工程材料的結(jié)構(gòu)第講工程材料教學(xué)課件市公開課一等獎百校聯(lián)賽特等獎?wù)n件

第2章工程材料結(jié)構(gòu)1第1頁材料結(jié)構(gòu)——表明材料組元及其排列和運動方式。對材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)水平認(rèn)識：宏觀、微觀。2第2頁What?“組織結(jié)構(gòu)”3第3頁相：凡是化學(xué)成份相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開均勻組成部分。元素不一定單一。廣義講——組織結(jié)構(gòu)包含了成份、相、組織、結(jié)構(gòu)等概念。組織：用肉眼或顯微鏡觀察到材料微觀形貌，它能夠是單相，也能夠是由一定數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式各種相組成。4第4頁2.1金屬晶體結(jié)構(gòu)和組織2.2合金晶體結(jié)構(gòu)和組織2.3塑性變形和回復(fù)、再結(jié)晶對金屬材料組織、性能影響5第5頁2.1金屬晶體結(jié)構(gòu)和組織一、理想晶體1．晶體與非晶體晶體：材料原子（離子、分子）在三維空間呈規(guī)則、周期性排列。非晶體：材料原子（離子、分子）無規(guī)則堆積，和液體相同，亦稱為“過冷液體”或“無定形體”。(a)、是否含有周期性、對稱性；(b)、是否長程有序；(c)、是否有確定熔點；(d)、是否各向異性。區(qū)別6第6頁2．晶體結(jié)構(gòu)描述a.理想晶體——實際晶體理想化·三維空間無限延續(xù)，無邊界；·嚴(yán)格按周期性規(guī)劃排列，是完整、無缺點；·原子在其平衡位置靜止不動。b.理想晶體晶體學(xué)抽象（見下列圖）空間規(guī)則排列原子→剛球模型→晶格（剛球抽象為晶格結(jié)點，組成空間格架）→晶胞（含有周期性最小組成單元）晶體結(jié)構(gòu)描述了晶體中原子（離子、分子）排列方式。7第7頁理想晶體晶體學(xué)抽象示意8第8頁3．晶胞描述晶體學(xué)參數(shù)：a,b,c,α,β,γ晶格常數(shù)：a,b,c晶系軸(棱邊)之間夾角三斜晶系

單斜晶系

斜方晶系

正方晶系

菱方晶系

六方晶系

立方晶系

cXZYOαβγba七個晶系：9第9頁布拉菲空間點陣晶胞10第10頁晶向(crystaldirection):

在晶格中,任意兩原子之間連線所指方向。晶向指數(shù):

用密勒(Miller)指數(shù)對晶格中某一原子排列在空間位向進行標(biāo)定。確定方法:設(shè)置坐標(biāo);求投影坐標(biāo);取最小整數(shù)。11第11頁晶面(crystalface):在晶格中由

一系列原子所組成平面稱為晶面。

確定方法:設(shè)置坐標(biāo);求截距;取倒數(shù)。晶面指數(shù)(indicesofcrystallographicplane):用密勒(Miller)指數(shù)對晶格中某一晶面進行標(biāo)定。

12第12頁4．三種經(jīng)典金屬晶體晶胞(圖)

屬于這類結(jié)構(gòu)金屬有：堿金屬、難溶金屬（V、Nb、Ta、Cr、Mo、W）a-Fe等

屬于這類結(jié)構(gòu)金屬有：Al、珍貴金屬、γ-Fe、Ni、Pb、Pd、Pt以及奧氏體不銹鋼等。

屬于這類結(jié)構(gòu)金屬有：Mg、Zn、a-Be、a-Ti、a-Zr、a-Hf、a-Co等。體心立方晶胞bcc面心立方晶胞fcc密排六方晶胞hcp13第13頁14第14頁1、體心立方晶胞BCC——Body-CenteredCube晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑

晶胞原子數(shù)

配位數(shù)

