材料的形變和再結(jié)晶課件

第五章材料的形變和再結(jié)晶(6)

Chapter5Deformationandre-crystallizationofmaterials熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶docin/sundae_meng第五章材料的形變和再結(jié)晶(6)

Chapter5De1問題的提出冷軋薄鋼板是由普通碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼帶，經(jīng)過進(jìn)一步冷軋制成厚度小于4mm的鋼板。在常溫下軋制，不產(chǎn)生氧化鐵皮，因此，冷板表面質(zhì)量好，尺寸精度高，再加之退火處理，其機(jī)械性能和工藝性能都優(yōu)于熱軋薄鋼板在許多領(lǐng)域里，特別是家電制造領(lǐng)域，已逐漸用它取代熱軋薄鋼板。汽車制造、電氣產(chǎn)品、機(jī)車車輛、航空、精密儀表、食品罐頭等。docin/sundae_meng問題的提出冷軋薄鋼板是由普通碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼帶，經(jīng)過進(jìn)一步冷2問題的提出但實(shí)際上，有些塑性變形是在加熱過程中同時伴隨著回復(fù)和再結(jié)晶過程。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℃，在鎂合金變形過程中同時發(fā)生了回復(fù)和再結(jié)晶。這就是動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶。docin/sundae_meng問題的提出但實(shí)際上，有些塑性變形是在加熱過程中同時伴隨著回復(fù)3本節(jié)主要內(nèi)容動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶熱加工對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)docin/sundae_meng本節(jié)主要內(nèi)容docin/sundae_meng4重要概念熱加工動態(tài)回復(fù)動態(tài)再結(jié)晶加工流線帶狀組織蠕變超塑性docin/sundae_meng重要概念熱加工docin/sundae_meng51.熱變形與動態(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為熱加工（Hotworking）。工程上常將再結(jié)晶溫度以下的加工稱為冷加工(Coldworking)。變形溫度低于再結(jié)晶溫度，高于室溫的加工稱為溫加工(Warmworking)。docin/sundae_meng1.熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶

Hotworkinga6歷史上的專業(yè)設(shè)置熱加工專業(yè)：金屬材料及熱處理焊接鑄造鍛壓冷加工專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械制造docin/sundae_meng歷史上的專業(yè)設(shè)置熱加工專業(yè)：docin/sundae_men71.熱變形與動態(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。docin/sundae_meng1.熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶

Hotworkinga8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℃，故室溫時對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，變形溫度高于再結(jié)晶溫度，故在變形的同時伴隨回復(fù)和再結(jié)晶過程。稱為動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶。docin/sundae_meng再結(jié)晶溫度是區(qū)分冷加工/熱加工的分界線。docin/sund91.動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶概念：熱加工時，由于變形溫度高于再結(jié)晶溫度，在變形的同時伴隨著回復(fù)、再結(jié)晶過程。在熱變形過程中，形變而產(chǎn)生的加工硬化過程與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶所引起的軟化過程同時存在，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。docin/sundae_meng1.動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶概念：docin/sundae_me10動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶分類：動態(tài)回復(fù)動態(tài)再結(jié)晶在熱變形時，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程中，即在無外力作用下發(fā)生的。3.亞動態(tài)再結(jié)晶-在熱加工完畢去除外力后，已在動態(tài)再結(jié)晶時形成的再結(jié)晶晶核及正在遷移的再結(jié)晶晶粒界面，不必再經(jīng)過任何孕育期繼續(xù)長大和遷移。4.靜態(tài)回復(fù)5.靜態(tài)再結(jié)晶docin/sundae_meng動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶分類：在熱變形時，即在外力和溫度共同作用11動態(tài)回復(fù)高層錯能金屬（Al、α-Fe、Zr、Mo、W）的擴(kuò)展位錯很窄，螺形位錯的交滑移和刃型位錯的攀移均較易進(jìn)行，容易從節(jié)點(diǎn)和位錯網(wǎng)中解脫出來而與異號位錯相互抵消。亞組織中的位錯密度很低，剩余的儲能不足以引起動態(tài)再結(jié)晶。動態(tài)回復(fù)是這類金屬熱加工過程中起主導(dǎo)作用的軟化機(jī)制。docin/sundae_meng動態(tài)回復(fù)高層錯能金屬（Al、α-Fe、Zr、Mo、W）的擴(kuò)展12動態(tài)回復(fù)時應(yīng)力-應(yīng)變曲線三個階段I-微應(yīng)變階段，應(yīng)力增大很快，并開始出現(xiàn)加工硬化，總應(yīng)變<1%。II-均勻應(yīng)變階段，斜率逐漸下降，材料開始均勻塑性變形，同時出現(xiàn)動態(tài)回復(fù)，“加工硬化”部分被動態(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)。docin/sundae_meng動態(tài)回復(fù)時應(yīng)力-應(yīng)變曲線三個階段docin/sundae_m13動態(tài)回復(fù)機(jī)制隨應(yīng)變量的增加，位錯通過增殖，密度不斷增加，開始形成位錯纏結(jié)和胞狀亞結(jié)構(gòu)。熱變形溫度較高，為回復(fù)過程提供了熱激活條件。位錯運(yùn)動刃型位錯的攀移螺型位錯的交滑移位錯結(jié)點(diǎn)的脫釘異號位錯相遇位錯密度降低位錯增殖和消亡速率達(dá)到平衡時，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。docin/sundae_meng動態(tài)回復(fù)機(jī)制隨應(yīng)變量的增加，位錯通過增殖，密度不斷增加，開始14動態(tài)回復(fù)時的組織結(jié)構(gòu)晶粒沿變形方向伸長呈纖維狀，但晶粒內(nèi)部卻保持等軸亞晶無應(yīng)變的結(jié)構(gòu)。動態(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)，為用溫度修正過的應(yīng)變速率。docin/sundae_meng動態(tài)回復(fù)時的組織結(jié)構(gòu)晶粒沿變形方向伸長呈纖維狀，但晶粒內(nèi)部卻15動態(tài)再結(jié)晶(dynamicreerystallization)概念：指金屬在熱變形過程中發(fā)生的再結(jié)晶現(xiàn)象。對于低層錯能金屬（Cu、Ni、γ-Fe，Mg等），由于它們的擴(kuò)展位錯寬度很寬，難以通過交滑移和刃型位錯的攀移來進(jìn)行動態(tài)回復(fù)，因此發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的傾向性大。docin/sundae_meng動態(tài)再結(jié)晶(dynamicreerystallizatio16動態(tài)再結(jié)晶時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線12開始發(fā)生動態(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-動態(tài)再結(jié)晶開始階段，達(dá)到某一峰值時σm

