金屬的塑性變形和再結(jié)晶

第六章金屬及合金的塑性變形1編輯ppt金屬在外力作用下的變形過(guò)程分為：彈性變形、彈塑性變形、斷裂三個(gè)連續(xù)階段研究金屬的受力變形特性，一般采用拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線工程應(yīng)用中,應(yīng)力σ和應(yīng)變分別按下式計(jì)算:第一節(jié)金屬的變形特性Ｐ-載荷;Ａ0-試樣的原始截面積;Ｌ-試樣變形后的長(zhǎng)度;Ｌ0-試樣的原始標(biāo)距長(zhǎng)度；2編輯ppt

低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線3編輯ppt低碳鋼變形過(guò)程的分析σe：彈性極限

σ＜σe：試樣處于彈性變形階段σs：屈服極限（屈服強(qiáng)度)

σ0.2：條件屈服強(qiáng)度（金屬的殘余應(yīng)變量達(dá)到0.2％時(shí)的應(yīng)力）；

σ＞σs：進(jìn)入均勻的塑性變形階段σb：強(qiáng)度極限（抗拉強(qiáng)度）

σ＞σb：發(fā)生不均勻的塑性變形σk：斷裂強(qiáng)度

σ＞σk：試樣斷裂4編輯ppt強(qiáng)度指標(biāo)：彈性極限σe:材料能保持彈性變形時(shí)的最大應(yīng)力屈服強(qiáng)度(屈服極限)σs:材料產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力抗拉強(qiáng)度(強(qiáng)度極限)σb:材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力斷裂強(qiáng)度σk:材料對(duì)塑性變形的極限抗力塑性指標(biāo)：延伸率δ:

斷裂后試樣標(biāo)距長(zhǎng)度的相對(duì)伸長(zhǎng)值.斷面收縮率ψ:斷裂后試樣截面相對(duì)收縮值.幾個(gè)機(jī)械性能指標(biāo)5編輯ppt彈性變形：定義：金屬受力發(fā)生變形，當(dāng)外力去除，立即恢復(fù)原狀的變形，叫做彈性變形.特點(diǎn)：①變形是可逆的；②彈性應(yīng)變很??；③應(yīng)力與應(yīng)變成正比,符合虎克定律：正應(yīng)力=;切應(yīng)力=G

其中,Ｅ:正彈性模量；Ｇ:切彈性模量；

:正應(yīng)變；:切應(yīng)變可寫(xiě)為:=/和G

=/

6編輯ppt第二節(jié)單晶體的塑性變形塑性變形：物體的外形尺寸發(fā)生了永久變化的變形塑性變形的方式:滑移：(塑性變形的最基本方式)晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分作相對(duì)的滑動(dòng).孿生:晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分作均勻的切變,形成孿晶,這個(gè)過(guò)程稱為孿生.7編輯ppt8編輯ppt分析①如圖a，外力P在一定晶面上分解為兩種應(yīng)力：平行于該晶面的切應(yīng)力τ和垂直于該晶面的正應(yīng)力σ②如圖b，正應(yīng)力σ只能引起晶格的彈性伸長(zhǎng)（由c—c’,a—a’）,或進(jìn)一步使晶體發(fā)生斷裂(正斷)③如圖c，切應(yīng)力τ使晶格發(fā)生彈性扭曲，晶格遷移到新的位置，造成滑移.④如圖d，通過(guò)大量晶面的滑移，最終使試樣被拉長(zhǎng)變細(xì)，這樣產(chǎn)生的變形叫滑移變形；9編輯ppt1、滑移帶與滑移線10編輯ppt11編輯ppt1.2滑移的晶體學(xué)特征滑移面：能夠發(fā)生滑移的晶面叫之.滑移方向：在滑移面上能夠進(jìn)行滑移的方向叫之滑移系：晶體中一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系.滑移系表示金屬晶體在發(fā)生滑移時(shí),滑移動(dòng)作可能采取的空間位向.其他條件相同時(shí),金屬晶體中滑移系越多,滑移時(shí)可供采用的空間位向也越多,該金屬的塑性也越好12編輯ppt幾種常見(jiàn)金屬的滑移面與滑移方向特點(diǎn)：1、滑移面為原子排列最密的晶面，滑移方向?yàn)樵优帕凶蠲艿木?3編輯ppt原因:在晶體的原子密度最大的晶面上，原子間的結(jié)合力最強(qiáng)，而面與面之間的距離卻最大，所以密排晶面之間的原子間結(jié)合力最弱，滑移的阻力最小，最易于滑移；同樣，對(duì)于原子排列最密的晶向,原子列間距離最大,結(jié)合力最弱,滑動(dòng)時(shí)阻力最小,最易于滑移.2、滑移方向?qū)λ苄缘淖饔么笥诨泼?