致密度

BCCa=b=c,a=b=g=90o

2868%15第15頁晶胞原子數(shù)：是指在一個晶胞中所含原子數(shù)目。8*1/8+1=2原子半徑：是指晶胞中原子密度最大方向上相鄰兩原子間平衡距離二分之一，或晶胞中相距最近兩個原子間距二分之一。體心立方晶胞：r=sqr(3)a/4致密度：是指晶胞中原子本身所占有體積百分?jǐn)?shù)，也稱密排系數(shù)。致密度=（晶胞中原子所占有體積/晶胞體積）X100%屬于這類結(jié)構(gòu)金屬有：堿金屬、難溶金屬（V、Nb、Ta、Cr、Mo、W）a-Fe等配位數(shù)：是指晶格中與任一原子最鄰近且等距離原子數(shù)目。BCC為1216第16頁2、面心立方晶胞FCC-----Face-CenteredCube晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度FCCa=b=c,a=b=g=90o

41274%17第17頁FCC剛球模型屬于這類結(jié)構(gòu)金屬有：Al、珍貴金屬、γ-Fe、Ni、Pb、Pd、Pt以及奧氏體不銹鋼等。18第18頁3、密排六方晶胞HCP----HexagonalClose-Packed晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度HCPa=b≠c,c/a=1.633,a=b=90o,g=120o

a/261274%19第19頁屬于這類結(jié)構(gòu)金屬有：a-Be、a-Ti、a-Zr、a-Hf、a-Co、Mg、Zn等。HCP剛球模型20第20頁BCC、FCC、HCP晶胞主要參數(shù)晶胞晶體學(xué)參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度BCCa=b=c,a=b=g=90o

2868%FCCa=b=c,a=b=g=90o

41274%HCPa=b≠c,c/a=1.633,a=b=90o,g=120o

a/261274%21第21頁密排面與密排方向

{110},<111>{

111},<110>底面,底面上任意相鄰原子連線22第22頁二．實際晶體

理想晶體+晶體缺點——實際晶體

實際晶體——單晶體和多晶體單晶體：內(nèi)部晶格位向完全一致——各向異性多晶體：由許多位向各不相同單晶體塊組成——各向同性晶體缺點：實際晶體中存在著偏離（破壞）晶格周期性和規(guī)則性部分。

a、點缺點

b、線缺點（位錯）c、面缺點

單晶體多晶體23第23頁A、點缺點

——晶格結(jié)點處或間隙處，產(chǎn)生偏離理想晶體改變。

空位(vacancy)

：

晶格結(jié)點處無原子

置換原子(gapatom)

：

晶格結(jié)點處為其它原子占據(jù)

間隙原子(substitutionalatom)

：

原子占據(jù)晶格間隙空位、間隙原子、置換原子示意圖空位24第24頁點缺點造成晶格畸變置換原子引發(fā)晶格畸變空位引發(fā)晶格畸變25第25頁B、線缺點(linedefect)－位錯(dislocation)

：

——二維尺度很小，另一維尺度很大原子錯排。

刃型位錯(screwdislocation)

螺型位錯(bladedislocation)26第26頁c、面缺點(surface-defect)

——一維尺度很小，而二維尺度較大原子錯排區(qū)域。

晶界(grainboundary):晶粒與晶粒之間界面。亞晶界(sub-boundary):相鄰晶粒位向很小(普通1～2°)小角度晶界。表面（surface）：表面與內(nèi)部不一樣。區(qū)域：大角度晶界---晶界小角度晶界---亞晶界27第27頁28第28頁Cu-Ni合金中亞結(jié)構(gòu)29第29頁三、晶體中擴散擴散——原子在晶體中移動距離超出其平均原子間距遷移現(xiàn)象。1、概念擴散→熱激活過程（以克服晶格約束）30第30頁2．影響擴散原因(1)溫度使原子能量提升（最主要原因）D=Doexp(-Q/RT）Do——擴散系數(shù)(cm2/s),

Q——擴散激活能(2)晶體結(jié)構(gòu)致密度小→克服能壘小→擴散輕易(3)表面及晶體缺點晶格畸變→高能態(tài)原子→激活能小(體擴散0.6-0.7)→擴散快100-1000倍Do，Q與溫度無關(guān)，決定于晶體成份和結(jié)構(gòu)；溫度提升10-15度，D提升一倍。31第31頁四、純金屬結(jié)晶及其組織1．結(jié)晶與凝固區(qū)分凝固：L→S