后，由于發(fā)生了動態(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，這時加工硬化與動態(tài)軟化達(dá)到了平衡。（曲線2)。發(fā)生均勻變形的應(yīng)變量docin/sundae_meng動態(tài)再結(jié)晶時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線12開始發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的臨界應(yīng)變17動態(tài)再結(jié)晶的特點(diǎn)動態(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，動態(tài)再結(jié)晶易在晶界及亞晶界形核；動態(tài)再結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)殪o態(tài)再結(jié)晶時無需孕育期；動態(tài)再結(jié)晶所需的時間隨溫度升高而縮短。docin/sundae_meng動態(tài)再結(jié)晶的特點(diǎn)動態(tài)再結(jié)晶要達(dá)到臨界變形量和在較高的變形溫度18案例：AZ80鎂合金動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)動態(tài)再結(jié)晶特征：應(yīng)力先快增而后緩增，達(dá)到峰值后開始降低直至趨于定值。熱塑性變形中，位錯增殖引起的強(qiáng)化與動態(tài)再結(jié)晶引起的軟化長期并存。權(quán)國政等,功能材料，2019,6(42):1142-1146應(yīng)變速率增加應(yīng)力增加docin/sundae_meng案例：AZ80鎂合金動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)動態(tài)再結(jié)晶特征：應(yīng)力先快19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粒“項(xiàng)鏈?zhǔn)健眲討B(tài)再結(jié)晶形態(tài)docin/sundae_meng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)20動態(tài)再結(jié)晶機(jī)制動態(tài)再結(jié)晶也是通過形核和長大完成的。動態(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，動態(tài)再結(jié)晶是通過原晶界的弓出機(jī)制形核；當(dāng)應(yīng)變速率較高時，動態(tài)再結(jié)晶是通過亞晶聚集長大方式進(jìn)行的。docin/sundae_meng動態(tài)再結(jié)晶機(jī)制動態(tài)再結(jié)晶也是通過形核和長大完成的。docin21動態(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)存在被位錯分割的亞晶。而退火時靜態(tài)再結(jié)晶所產(chǎn)生的位錯密度很低。所以同樣晶粒大小的動態(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)變成反比位錯亞晶docin/sundae_meng動態(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22鎂合金ZK60汽車保險(xiǎn)杠熱擠壓組織擠壓過程中，模具處于加熱狀態(tài)，外表受到較高的溫度影響，其再結(jié)晶組織晶粒過快生長，形成粗大的組織。動態(tài)再結(jié)晶晶粒長大R.Zengetal./JournalofAlloysandCompounds509(2019)4462–4469docin/sundae_meng鎂合金ZK60汽車保險(xiǎn)杠熱擠壓組織擠壓過程中，模具處于加熱狀23熱加工對組織性能的影響熱加工對室溫力學(xué)性能的影響熱加工不會使金屬材料發(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、樹枝晶變?yōu)榧?xì)小、均勻的等軸晶?！旅芏群土W(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。docin/sundae_meng熱加工對組織性能的影響熱加工對室溫力學(xué)性能的影響docin/24熱加工材料的組織特征加工流線熱加工時，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docin/sundae_meng熱加工材料的組織特征加工流線熱擠壓鎂合金AZ61顯微組織流線25帶狀組織復(fù)相合金中的各個相，在熱加工時沿著變形方向交替地呈帶狀分布.晶粒由等軸晶變?yōu)槔L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Mg17Al12docin/sundae_meng帶狀組織復(fù)相合金中的各個相，在熱加工時沿著變形方向交替地呈帶26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。docin/sundae_meng蠕變（Creep）高壓蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、石油化工設(shè)備等金屬零27蠕變曲線蠕變過程分為三個階段：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docin/sundae_meng蠕變曲線蠕變過程分為三個階段：docin/sundae_me28蠕變過程的重要參數(shù)是穩(wěn)態(tài)的蠕變速率，，它與應(yīng)力有指數(shù)關(guān)系?？紤]蠕變也是熱激活過程，因此，n為應(yīng)力指數(shù)，高分子材料n=1～2；金屬3～7.docin/sundae_meng蠕變過程的重要參數(shù)是穩(wěn)態(tài)的蠕變速率，，它與應(yīng)力有指數(shù)關(guān)29蠕變機(jī)制：晶體在室溫或溫度低于0.3Tm時變形，變形機(jī)制主要是通過滑移和孿生兩種方式。熱加工時，應(yīng)變量大時，位錯滑移仍鉆重要地位，應(yīng)變率小時，除了位錯滑移外，高溫使空位擴(kuò)散。蠕變機(jī)制主要有：位錯蠕變（回復(fù)蠕變）-位錯攀移擴(kuò)散蠕變-空位移動晶界滑動蠕變docin/sundae_meng蠕變機(jī)制：晶體在室溫或溫度低于0.3Tm時變形，變形機(jī)制主要30位錯蠕變(Dislocationcreep)（回復(fù)蠕變）在蠕變過程中，滑移仍然是一種最重要的變形方式。低溫下，位錯受阻便產(chǎn)生塞積，只有切應(yīng)力更大，才能重新開動；高溫下，刃型位錯依靠熱激活攀移到鄰近滑移面并可繼續(xù)滑移。攀移減少了位錯塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集中，使加工硬化減弱了。docin/sundae_meng位錯蠕變(Dislocationcreep)（回復(fù)蠕變）在31擴(kuò)散蠕變(Diffusioncreep)當(dāng)溫度很高時和應(yīng)力很低時，便產(chǎn)生空位移動造成的擴(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docin/sundae_meng擴(kuò)散蠕變(Diffusioncreep)當(dāng)溫度很高時和應(yīng)力32晶界滑動蠕變(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，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的。晶界滑動是沿著最大切應(yīng)力方向進(jìn)行的，主要靠晶界位錯源產(chǎn)生的固有晶界位錯來進(jìn)行的，與溫度和晶界形貌等因素有關(guān)。docin/sundae_meng晶界滑動蠕變(Grainboundarysliding33小結(jié)重點(diǎn)掌握幾個基本概念熱加工冷加工溫加工動態(tài)回復(fù)動態(tài)再結(jié)晶蠕變docin/sundae_meng小結(jié)重點(diǎn)掌握幾個基本概念docin/sundae_meng34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)docin/sundae_meng曾榮昌第五章材料的形變和再結(jié)晶(6)

