第五章材料的形變與再結(jié)晶

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材料科學(xué)基礎(chǔ)06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元1緒論

第一章

原子結(jié)構(gòu)與鍵合

第二章固體結(jié)構(gòu)

第三章晶體缺陷

第四章固體中原子及分子的運(yùn)動(dòng)

第五章材料的形變與再結(jié)晶

第六章單組元相圖及純晶體的凝固

第七章二元相圖及其合金的凝固

材料科學(xué)基礎(chǔ)06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元2第五章材料的形變與再結(jié)晶本章主要內(nèi)容：5.1彈性和粘彈性

5.2晶體的塑性變形

5.3回復(fù)和再結(jié)晶

5.4熱變形與動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶以下略

5.5陶瓷材料的變形

5.6高分子聚合物的變形

塑性變形的機(jī)制，對(duì)材料組織與性能的影響回復(fù)、再結(jié)晶機(jī)制與動(dòng)力學(xué)06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元3彈性的不完整性（略）單晶的塑性變形：滑移、扭折、孿生的概念滑移面和滑移方向、滑移系滑移的位錯(cuò)機(jī)制：點(diǎn)陣阻力-派-納力多晶體的塑性變形：Hall-Petch公式合金的塑性變形：形變強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化材料的不同強(qiáng)化方式的強(qiáng)化機(jī)制塑性變形對(duì)材料組織與性能的影響回復(fù)與再結(jié)晶過程中組織與性能的改變?cè)俳Y(jié)晶形核機(jī)制、再結(jié)晶晶粒長大機(jī)制-再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)計(jì)算再結(jié)晶溫度及其影響因素【本章重要概念】06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元4冷變形（<Tm）熱變性（>Tm）按塑性變形溫度分體積成型（鍛造、軋制、擠壓、拉拔等）板料成型（沖裁、彎曲、拉延等）塑性變形（固態(tài)成型）塑性變形分類：塑性變形在金屬的鍛、軋、拉、擠加工過程中有重要作用。材料的塑性變形06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元5鍛、軋、拉、擠體積成型：鍛造軋制拉拔擠壓06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元6低碳鋼的拉伸試驗(yàn)e彈性極限s屈服強(qiáng)度b抗拉強(qiáng)度彈性變形:具有可逆性，外力去除后可完全恢復(fù)塑性變形：不可逆

彈性變形（elasticdeformation）塑性變形（plasticdeformation）外力材料完整的塑性變形過程外形尺寸變化內(nèi)部組織、性能變化塑性變形導(dǎo)致這種狀態(tài)自由焓較高，不穩(wěn)定，加熱后發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元7r=r0

原子處于平衡位置位能U為Umin

最穩(wěn)定F=0rr0

即偏離其平衡位置

F＞引力

＜斥力力圖使原子恢復(fù)其原來的平衡位置5.1.1彈性的本質(zhì)可從原子間結(jié)合力的角度來了解之。無外力作用時(shí)，原子間結(jié)合能和結(jié)合力是原子間距的函數(shù)?！?.1彈性和粘彈性(高分子)

彈性變形是塑性變形之前必經(jīng)歷的過程06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元85.1.2彈性變形的特征（1）理想的彈性變形是可逆變形；（2）在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系服從胡克（Hooke）定律：正應(yīng)力下=E切應(yīng)力下

=G各向異性彈性體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，即廣義虎克定律可用矩陣表示。（3）彈性變形量隨材料的不同而異。E-楊氏彈性模量G-剪切模量-泊松比G=E/2(1+)不同材料的彈、塑性性能差異很大;如金屬、陶瓷、高分子06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元9彈性模量E(Elasticmodulus)表征晶體中原子間結(jié)合力強(qiáng)弱的物理量,反映原子間的結(jié)合力。合金化影響小。共價(jià)鍵(E金剛石)