原因:金屬塑性不僅取決于滑移系的多少,還與滑移面上原子的密排程度和滑移方向的數(shù)目有關(guān).故fcc金屬(鋁銀)的塑性最好,bcc(鐵)次之,hcp最差14編輯ppt1.3滑移的臨界分切應(yīng)力定義：使滑移系開(kāi)始啟動(dòng)所需的最小分切應(yīng)力以圓柱形金屬單晶體試樣為例：設(shè)柱體橫截面積為Ａ，受軸向拉力Ｆ的作用,滑移面法線與Ｆ的夾角為φ,滑移方向與Ｆ的夾角為λ,則滑移面面積為Ａ/cosφ,Ｆ在滑移方向的分力為Ｆcosλ.則外力在滑移方向分切應(yīng)力τ為:15編輯ppt當(dāng)外力F增加，使某一滑移系上的分切應(yīng)力達(dá)到某一臨界值，滑移開(kāi)始進(jìn)行，在宏觀上金屬開(kāi)始屈服，有：F/A=σs（屈服極限）這種在給定滑移系上開(kāi)始滑移所需的分切應(yīng)力稱為臨界分切應(yīng)力，用τ

k表示。只有當(dāng)τ

>=τ

k時(shí),才能開(kāi)始滑移.分切應(yīng)力16編輯ppt

cosλcosφ

的變化cosλcosφ

為取向因子,其變化范圍：滑移面法線、滑移方向和外力軸處于同一平面時(shí),有λ

=90°－φ,則cosλcosφ=(1/2)sin2φ

①當(dāng)φ＝45°時(shí),cosλcosφ＝0.5,τ最大，最有利于滑移，稱為軟取向(取向因子較大的位向).②當(dāng)φ＝0°或90°時(shí),即外力與滑移面垂直或平行時(shí),cosλcosφ＝0，τ＝0，無(wú)論施加多大外力也不能發(fā)生滑移,這種取向稱硬取向(取向因子較小的位向)③

φ小于或大于45°,都不利于滑移.17編輯ppt1.4滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)：以只有一個(gè)滑移面的密排六方金屬為例進(jìn)行分析:晶體在拉伸力F作用下產(chǎn)生滑移.設(shè)不受夾頭限制,滑移面的滑移方向保持不變,則拉伸軸的取向必不斷變化.(a.b)但實(shí)際肯定有夾頭固定限制,拉伸軸方向不能改變,則晶體取向就會(huì)不斷發(fā)生變化(c).

力求使滑移面轉(zhuǎn)到與外力平行的方向。φ角增大為φ，,λ角減小,即拉伸軸與滑移方向的夾角不斷減小,造成了晶體位向的改變．18編輯ppt如圖，σ1和σ2組成力偶使滑移面向外力軸轉(zhuǎn).τ1和τ2組成力偶使晶體滑移19編輯ppt當(dāng)外力作用在滑移面上的最大切應(yīng)力與滑移方向不一致時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生以滑移面法線方向?yàn)檩S的轉(zhuǎn)動(dòng).此時(shí),切應(yīng)力τ1和τ2分解為滑移方向和垂直于滑移方向的分切應(yīng)力.其中,垂直滑移方向的分切應(yīng)力τb及τb,組成的力偶將使滑移方向轉(zhuǎn)向最大切應(yīng)力方向.20編輯ppt同理，在壓縮時(shí)也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，滑移面力求轉(zhuǎn)到與壓力軸垂直的方向,如圖.21編輯ppt晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)使φ和λ角發(fā)生變化,取向因子改變,導(dǎo)致具有一個(gè)滑移系的晶體,產(chǎn)生幾何軟化：由于滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)，使原來(lái)不利于滑移的晶面轉(zhuǎn)到有利于滑移的方向上,（滑移面的法向與外力軸的夾角接近45°），從而有利于滑移進(jìn)行,這種現(xiàn)象稱之.幾何硬化：由于滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)，使原來(lái)有利于滑移的晶面轉(zhuǎn)到不利于滑移的方向上，（滑移面的法向與外力軸的夾角遠(yuǎn)離45°），從而使滑移越來(lái)越困難,這種現(xiàn)象稱之.具有多組滑移系的晶體,產(chǎn)生多滑移22編輯ppt1.6滑移的位錯(cuò)機(jī)制：1.6.1位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與晶體的滑移：?jiǎn)栴}：實(shí)際金屬晶體滑移時(shí)所需的臨界切應(yīng)力τK遠(yuǎn)小于理想晶體的τK，為什么？回答:實(shí)際晶體中存在位錯(cuò),晶體的滑移是通過(guò)位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下沿著滑移面逐步移動(dòng)的結(jié)果.如圖滑移實(shí)際是源源不斷的位錯(cuò)沿著滑移面的運(yùn)動(dòng).如圖位錯(cuò)沿滑移面的運(yùn)動(dòng)只需要很小的切應(yīng)力即可實(shí)現(xiàn)，因此,實(shí)際滑移的τK遠(yuǎn)小于理論計(jì)算的τK...23編輯ppt24編輯ppt25編輯ppt1.6.2位錯(cuò)的增殖：?jiǎn)栴}：①形成一條滑移線需要上千個(gè)位錯(cuò),晶體塑性變形時(shí)產(chǎn)生大量滑移帶,需要為數(shù)極多的位錯(cuò)，晶體中有如此大量的位錯(cuò)嗎？②滑移是位錯(cuò)掃過(guò)滑移面并移出晶體表面造成的.隨著塑性變形的進(jìn)行，晶體中的位錯(cuò)數(shù)目是否會(huì)越來(lái)越少，形成無(wú)位錯(cuò)的理想晶體？回答：通過(guò)塑性變形，晶體中位錯(cuò)數(shù)目會(huì)顯著增多．原因:變形過(guò)程中,晶體中存在不斷增殖的位錯(cuò)源26編輯ppt位錯(cuò)增殖機(jī)制：弗蘭克－瑞德位錯(cuò)源最終，在切應(yīng)力作用下,位錯(cuò)線段DD’變?yōu)橐粋€(gè)重結(jié)的DD’位錯(cuò)線段和一個(gè)封閉的位錯(cuò)環(huán)27編輯ppt動(dòng)畫(huà)28編輯ppt增殖機(jī)制總結(jié)：