Chapter535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?！俺苄允嵌嗑Р牧弦环N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H會議目前的世界紀(jì)錄由日本人Higashi保持，延伸率高達(dá)8000%。docin/sundae_meng超塑性（superplasticity）概念：材料在一定條件36超塑性發(fā)現(xiàn)的歷史1912年，英國冶金學(xué)家Bengough首次記載，雙相黃銅在700℃時最大應(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，2019docin/sundae_meng超塑性發(fā)現(xiàn)的歷史1912年，英國冶金學(xué)家Bengough首次371964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）取得專利權(quán)。1982年，首次召開超塑性的國際會議。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)”被評為度中國十大科技進(jìn)展及中國基礎(chǔ)科學(xué)研究十大新聞，納米銅延伸率達(dá)5100%。docin/sundae_meng1964年，MIT的Backofen首次將超塑性應(yīng)用于工業(yè)。38有人預(yù)測：如果將金屬材料的晶粒尺寸減小到納米量級，會出現(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程中所引入的缺陷所致。docin/sundae_meng有人預(yù)測：如果將金屬材料的晶粒尺寸減小到納米量級，會出現(xiàn)很低39

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%，無明顯的加工硬化效應(yīng)，晶粒尺寸保持不變。說明晶界運(yùn)動起重要作用。此項(xiàng)工作在《Science》上發(fā)表，受到高度評價。docin/sundae_meng

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340docin/sundae_mengdocin/sundae_meng41納米晶刃位錯孿晶docin/sundae_meng納米晶刃位錯孿晶docin/sundae_meng42康志新等，中國有色金屬學(xué)報(bào)，2019.20（4）：587-597docin/sundae_meng康志新等，中國有色金屬學(xué)報(bào)，2019.20（4）：587-543崔建忠，輕金屬，1989，1：47-51docin/sundae_meng崔建忠，輕金屬，1989，1：47-51docin/sund44docin/sundae_mengdocin/sundae_meng45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程中晶粒不顯著長大；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)散過程得以順利進(jìn)行。docin/sundae_meng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，46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抗縮頸能力，是評定材料潛在超塑性的重要參數(shù)。docin/sundae_meng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47材料的伸長率隨m值的增大而增大。docin/sundae_meng材料的伸長率隨m值的增大而增大。docin/sundae_m48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。docin/sundae_meng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49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)動與晶粒的轉(zhuǎn)動所致。拉伸應(yīng)力壓應(yīng)力晶界滑移、移動和原子的擴(kuò)散整體沿縱向伸長體擴(kuò)散docin/sundae_meng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)動與晶粒的轉(zhuǎn)動所50晶界的轉(zhuǎn)動docin/sundae_meng晶界的轉(zhuǎn)動docin/sundae_meng51晶界滑動與滑移Grainboundaryslidingandslip450℃時第二相Mg17Al12熔解docin/sundae_meng晶界滑動與滑移450℃時第二相Mg17Al12熔解docin52晶界滑動docin/sundae_meng晶界滑動docin/sundae_meng53docin/sundae_mengdocin/sundae_meng54超塑性的組織結(jié)構(gòu)特征：超塑性變形時，沒有晶內(nèi)滑移也沒有位錯密度的增高；由于超塑性變形在高溫下長時間進(jìn)行，因此晶粒會有所長大；盡管變形量很大，但晶粒形狀始終保持等軸；原來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，如果合金具有織構(gòu)，則在超塑性變形后織構(gòu)消失。docin/sundae_meng超塑性的組織結(jié)構(gòu)特征：超塑性變形時，沒有晶內(nèi)滑移也沒有位錯密55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dbnst.nii.ac.jp/upload/images/research/1751/english/10b92f53139c3a2ec60207952363cbd8/fig-3.jpgdocin/sundae_meng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dbn56brimet.ac/en/File/20190920190434640.jpgdocin/sundae_mengbrimet.ac/en/File/201909201904575.5陶瓷材料變形的特點(diǎn)相對高分子和金屬而言，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、共價鍵所構(gòu)成。在共價鍵結(jié)合的陶瓷中，原子之間是通過共用電子對形式進(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，位錯運(yùn)動必須破壞這種強(qiáng)的原子鍵，因此，位錯運(yùn)動遇到很大的點(diǎn)陣阻力（P-N力），而位錯在金屬晶體中運(yùn)動，卻不會破壞由大量自由電子與金屬正離子構(gòu)成的金屬建。docin/sundae_meng5.5陶瓷材料變形的特點(diǎn)相對高分子和金屬而言，脆、難以變形58對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)位錯運(yùn)動一個原子間距時，由于存在巨大的同號離子的庫侖靜電斥力，致使位錯沿垂直或平行于離子鍵方向很難運(yùn)動。NaCl晶體docin/sundae_meng對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59但若位錯沿著45℃方向運(yùn)動，則在滑移過程中，相鄰晶面始終由庫侖力保持吸引。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docin/sundae_meng但若位錯沿著45℃方向運(yùn)動，則在滑移過程中，相鄰晶面始終由庫60多晶體陶瓷塑性變形，必須有5個獨(dú)立滑移系。離子鍵多晶陶瓷往往很脆docin/sundae_meng多晶體陶瓷塑性變形，必須有5個獨(dú)立滑移系。離子鍵多晶陶瓷往往61變形溫度對陶瓷材料力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響室溫幾乎脆斷脆性變小docin/sundae_meng變形溫度對陶瓷材料力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響室溫幾乎脆斷脆性變小d62高聚物的變形特點(diǎn)高分子材料受力時，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，以及整個鏈段的可回復(fù)運(yùn)動。聚合物的塑形變形是靠黏性流動而不是靠滑移產(chǎn)生的docin/sundae_meng高聚物的變形特點(diǎn)高分子材料受力時，也顯示彈性和塑形變形行為，63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-使鏈滑動的切應(yīng)力。