>金屬鍵>高分子-分子鍵。對(duì)單晶體而言，彈性模量是各向異性的：單晶體沿原子最密排的晶向Emax，沿原子最疏的晶向Emin。多晶體因晶粒任意取向，總體呈各向同性。工程上E是材料剛度的度量。06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元10※5.2晶體的塑性變形

本節(jié)內(nèi)容包括：1.單晶體的塑性變形2.多晶體的塑性變形3.合金的塑性變形4.塑性變形對(duì)材料組織與性能的影響當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限，材料發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生不可逆的永久變形。其本質(zhì)與彈性變形相比更為復(fù)雜。具體分析：單晶體——>多晶體06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元115.2.1單晶體（SingleCrystal）的塑性變形

滑移Slip孿生Twinning晶界滑動(dòng)GrainboundarySliding擴(kuò)散性蠕變DiffusionalCreep高溫情況下扭折kink塑性變形方式多晶體的晶粒內(nèi)，由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定多晶體的晶粒之間06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元12一、滑移（Slip）a.現(xiàn)象-滑移線與滑移帶單晶體的拉伸試驗(yàn)塑性變形的不均勻性特征：滑移只沿一定的晶面、一定晶向進(jìn)行純鐵金相組織中的滑移線06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元13b.滑移的晶體學(xué)特征-滑移系原因是：

1、原子密度最大的晶面上面間距最大、點(diǎn)陣阻力最小。2、最密排方向上的原子間距最短。-位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)克服的阻力最小。滑移系：由晶體中一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向組成,構(gòu)成了滑移的空間取向。表5.3

常見金屬的滑移面與方向滑移的特征：通常滑移面和滑移方向總是晶體中原子密度最大的面和方向P-N力06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元14晶體結(jié)構(gòu)不同，滑移系的數(shù)目不同

fcc：{111}有四組，而每個(gè)(111)面上共有三個(gè)[110]，共有4×3＝12個(gè)滑移系

hcp：1個(gè)(0001)面，3個(gè)<1120>方向共有1×3＝3個(gè)滑移系bcc：{110}面共有6組，每個(gè){110}上有2個(gè)<111>方向{112}面共有12組，每個(gè){112}1個(gè)<111>方向{123}面共有24組，每個(gè){123}1個(gè)<111>方向

共有6×2＋12×1＋24×1＝48個(gè)滑移系一般滑移系愈多，滑移過程中可能采取的空間取向也就愈多，這種材料的塑性就愈好。06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元15c.滑移所需臨界分切應(yīng)力確定滑移面和方向

Critical（resolved）shearstress圓柱形試樣單向拉伸情況下，作用在滑移面上沿滑移方向的切應(yīng)力：其中作用在橫斷面上的拉伸應(yīng)力取向因子A1=06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元16晶體滑移必須使t≥tc臨界分切應(yīng)力:tc決定了位錯(cuò)滑移的難易程度tc：取決晶體中原子間的結(jié)合力，即與晶體類型、純度（雜質(zhì)）、溫度以及變形速度有關(guān)，與外力無關(guān)。見表5.4其中s-起始屈服強(qiáng)度，由取向因子決定圖5.9P175：當(dāng)＝90°或＝90°時(shí)，s∞晶體不能產(chǎn)生滑移只有當(dāng)＝＝45°時(shí)，smin首先發(fā)生滑移＝2tc06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元17d.滑移時(shí)晶面的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移面上發(fā)生相對(duì)位移晶面轉(zhuǎn)動(dòng)空間取向發(fā)生變化晶體滑移拉伸時(shí)，使滑移面和滑移方向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸平行壓縮時(shí)，使滑移面和滑移方向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸垂直06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元18轉(zhuǎn)動(dòng)的原因兩對(duì)力偶：上下兩滑移面的法向分應(yīng)力在該力偶作用下，使滑移面轉(zhuǎn)至軸向平行垂直于滑移方向的分切應(yīng)力在該力偶作用下，使滑移方向轉(zhuǎn)到最大分切應(yīng)力方向平行滑移方向、真正引起滑移的有效分切應(yīng)力作用于滑移面的最大分切應(yīng)力06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元19形變過程：晶體滑移晶體轉(zhuǎn)動(dòng)位向變化取向因子變化分切應(yīng)力值變化e.多系滑移

