在熱變形時(shí)，即在外力和溫度共同作用下發(fā)生的.在熱加工完畢或中斷后的冷卻過(guò)程中，即在無(wú)外力作用下發(fā)生的。3.亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶-在熱加工完畢去除外力后，已在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)形成的再結(jié)晶晶核及正在遷移的再結(jié)晶晶粒界面，不必再經(jīng)過(guò)任何孕育期繼續(xù)長(zhǎng)大和遷移。4.靜態(tài)回復(fù)5.靜態(tài)再結(jié)晶第10頁(yè)/共83頁(yè)動(dòng)態(tài)回復(fù)高層錯(cuò)能金屬（Al、α-Fe、Zr、Mo、W）的擴(kuò)展位錯(cuò)很窄，螺形位錯(cuò)的交滑移和刃型位錯(cuò)的攀移均較易進(jìn)行，容易從節(jié)點(diǎn)和位錯(cuò)網(wǎng)中解脫出來(lái)而與異號(hào)位錯(cuò)相互抵消。亞組織中的位錯(cuò)密度很低，剩余的儲(chǔ)能不足以引起動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。動(dòng)態(tài)回復(fù)是這類(lèi)金屬熱加工過(guò)程中起主導(dǎo)作用的軟化機(jī)制。第11頁(yè)/共83頁(yè)動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線三個(gè)階段I-微應(yīng)變階段，應(yīng)力增大很快，并開(kāi)始出現(xiàn)加工硬化，總應(yīng)變<1%。II-均勻應(yīng)變階段，斜率逐漸下降，材料開(kāi)始均勻塑性變形，同時(shí)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)回復(fù)，“加工硬化”部分被動(dòng)態(tài)回復(fù)所引起的軟化所抵消。III穩(wěn)態(tài)流變階段，加工硬化與動(dòng)態(tài)回復(fù)作用接近平衡，加工硬化率趨于零，出現(xiàn)應(yīng)力不隨應(yīng)變而增高的穩(wěn)定狀態(tài)。第12頁(yè)/共83頁(yè)動(dòng)態(tài)回復(fù)機(jī)制隨應(yīng)變量的增加，位錯(cuò)通過(guò)增殖，密度不斷增加，開(kāi)始形成位錯(cuò)纏結(jié)和胞狀亞結(jié)構(gòu)。熱變形溫度較高，為回復(fù)過(guò)程提供了熱激活條件。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)刃型位錯(cuò)的攀移螺型位錯(cuò)的交滑移位錯(cuò)結(jié)點(diǎn)的脫釘異號(hào)位錯(cuò)相遇位錯(cuò)密度降低位錯(cuò)增殖和消亡速率達(dá)到平衡時(shí)，不再發(fā)生硬化，應(yīng)力-應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)為水平的穩(wěn)態(tài)流變階段。第13頁(yè)/共83頁(yè)動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)的組織結(jié)構(gòu)晶粒沿變形方向伸長(zhǎng)呈纖維狀，但晶粒內(nèi)部卻保持等軸亞晶無(wú)應(yīng)變的結(jié)構(gòu)。動(dòng)態(tài)回復(fù)形成的亞晶尺寸d，主要取決于變形溫度和變形速率：式中，a/b為常數(shù)，為用溫度修正過(guò)的應(yīng)變速率。第14頁(yè)/共83頁(yè)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(dynamicreerystallization)概念：指金屬在熱變形過(guò)程中發(fā)生的再結(jié)晶現(xiàn)象。