在切應(yīng)力作用下,位錯(cuò)線段DD’變?yōu)橐粋€(gè)重結(jié)的DD’位錯(cuò)線段和一個(gè)封閉的位錯(cuò)環(huán)隨著外力繼續(xù)作用,以上過(guò)程不斷重復(fù),不斷產(chǎn)生新的位錯(cuò)環(huán),晶體中便產(chǎn)生大量位錯(cuò)環(huán).一個(gè)位錯(cuò)環(huán)移出晶體,晶體沿滑移面產(chǎn)生一個(gè)原子間距的位移；大量位錯(cuò)環(huán)逐個(gè)移出晶體,晶體就不斷產(chǎn)生滑移,并在表面形成許多滑移臺(tái)階.晶體滑移的實(shí)質(zhì)：不斷的消耗位錯(cuò)，不斷產(chǎn)生新位錯(cuò)的過(guò)程.晶體的滑移,實(shí)際上是源源不斷的位錯(cuò)沿著滑移面的運(yùn)動(dòng).29編輯ppt1.6.3位錯(cuò)的交割與塞積：交割：位錯(cuò)線相交再通過(guò)的過(guò)程.交割的結(jié)果:產(chǎn)生割階，結(jié)果是：增加了位錯(cuò)線的長(zhǎng)度；可能形成一種位錯(cuò)難以運(yùn)動(dòng)的固定割階,造成位錯(cuò)纏結(jié),成為后續(xù)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙.30編輯ppt動(dòng)畫(huà)31編輯ppt塞積：當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)遇到障礙物（固定位錯(cuò)、雜質(zhì)粒子、晶界等）的阻礙時(shí)，領(lǐng)先的位錯(cuò)在障礙物前被阻止，后續(xù)的位錯(cuò)被堵塞，這種現(xiàn)象叫做位錯(cuò)的塞積；塞積的結(jié)果：形成位錯(cuò)的平面塞積群,并在障礙物前端形成高度應(yīng)力集中，如圖32編輯ppt動(dòng)畫(huà)33編輯ppt塞積處產(chǎn)生的應(yīng)力集中τ為：

τ＝ｎτ0

其中,τ：塞積在障礙處產(chǎn)生的應(yīng)力集中；

τ0：在滑移方向的分切應(yīng)力值；ｎ：位錯(cuò)塞積群的位錯(cuò)數(shù)；Ｌ:障礙物至位錯(cuò)源的距離位錯(cuò)塞積群的位錯(cuò)數(shù)n與障礙物至位錯(cuò)源的距離Ｌ成正比.因此，Ｌ↗→ｎ↗→應(yīng)力集中τ↗；34編輯ppt合金中的位錯(cuò)塞積；35編輯ppt2、孿生：定義：在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分以一定的晶面（孿晶面）為對(duì)稱面與晶體的另一部分發(fā)生對(duì)稱性移動(dòng)而進(jìn)行的切變，叫孿生.孿晶：以孿晶面為對(duì)稱面而處于鏡面對(duì)稱位置的一對(duì)晶體叫做孿晶（雙晶）.晶體結(jié)構(gòu)不同，孿生面和孿生方向也不同.fcc：孿生面｛111｝,孿生方向〈112〉bcc:孿生面｛112｝,孿生方向〈111〉

hcp:孿生面｛102｝,孿生方向〈011〉36編輯ppt孿生的特點(diǎn)：孿生所需τK遠(yuǎn)大于滑移所需τK

;部分晶體發(fā)生均勻切變,位移量正比于至孿晶面的距離；切變時(shí),原子移動(dòng)距離不是孿生方向原子間距的整數(shù)倍.不改變晶體的點(diǎn)陣類型；但可引起晶體取向變化,變形與未變形部分成鏡面對(duì)稱；孿晶為條帶狀或透鏡狀；孿生生長(zhǎng)通過(guò)其他基本的塑變方式進(jìn)行協(xié)調(diào).對(duì)總變形量貢獻(xiàn)不大,但可改變晶體取向,使滑移繼續(xù).孿生變形速度極大,可聽(tīng)到聲音；37編輯ppt含銅鋼在550℃時(shí)效時(shí)的TEM形貌(孿晶)38編輯ppt第三節(jié)多晶體的塑性變形多晶體與單晶體塑性變形的相同點(diǎn):每個(gè)晶粒的塑性變形仍以滑移、孿生方式進(jìn)行；多晶體與單晶體塑變過(guò)程的不同點(diǎn):(復(fù)雜)多晶體塑變受晶界阻礙和位向不同的晶粒的影響；任一個(gè)晶粒的塑變都不是處于獨(dú)立的自由變形狀態(tài),需要周圍晶粒同時(shí)發(fā)生變形來(lái)配合，以保持晶粒間的結(jié)合和整個(gè)物體的連續(xù)性。原因:(多晶體的特點(diǎn))①相鄰晶粒位向不同；②各晶粒間存在晶界；39編輯ppt多晶體的塑性變形過(guò)程的特點(diǎn)各晶粒變形的不同時(shí)性.