Multipleslip多系滑移：

外力下，滑移首先會(huì)發(fā)生在分切應(yīng)力最大、且t≥tc的滑移系－原始滑移系上。但由于伴隨晶體轉(zhuǎn)動(dòng)空間位向變化另一組原取向不利；滑移系逐漸轉(zhuǎn)向比較有利的取向，從而開始滑移，形成兩組（或多組）滑移系同時(shí)進(jìn)行或交替進(jìn)行，稱為多系滑移。名詞解釋06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元20f.滑移的位錯(cuò)機(jī)制

第3章提到：與實(shí)測值（約為1～10MPa）之間相差3～4個(gè)數(shù)量級(jí)。根據(jù)剛性位移模型，理論剪切強(qiáng)度(G一般為104～105MPa）修正后的理論剪切強(qiáng)度=G/30，仍然偏大。因?yàn)槲诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只要附近少數(shù)原子移動(dòng)很小的距離（小于一個(gè)原子間距），因此所需的應(yīng)力要比晶體作整體剛性位移時(shí)小得多。這樣，借助于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)晶體逐步滑移。位錯(cuò)概念引入解決這一矛盾：06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元21P178圖5.13

位錯(cuò)中心能量的周期性變化1、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)首先遇到點(diǎn)陣阻力——派.納力(P-Nforce)：對(duì)于簡單立方d=b，=0.35,得到P-N=2×10-4G，遠(yuǎn)小于理論剪切強(qiáng)度G/30.–––說明位錯(cuò)的滑移容易進(jìn)行

P-N力與晶體結(jié)構(gòu)和原子間作用力有關(guān)。從上式可知滑移面間距d↑、滑移方向原子間距b↓，則↓，因此：晶體的滑移通常發(fā)生在原子最密集的晶面并沿著最密集的晶向進(jìn)行。2、除點(diǎn)陣阻力外，位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷、其他位錯(cuò)、晶界(多晶體)、第二相質(zhì)點(diǎn)（合金）等交互作用，對(duì)位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致晶體強(qiáng)化。（5.10）06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元22綜上所述，滑移變形的基本特點(diǎn)：滑移實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)沿滑移面的運(yùn)動(dòng)過程滑移變形系不均勻的切變，它只集中在某些晶面上；沿著一定的晶面和晶向進(jìn)行，滑移系較多的材料一般具有較好塑性；（fcc）滑移條件：在切應(yīng)力作用下，且t＞

tc；滑移同時(shí)，滑移面和滑移方向?qū)l(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；（略）06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元23二、孿生Twin金相觀察：純鎂、純鋅中的形變孿晶孿生變形的難易程度：和對(duì)稱性、滑移系數(shù)量有關(guān)。HCP>BCC>FCC，F(xiàn)CC極低溫下也會(huì)孿生-圖5.18

銅單晶拉伸曲線（4.2K）孿生的定義：滑移系較少的晶體（如hcp的

Mg,Zn,Ge），或滑移系較多的晶體在低溫下，或當(dāng)滑移受阻時(shí)的一種變形方式。06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元24a.孿生變形過程P180圖5.16孿晶孿晶界孿晶面—>孿晶界孿生方向b.孿生的特點(diǎn)（簡答）

臨界切應(yīng)力大于滑移的c均勻切應(yīng)變

孿生是在切應(yīng)力作用下沿特定的晶面與晶向產(chǎn)生的均勻切變。孿晶區(qū)的原子同時(shí)移動(dòng)，同一層原子移動(dòng)距離相同。鏡面對(duì)稱位向關(guān)系06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元25形核（難）：孿生臨界切應(yīng)力比滑移的大得多，只有在滑移很難進(jìn)行的條件下才會(huì)發(fā)生。例如，Mg孿生所需tc=4.9~34.3MPa，而滑移時(shí)tc僅為0.49MPa。長大（易）：例如，Zn單晶形核-0.1G，長大