鏈的位移。高黏度的高聚物的黏性變形小。docin/sundae_meng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)doci64與金屬相比，高聚物的力學(xué)性能對溫度和時間的依賴性要強(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docin/sundae_meng與金屬相比，高聚物的力學(xué)性能對溫度和時間的依賴性要強(qiáng)烈得多。65高分子在塑性變形時往往出現(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docin/sundae_meng高分子在塑性變形時往往出現(xiàn)均勻變形的不穩(wěn)定性。均勻變形應(yīng)變軟66結(jié)晶高分子拉伸發(fā)生變形時，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)晶過程。片晶非晶區(qū)docin/sundae_meng結(jié)晶高分子拉伸發(fā)生變形時，分子排列發(fā)生很大變化。片晶非晶區(qū)d67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)變時效彌散強(qiáng)化加工硬化docin/sundae_meng本章重點(diǎn)與難點(diǎn)彈性變形的特點(diǎn)與虎克定律docin/sunda68形變織構(gòu)與殘余應(yīng)力回復(fù)動力學(xué)與回復(fù)機(jī)制再結(jié)晶形核機(jī)制再結(jié)晶動力學(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大及其影響因素一次與二次再結(jié)晶，以及靜態(tài)與動態(tài)再結(jié)晶的區(qū)別無機(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)docin/sundae_meng形變織構(gòu)與殘余應(yīng)力docin/sundae_meng69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-生長孿晶-退火孿晶docin/sundae_meng重要基本概念應(yīng)力-應(yīng)變；真應(yīng)力-真應(yīng)變docin/sunda70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、晶粒長大，二次再結(jié)晶，冷加工、熱加工、動態(tài)再結(jié)晶儲存能、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docin/sundae_meng臨界分切應(yīng)力，施密特因子，軟取向，硬取向，派-納力docin71幾個公式虎克定律

σ=Eε

τ=G滑移的臨界分切應(yīng)力

τ＝ｓｃｏｓｃｏｓ=mｓ派-納力（Peierls-Nabarro）docin/sundae_meng幾個公式虎克定律docin/sundae_meng72Hall-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docin/sundae_mengHall-Petchequationdocin/sunda73加工硬化關(guān)系回復(fù)動力學(xué)再結(jié)晶動力學(xué)docin/sundae_meng加工硬化關(guān)系docin/sundae_meng74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docin/sundae_meng再結(jié)晶的極限平均晶粒直徑docin/sundae_meng75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)渥兯俾蔰ocin/sundae_meng阿累尼烏茲公式的應(yīng)用擴(kuò)散系數(shù)docin/sundae_men76輔導(dǎo)與習(xí)題（紅色標(biāo)出必做?。?、有一根長為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，此線的總長度。2、將一根長為20m、直徑為14mm的鋁棒通過孔徑為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。docin/sundae_meng輔導(dǎo)與習(xí)題（紅色標(biāo)出必做?。?、有一根長為5m、直徑為3mm774、有一bcc晶體的（110）[111]滑移系的臨界分切應(yīng)力為60MPa，試問在[001]和[010]方向必須施加多少的應(yīng)力才會產(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，3個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時開始觀察到塑性變形，則Mg的臨界分切應(yīng)力為多少？docin/sundae_meng4、有一bcc晶體的（110）[111]滑移系的臨界分切應(yīng)力787、已知純銅的

滑移系的臨界分切應(yīng)力τc為1MPa，問：（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）要使面上產(chǎn)生[110]方向的滑移呢？8、設(shè)運(yùn)動位錯被釘扎住以后，其平均間距（為位錯密度），又設(shè)Cu單晶已經(jīng)應(yīng)變硬化到這種程度，作用在該晶體所產(chǎn)生的分切應(yīng)力為14MPa，已知G=40GPa，b=0.256nm，計(jì)算Cu單晶的位錯密度。docin/sundae_meng7、已知純銅的滑移系的799、設(shè)合金中一段直線位錯運(yùn)動時受到間距為λ的第二相粒子的阻礙，試求證：使位錯按繞過機(jī)制繼續(xù)運(yùn)動所需的切應(yīng)力為