對(duì)于低層錯(cuò)能金屬（Cu、Ni、γ-Fe，Mg等），由于它們的擴(kuò)展位錯(cuò)寬度很寬，難以通過(guò)交滑移和刃型位錯(cuò)的攀移來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)回復(fù)，因此發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的傾向性大。第15頁(yè)/共83頁(yè)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線12開(kāi)始發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的臨界應(yīng)變度IIIIIII-微應(yīng)變加工硬化階段，應(yīng)力隨變形的增加而增加II-動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開(kāi)始階段，達(dá)到某一峰值時(shí)σm

后，由于發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，屈服應(yīng)力又下跌至某一恒定的σs值(曲線1)。III-穩(wěn)態(tài)流變階段，這時(shí)加工硬化與動(dòng)態(tài)軟化達(dá)到了平衡。（曲線2)。發(fā)生均勻變形的應(yīng)變量第16頁(yè)/共83頁(yè)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶要達(dá)到臨界變形量和在較高的變形溫度下才能發(fā)生；與靜態(tài)再結(jié)晶相似，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶易在晶界及亞晶界形核；動(dòng)態(tài)再結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)殪o態(tài)再結(jié)晶時(shí)無(wú)需孕育期；動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所需的時(shí)間隨溫度升高而縮短。第17頁(yè)/共83頁(yè)案例：AZ80鎂合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶特征：應(yīng)力先快增而后緩增，達(dá)到峰值后開(kāi)始降低直至趨于定值。熱塑性變形中，位錯(cuò)增殖引起的強(qiáng)化與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶引起的軟化長(zhǎng)期并存。權(quán)國(guó)政等,功能材料，2011,6(42):1142-1146應(yīng)變速率增加應(yīng)力增加第18頁(yè)/共83頁(yè)隨變形溫度的升高，晶粒數(shù)量增加，分布更加均勻，晶粒尺寸明顯細(xì)化。熱壓縮變形后新生晶?！绊?xiàng)鏈?zhǔn)健眲?dòng)態(tài)再結(jié)晶形態(tài)第19頁(yè)/共83頁(yè)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制動(dòng)態(tài)再結(jié)晶也是通過(guò)形核和長(zhǎng)大完成的。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的形核方式與應(yīng)變速率有關(guān)：當(dāng)應(yīng)變速率較低時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是通過(guò)原晶界的弓出機(jī)制形核；當(dāng)應(yīng)變速率較高時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是通過(guò)亞晶聚集長(zhǎng)大方式進(jìn)行的。第20頁(yè)/共83頁(yè)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)變形期間，金屬的晶粒是等軸的，晶界呈鋸齒狀。