-0.001G。萌生之初，能量大量積累—>孿晶的長大速度極快（與沖擊波的速度相當(dāng)），有相當(dāng)數(shù)量的能量被釋放出來。c.孿晶的形成方式變形（機(jī)械）孿晶：變形產(chǎn)生，呈透鏡狀或片狀生長孿晶：晶體生長過程中形成，包括氣、液、固相生長退火孿晶：退火過程中堆垛層錯(cuò)生長形成，橫貫整個(gè)晶粒形核長大兩個(gè)階段變形孿晶的生長:

可分為06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元26d.孿生變形的意義：通過單純孿生直接達(dá)到的變形量是極為有限的。如Zn單晶，孿生只能獲得7.2～7.4％伸長率，遠(yuǎn)小于滑移所作的貢獻(xiàn)。孿生變形改變了晶體的位向，從而可使晶體處于更有利于發(fā)生滑移的位置，激發(fā)進(jìn)一步的滑移，獲得很大變形量，故間接貢獻(xiàn)卻很大。06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元27納米孿晶純銅孿晶強(qiáng)化、超塑性：拉伸強(qiáng)度是普通純銅的十倍以上,達(dá)到高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度水平;而室溫電導(dǎo)率與無氧高導(dǎo)銅相當(dāng)孿晶強(qiáng)化（略）06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元28三、扭折Kink（概略）壓縮hcp時(shí)，外力與(0001)面平行，cos=0，故在(0001)面的t＝0，不能進(jìn)行滑移或?qū)\生。為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過某一臨界值時(shí)，晶體將會(huì)產(chǎn)生局部彎曲，即出現(xiàn)扭折現(xiàn)象。扭折區(qū)晶體的取向發(fā)生了不對(duì)稱變化。造成扭折的原因：滑移面的位錯(cuò)在局部地區(qū)集中，從而引起的晶格彎曲。扭折的意義：是為適應(yīng)外力而發(fā)生的不均勻局部塑性變形，對(duì)變形起一定的協(xié)調(diào)作用，使應(yīng)力得到松弛，使晶體不致發(fā)生斷裂。另外扭折引起晶體的再取向，使扭折帶區(qū)域中的滑移系處于有利取向，使晶體形變能力進(jìn)一步發(fā)揮。06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元29※

5.2.2多晶體的塑性變形

PlasticDeformationofpolycrystallineMaterials多晶體變形要受到晶界和相鄰不同位向晶粒的約束。周圍晶粒同時(shí)發(fā)生相適應(yīng)的變形來配合。一般多晶體為多系滑移，具有高的加工硬化率，變形抗力增大，強(qiáng)度顯著提高。具體分析：單晶體多晶體06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元30晶粒取向的影響外力F作用下處于有利取向的晶粒先開始滑移處于不利取向晶粒還未開始滑移變形不均勻?yàn)楸３肿冃蔚倪B續(xù)性，周圍晶粒變形必須相互制約，相互協(xié)調(diào)多晶體塑性變形時(shí)，要求至少有5個(gè)獨(dú)立的滑移系相互協(xié)調(diào)來進(jìn)行滑移。fcc,bcc滑移系多，處于有利位置的取向多→塑性好hcp滑移系少→塑性差06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元31位錯(cuò)在晶界上產(chǎn)生塞積（交通堵塞）晶內(nèi)發(fā)生較大變形，晶界處變形量較少，塑變抗力大，可觀察到位錯(cuò)的塞積，位錯(cuò)無法轉(zhuǎn)移到相鄰晶粒中。2~3個(gè)晶粒的試樣拉伸后呈竹結(jié)狀。二.晶界的阻滯效應(yīng)多晶體塑性變形的另一個(gè)特點(diǎn)是晶界對(duì)變形過程的阻礙作用。晶界對(duì)多晶體變形產(chǎn)生阻礙作用的原因：