隨外力增加，對(duì)位向有利的晶粒，其滑移系的分切應(yīng)力首先達(dá)到臨界值，開(kāi)始塑變。相鄰晶粒位向不同，先變形晶粒滑移面的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)在晶界處受阻，形成位錯(cuò)的平面塞積群，造成很大應(yīng)力集中。各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性.多晶體中晶粒彼此相鄰，鄰近晶粒必須相互配合，多個(gè)滑移系同時(shí)滑移,協(xié)調(diào)變形,以保持晶體連續(xù)性.多晶體變形的不均勻性.由于晶界及相鄰晶粒位向不同,晶粒之間及晶粒內(nèi)部變形都是不均勻的.如圖40編輯ppt41編輯ppt晶粒大小對(duì)塑性變形的影響

1.晶粒越細(xì)小,

強(qiáng)化效果越好舉例：Zn多晶體的強(qiáng)度顯著高于單晶體原因：晶界和相鄰晶粒位向差阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。多晶體晶界多，晶粒越小，強(qiáng)化效果好。

晶界強(qiáng)化:用細(xì)化晶粒增加晶界,提高金屬?gòu)?qiáng)度的方法稱為晶界強(qiáng)化.

42編輯ppt晶粒平均直徑d與屈服強(qiáng)度σs關(guān)系（霍爾-配奇公式）

σs=σ0+kd-1/2

σ0:常數(shù),單晶體金屬的屈服強(qiáng)度；

k：常數(shù);表示晶界對(duì)強(qiáng)度的影響程度；

d:多晶體中各晶粒的平均直徑看出:晶粒越細(xì)小,屈服強(qiáng)度越高(d↓,σs↑)原因:晶粒越細(xì)小,位錯(cuò)源到晶界的距離L小,發(fā)放的位錯(cuò)數(shù)目n少,應(yīng)力集中τ小,發(fā)生塑變機(jī)會(huì)少,σs高;晶粒越大,相反:Ｌ↗→ｎ↗→應(yīng)力集中τ↗,位錯(cuò)塞積造成大的應(yīng)力集中,周圍晶粒易發(fā)生塑變,σs低.43編輯pptσs=σ0+kd-1/244編輯ppt2.晶粒越細(xì)小,塑韌性越好.原因：①晶粒越細(xì)小，單位面積的晶粒數(shù)目多，有利于變形的取向多.②晶粒越細(xì)小，晶內(nèi)和晶界的應(yīng)變差異小，變形均勻，引起的應(yīng)力集中小，不易開(kāi)裂.③晶粒越細(xì)小，晶界多，且曲折，不利于裂紋的產(chǎn)生和傳播.綜上,細(xì)晶粒具有強(qiáng)度高,塑、韌性好的綜合機(jī)械性能,故生產(chǎn)中希望得到細(xì)小均勻晶粒組織.45編輯ppt第四節(jié)合金的塑性變形合金固溶體合金（單相合金）固溶體合金＋第二相(多相合金)以基體金屬為基的單相固溶體各組元形成的化合物或另一種固溶體以基體金屬為基的單相固溶體46編輯ppt1、單相固溶體合金的塑性變形與多晶體純金屬的基本相同,但產(chǎn)生固溶強(qiáng)化.固溶強(qiáng)化:由于固溶體中溶質(zhì)原子的存在,使其塑性變形抗力增加,強(qiáng)度、硬度增高,塑韌性下降的現(xiàn)象固溶強(qiáng)化是提高金屬機(jī)械性能的重要途徑.原因：固溶體發(fā)生晶格畸變,阻礙滑移面上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng).溶質(zhì)原子在位錯(cuò)線附近偏聚，形成“柯氏氣團(tuán)”,對(duì)位錯(cuò)有釘扎作用，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大,增加了塑性變形抗力.47編輯ppt

置換固溶體

間隙固溶體a)R溶質(zhì)>R溶劑

b)R溶質(zhì)<R溶劑c)間隙固溶體柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用48編輯ppt固溶強(qiáng)化規(guī)律①在固溶體溶解度范圍內(nèi)，濃度越大，強(qiáng)化效果越大；②溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸相差越大，則造成的晶格畸變?cè)酱?，?qiáng)化效果越大；③形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強(qiáng)化作用大于形成置換固溶體的溶質(zhì)元素；④溶質(zhì)原子與溶劑原子的價(jià)電子數(shù)相差越大，強(qiáng)化作用越大；49編輯ppt2、多相合金的塑性變形合金中兩相的性能相近

合金中兩相含量相差不大,且二者變形能力相近,則合金變形性能為兩相的平均值.式中，σα和σβ:兩相的強(qiáng)度極限；

φα和φβ:兩相的體積分?jǐn)?shù)；50編輯ppt合金中兩相的性能差別較大1、硬脆的第二相呈連續(xù)網(wǎng)狀分布于塑性相晶界情況惡劣，脆性相在空間把塑性相分割開(kāi),使其變形能力無(wú)法發(fā)揮,合金脆性增加,塑韌性和強(qiáng)度下降.2、脆性的第二相呈片層狀分布于塑性相基體強(qiáng)度、硬度比純金屬高得多，塑、韌性有所下降，但不致使之脆化。（如珠光體）