晶內(nèi)存在被位錯(cuò)分割的亞晶。而退火時(shí)靜態(tài)再結(jié)晶所產(chǎn)生的位錯(cuò)密度很低。所以同樣晶粒大小的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織的強(qiáng)度和硬度比靜態(tài)再結(jié)晶組織的高。晶粒度與流變應(yīng)變成反比位錯(cuò)亞晶第21頁(yè)/共83頁(yè)鎂合金ZK60汽車(chē)保險(xiǎn)杠熱擠壓組織擠壓過(guò)程中，模具處于加熱狀態(tài)，外表受到較高的溫度影響，其再結(jié)晶組織晶粒過(guò)快生長(zhǎng)，形成粗大的組織。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大R.Zengetal./JournalofAlloysandCompounds509(2011)4462–4469第22頁(yè)/共83頁(yè)熱加工對(duì)組織性能的影響熱加工對(duì)室溫力學(xué)性能的影響熱加工不會(huì)使金屬材料發(fā)生加工硬化，但能：消除鑄造中的某些缺陷，如氣孔、疏松焊合；改善夾雜物和脆性物的形狀、大小及分布；部分消除某些偏析；將粗大柱狀晶、樹(shù)枝晶變?yōu)榧?xì)小、均勻的等軸晶。↑致密度和力學(xué)性能所以，金屬材料經(jīng)熱加工后比鑄態(tài)具有更佳的力學(xué)性能。第23頁(yè)/共83頁(yè)熱加工材料的組織特征加工流線熱加工時(shí)，由于夾雜物、偏析、第二相和晶界等隨應(yīng)變量的增大，逐漸沿變形方向延伸，在經(jīng)浸蝕的宏觀磨面上出現(xiàn)流線。熱擠壓鎂合金AZ61顯微組織流線第24頁(yè)/共83頁(yè)帶狀組織復(fù)相合金中的各個(gè)相，在熱加工時(shí)沿著變形方向交替地呈帶狀分布.晶粒由等軸晶變?yōu)槔L(zhǎng)的扁平形。第二相或中間相沿晶界分布，帶狀組織熱擠壓鎂合金AZ80顯微組織變形（擠壓）方向Mg17Al12第25頁(yè)/共83頁(yè)蠕變（Creep）高壓蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、石油化工設(shè)備等金屬零部件均長(zhǎng)期在高溫條件下工作。概念：在某溫度下恒定應(yīng)力（通常小于屈服強(qiáng)度）下所發(fā)生的緩慢而連續(xù)的塑形流變現(xiàn)象。第26頁(yè)/共83頁(yè)蠕變曲線蠕變過(guò)程分為三個(gè)階段：I-瞬態(tài)或減速蠕變階段II-穩(wěn)態(tài)蠕變階段，應(yīng)變速率III-加速蠕變階段第27頁(yè)/共83頁(yè)蠕變過(guò)程的重要參數(shù)是穩(wěn)態(tài)的蠕變速率，，它與應(yīng)力有指數(shù)關(guān)系?？紤]蠕變也是熱激活過(guò)程，因此，n為應(yīng)力指數(shù)，高分子材料n=1～2；金屬3～7.第28頁(yè)/共83頁(yè)蠕變機(jī)制：晶體在室溫或溫度低于0.3Tm時(shí)變形，變形機(jī)制主要是通過(guò)滑移和孿生兩種方式。熱加工時(shí)，應(yīng)變量大時(shí)，位錯(cuò)滑移仍鉆重要地位，應(yīng)變率小時(shí)，除了位錯(cuò)滑移外，高溫使空位擴(kuò)散。蠕變機(jī)制主要有：位錯(cuò)蠕變（回復(fù)蠕變）-位錯(cuò)攀移擴(kuò)散蠕變-空位移動(dòng)晶界滑動(dòng)蠕變第29頁(yè)/共83頁(yè)位錯(cuò)蠕變(Dislocationcreep)（回復(fù)蠕變）在蠕變過(guò)程中，滑移仍然是一種最重要的變形方式。低溫下，位錯(cuò)受阻便產(chǎn)生塞積，只有切應(yīng)力更大，才能重新開(kāi)動(dòng)；高溫下，刃型位錯(cuò)依靠熱激活攀移到鄰近滑移面并可繼續(xù)滑移。攀移減少了位錯(cuò)塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集中，使加工硬化減弱了。