1、大角晶界處原子排列不規(guī)則，點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重；2、晶界兩側(cè)的晶粒取向不同，滑移面和滑移方向彼此不一致。06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元32三、晶粒大小對(duì)力學(xué)性能的影響（重要概念）

1.對(duì)室溫力學(xué)性能的影響－細(xì)晶強(qiáng)化：細(xì)晶組織具有良好的綜合力學(xué)性能，可兼顧強(qiáng)度和塑性晶粒愈細(xì)、晶界愈多→強(qiáng)化效應(yīng)-ss

sbHV↑較好塑性，細(xì)晶的晶內(nèi)和晶界附近應(yīng)變差較小，變形較均勻，有可能斷裂前承受大量的變形Hall-Petch公式：屈服強(qiáng)度相當(dāng)于單晶體的屈服強(qiáng)度晶粒平均直徑常數(shù)，反映晶界對(duì)變形的影響，與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)晶界本身的強(qiáng)度對(duì)多晶體的加工硬化貢獻(xiàn)不大，多晶體加工硬化的主要原因來自晶界兩側(cè)晶粒的位向差。例見圖5.2506二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元332.對(duì)高溫強(qiáng)度的影響低溫時(shí)：晶界強(qiáng)度>晶內(nèi)強(qiáng)度；加上晶界兩側(cè)晶粒位向差影響晶界對(duì)滑移有阻滯作用高溫時(shí)：溫度升高，與原子擴(kuò)散速率有關(guān)的晶界滑動(dòng)和與空位擴(kuò)散有關(guān)的蠕變機(jī)制晶界強(qiáng)度<晶內(nèi)強(qiáng)度等強(qiáng)溫度TE：ss晶界＝ss晶內(nèi)06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元34一、單相固溶體合金的塑性變形

拉伸曲線：屈服現(xiàn)象yieldphenomenon

固溶體合金的特點(diǎn)：塑性好，固溶強(qiáng)化；會(huì)出現(xiàn)明顯的屈服點(diǎn)（Yieldpoints0.2）和應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。常采用的強(qiáng)化方式：固溶強(qiáng)化+形變強(qiáng)化※5.2.3合金的塑性變形

PlasticDeformationofAlloys單相合金多相合金06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元35a.固溶強(qiáng)化Solid-SolutionStrengthening

（重要概念）

通過溶入某種元素形成固熔體，固溶原子的存在使基體金屬的變形抗力提高，從而使金屬強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象

本質(zhì)：溶質(zhì)原子→點(diǎn)陣畸變

作用：溶質(zhì)含量↑——固溶體合金的強(qiáng)度、硬度↑而塑性、韌性↓⑴溶質(zhì)原子的濃度↑——固溶強(qiáng)化主要因素↑⑵置換型rx/rm相差愈大——固溶強(qiáng)化↑Why?⑶間隙強(qiáng)化方式比置換方式效果好；Why?⑷溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)相差愈大，固溶強(qiáng)化效果愈顯著。Al-Mg、Al-Si固溶強(qiáng)化的主要影響因素：06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元36下屈服點(diǎn)：應(yīng)力平臺(tái)起始點(diǎn)，此后在恒定的應(yīng)力下發(fā)生屈服伸長。應(yīng)力平臺(tái)上每一個(gè)波動(dòng)對(duì)應(yīng)于一個(gè)新的形變帶，即新Lüdersbond，當(dāng)Lüdersbond擴(kuò)展至試樣整個(gè)長度后，屈服伸長階段就告結(jié)束，應(yīng)力又隨應(yīng)變單調(diào)增加，開始均勻塑性變形階段。上屈服點(diǎn)：拉伸曲線應(yīng)力突然下降的點(diǎn)，此時(shí)試樣開始屈服，發(fā)生明顯的塑性變形。在試樣表面觀察到與縱軸（拉伸軸）約呈45°的應(yīng)變痕跡—（Lüdersbond）與試樣的未變形部分有明顯的界線。它是一種宏觀可見皺紋，也稱表面桔皮，在沖壓產(chǎn)品中需避免。b.屈服現(xiàn)象yieldphenomenon