S能夠是非晶結(jié)晶：一個原子排列狀態(tài)（晶態(tài)或非晶態(tài)）過渡為另一個原子規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）轉(zhuǎn)變過程。一次結(jié)晶：L→S晶態(tài)二次結(jié)晶：S→S晶態(tài)LiquidSolid32第32頁2．結(jié)晶驅(qū)動力——ΔF≤0，而不是過冷度ΔT自然界自發(fā)過程進行熱力學(xué)條件都是ΔF≤0體系中各種能量總和叫做內(nèi)能→U，其中能夠?qū)ν庾龉蛳蛲忉尫拍芰拷凶杂赡堋鶩，F(xiàn)=U-TS（熵）過冷度：△T=Tm-Tn,△F用來克服界面能Tma

當(dāng)溫度T>Tm時，F(xiàn)s>FL,

液相穩(wěn)定b

當(dāng)溫度T<Tm時，F(xiàn)s<FL,

固相穩(wěn)定c

當(dāng)溫度T=Tm時，F(xiàn)s=FL,

平衡狀態(tài)Tm：理論結(jié)晶溫度Tn：實際結(jié)晶溫度33第33頁過冷度：△T=Tm-Tn,△F用來克服界面能3、過冷度與冷卻曲線冷速越快，過冷度越大試驗證實，純金屬液體被冷卻到熔點Tm（理論結(jié)晶溫度）時保溫，不論保溫多長時間結(jié)晶都不會進行，只有當(dāng)溫度顯著低于Tm時，結(jié)晶才開始。也就是說，金屬要在過冷(Undercooled)條件下才能結(jié)晶。結(jié)論：結(jié)晶熱力學(xué)條件就是必須有一定過冷度。34第34頁4、結(jié)晶過程結(jié)晶過程:孕育－形核－長大形核長大35第35頁結(jié)晶動力學(xué)密集面非密集面樹枝狀長大平面長大a.形核：自發(fā)形核、非自發(fā)形核b.長大：平面長大、樹枝狀長大

36第36頁結(jié)晶熱力學(xué)液、固兩相自由能隨溫度改變示意圖

在恒溫、恒壓條件下，單位體積液體與固體自由能之差為：

式中，負(fù)號表示由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)自由能降低；Lm為熔化潛熱;ΔT=Tm-T,稱為過冷度(Undercooling)?？梢姡^冷度越大，結(jié)晶驅(qū)動力也就越大；過冷度等于0，ΔGv也等于0，沒有驅(qū)動力結(jié)晶不能進行。

結(jié)論：結(jié)晶熱力學(xué)條件就是必須有一定過冷度。37第37頁5、晶粒尺寸控制（1）晶粒度---指晶粒大小單位面積上晶粒數(shù)目或晶粒平均線長度（或直徑）表示。形核速度大，長大速率慢，晶粒總數(shù)目多，晶粒細(xì)小。（2）過冷度對形核一長大影響過冷度△T提升，N提升、G提升過冷度△T太高，D降低——N降低、G降低38第38頁（3）控制晶粒度原因①提升過冷度過冷度△T適當(dāng)↑，N↑↑，G↑——N/G增大，細(xì)化。②變質(zhì)處理

在液態(tài)金屬中加入高熔點或難熔孕育劑或變質(zhì)劑作為非自發(fā)晶核形核關(guān)鍵，以細(xì)化晶粒和改進組織方法。③振動、攪拌等搗碎已形成大晶粒，以增加晶核數(shù)目。39第39頁2.2合金晶體結(jié)構(gòu)和組織一、合金相結(jié)構(gòu)合金：一個元素同另一個元素或幾個其它元素，經(jīng)過熔化或其它方法結(jié)合在一起所形成含有金屬特征物質(zhì)叫做合金。相：凡是化學(xué)成份相同、晶體結(jié)構(gòu)相同，與其它部分有顯著分界均勻組成部分。1、固溶體

組元經(jīng)過溶解形成一個成份和性能均勻，且結(jié)構(gòu)與組元之一相同固相當(dāng)為固溶體A（B）。A：溶劑B：溶質(zhì)合金中有兩類基本相結(jié)構(gòu)，固溶體和金屬間化合物。40第40頁