第30頁(yè)/共83頁(yè)擴(kuò)散蠕變(Diffusioncreep)當(dāng)溫度很高時(shí)和應(yīng)力很低時(shí)，便產(chǎn)生空位移動(dòng)造成的擴(kuò)散蠕變。蠕變速率：拉伸應(yīng)力壓縮應(yīng)力空位形成能低，空位數(shù)量多空位形成能高，空位數(shù)量少第31頁(yè)/共83頁(yè)晶界滑動(dòng)蠕變(Grainboundaryslidingcreep)高溫下，由于晶界上原子容易擴(kuò)散，受力后易產(chǎn)生滑動(dòng)，故促進(jìn)蠕變進(jìn)行。為了保持相鄰晶粒之間的密合，擴(kuò)散蠕變總是伴隨著晶界滑動(dòng)的。晶界滑動(dòng)是沿著最大切應(yīng)力方向進(jìn)行的，主要靠晶界位錯(cuò)源產(chǎn)生的固有晶界位錯(cuò)來(lái)進(jìn)行的，與溫度和晶界形貌等因素有關(guān)。第32頁(yè)/共83頁(yè)小結(jié)重點(diǎn)掌握幾個(gè)基本概念熱加工冷加工溫加工動(dòng)態(tài)回復(fù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶蠕變第33頁(yè)/共83頁(yè)曾榮昌第五章材料的形變和再結(jié)晶(6)

Chapter5Deformationandre-crystallizationofmaterials5.4.4超塑性5.5陶瓷材料變形的特點(diǎn)5.6高聚物變形的特點(diǎn)第34頁(yè)/共83頁(yè)超塑性（superplasticity）概念：材料在一定條件下進(jìn)行熱變形，可獲得伸長(zhǎng)率達(dá)500~2000%的均勻塑形變形，且不發(fā)生頸縮現(xiàn)象的特性。“超塑性是多晶材料一種各向同性的方式表現(xiàn)出具有非常高的拉伸斷裂延伸率”?！苄試?guó)際會(huì)議目前的世界紀(jì)錄由日本人Higashi保持，延伸率高達(dá)8000%。第35頁(yè)/共83頁(yè)超塑性發(fā)現(xiàn)的歷史1912年，英國(guó)冶金學(xué)家Bengough首次記載，雙相黃銅在700℃時(shí)最大應(yīng)變約為160%。1934年，Pearson拉伸Bi-Sn合金延伸率接近2000%。Pearson在1934年得到的著名照片，顯示Bi-Sn合金具有1950%的延伸率。RobertW.Cahn著，楊柯等譯，走進(jìn)材料科學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，2008第36頁(yè)/共83頁(yè)1964年，MIT的Backofen首次將超塑性應(yīng)用于工業(yè)。1976年，Al-Cu共晶合金（Al-6%Cu-0.5%Zr?Supral）取得專(zhuān)利權(quán)。1982年，首次召開(kāi)超塑性的國(guó)際會(huì)議。1986年，日本的Wakai發(fā)現(xiàn)超細(xì)晶粒陶瓷也能超塑變形。2000年，盧柯研究員的“納米銅室溫超塑延展性的發(fā)現(xiàn)”被評(píng)為度中國(guó)十大科技進(jìn)展及中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究十大新聞，納米銅延伸率達(dá)5100%。第37頁(yè)/共83頁(yè)有人預(yù)測(cè)：如果將金屬材料的晶粒尺寸減小到納米量級(jí)，會(huì)出現(xiàn)很低的溫度下發(fā)生擴(kuò)散蠕變，且應(yīng)有很好的塑性變形能力，甚至在室溫條件下就可發(fā)生超塑性變形。然而，大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻十分令人失望。大多數(shù)納米金屬延伸率僅為1%～4%，擴(kuò)散蠕變速率也非常低。盧柯博士認(rèn)為主要是由于納米樣品在制備過(guò)程中所引入的缺陷所致。第38頁(yè)/共83頁(yè)