塑料帶06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元37

屈服現(xiàn)象之本質(zhì)和機(jī)理⑴Cottrell氣團(tuán)理論

溶質(zhì)原子與位錯(cuò)之間的交互作用：位錯(cuò)被溶質(zhì)原子釘扎?。ㄈ绲吞间撝械腃原子—示意圖）。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)必須掙脫這氣團(tuán)，因而所需應(yīng)力較高——上屈服點(diǎn)；一旦掙脫氣團(tuán)的釘扎后便能在較低應(yīng)力下運(yùn)動(dòng)——下屈服點(diǎn)。

無位錯(cuò)的晶體也有屈服現(xiàn)象，why？⑵位錯(cuò)增殖理論（P188）兩種理論結(jié)合一起解釋屈服現(xiàn)象上屈服點(diǎn)：可動(dòng)位錯(cuò)密度很低下屈服點(diǎn)：位錯(cuò)迅速增殖

材料塑性變形的應(yīng)變速率與可動(dòng)位錯(cuò)密度之間關(guān)系：位錯(cuò)的柏氏矢量位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的平均速度由試驗(yàn)機(jī)夾頭的運(yùn)動(dòng)速度決定，接近于恒值應(yīng)力敏感系數(shù)位錯(cuò)作單位速度運(yùn)動(dòng)所需應(yīng)力位錯(cuò)受到有效切應(yīng)力06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元38c.應(yīng)變時(shí)效Strainaging（重要概念）塑變→卸載→拉伸→無屈服現(xiàn)象

┖─室溫停留幾天或200oC時(shí)效→拉伸→→重新出現(xiàn)屈服現(xiàn)象而且上屈服點(diǎn)比原來升高，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時(shí)效。用Cottrell氣團(tuán)理論解釋：說明溶質(zhì)原子再次擴(kuò)散到了位錯(cuò)周圍名詞解釋：將低碳鋼試樣拉伸到產(chǎn)生少量預(yù)塑性變形后卸載，然后重新加載，試樣不發(fā)生屈服現(xiàn)象，但若產(chǎn)生一定量的塑性變形后卸載，在室溫停留幾天或在低溫（如200℃）時(shí)效幾小時(shí)后再進(jìn)行拉伸，此時(shí)屈服點(diǎn)現(xiàn)象重新出現(xiàn)，并且上屈服點(diǎn)升高，這種現(xiàn)象即應(yīng)變時(shí)效。06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元39二.多相合金的塑性變形

PlasticDeformationofmultiphasealloy分為兩類：

1.聚合型合金兩相晶粒尺寸屬同一數(shù)量級(jí)多相合金除基體相外，存在第二相2.彌散分布型合金第二相以細(xì)小彌散的微粒均勻分布于基體相中06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元40分兩種情況：a）兩相均為塑性相，合金的抗變形能力取決于兩相的體積分?jǐn)?shù)。形變時(shí)，當(dāng)較強(qiáng)相數(shù)量小時(shí)，則滑移和塑性變形基本上在較弱相中；只有第二相較強(qiáng)時(shí)，且占有一定體積分?jǐn)?shù)（如f2>0.3）才能起明顯的強(qiáng)化作用。例如，Pb-Sn、Cu-Zn等二相合金。b）一相為塑性相，另一相為脆性相時(shí)，則合金的機(jī)械性能在很大程度上取決于硬脆相的存在數(shù)量及其形狀、大小和分布情況。例如，亞共晶Al-Si合金、鋼中滲碳體Fe3C存在的數(shù)量和形貌就是明顯一例

1.聚合型合金06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元412.彌散分布型合金

當(dāng)?shù)诙嘁约?xì)小彌散的微粒均勻分布于基體相中時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。