，式中，T為線張力；b為柏氏矢量；G為切變模量；r0位第二相粒子半徑；B為常數(shù)。10、已知平均晶粒直徑為1mm和0.0625mm的-Fe的屈服強(qiáng)度分別為112.7MPa和196MPa，問平均晶粒直徑為0.0196mm的純鐵的屈服強(qiáng)度為多少？docin/sundae_meng9、設(shè)合金中一段直線位錯運(yùn)動時受到間距為λ的第二相粒子的阻礙8011、工業(yè)純鋁在室溫下經(jīng)大變形量軋制成帶材后，測得室溫力學(xué)性能為冷加工態(tài)的性能。查表得知：工業(yè)純鋁的再結(jié)晶溫度T再=150℃，但若將上述工業(yè)純鋁薄帶加熱至100℃，保溫16d后冷至室溫再測其強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度明顯降低，請解釋其原因。12、某工廠用一冷拉鋼絲繩將以大型鋼件吊入熱處理爐內(nèi)，由于一時疏忽，未將鋼絲繩取出，而是隨同工件一起加熱至860℃，保溫時間到了，打開爐門，吊出工件，鋼絲繩發(fā)生斷裂，試分析原因。docin/sundae_meng11、工業(yè)純鋁在室溫下經(jīng)大變形量軋制成帶材后，測得室溫力學(xué)性8113、試述一次再結(jié)晶和二次再結(jié)晶的驅(qū)動力，并如何區(qū)分冷、熱加工？動態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶的組織結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是什么？14、金屬鑄件能否通過再結(jié)晶退火來細(xì)化晶粒？15、將一鍥形銅片置于間距恒定的兩軋輥間軋制，如圖：（1）畫出此銅片經(jīng)完全再結(jié)晶后晶粒大小沿片長方向變化的示意圖；（2）如果在較低溫度退火，何處先發(fā)生再結(jié)晶？為什么？docin/sundae_meng13、試述一次再結(jié)晶和二次再結(jié)晶的驅(qū)動力，并如何區(qū)分冷、熱加8216、燈泡中的鎢絲在很高的溫度下工作，故會發(fā)生顯著的晶粒長大，當(dāng)形成橫跨燈絲的大晶粒時，燈絲在某些情況下就變得很脆，并會在因加熱與冷卻時的熱膨脹造成的應(yīng)力下發(fā)生破斷，試介紹一種能延長燈絲壽命的方法。17、已知H70黃銅（w(Zn)=30%）在400℃的恒溫下完成再結(jié)晶需要1h,而在390℃下完成再結(jié)晶需要2h，試計(jì)算在420℃時恒溫下完成再結(jié)晶需要多長時間？docin/sundae_meng16、燈泡中的鎢絲在很高的溫度下工作，故會發(fā)生顯著的晶粒長大83xiexie!謝謝！xiexie!謝謝！第五章材料的形變和再結(jié)晶(6)

Chapter5Deformationandre-crystallizationofmaterials熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶docin/sundae_meng第五章材料的形變和再結(jié)晶(6)

Chapter5De85問題的提出冷軋薄鋼板是由普通碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼帶，經(jīng)過進(jìn)一步冷軋制成厚度小于4mm的鋼板。在常溫下軋制，不產(chǎn)生氧化鐵皮，因此，冷板表面質(zhì)量好，尺寸精度高，再加之退火處理，其機(jī)械性能和工藝性能都優(yōu)于熱軋薄鋼板在許多領(lǐng)域里，特別是家電制造領(lǐng)域，已逐漸用它取代熱軋薄鋼板。汽車制造、電氣產(chǎn)品、機(jī)車車輛、航空、精密儀表、食品罐頭等。docin/sundae_meng問題的提出冷軋薄鋼板是由普通碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼帶，經(jīng)過進(jìn)一步冷86問題的提出但實(shí)際上，有些塑性變形是在加熱過程中同時伴隨著回復(fù)和再結(jié)晶過程。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℃，在鎂合金變形過程中同時發(fā)生了回復(fù)和再結(jié)晶。這就是動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶。docin/sundae_meng問題的提出但實(shí)際上，有些塑性變形是在加熱過程中同時伴隨著回復(fù)87本節(jié)主要內(nèi)容動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶熱加工對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)docin/sundae_meng本節(jié)主要內(nèi)容docin/sundae_meng88重要概念熱加工動態(tài)回復(fù)動態(tài)再結(jié)晶加工流線帶狀組織蠕變超塑性docin/sundae_meng重要概念熱加工docin/sundae_meng891.熱變形與動態(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為熱加工（Hotworking）。工程上常將再結(jié)晶溫度以下的加工稱為冷加工(Coldworking)。變形溫度低于再結(jié)晶溫度，高于室溫的加工稱為溫加工(Warmworking)。docin/sundae_meng1.熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶

Hotworkinga90歷史上的專業(yè)設(shè)置熱加工專業(yè)：金屬材料及熱處理焊接鑄造鍛壓冷加工專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械制造docin/sundae_meng歷史上的專業(yè)設(shè)置熱加工專業(yè)：docin/sundae_men911.熱變形與動態(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。docin/sundae_meng1.熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶

Hotworkinga92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℃，故室溫時對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，變形溫度高于再結(jié)晶溫度，故在變形的同時伴隨回復(fù)和再結(jié)晶過程。稱為動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶。docin/sundae_meng再結(jié)晶溫度是區(qū)分冷加工/熱加工的分界線。docin/sund931.動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶概念：熱加工時，由于變形溫度高于再結(jié)晶溫度，在變形的同時伴隨著回復(fù)、再結(jié)晶過程。在熱變形過程中，形變而產(chǎn)生的加工硬化過程與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶所引起的軟化過程同時存在，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。docin/sundae_meng1.動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶概念：docin/sundae_me94動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶分類：動態(tài)回復(fù)動態(tài)再結(jié)晶在熱變形時，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程中，即在無外力作用下發(fā)生的。3.亞動態(tài)再結(jié)晶-在熱加工完畢去除外力后，已在動態(tài)再結(jié)晶時形成的再結(jié)晶晶核及正在遷移的再結(jié)晶晶粒界面，不必再經(jīng)過任何孕育期繼續(xù)長大和遷移。4.靜態(tài)回復(fù)5.靜態(tài)再結(jié)晶docin/sundae_meng動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶分類：在熱變形時，即在外力和溫度共同作用95動態(tài)回復(fù)高層錯能金屬（Al、α-Fe、Zr、Mo、W）的擴(kuò)展位錯很窄，螺形位錯的交滑移和刃型位錯的攀移均較易進(jìn)行，容易從節(jié)點(diǎn)和位錯網(wǎng)中解脫出來而與異號位錯相互抵消。亞組織中的位錯密度很低，剩余的儲能不足以引起動態(tài)再結(jié)晶。動態(tài)回復(fù)是這類金屬熱加工過程中起主導(dǎo)作用的軟化機(jī)制。docin/sundae_meng動態(tài)回復(fù)高層錯能金屬（Al、α-Fe、Zr、Mo、W）的擴(kuò)展96動態(tài)回復(fù)時應(yīng)力-應(yīng)變曲線三個階段I-微應(yīng)變階段，應(yīng)力增大很快，并開始出現(xiàn)加工硬化，總應(yīng)變<1%。II-均勻應(yīng)變階段，斜率逐漸下降，材料開始均勻塑性變形，同時出現(xiàn)動態(tài)回復(fù)，“加工硬化”部分被動態(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)。docin/sundae_meng動態(tài)回復(fù)時應(yīng)力-應(yīng)變曲線三個階段docin/sundae_m97動態(tài)回復(fù)機(jī)制隨應(yīng)變量的增加，位錯通過增殖，密度不斷增加，開始形成位錯纏結(jié)和胞狀亞結(jié)構(gòu)。熱變形溫度較高，為回復(fù)過程提供了熱激活條件。位錯運(yùn)動刃型位錯的攀移螺型位錯的交滑移位錯結(jié)點(diǎn)的脫釘異號位錯相遇位錯密度降低位錯增殖和消亡速率達(dá)到平衡時，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。docin/sundae_meng動態(tài)回復(fù)機(jī)制隨應(yīng)變量的增加，位錯通過增殖，密度不斷增加，開始98動態(tài)回復(fù)時的組織結(jié)構(gòu)晶粒沿變形方向伸長呈纖維狀，但晶粒內(nèi)部卻保持等軸亞晶無應(yīng)變的結(jié)構(gòu)。動態(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)，為用溫度修正過的應(yīng)變速率。docin/sundae_meng動態(tài)回復(fù)時的組織結(jié)構(gòu)晶粒沿變形方向伸長呈纖維狀，但晶粒內(nèi)部卻99動態(tài)再結(jié)晶(dynamicreerystallization)概念：指金屬在熱變形過程中發(fā)生的再結(jié)晶現(xiàn)象。對于低層錯能金屬（Cu、Ni、γ-Fe，Mg等），由于它們的擴(kuò)展位錯寬度很寬，難以通過交滑移和刃型位錯的攀移來進(jìn)行動態(tài)回復(fù)，因此發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的傾向性大。docin/sundae_meng動態(tài)再結(jié)晶(dynamicreerystallizatio100動態(tài)再結(jié)晶時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線12開始發(fā)生動態(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-動態(tài)再結(jié)晶開始階段，達(dá)到某一峰值時σm