盧柯制備出致密、高純度的塊狀納米晶體Cu樣品，晶粒尺寸為30nm，純度高于99.995wt%，密度可達(dá)普通純Cu理論密度的99.4%。在室溫(僅為熔點(diǎn)的22%)下軋制該納米晶Cu樣品，其延伸率可高達(dá)5100%，無(wú)明顯的加工硬化效應(yīng)，晶粒尺寸保持不變。說(shuō)明晶界運(yùn)動(dòng)起重要作用。此項(xiàng)工作在《Science》上發(fā)表，受到高度評(píng)價(jià)。第39頁(yè)/共83頁(yè)第40頁(yè)/共83頁(yè)納米晶刃位錯(cuò)孿晶第41頁(yè)/共83頁(yè)康志新等，中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2010.20（4）：587-597第42頁(yè)/共83頁(yè)崔建忠，輕金屬，1989，1：47-51第43頁(yè)/共83頁(yè)第44頁(yè)/共83頁(yè)獲得超塑性的條件：具有等軸細(xì)小兩相組織，晶粒直徑<10微米，而且在超塑形變形過(guò)程中晶粒不顯著長(zhǎng)大；超塑性變形在（0.5~0.65）Tm溫度范圍內(nèi)進(jìn)行；低的應(yīng)變速率，一般在10-2~10-4s-1范圍內(nèi)，以保證晶界擴(kuò)散過(guò)程得以順利進(jìn)行。第45頁(yè)/共83頁(yè)超塑性的特征：在高溫下材料的流變應(yīng)力σ不僅是應(yīng)變?和溫度T的函數(shù)，而且對(duì)應(yīng)變速率也很不敏感，并存在以下關(guān)系：K為常數(shù)，m為應(yīng)變速率敏感系數(shù)。要使金屬具有超塑性，m至少在0.3以上。m值反映了材料抗拉時(shí)抗縮頸能力，是評(píng)定材料潛在超塑性的重要參數(shù)。第46頁(yè)/共83頁(yè)材料的伸長(zhǎng)率隨m值的增大而增大。第47頁(yè)/共83頁(yè)超塑性的本質(zhì)晶界是晶界滑移和超塑流變的先決條件，大角度晶界含量的增加有利于更多的晶界參與晶界滑移和超塑流變。晶界滑移是其主要變形機(jī)制。第48頁(yè)/共83頁(yè)超塑性的本質(zhì)多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為，超塑性是由晶界的轉(zhuǎn)動(dòng)與晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)所致。拉伸應(yīng)力壓應(yīng)力晶界滑移、移動(dòng)和原子的擴(kuò)散整體沿縱向伸長(zhǎng)體擴(kuò)散第49頁(yè)/共83頁(yè)晶界的轉(zhuǎn)動(dòng)第50頁(yè)/共83頁(yè)晶界滑動(dòng)與滑移Grainboundaryslidingandslip450℃時(shí)第二相Mg17Al12熔解第51頁(yè)/共83頁(yè)晶界滑動(dòng)第52頁(yè)/共83頁(yè)第53頁(yè)/共83頁(yè)超塑性的組織結(jié)構(gòu)特征：超塑性變形時(shí)，沒(méi)有晶內(nèi)滑移也沒(méi)有位錯(cuò)密度的增高；由于超塑性變形在高溫下長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行，因此晶粒會(huì)有所長(zhǎng)大；盡管變形量很大，但晶粒形狀始終保持等軸；原來(lái)兩相呈帶狀分布的合金，在超塑性變形后可變?yōu)榫鶆蚍植?；?dāng)用冷變形和再結(jié)晶方法制取超細(xì)晶粒合金時(shí)，如果合金具有織構(gòu)，則在超塑性變形后織構(gòu)消失。第54頁(yè)/共83頁(yè)超塑性的應(yīng)用板材沖壓，可用陰模，利用壓力或真空一次成型大塊金屬，閉模壓制一次成型http://dbnst.nii.ac.jp/upload/images/research/1751/english/10b92f53139c3a2ec60207952363cbd8/fig-3.jpg第55頁(yè)/共83頁(yè)/en/File/20110920140434640.jpg第56頁(yè)/共83頁(yè)5.5陶瓷材料變形的特點(diǎn)相對(duì)高分子和金屬而言，脆、難以變形是陶瓷材料的一大特點(diǎn)。