不可變形粒子的強(qiáng)化作用當(dāng)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)與其相遇時(shí)，將受到粒子阻擋，位錯(cuò)線繞著它發(fā)生彎曲，隨著外加應(yīng)力↑，位錯(cuò)線彎曲更劇，最后形成包圍著粒子的位錯(cuò)環(huán)留下，而位錯(cuò)線的其余部分則越過粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。概念的區(qū)別沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化半原子面06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元42一.顯微組織變化1.晶粒形狀變化

等軸晶——>纖維狀組織——強(qiáng)烈冷變形的特征各向同性——>各向異性2.亞結(jié)構(gòu)變化P191圖5.36位錯(cuò)密度迅速增長，形成位錯(cuò)纏結(jié)106~107cm-2->1011~1012cm-2※5.2.4塑性變形后組織與性能的變化06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元43圖5.36銅材經(jīng)過不同程度冷軋后的光學(xué)顯微組織及薄膜投射電鏡像圖a,b胞狀亞結(jié)構(gòu)：變形晶粒是由許多“胞”所組成，各個(gè)胞之間有著微小的取向差。圖c,d高密度纏結(jié)位錯(cuò)主要集中在胞的周圍地帶構(gòu)成“胞壁”，而胞內(nèi)位錯(cuò)密度很低。圖e,f隨變形量↑，胞數(shù)量↑，尺寸↓，細(xì)長帶狀胞06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元44二.性能變化

1.加工硬化

塑性變形后，性能上最為突出的變化是強(qiáng)度（硬度）顯著提高，塑性迅速下降。書中圖5.39，表5.6(P193)

加工硬化的本質(zhì)：與位錯(cuò)間的交互作用及位錯(cuò)增殖、密度增加有關(guān)

┗━釘扎

→繼續(xù)變形發(fā)生困難，必須加大應(yīng)力才能繼續(xù)變形→加工硬化

加工硬化是材料強(qiáng)化的一個(gè)重要的途徑；特別是純金屬及某些不能通過固溶時(shí)效熱處理強(qiáng)化的合金。由于材料具有加工硬化特性，形變才得以傳遞和擴(kuò)展使整個(gè)零件在宏觀上能夠均勻變形。定量關(guān)系式：06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元45

⑴電阻率：塑性變形使金屬的電阻率升高。變化程度因材質(zhì)而異，如純銅、黃銅、鎢絲。另外，電阻溫度系數(shù)下降、導(dǎo)磁率下降、導(dǎo)熱系數(shù)下降等⑵腐蝕速度：塑變使缺陷增多，擴(kuò)散過程加速，腐蝕速度加快⑶密度：對(duì)含有鑄造缺陷（如氣孔、疏松等）的金屬，經(jīng)塑性變形后可能使密度上升⑷彈性模量：塑變使彈性模量升高2.其它性能的變化06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元46三.變形織構(gòu)Deformationtexture

單向塑性變形時(shí)，多晶體中原為任意位向的各個(gè)晶粒經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)后會(huì)使各個(gè)晶粒的取向趨于一致，這個(gè)過程稱為“擇優(yōu)取向”，擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)稱為“織構(gòu)”（Texture）——變形織構(gòu)退火織構(gòu)和再結(jié)晶織構(gòu)（略）06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元471.絲織構(gòu)：拉絲時(shí)形成的織構(gòu)，其特點(diǎn)：各個(gè)晶粒的某一晶向與拉拔方向平行或接近平行，用<uvw>表示，如冷拔鐵絲織構(gòu)為<110>織構(gòu)2.板織構(gòu)：軋制時(shí)形成，其特征：多個(gè)晶粒的某一晶向趨向于與軋向平行，用{hkl}<uvw>表示，如冷軋黃銅H70具有{110}<112>織構(gòu)?？棙?gòu)造成材料各向異性，在板材及線材生產(chǎn)應(yīng)用中極其重要。織構(gòu)有利有弊---各向異性：沖壓性；磁性。06二月2023《材料科學(xué)基礎(chǔ)》CAI課件-郭開元48四.殘余應(yīng)力ResidualStress殘余應(yīng)力－不均勻變形而致外力作用施加的總能量