后，由于發(fā)生了動態(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，這時加工硬化與動態(tài)軟化達(dá)到了平衡。（曲線2)。發(fā)生均勻變形的應(yīng)變量docin/sundae_meng動態(tài)再結(jié)晶時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線12開始發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的臨界應(yīng)變101動態(tài)再結(jié)晶的特點(diǎn)動態(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，動態(tài)再結(jié)晶易在晶界及亞晶界形核；動態(tài)再結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)殪o態(tài)再結(jié)晶時無需孕育期；動態(tài)再結(jié)晶所需的時間隨溫度升高而縮短。docin/sundae_meng動態(tài)再結(jié)晶的特點(diǎn)動態(tài)再結(jié)晶要達(dá)到臨界變形量和在較高的變形溫度102案例：AZ80鎂合金動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)動態(tài)再結(jié)晶特征：應(yīng)力先快增而后緩增，達(dá)到峰值后開始降低直至趨于定值。熱塑性變形中，位錯增殖引起的強(qiáng)化與動態(tài)再結(jié)晶引起的軟化長期并存。權(quán)國政等,功能材料，2019,6(42):1142-1146應(yīng)變速率增加應(yīng)力增加docin/sundae_meng案例：AZ80鎂合金動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)動態(tài)再結(jié)晶特征：應(yīng)力先快103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)健眲討B(tài)再結(jié)晶形態(tài)docin/sundae_meng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)104動態(tài)再結(jié)晶機(jī)制動態(tài)再結(jié)晶也是通過形核和長大完成的。動態(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，動態(tài)再結(jié)晶是通過原晶界的弓出機(jī)制形核；當(dāng)應(yīng)變速率較高時，動態(tài)再結(jié)晶是通過亞晶聚集長大方式進(jìn)行的。docin/sundae_meng動態(tài)再結(jié)晶機(jī)制動態(tài)再結(jié)晶也是通過形核和長大完成的。docin105動態(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)存在被位錯分割的亞晶。而退火時靜態(tài)再結(jié)晶所產(chǎn)生的位錯密度很低。所以同樣晶粒大小的動態(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)變成反比位錯亞晶docin/sundae_meng動態(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106鎂合金ZK60汽車保險(xiǎn)杠熱擠壓組織擠壓過程中，模具處于加熱狀態(tài)，外表受到較高的溫度影響，其再結(jié)晶組織晶粒過快生長，形成粗大的組織。動態(tài)再結(jié)晶晶粒長大R.Zengetal./JournalofAlloysandCompounds509(2019)4462–4469docin/sundae_meng鎂合金ZK60汽車保險(xiǎn)杠熱擠壓組織擠壓過程中，模具處于加熱狀107熱加工對組織性能的影響熱加工對室溫力學(xué)性能的影響熱加工不會使金屬材料發(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、樹枝晶變?yōu)榧?xì)小、均勻的等軸晶?！旅芏群土W(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。docin/sundae_meng熱加工對組織性能的影響熱加工對室溫力學(xué)性能的影響docin/108熱加工材料的組織特征加工流線熱加工時，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docin/sundae_meng熱加工材料的組織特征加工流線熱擠壓鎂合金AZ61顯微組織流線109帶狀組織復(fù)相合金中的各個相，在熱加工時沿著變形方向交替地呈帶狀分布.晶粒由等軸晶變?yōu)槔L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Mg17Al12docin/sundae_meng帶狀組織復(fù)相合金中的各個相，在熱加工時沿著變形方向交替地呈帶110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。docin/sundae_meng蠕變（Creep）高壓蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、石油化工設(shè)備等金屬零111蠕變曲線蠕變過程分為三個階段：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docin/sundae_meng蠕變曲線蠕變過程分為三個階段：docin/sundae_me112蠕變過程的重要參數(shù)是穩(wěn)態(tài)的蠕變速率，，它與應(yīng)力有指數(shù)關(guān)系?？紤]蠕變也是熱激活過程，因此，n為應(yīng)力指數(shù)，高分子材料n=1～2；金屬3～7.docin/sundae_meng蠕變過程的重要參數(shù)是穩(wěn)態(tài)的蠕變速率，，它與應(yīng)力有指數(shù)關(guān)113蠕變機(jī)制：晶體在室溫或溫度低于0.3Tm時變形，變形機(jī)制主要是通過滑移和孿生兩種方式。熱加工時，應(yīng)變量大時，位錯滑移仍鉆重要地位，應(yīng)變率小時，除了位錯滑移外，高溫使空位擴(kuò)散。蠕變機(jī)制主要有：位錯蠕變（回復(fù)蠕變）-位錯攀移擴(kuò)散蠕變-空位移動晶界滑動蠕變docin/sundae_meng蠕變機(jī)制：晶體在室溫或溫度低于0.3Tm時變形，變形機(jī)制主要114位錯蠕變(Dislocationcreep)（回復(fù)蠕變）在蠕變過程中，滑移仍然是一種最重要的變形方式。低溫下，位錯受阻便產(chǎn)生塞積，只有切應(yīng)力更大，才能重新開動；高溫下，刃型位錯依靠熱激活攀移到鄰近滑移面并可繼續(xù)滑移。攀移減少了位錯塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集中，使加工硬化減弱了。docin/sundae_meng位錯蠕變(Dislocationcreep)（回復(fù)蠕變）在115擴(kuò)散蠕變(Diffusioncreep)當(dāng)溫度很高時和應(yīng)力很低時，便產(chǎn)生空位移動造成的擴(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docin/sundae_meng擴(kuò)散蠕變(Diffusioncreep)當(dāng)溫度很高時和應(yīng)力116晶界滑動蠕變(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，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的。晶界滑動是沿著最大切應(yīng)力方向進(jìn)行的，主要靠晶界位錯源產(chǎn)生的固有晶界位錯來進(jìn)行的，與溫度和晶界形貌等因素有關(guān)。docin/sundae_meng晶界滑動蠕變(Grainboundarysliding117小結(jié)重點(diǎn)掌握幾個基本概念熱加工冷加工溫加工動態(tài)回復(fù)動態(tài)再結(jié)晶蠕變docin/sundae_meng小結(jié)重點(diǎn)掌握幾個基本概念docin/sundae_meng118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)docin/sundae_meng曾榮昌第五章材料的形變和再結(jié)晶(6)

Chapter5119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”。——超塑性國際會議目前的世界紀(jì)錄由日本人Higashi保持，延伸率高達(dá)8000%。docin/sundae_meng超塑性（superplasticity）概念：材料在一定條件120超塑性發(fā)現(xiàn)的歷史1912年，英國冶金學(xué)家Bengough首次記載，雙相黃銅在700℃時最大應(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，2019docin/sundae_meng超塑性發(fā)現(xiàn)的歷史1912年，英國冶金學(xué)家Bengough首次1211964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）取得專利權(quán)。1982年，首次召開超塑性的國際會議。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)”被評為度中國十大科技進(jìn)展及中國基礎(chǔ)科學(xué)研究十大新聞，納米銅延伸率達(dá)5100%。docin/sundae_meng1964年，MIT的Backofen首次將超塑性應(yīng)用于工業(yè)。122有人預(yù)測：如果將金屬材料的晶粒尺寸減小到納米量級，會出現(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程中所引入的缺陷所致。docin/sundae_meng有人預(yù)測：如果將金屬材料的晶粒尺寸減小到納米量級，會出現(xiàn)很低123

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%，無明顯的加工硬化效應(yīng)，晶粒尺寸保持不變。說明晶界運(yùn)動起重要作用。此項(xiàng)工作在《Science》上發(fā)表，受到高度評價。docin/sundae_meng