陶瓷材料原子之間通常是由離子鍵、共價(jià)鍵所構(gòu)成。在共價(jià)鍵結(jié)合的陶瓷中，原子之間是通過(guò)共用電子對(duì)形式進(jìn)行鍵合的，具有方向性和飽和性，且鍵能相當(dāng)高。塑性變形時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)必須破壞這種強(qiáng)的原子鍵，因此，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)遇到很大的點(diǎn)陣阻力（P-N力），而位錯(cuò)在金屬晶體中運(yùn)動(dòng)，卻不會(huì)破壞由大量自由電子與金屬正離子構(gòu)成的金屬建。第57頁(yè)/共83頁(yè)對(duì)離子鍵合的陶瓷材料，離子晶體要求正負(fù)離子相間排列，在外力作用下，當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一個(gè)原子間距時(shí)，由于存在巨大的同號(hào)離子的庫(kù)侖靜電斥力，致使位錯(cuò)沿垂直或平行于離子鍵方向很難運(yùn)動(dòng)。NaCl晶體第58頁(yè)/共83頁(yè)但若位錯(cuò)沿著45℃方向運(yùn)動(dòng)，則在滑移過(guò)程中，相鄰晶面始終由庫(kù)侖力保持吸引。因此，NaCl、MgO等單晶體在室溫壓應(yīng)力作用下，可承受較大的塑性變形。難易第59頁(yè)/共83頁(yè)多晶體陶瓷塑性變形，必須有5個(gè)獨(dú)立滑移系。離子鍵多晶陶瓷往往很脆第60頁(yè)/共83頁(yè)變形溫度對(duì)陶瓷材料力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響室溫幾乎脆斷脆性變小第61頁(yè)/共83頁(yè)高聚物的變形特點(diǎn)高分子材料受力時(shí)，也顯示彈性和塑形變形行為，總應(yīng)變彈性變形由兩種機(jī)制組成，即鍵內(nèi)部鍵的拉伸和畸變，以及整個(gè)鏈段的可回復(fù)運(yùn)動(dòng)。聚合物的塑形變形是靠黏性流動(dòng)而不是靠滑移產(chǎn)生的第62頁(yè)/共83頁(yè)聚合物產(chǎn)生塑性變形的難易程度與該材料的黏度，有關(guān)τ-使鏈滑動(dòng)的切應(yīng)力。

鏈的位移。高黏度的高聚物的黏性變形小。第63頁(yè)/共83頁(yè)與金屬相比，高聚物的力學(xué)性能對(duì)溫度和時(shí)間的依賴(lài)性要強(qiáng)烈得多。隨結(jié)晶度和交聯(lián)程度不同，變形特性也不盡相同。脆性變形塑性變形屈服點(diǎn)彈性變形第64頁(yè)/共83頁(yè)高分子在塑性變形時(shí)往往出現(xiàn)均勻變形的不穩(wěn)定性。均勻變形應(yīng)變軟化不均勻變形第65頁(yè)/共83頁(yè)結(jié)晶高分子拉伸發(fā)生變形時(shí)，分子排列發(fā)生很大變化。屈服點(diǎn)附近，分子鏈及其微晶沿拉伸方向開(kāi)始取向和重排。有些晶體可能破裂成更小的單位，然后再取向的情況下再結(jié)晶。即前后發(fā)生結(jié)晶的破壞、取向、再結(jié)晶過(guò)程。片晶非晶區(qū)第66頁(yè)/共83頁(yè)本章重點(diǎn)與難點(diǎn)彈性變形的特點(diǎn)與虎克定律彈性的不完整性和粘彈性比較塑性變形的兩種基本形式：滑移與孿生的異同點(diǎn)滑移的臨界分切應(yīng)力滑移的位錯(cuò)機(jī)制多晶體塑性變形的特點(diǎn)細(xì)晶強(qiáng)化與Hall-Petch公式屈服現(xiàn)象與應(yīng)變時(shí)效彌散強(qiáng)化加工硬化第67頁(yè)/共83頁(yè)形變織構(gòu)與殘余應(yīng)力回復(fù)動(dòng)力學(xué)與回復(fù)機(jī)制再結(jié)晶形核機(jī)制再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)再結(jié)晶溫度及其影響因素影響再結(jié)晶晶粒大小的因素晶粒的正常長(zhǎng)大及其影響因素一次與二次