珠光體的屈服強(qiáng)度：

σi:鐵素體屈服強(qiáng)度,Ks:材料常數(shù),S0：珠光體片間距51編輯ppt3、脆性的第二相呈顆粒狀分布于基體顆粒狀脆性第二相對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用小于片狀，故強(qiáng)度、硬度降低，塑韌性升高.顆粒狀硬脆第二相呈彌散粒子均勻分布于塑性基體,會(huì)顯著提高合金強(qiáng)度.原因:細(xì)小彌散第二相粒子與位錯(cuò)交互作用兩種強(qiáng)化機(jī)制：切過(guò)機(jī)制與繞過(guò)機(jī)制52編輯ppt圖6-28位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子示意圖繞過(guò)機(jī)制：第二相為堅(jiān)硬粗大質(zhì)點(diǎn),位錯(cuò)線將繞過(guò)該粒子運(yùn)動(dòng)(彌散強(qiáng)化).位錯(cuò)繞過(guò)時(shí)所需切應(yīng)力：53編輯ppt動(dòng)畫(huà)54編輯ppt切過(guò)機(jī)制：第二相為軟質(zhì)點(diǎn),運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)將切過(guò)粒子與基體一起變形(沉淀強(qiáng)化)55編輯ppt動(dòng)畫(huà)56編輯ppt含銅鋼時(shí)效強(qiáng)化峰的TEM形貌(彌散分布的銅粒子)57編輯ppt第五節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響1、對(duì)組織的影響顯微組織

晶粒外形變化.如圖

亞結(jié)構(gòu)

位錯(cuò)密度增加,亞結(jié)構(gòu)細(xì)化.如圖變形織構(gòu)定義:由于塑性變形,使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織分類:絲織構(gòu)和板織構(gòu)特點(diǎn)：使材料出現(xiàn)各向異性；優(yōu)點(diǎn):Al箔電容器.缺點(diǎn):“制耳”現(xiàn)象.如圖58編輯ppt59編輯ppt60編輯ppt61編輯ppt2、對(duì)性能的影響產(chǎn)生加工硬化定義：隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性下降的現(xiàn)象；原因：①位錯(cuò)密度的增加,使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力

,變形抗力.②位錯(cuò)之間交互作用，產(chǎn)生割階，纏結(jié)等優(yōu)點(diǎn)：①提高材料的強(qiáng)度：②使材料變形均勻.缺點(diǎn)：阻礙塑變進(jìn)行其他影響Ａ、對(duì)不能通過(guò)熱處理提高強(qiáng)度的材料，可利用此法；Ｂ、提高零件在使用中的安全性Ｃ、某些工件或半成品成型的重要因素；62編輯ppt3、塑性變形的殘余應(yīng)力：分類宏觀內(nèi)應(yīng)力（第一類內(nèi)應(yīng)力）：由于金屬工件或材料各部分的宏觀變形不均勻引起，其平衡范圍是物體的整個(gè)體積；微觀內(nèi)應(yīng)力（第二類內(nèi)應(yīng)力）：由于各晶粒或各亞晶粒之間的變形不均勻而產(chǎn)生的，其平衡范圍為幾個(gè)晶?；驇讉€(gè)亞晶粒；點(diǎn)陣畸變（第三類內(nèi)應(yīng)力）：由于塑變使點(diǎn)陣發(fā)生畸變，其作用范圍在幾十至幾百納米范圍影響使工件產(chǎn)生變形、開(kāi)裂和應(yīng)力腐蝕63編輯ppt第七章金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶金屬及合金塑性變形后：①晶粒外形發(fā)生變化；②組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；③性能發(fā)生變化(強(qiáng)度、硬度升高，塑韌性下降)這給進(jìn)一步的冷成形加工帶來(lái)困難.因此，常需將金屬加熱進(jìn)行退火處理，通過(guò)回復(fù)與再結(jié)晶過(guò)程使其性能向塑變前狀態(tài)轉(zhuǎn)變，即塑韌性提高，強(qiáng)度、硬度下降。64編輯ppt空位：比例較小位錯(cuò)：80～90％儲(chǔ)存能：塑性變形時(shí)，外加能量?jī)?chǔ)存在形變金屬內(nèi)部的能量.儲(chǔ)存形式:彈性應(yīng)變和增加晶體缺陷的形式彈性應(yīng)變能：3～12％畸變能：

儲(chǔ)存能是轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力儲(chǔ)存能儲(chǔ)存能使塑變后金屬材料的自由能升高，處于熱力學(xué)上不穩(wěn)定的亞穩(wěn)狀態(tài).65編輯ppt

塑變后的金屬及合金在退火時(shí)的變化退火：將金屬材料加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩冷到室溫的操作；目的：改變金屬材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，獲得要求的性能。儲(chǔ)存能是轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力退火過(guò)程(3個(gè)階段):回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大一、組織變化：66編輯ppt二、儲(chǔ)存能變化

儲(chǔ)存能是變形金屬加熱時(shí)發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力。變形金屬在加熱時(shí)儲(chǔ)存能釋放。功率峰對(duì)應(yīng)再結(jié)晶溫度。隨著儲(chǔ)存能釋放，金屬的顯微組織和性能發(fā)生相應(yīng)變化。67編輯ppt三、性能的變化1、強(qiáng)度、硬度：回復(fù)階段變化??；再結(jié)晶大大降低。原因：回復(fù)時(shí)位錯(cuò)密度減少有限，再結(jié)晶時(shí)位錯(cuò)密度大大下降。2、電阻：回復(fù)階段開(kāi)始下降。原因：電阻與點(diǎn)缺陷有關(guān)，在回復(fù)階段點(diǎn)缺陷的密度顯著下降。68編輯ppt3、亞晶尺寸：回復(fù)階段變化小；再結(jié)晶大大增加。原因：與位錯(cuò)密度有關(guān)。4、密度：回復(fù)階段就開(kāi)始上升。原因：與空位有關(guān)。5、內(nèi)應(yīng)力：回復(fù)階段大部分或全部宏觀內(nèi)應(yīng)力可以消除；微觀內(nèi)應(yīng)力只消除一部分，到再結(jié)晶以上才完全消除。69編輯ppt