溶劑A+溶質(zhì)B=C

bccfccbcc比如:

α–Fe+C=F(鐵素體))

體心

六方體心

鐵素體晶體結(jié)構(gòu)41第41頁①固溶體分類溶質(zhì)原子位置置換固溶體晶格類型相同,原子半徑相差不大,電化學(xué)性質(zhì)相近間隙固溶體原子半徑較小溶解度有限固溶體——無限固溶體——分布有序度有序固溶體——無序固溶體——42第42頁②固溶強化

因為溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格產(chǎn)生晶格畸度而造成材料強度、硬度升高，而塑性和韌性沒有顯著降低方法。溶質(zhì)原子溶入→晶格畸變→位錯遠動阻力上升→金屬塑性變形困難→強度、硬度升高。形成固溶體時晶格畸變43第43頁2、金屬間化合物

金屬間化合物是合金組元相互作用而形成含有金屬特征、而晶格類型和特征又完全不一樣于任一組元化合物，是一個中間相。溶劑A+

溶質(zhì)B=C

bccfcc

cph

比如:3Fe+C=Fe3C體心六方

復(fù)雜結(jié)構(gòu)滲碳體(Fe3C)晶格結(jié)構(gòu)示意圖44第44頁

3Fe+C=Fe3C

體心

六方

復(fù)雜結(jié)構(gòu)800HB

80

3

50%

0%含有一定程度金屬性質(zhì)。含有較高熔點。硬度較高。脆性高。金屬化合物主要性能0%45第45頁3、機械混合物

單一固溶體：強度、硬度較低單一化合物：硬而脆機械混合物——不是一個單一相機械混合物結(jié)構(gòu)特點含有重量百分比關(guān)系;溶劑A

+

溶質(zhì)B=C

bccfcc

bcc+fcc比如88.5％F+11.5％Fe3C=100％P體心復(fù)雜結(jié)構(gòu)

體心+復(fù)雜

取決于組元相對數(shù)量。取決于組成相大小和形狀。詳細(xì)數(shù)值介于組元性能之間。機械混合物性能特點46第46頁相：凡是化學(xué)成份相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開均勻組成部分。元素不一定單一。組織：用肉眼或顯微鏡觀察到材料微觀形貌，它能夠是單相，也能夠是由一定數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式各種相組成。主要回顧退火珠光體組織

珠光體組織回火索氏體鐵素體組織金相圖滲碳體組織針狀馬氏體組織47第47頁二、合金相圖概述1、相圖：描述平衡條件下，相和相變與溫度、成份、壓力之間關(guān)系圖稱為相圖——平衡圖。

48第48頁2、相圖建立Ⅰ：純銅Ⅱ：75%Cu+25%Ni

Ⅲ：50%Cu+50%NiⅣ：25%Cu+75%Ni

Ⅴ：純Ni49第49頁三、二元合金相圖（重點）1、勻晶相圖兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)也無限互溶，冷卻時發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變合金系→勻晶相圖（L→α），如：Cu-Ni、Fe-Cr、Au-Ag等。50第50頁（1）相圖分析

線：液相線、固相線

單相區(qū)：L、α

兩相區(qū)：L+α（2）勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶過程

L→L+α→α

51第51頁(3)勻晶轉(zhuǎn)變特點a.形核、長大，樹枝狀長大；b.變溫過程；c.兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定，成份確定；d.兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定，兩相相對量一定（杠桿定律）；e.枝晶偏析（見下頁）。αLLα52第52頁e.枝晶偏析冷速快→原子擴散不充分→成份不均。用擴散退火消除53第53頁杠桿定律證實：Q合金，其Ni含量b%，T1溫度時：L相中Ni%=a%，α相中Ni%=c%；Q合金%×b%=QL%×a%+Qa%×c%又因為：Q合金=QL+Qa