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3124docin/sundae_mengdocin/sundae_meng125納米晶刃位錯孿晶docin/sundae_meng納米晶刃位錯孿晶docin/sundae_meng126康志新等，中國有色金屬學(xué)報(bào)，2019.20（4）：587-597docin/sundae_meng康志新等，中國有色金屬學(xué)報(bào)，2019.20（4）：587-5127崔建忠，輕金屬，1989，1：47-51docin/sundae_meng崔建忠，輕金屬，1989，1：47-51docin/sund128docin/sundae_mengdocin/sundae_meng129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程中晶粒不顯著長大；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)散過程得以順利進(jìn)行。docin/sundae_meng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，130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抗縮頸能力，是評定材料潛在超塑性的重要參數(shù)。docin/sundae_meng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131材料的伸長率隨m值的增大而增大。docin/sundae_meng材料的伸長率隨m值的增大而增大。docin/sundae_m132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。docin/sundae_meng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133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)動與晶粒的轉(zhuǎn)動所致。拉伸應(yīng)力壓應(yīng)力晶界滑移、移動和原子的擴(kuò)散整體沿縱向伸長體擴(kuò)散docin/sundae_meng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)動與晶粒的轉(zhuǎn)動所134晶界的轉(zhuǎn)動docin/sundae_meng晶界的轉(zhuǎn)動docin/sundae_meng135晶界滑動與滑移Grainboundaryslidingandslip450℃時第二相Mg17Al12熔解docin/sundae_meng晶界滑動與滑移450℃時第二相Mg17Al12熔解docin136晶界滑動docin/sundae_meng晶界滑動docin/sundae_meng137docin/sundae_mengdocin/sundae_meng138超塑性的組織結(jié)構(gòu)特征：超塑性變形時，沒有晶內(nèi)滑移也沒有位錯密度的增高；由于超塑性變形在高溫下長時間進(jìn)行，因此晶粒會有所長大；盡管變形量很大，但晶粒形狀始終保持等軸；原來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，如果合金具有織構(gòu)，則在超塑性變形后織構(gòu)消失。docin/sundae_meng超塑性的組織結(jié)構(gòu)特征：超塑性變形時，沒有晶內(nèi)滑移也沒有位錯密139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dbnst.nii.ac.jp/upload/images/research/1751/english/10b92f53139c3a2ec60207952363cbd8/fig-3.jpgdocin/sundae_meng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dbn140brimet.ac/en/File/20190920190434640.jpgdocin/sundae_mengbrimet.ac/en/File/2019092019041415.5陶瓷材料變形的特點(diǎn)相對高分子和金屬而言，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、共價鍵所構(gòu)成。在共價鍵結(jié)合的陶瓷中，原子之間是通過共用電子對形式進(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，位錯運(yùn)動必須破壞這種強(qiáng)的原子鍵，因此，位錯運(yùn)動遇到很大的點(diǎn)陣阻力（P-N力），而位錯在金屬晶體中運(yùn)動，卻不會破壞由大量自由電子與金屬正離子構(gòu)成的金屬建。docin/sundae_meng5.5陶瓷材料變形的特點(diǎn)相對高分子和金屬而言，脆、難以變形142對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)位錯運(yùn)動一個原子間距時，由于存在巨大的同號離子的庫侖靜電斥力，致使位錯沿垂直或平行于離子鍵方向很難運(yùn)動。NaCl晶體docin/sundae_meng對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143但若位錯沿著45℃方向運(yùn)動，則在滑移過程中，相鄰晶面始終由庫侖力保持吸引。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docin/sundae_meng但若位錯沿著45℃方向運(yùn)動，則在滑移過程中，相鄰晶面始終由庫144多晶體陶瓷塑性變形，必須有5個獨(dú)立滑移系。離子鍵多晶陶瓷往往很脆docin/sundae_meng多晶體陶瓷塑性變形，必須有5個獨(dú)立滑移系。離子鍵多晶陶瓷往往145變形溫度對陶瓷材料力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響室溫幾乎脆斷脆性變小docin/sundae_meng變形溫度對陶瓷材料力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響室溫幾乎脆斷脆性變小d146高聚物的變形特點(diǎn)高分子材料受力時，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，以及整個鏈段的可回復(fù)運(yùn)動。聚合物的塑形變形是靠黏性流動而不是靠滑移產(chǎn)生的docin/sundae_meng高聚物的變形特點(diǎn)高分子材料受力時，也顯示彈性和塑形變形行為，147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-使鏈滑動的切應(yīng)力。

鏈的位移。高黏度的高聚物的黏性變形小。docin/sundae_meng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)doci148與金屬相比，高聚物的力學(xué)性能對溫度和時間的依賴性要強(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docin/sundae_meng與金屬相比，高聚物的力學(xué)性能對溫度和時間的依賴性要強(qiáng)烈得多。149高分子在塑性變形時往往出現(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docin/sundae_meng高分子在塑性變形時往往出現(xiàn)均勻變形的不穩(wěn)定性。均勻變形應(yīng)變軟150結(jié)晶高分子拉伸發(fā)生變形時，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)晶過程。片晶非晶區(qū)docin/sundae_meng結(jié)晶高分子拉伸發(fā)生變形時，分子排列發(fā)生很大變化。片晶非晶區(qū)d151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)變時效彌散強(qiáng)化加工硬化docin/sundae_meng本章重點(diǎn)與難點(diǎn)彈性變形的特點(diǎn)與虎克定律docin/sunda152形變織構(gòu)與殘余應(yīng)力回復(fù)動力學(xué)與回復(fù)機(jī)制再結(jié)晶形核機(jī)制再結(jié)晶動力學(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大及其影響因素一次與二次再結(jié)晶，以及靜態(tài)與動態(tài)再結(jié)晶的區(qū)別無機(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)docin/sundae_meng形變織構(gòu)與殘余應(yīng)力docin/sundae_meng153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-生長孿晶-退火孿晶docin/sundae_meng重要基本概念應(yīng)力-應(yīng)變；真應(yīng)力-真應(yīng)變docin/sunda154臨界分切應(yīng)力，施密特