第二節(jié)回復(fù)定義：冷塑性變形的金屬在加熱時(shí)，新晶粒（再結(jié)晶晶粒）出現(xiàn)以前，某些亞結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化的過(guò)程。特點(diǎn):退火處理時(shí)，組織和性能變化的早期階段.加熱溫度不太高，原子擴(kuò)散能力較低，顯微組織無(wú)明顯變化，只是物理、化學(xué)性能部分恢復(fù)到變形前狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)力：儲(chǔ)存能70編輯ppt回復(fù)機(jī)理：(點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)發(fā)生運(yùn)動(dòng))溫度機(jī)制注釋低溫①點(diǎn)缺陷移至晶界或位錯(cuò)處消失②點(diǎn)缺陷彼此對(duì)消或結(jié)合加熱溫度低，原子活動(dòng)能力小中溫①位錯(cuò)纏結(jié)內(nèi)的位錯(cuò)重新排列②異號(hào)位錯(cuò)相消③亞晶長(zhǎng)大加熱溫度升高，位錯(cuò)可以滑移運(yùn)動(dòng)；高溫①位錯(cuò)攀移②亞晶合并③多邊化位錯(cuò)不但可以滑移還可以攀移71編輯ppt解釋：低溫：點(diǎn)缺陷數(shù)目大大降低（通過(guò)空位群坍塌成為位錯(cuò)；空位到晶界或位錯(cuò)處沉沒(méi)空位對(duì)，空位與間隙原子的復(fù)合），使與點(diǎn)缺陷有關(guān)的性能發(fā)生變化，如電阻率下降。中溫：原子活動(dòng)能力增大。點(diǎn)缺陷繼續(xù)運(yùn)動(dòng)消失；位錯(cuò)滑移、交滑移運(yùn)動(dòng)：使位錯(cuò)數(shù)量有所減少。異號(hào)位錯(cuò)對(duì)消；位錯(cuò)纏結(jié)內(nèi)位錯(cuò)重新排列；亞晶長(zhǎng)大。72編輯ppt亞晶長(zhǎng)大：（亞結(jié)構(gòu)變化）金屬在冷塑性變形后，形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低,胞壁位錯(cuò)密度高.回復(fù)退火時(shí)，空位密度下降，胞內(nèi)位錯(cuò)向胞壁滑移，與胞壁異號(hào)位錯(cuò)抵消,位錯(cuò)密度下降?；貜?fù)進(jìn)行,胞壁位錯(cuò)形成低能位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò),胞壁變?yōu)閬喚Ы?亞晶粒通過(guò)亞晶界遷移而長(zhǎng)大.變形后的亞晶回復(fù)后亞晶73編輯ppt高層錯(cuò)能金屬形變時(shí)產(chǎn)生胞狀組織，在回復(fù)時(shí)，胞內(nèi)位錯(cuò)滑移到胞壁發(fā)生異號(hào)位錯(cuò)對(duì)消，使胞內(nèi)無(wú)位錯(cuò)；胞壁位錯(cuò)滑移、交滑移重新組合，使排列整齊，胞壁厚度減小。亞晶界清晰、明確，亞晶尺寸相對(duì)增大。低層錯(cuò)能金屬通過(guò)位錯(cuò)滑移排列成位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。74編輯ppt（3）高溫回復(fù)：TH>0.5點(diǎn)缺陷繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)；位錯(cuò)攀移運(yùn)動(dòng)。——多邊化和亞晶合并。（位錯(cuò)數(shù)量有所減少）位錯(cuò)的攀移：刃位錯(cuò)沿與柏氏矢量（滑移面）相垂直的方向運(yùn)動(dòng)；如圖.75編輯pptNote：攀移必須通過(guò)空位和原子的擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)，室溫下很難進(jìn)行。只有在較高溫度下，原子擴(kuò)散能力足夠大時(shí)，才容易進(jìn)行。76編輯ppt多邊化：冷變形后，晶體中同號(hào)刃位錯(cuò)在滑移面塞積,導(dǎo)致晶格彎曲.退火時(shí)，通過(guò)位錯(cuò)的滑移和攀移，同號(hào)刃位錯(cuò)沿垂直滑移面的方向排列成小角度亞晶界，叫多邊化；如圖。77編輯ppt回復(fù)退火特點(diǎn)：加熱溫度不高，使冷加工件在保持加工硬化的狀態(tài)下，降低內(nèi)應(yīng)力，減輕工件的變形，降低電阻率，提高材料的耐蝕性，改善塑韌性。應(yīng)用:對(duì)于深沖件、鑄件、焊接件、機(jī)加工件，需進(jìn)行回復(fù)退火（去應(yīng)力退火），以避免冷加工殘余內(nèi)應(yīng)力（第一類內(nèi)應(yīng)力）可能引起的變形開(kāi)裂。冷變形金屬中的內(nèi)應(yīng)力在多數(shù)情況下是有害的。如黃銅彈殼的開(kāi)裂，將彈殼在250—300℃進(jìn)行回復(fù)處理，解決了這個(gè)問(wèn)題。78編輯ppt