再結(jié)晶，以及靜態(tài)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的區(qū)別無(wú)機(jī)非金屬材料塑形變形的特點(diǎn)高聚物塑形變形的特點(diǎn)第68頁(yè)/共83頁(yè)重要基本概念應(yīng)力-應(yīng)變；真應(yīng)力-真應(yīng)變彈性變形-塑性變形；屈服；彈性-塑性；屈服強(qiáng)度-抗拉強(qiáng)度；延伸率-截面收縮率韌性斷裂-脆性斷裂彈性模量-剛度包申格效應(yīng)-滯彈性（彈性滯后、彈性后效（蠕變）、應(yīng)力松弛）滑移-滑移方向-滑移面-滑移系；滑移-孿生-扭折；單滑移-多滑移-交滑移孿晶面，孿生方向，變形孿晶或機(jī)械孿晶-生長(zhǎng)孿晶-退火孿晶第69頁(yè)/共83頁(yè)臨界分切應(yīng)力，施密特因子，軟取向，硬取向，派-納力屈服現(xiàn)象，應(yīng)變時(shí)效固溶強(qiáng)化-加工硬化-彌散強(qiáng)化形變織構(gòu)、絲織構(gòu)、板織構(gòu)、殘余應(yīng)力、點(diǎn)陣畸變、帶狀組織、流線回復(fù)和再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大，二次再結(jié)晶，冷加工、熱加工、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶儲(chǔ)存能、多變化、回復(fù)激活能、再結(jié)晶激活能、再結(jié)晶溫度弓出形核、臨界變形量、再結(jié)晶織構(gòu)、退火孿晶第70頁(yè)/共83頁(yè)幾個(gè)公式虎克定律

σ=Eε

τ=G滑移的臨界分切應(yīng)力

τ＝ｓｃｏｓｃｏｓ=mｓ派-納力（Peierls-Nabarro）第71頁(yè)/共83頁(yè)Hall-Petchequations=0+kd-1/2彌散強(qiáng)化關(guān)系式聚合物合金強(qiáng)化關(guān)系第72頁(yè)/共83頁(yè)加工硬化關(guān)系回復(fù)動(dòng)力學(xué)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)第73頁(yè)/共83頁(yè)再結(jié)晶的極限平均晶粒直徑再結(jié)晶晶粒大小與溫度之間的關(guān)系第74頁(yè)/共83頁(yè)阿累尼烏茲公式的應(yīng)用擴(kuò)散系數(shù)空位濃度凝固形核率回復(fù)再結(jié)晶速率固態(tài)相變?nèi)渥兯俾实?5頁(yè)/共83頁(yè)輔導(dǎo)與習(xí)題（紅色標(biāo)出必做?。?、有一根長(zhǎng)為5m、直徑為3mm的鋁線，已知鋁的彈性模量為70GPa，求在200N的拉力作用下，此線的總長(zhǎng)度。2、將一根長(zhǎng)為20m、直徑為14mm的鋁棒通過(guò)孔徑為12.7mm的模具拉拔，試求：①這根鋁棒拉拔后的尺寸；②這根鋁棒要承受的冷加工率。3、有一70MPa應(yīng)力作用在fcc晶體的[001]方向上，求作用在（111）[101]和（111）[110]滑移系上的分切應(yīng)力。第76頁(yè)/共83頁(yè)4、有一bcc晶體的（110）[111]滑移系的臨界分切應(yīng)力為60MPa，試問(wèn)在[001]和[010]方向必須施加多少的應(yīng)力才會(huì)產(chǎn)生滑移？5、Zn單晶在拉伸之前的滑移方向與拉伸軸的夾角為45°，拉伸后滑移方向與拉伸軸的夾角為30°，求拉伸后延伸率。6、Mg單晶體的試樣拉伸時(shí)，3個(gè)滑移方向與拉伸軸相交成38?、45?、85?，而基面法線與拉伸軸成60?。如果在拉應(yīng)力為2.05MPa時(shí)開(kāi)始觀察到塑性變形，則Mg的臨界分切應(yīng)力為多少？第77頁(yè)/共83頁(yè)7、已知純銅的

滑移系的臨界分切應(yīng)力τc為1MPa，問(wèn)：（1）要使

面上產(chǎn)生[101]方向的滑移，則在[001]方向上應(yīng)施加多大的應(yīng)力？（2）要使面上