所以：（QL+Qa）%×b%=QL%×a%+Qa%×c%QL%×ab=Qa%×bcacb自學(xué)54第54頁2、共晶轉(zhuǎn)變：兩組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)有限互溶結(jié)晶轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)變合金系組成共晶相圖，如：Pb-Sn、Al-Si、Ag-Cu等。55第55頁（1）相圖分析液相線:

adb固相線

:

acdeb三個單相區(qū)：L、α、β(α、β是有限固溶體)三個兩相區(qū)：

L+α、L+β、α+β共晶點：d共晶成份合金冷卻到此點所對應(yīng)溫度（共晶溫度），共同結(jié)晶出αC、βe。

(在共晶反應(yīng)線上)溶解度線：cf，egT↓→過飽和固溶體析出另一相→脫溶轉(zhuǎn)變fadbceL+

L+

+

fg56第56頁（2）經(jīng)典合金結(jié)晶過程合金I：

相組成物：α,β組織組成物：α,β相相對量：

組織相對量：

57第57頁fgαβ58第58頁合金II：（共晶合金）Ld(αc+βe)LL+(αc+βe)αc+βe

αf+βII+βg+αII室溫下：相組成物α，β

組織組成物：（α+β）共晶體（α+β）%=100%59第59頁fgαβ60第60頁合金III：（亞共晶合金）L--->L+α初--->L’+α初+（αc+β

e)--->

α初+（αc+β

e)--->α+β

II+（α+β）亞共晶合金組織61第61頁62第62頁相組成物：α，β

室溫下：組織相對量：

在共晶溫度時：室溫下：α初--->α+β

II63第63頁Lα=Mα+βfgαβ64第64頁合金IV：（過共晶合金）---作業(yè)組織標(biāo)注相圖IVβααββIIαII(α+β)相（%）組織（%）65第65頁四、合金性能與相圖關(guān)系1、合金使用性能與相圖關(guān)系66第66頁溶質(zhì)元素→晶格畸變大→強度、硬度↑，（50%↑最大）復(fù)相組織區(qū)域內(nèi)（如共晶轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)），合金強度和硬度隨成份改變呈直線關(guān)系，大致是兩相性能算術(shù)平均值。HB=HB

*

%+HBβ*β%對組織較敏感性能—強度，與組成相或組織組成物形態(tài)有很大關(guān)系。組成相或組織組成物越細(xì)密，強度越高（共晶點處，共晶組織呈細(xì)小、均勻細(xì)密復(fù)相組織，強度可達最高值。）67第67頁2、合金工藝性能68第68頁a.鑄造性能—液態(tài)合金流動性以及產(chǎn)生縮孔，裂紋傾向性等。液固相線距離愈小，結(jié)晶溫度范圍愈小→合金流動性好→有利于澆注。液固相線距離大→枝晶偏析傾向愈大，合金流動性也愈差，形成份散縮孔傾向也愈大，使鑄造性能惡化，所以鑄造合金成份常取共晶成份和靠近共晶成份或選擇結(jié)晶溫度間隙最小成份。b.鑄造、軋制性能單相固溶體合金單相組織變形抗力小，變形均勻，不易開裂，塑性好69第69頁2.3塑性變形和回復(fù)、再結(jié)晶對金屬材料組織、性能影響70第70頁靜載單向靜拉伸應(yīng)力――應(yīng)變曲線(低碳鋼)簡單回顧四階段71第71頁一、金屬材料塑性變形

變形是工程材料在外力作用下會發(fā)生最基本‘失效’方式，變形通常包含彈性變形與塑性變形兩種。塑性變形還可改變材料內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)并影響其宏觀性能。不需要塑性變形：抵抗塑性變形是普通工程構(gòu)件基本要求，不希望結(jié)構(gòu)件在承載時產(chǎn)生不可恢復(fù)塑性變形；需要塑性變形：塑性變形是金屬材料一個主要加工成形方法，在材料加工過程中，人們希望它易于加工變形。