第三節(jié)再結(jié)晶定義：冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原來(lái)的變形組織中重新產(chǎn)生了無(wú)畸變的新晶粒（等軸晶粒），性能也發(fā)生了明顯變化，并恢復(fù)到完全軟化狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程叫再結(jié)晶.驅(qū)動(dòng)力：冷變形產(chǎn)生的儲(chǔ)存能.特點(diǎn):經(jīng)過(guò)再結(jié)晶，金屬材料的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性上升，又可繼續(xù)對(duì)材料進(jìn)行塑性變形.79編輯ppt再結(jié)晶過(guò)程示意圖80編輯ppt看出:再結(jié)晶并非簡(jiǎn)單恢復(fù)到變形前組織的過(guò)程也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程；再結(jié)晶與重結(jié)晶的異同相同：兩者都經(jīng)歷了形核與長(zhǎng)大兩個(gè)階段；相異：再結(jié)晶前后各晶粒的晶格類型不變，成分不變，再結(jié)晶只是一種組織的轉(zhuǎn)變，并不是相變.重結(jié)晶發(fā)生了晶格類型的變化,是相變；81編輯ppt再結(jié)晶的形核與長(zhǎng)大：1.形核：實(shí)驗(yàn)表明,再結(jié)晶形核在塑變引起的最大畸變處形成，回復(fù)階段的多邊形化為再結(jié)晶形核做了準(zhǔn)備。亞晶形核機(jī)制:(變形度較大時(shí)發(fā)生)回復(fù)階段，塑變形成的胞狀組織經(jīng)多邊形化后變?yōu)閬喚?，有些亞晶長(zhǎng)大，成為再結(jié)晶的晶核.晶界凸出形核機(jī)制:(變形度較小時(shí)發(fā)生)變形度小,使得金屬變形很不均勻，回復(fù)退火后亞晶粒大小不同。再結(jié)晶退火時(shí)，晶界中某一段向亞晶粒細(xì)小位錯(cuò)密度高一側(cè)弓出，晶界掃過(guò)的區(qū)域位錯(cuò)密度下降，形成再結(jié)晶晶核。82編輯ppt2.長(zhǎng)大：再結(jié)晶晶核形成后,自發(fā)、穩(wěn)定的生長(zhǎng)，界面向畸變區(qū)推進(jìn)。界面移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是無(wú)畸變的新晶粒與周圍基體的畸變能差。界面移動(dòng)的方向是背向其曲率中心的方向。最終，舊的畸變晶粒消失，新的無(wú)畸變?cè)俳Y(jié)晶晶粒形成。83編輯ppt再結(jié)晶溫度及影響因素：1.再結(jié)晶溫度的定義：理論：能發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度；實(shí)際：經(jīng)過(guò)嚴(yán)重冷變形（變形度在70％以上）的金屬，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（1h）能夠完成再結(jié)晶或再結(jié)晶達(dá)到規(guī)定程度（95％）的最低溫度；Note:再結(jié)晶溫度在一定范圍內(nèi)變化；金屬的最低再結(jié)晶溫度與熔點(diǎn)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：

T再=δT熔(單位：K,δ:系數(shù))

純金屬:δ＝0.35～0.4；合金:δ＝0.5～0.7；再結(jié)晶退火的溫度:最低再結(jié)晶溫度以上100~200℃.

84編輯ppt2.影響再結(jié)晶溫度的因素（4個(gè)）①金屬的預(yù)變形度越大，再結(jié)晶溫度越低.原因:金屬的變形度越大,金屬中的儲(chǔ)存能越多,再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力越大,故再結(jié)晶溫度低.

如圖,變形度達(dá)到一定程度后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，即最低再結(jié)晶溫度。②金屬的純度越高，再結(jié)晶溫度越低.原因:雜質(zhì)和合金元素溶入基體后，在位錯(cuò)、晶界處偏聚，阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、晶界遷移和原子擴(kuò)散,從而提高了再結(jié)晶溫度,故純度越高，T再越低.85編輯ppt86編輯ppt③加熱速度和時(shí)間影響再結(jié)晶溫度.加熱速度極慢,變形金屬有足夠時(shí)間回復(fù),儲(chǔ)存能減少,則再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力減少,再結(jié)晶溫度升高；加熱速度過(guò)快，在不同溫度下停留的時(shí)間短，而再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大都需要時(shí)間,速度過(guò)快,使之來(lái)不及形核和長(zhǎng)大，故推遲到更高溫度才發(fā)生再結(jié)晶,再結(jié)晶溫度升高;保溫時(shí)間越長(zhǎng),原子的擴(kuò)散能力越大，再結(jié)晶溫度就越低。

④原始晶粒越小，再結(jié)晶溫度越低原始晶粒越細(xì)小，變形抗力大，儲(chǔ)存能大，再結(jié)晶的形核率大，長(zhǎng)大速度大，再結(jié)晶溫度降低。87編輯ppt3再結(jié)晶晶粒大小的控制變形金屬經(jīng)再結(jié)晶退火后，強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性上升。但并不與變形前完全相同，中心問(wèn)題是再結(jié)晶后的晶粒大小.再結(jié)晶晶粒的平均直徑d:

其中,N：形核率；G：長(zhǎng)大線速度；K：比例常數(shù)可以看出,控制影響N和G的因素就可達(dá)到控制再結(jié)晶晶粒大小.影響因素如下:88編輯ppt再結(jié)晶晶粒大小的影響因素（4個(gè)）①變形程度：如圖變形程度很小時(shí)，晶粒大小沒(méi)有變化；原因:變形度小，畸變能很小，不足以引起再結(jié)晶.變形程度在2%~10%時(shí)，再結(jié)晶后的晶粒特別粗大。原因:變形度不大，G/N比值很大，易得到粗大晶粒。此范圍的變形度稱“臨界變形度”，應(yīng)避免。變形程度大于臨界變形度后，晶粒逐漸細(xì)化，變形度越大，晶粒越細(xì)小。原因：變形度增加，儲(chǔ)存能增加，G和N同時(shí)增加，但G/N減小，故再結(jié)晶晶粒變細(xì)。當(dāng)變形程度大于90%以上時(shí)，某些金屬還會(huì)出現(xiàn)晶粒的異常長(zhǎng)大，即二次再結(jié)晶。

89編輯ppt90編輯ppt臨界變形度的危害：91編輯ppt②原始晶粒度越小，再結(jié)晶晶粒越小

原因：細(xì)晶粒具有較多晶界，晶界為再結(jié)晶形核提供了有利場(chǎng)所，故可得到細(xì)小晶粒組織。③合金元素及雜質(zhì)可細(xì)化晶粒原因：基體中的合金元素及雜質(zhì)，可增加變形金屬的儲(chǔ)存能，并阻礙晶界運(yùn)動(dòng)。④變形溫度高，使晶粒粗化原因：變形溫度越高，回復(fù)程度越大，變形后儲(chǔ)存能減小，使再結(jié)晶晶粒粗化。92編輯ppt第四節(jié)晶粒的長(zhǎng)大定義:再結(jié)晶結(jié)束以后，隨著加熱溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒之間就會(huì)相互吞并而長(zhǎng)大，這一現(xiàn)象稱為晶粒的長(zhǎng)大。分類:(根據(jù)再結(jié)晶后晶粒長(zhǎng)大過(guò)程的特點(diǎn)分類)晶粒的正常長(zhǎng)大：隨溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng),晶粒均勻連續(xù)地長(zhǎng)大.晶粒的反常長(zhǎng)大：晶粒不均勻不連續(xù)地長(zhǎng)大,也叫二次再結(jié)晶.93編輯ppt1、晶粒的正常長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力：從整體看，驅(qū)動(dòng)力為晶粒長(zhǎng)大前后總的界面能差

原因:細(xì)晶粒晶界多，界面能高；粗晶粒晶界少，界面能低，故細(xì)晶粒長(zhǎng)大是使金屬自由能下降的自發(fā)過(guò)程，易進(jìn)行。從晶界看，晶界移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力與界面能成正比,與晶界的曲率半徑成反比.晶粒穩(wěn)定形狀的兩個(gè)必備條件:所有晶界均為直線晶界間夾角均為120°晶粒的穩(wěn)定形狀:晶粒邊數(shù)為6,晶界平直,夾角120°

94編輯ppt晶粒正常長(zhǎng)大的規(guī)律：①晶粒長(zhǎng)大主要靠晶界遷移，晶界向其曲率中心方向移動(dòng)；隨著晶界的遷移，小晶粒逐漸被相鄰大晶粒吞并，彎曲晶界趨于平直.如圖②當(dāng)三個(gè)晶粒的晶界夾角不等于120°時(shí)，晶界的移動(dòng)總是力圖使三個(gè)夾角趨向于120°；③在二維坐標(biāo)中，晶粒邊數(shù)少于6的晶粒，必然逐步縮小，甚至消失；晶粒邊數(shù)大于6的晶粒，則將逐漸長(zhǎng)大；當(dāng)晶粒邊數(shù)為6，晶界很平直，且?jiàn)A角為120°時(shí)，則晶界最穩(wěn)定，如圖95編輯ppt96編輯ppt97編輯ppt影響晶粒長(zhǎng)大的因素溫度越高,晶粒長(zhǎng)大速度越快原因:晶界遷移的過(guò)程是原子的擴(kuò)散過(guò)程,受溫度影響雜質(zhì)和合金元素溶入基體,會(huì)阻礙晶界運(yùn)動(dòng)原因:吸附在晶界的溶質(zhì)原子會(huì)降低晶界的界面能,從而降低界面移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力,使晶界不能移動(dòng).彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)會(huì)阻礙晶界移動(dòng)第二相質(zhì)點(diǎn)越細(xì)小,數(shù)量越多,對(duì)晶粒長(zhǎng)大的阻礙越強(qiáng)相鄰晶粒位向差越小，界面能越小，界面移動(dòng)驅(qū)動(dòng)力越小,晶界不易移動(dòng).98編輯ppt2.晶粒的反常長(zhǎng)大：定義：經(jīng)嚴(yán)重冷變形的金屬，在較高溫度退火時(shí)，少數(shù)晶粒優(yōu)先長(zhǎng)大，逐漸吞食周圍大量小晶粒而形成粗大晶粒的過(guò)程，叫二次再結(jié)晶。特點(diǎn)：不是重新生核與長(zhǎng)大，而是在一次再結(jié)晶完成之后，某些特殊晶粒長(zhǎng)大形成的；是不連續(xù)、不均勻的長(zhǎng)大，故叫反常長(zhǎng)大如圖形成機(jī)理：第二相或夾雜物質(zhì)點(diǎn)的影響99編輯ppt100編輯ppt101編輯ppt對(duì)性能的影響：不利：使材料晶粒粗大，降低材料的強(qiáng)度、塑韌性，對(duì)產(chǎn)品性能非常有害。粗大晶粒使材料冷變形后表面粗糙度增加；有利：在硅鋼片生產(chǎn)時(shí)，用二