72第72頁(一)、單晶體塑性變形單晶體變形規(guī)律：滑移晶體學(xué)多晶變形是各個晶粒變形總和。（A）塑性變形方式Ⅰ：滑移１.塑性變形方式——滑移和孿生在外加切應(yīng)力作用下，晶體一部分相對于另一部分沿一定晶面（滑移面）上一定方向（滑移方向）發(fā)生相正確滑動。73第73頁關(guān)鍵點1：滑移變形起因－外力P在滑移面上分解正應(yīng)力σ：僅使晶格產(chǎn)生彈性伸長，當(dāng)超出原子間結(jié)協(xié)力時，使將晶體拉斷；切應(yīng)力τ：使晶格產(chǎn)生彈性歪扭，在超出滑移抗力時引發(fā)滑移面兩側(cè)晶體發(fā)生相對滑動。74第74頁滑移就是晶體滑移面兩側(cè)部分或整體相對移動（剛性移動）。在外加切應(yīng)力作用下，晶體一部分相對于另一部分沿一定晶面（滑移面）上一定方向（滑移方向）發(fā)生相正確滑動。滑移面——最大密排面滑移方向——最大密排晶向關(guān)鍵點2：滑移變形怎樣進行－相對移動位置與方向75第75頁位錯→滑移→塑性變形

切應(yīng)力作用下，晶體中位錯沿著滑移面逐步移動，最終移出表面，留下一個大小等于該位錯矢量模臺階。大量位錯（原子距）→→移出晶體→→滑移線（1000原子距）→→滑移帶關(guān)鍵點3：滑移變形本質(zhì)－位錯機制76第76頁晶體滑移是經(jīng)過位錯在滑移面上運動來實現(xiàn)，而勿需使晶體兩部分作整體相對移動。滑移實現(xiàn)→借助于位錯運動。（剛性滑移模型計算出臨界切應(yīng)力值＞＞實測值）金屬計算值(MN/m2)實測值(MN/m2)計算值與實測值之比銅銀金鎳鎂鋅64004500450011000300048001.00.50.925.80.830.94640090004900190036005100自然過程發(fā)生總是沿著阻力最小方式進行！77第77頁滑移系：滑移面和該面上一個滑移方向

金屬三種常見晶格滑移系關(guān)鍵點4：不一樣金屬滑移變形特征78第78頁Why?

體心立方（α-Fe）和面心立方金屬（Cu、Al）滑移系數(shù)目相同，但面心立方金屬塑性變形能力更加好?79第79頁滑移系數(shù)目↑，材料塑性↑；滑移方向↑，材料塑性↑。（滑移方向作用大于滑移面作用）FCC和BCC滑移系為12個，HCP為3個；FCC滑移方向（3個）多于BCC（2個）。金屬塑性：Cu（FCC）＞Fe（BCC）＞Zn（HCP）80第80頁

晶體一部分相對于另一部分沿一定晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變?！饘倬w中變形部分與未變形部分在孿生面兩側(cè)形成鏡面對稱關(guān)系?！l(fā)生孿生部分（切變部分）稱為孿生帶或?qū)\晶。（B）塑性變形方式Ⅱ：孿生Why發(fā)生孿生變形？何種情況下發(fā)生？特點：均勻切變，切變部分位向改變，但點陣結(jié)構(gòu)不變；發(fā)生孿生時各原子移動距離是不相等。臨界分切應(yīng)力>>滑移分切應(yīng)力；形變量很小；形變速度快，靠近聲速。81第81頁孿生僅會在滑移不易產(chǎn)生情況下發(fā)生：ⅰ.FCC金屬普通不發(fā)生孿生，少數(shù)（Cu、Ag、Au）在極低溫度下發(fā)生。ⅱ.BCC金屬僅在室溫或受沖擊時發(fā)生。ⅲ.HCP金屬較輕易發(fā)生孿生。82第82頁(C）滑移和孿生異同滑移和孿生均在切應(yīng)力作用下，沿一定晶面一定晶向進行，產(chǎn)生塑性變形；孿生借助于切變進行，所需切應(yīng)力大，速度快，在滑移較難進行時發(fā)生；滑移→原子移動相對位移是原子間距整數(shù)值→不引發(fā)晶格位向改變；孿生→原子移動相對位移是原子間距分?jǐn)?shù)值→孿生晶格位向改變→促進滑移；孿生產(chǎn)生塑性變形量小（≤滑移變形量10％），但引發(fā)晶格畸變大。83第83頁（二）、實際金屬（多晶）塑性變形主要影響原因：晶界、晶粒和位向（A）晶界：

ⅰ.滑移主要障礙：原子混亂排列區(qū)，較不規(guī)則→缺點、雜質(zhì)集中?；撇荒軓囊粋€晶粒直接延續(xù)到另一個晶粒中去。ⅱ.協(xié)調(diào)變形：晶界本身變形→以維持相鄰晶粒變形保持連續(xù)。位錯塞積——位錯運動到晶界附近，受到晶界妨礙而堆積起來。84第84頁（B）晶粒ⅰ.Hall-Pitch關(guān)系：σs=σ0+Kyd-1/2ⅱ.細(xì)晶強化：晶粒細(xì)化→強度、硬度提升、塑性、韌性也提升，原因？晶粒小→晶界面積大→變形抗力大→強度大晶粒小→單位體積晶粒多→變形分散→相鄰晶粒不一樣滑移系相互協(xié)調(diào)晶粒小→晶界多→不利于裂紋傳輸→斷裂前承受較大塑性變形細(xì)晶強化是金屬一個非常主要強韌化伎倆！85第85頁二、塑性變形對金屬組織與性能影響（一）、冷塑性變形對金屬組織性能影響86第86頁１．晶粒形貌及結(jié)構(gòu)改變

晶粒拉長，纖維組織→各同異性a.纖維組織（組織）b.亞結(jié)構(gòu)形成（晶內(nèi)結(jié)構(gòu)改變）形變↑→位錯密度↑（１０６→１０１１-１２）→位錯纏結(jié)→胞壁→亞晶鋼纖維組織（變形度80%87第87頁２．織構(gòu)——擇優(yōu)取向（組織）擇優(yōu)取向——變形量足夠大時，原來處于不一樣位向晶粒在空間位向上會展現(xiàn)出一定程度一致。

形變織構(gòu)——金屬塑性變形到很大程度（70%）時，因為晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，使各晶粒位向趨于一致，形成特殊擇優(yōu)取向，這種有序化結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)。有害：“制耳”現(xiàn)象有利：硅鋼片：電機、變壓器鐵芯88第88頁３.加工硬化（形變硬化、冷作硬化）（性能）加工硬化——金屬在冷態(tài)下進行塑性變形時，伴隨變形度增加，其強度、硬度提升，塑性、韌性下降。89第89頁加工硬化機理：1）一個主要強化伎倆，對不能用熱處理方法強化合金尤其主要；2）冷加工成形得以順利進行；3）金屬含有很好變形強化能力，含有預(yù)防短時超載斷裂能力，確保構(gòu)件安全性；4）↓塑性，↑切削性能；不利：塑性變形困難→中間退火→消除塑性變形→位錯移動→位錯大量增殖→相互作用→運動阻力加大→變形抗力↑→強度↑、硬度↑、塑性↓、韌性↓位錯強化：位錯密度↑→強度、硬度↑意義90第90頁4．殘余內(nèi)應(yīng)力（性能）第一類內(nèi)應(yīng)力——宏觀，表面和心部，塑性變形不均勻造成；第二類內(nèi)應(yīng)力——微觀，晶粒間或晶內(nèi)不一樣區(qū)域變形不均；第三類內(nèi)應(yīng)力——超微觀，晶?；儯?gt;90%）?！コ饬髿埩粲谇移胶庥诮饘賰?nèi)部應(yīng)力。91第91頁1、塑性變形金屬在加熱時組織性能改變

（二）、金屬在加熱條件下塑性變形92第92頁2、回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大1）．回復(fù)原子擴散能力較小，物理化學(xué)性能恢復(fù)，內(nèi)應(yīng)力顯著降低，強度和硬度略有降低——去應(yīng)力退火。驅(qū)動力：金屬變形儲存能（晶格畸變能）93第93頁2）．再結(jié)晶

1）新形核一長大過程，無新相生成，加工硬化消除，力學(xué)性能恢復(fù)，顯微組織發(fā)生顯著改變→等軸晶粒，強度大大下降。再結(jié)晶退火：消除加工硬化熱處理工藝再結(jié)晶溫度：純金屬：TR=0.4-0.35Tm(K)合金：TR=0