材料的形变和再结晶
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5.1 晶体的塑性变形
塑性加工
•金属材料获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得一定
形状、尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材。
•塑性加工包括锻压、轧制、挤压、拉拔、冲压等方法。 •金属在承受塑性加工时，当应力超过弹性极限后，会产
生塑性变形，这对金属的结构和性能会产生重要的影响。
5.1.1 单晶体的塑性变形
在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过滑移方 式进行的，此外，尚有孪生和扭折等方式。
(1)滑移 滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一 定的晶面(滑移面) 的一定方向(滑移方向)相对于另一 部分发生滑动。大量的层片间滑动的累积就构成晶体 的宏观塑性变形。
滑移的特点
•滑移线与滑移带
为了观察滑移现象，可将经良好抛光的 单晶体金属棒试样进行适当拉伸，使之产生 一定的塑性变形，即可在金属棒表面见到一 条条的细线，通常称为滑移线，这是由于晶 体的滑移变形使试样的抛光表面上产生高低 不一的台阶所造成的。高倍分析发现：在宏 观及金相观察中看到的滑移带并不是单一条 线，而是由一系列相互平行的更细的线所组 成的，称为滑移带。滑移线之间的距离仅 约～100个原子问距左右，而沿每一滑移线 的滑移量可达～1000个原子间距左右。对 滑移线的观察也表明了晶体塑性变形的不均 匀性，滑移只是集中发生在一些晶面上，而 滑移带或滑移线之间的晶体层片则未产生变 形，只是彼此之间作相对位移而已。
通常，对称性低、滑移系少的密排六方金属如Cd， Zn，Mg等往往容易出现孪生变形。
（2）孪生 孪生是塑性变形的另一种重要形式，
它常作为滑移不易进行时的补充。
•孪生变形过程
当面心立方晶体在切应力作用下发生孪生变形时， 晶体内局部地区的各个（111）晶面沿着方向[112]产 生彼此相对移动距离为a/6[112]的均匀切变。这样的 切变并未使晶体的点阵类型发生变化，但它却使均匀 切变区中的晶体取向发生变更，变为与未切变区晶体 呈镜面对称的取向。这一变形过程称为孪生。变形与 未变形两部分晶体合称为孪晶；均匀切变区与未切变 区的分界面（即两者的镜面对称面）称为孪晶界；发 生均匀切变的那组晶面称为孪晶面；孪生面的移动方 向称为孪生方向。
• 孪生的特点
（1）孪生变形也是在切应力作用下发生的，并通 常出现于滑移受阻而引起的应力集中区，因此，孪 生所需的临界切应力要比滑移时大得多。
（2）孪生是一种均匀切变，即切变区内与孪晶面 平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方 向位移了一定的距离，且每一层原子相对于孪生面 的切变量跟它与孪生面的距离成正比。
塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面 和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。一个滑移面和 此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。
晶体结构不同，其滑移面和滑移方向也不同。 通常，滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密 的晶面和晶向。这是因为原子密度最大的晶面其面间距最大， 点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；至于滑移方 向为原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子间距最
位错在运动时会遇到点阵阻力。由于派尔斯和纳 巴罗首先估算了这一阻力，故又称为派--纳力。
由派一纳力公式可知，位错宽度越大，则派一纳 力越小，这是因为位错宽度表示了位错所导致的点 阵严重畸变区的范围．宽度大则位错周围的原子就 能比较接近于平衡位置，点阵的弹性畸变能低，故 位错移动时其他原子所作相应移动的距离较小，产 生的阻力也较小。
短，即位错b最小。
在其他条件相同时，晶体中的滑移系愈多，滑移过程可能 采取的空间取向便愈多，滑移容易进行，它的塑性便愈好。
滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶 格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。
Fra Baidu bibliotek
滑移的特点
•滑移的临界分切应力
晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许 多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一 滑移系中的分切应力达到一定临界值时，该滑移系 方可以首先发生滑移，该分切应力称为滑移的临界 分切应力。
（3）孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。
•孪晶的形成 孪晶的主要方式有三种：
一是通过机械变形而产生的孪晶，也称为“变形 孪晶”或“机械孪晶”，它的特征通常呈透镜状或片 状；
二为“生长孪晶”，它包括晶体自气态（如气相沉 积）、液态（液相凝固）或固体中长大时形成的孪晶；
三是变形金属在其再结晶退火过程中形成的孪晶， 也称为“退火孪晶”，它往往以相互平行的孪晶面为 界横贯整个晶粒，是在再结晶过程中通过堆垛层错的 生长形成的。
滑移的临界分切应力是一个真实反映单晶体受力 起始屈服的物理量。其数值与晶体的类型、纯度， 以及温度等因素有关，还与该晶体的加工和处理状 态、变形速度，以及滑移系类型等因素有关。
滑移的特点
•滑移时晶面的转动
单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，往往伴 随着晶面的转动，对于只有一组滑移面的hcp，这种 现象尤为明显。
滑移的特点
•滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的
结果
滑移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动，而 是通过位错的运动来实现的。在切应力作用下，一个多余半 原子面从晶体一侧到另一侧运动．即位错自左向右移动时， 晶体产生滑移。由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间 距的变形量，因此晶体发生的总变形量一定是这个方向上的 原子间距的整数倍。
晶体受压变形时也要发生晶面转动，但转动的结果 是使滑移面逐渐趋于与压力轴线相垂直。
滑移的特点
•多系滑移
对于具有多组滑移系的晶体，滑移首先在取向最 有利的滑移系（其分切应力最大）中进行，但由于 变形时晶面转动的结果，另一组滑移面上的分切应 力也可能逐渐增加到足以发生滑移的临界值以上， 于是晶体的滑移就可能在两组或更多的滑移面上同 时进行或交替地进行，从而产生多系滑移。
位错运动的阻力除点阵阻力外，位错与位错的交 互作用产生的阻力；运动位错交截后形成的扭折和 割阶，尤其是螺型位错的割阶将对位错起钉扎作用， 致使位错运动的阻力增加；位错与其他晶体缺陷如 点缺陷，其他位错、晶界和第二相质点等交互作用 产生的阻力，对位错运动均会产生阻力，导致晶体 强化。
滑移的特点
•滑移系
塑性加工
•金属材料获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得一定
形状、尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材。
•塑性加工包括锻压、轧制、挤压、拉拔、冲压等方法。 •金属在承受塑性加工时，当应力超过弹性极限后，会产
生塑性变形，这对金属的结构和性能会产生重要的影响。
5.1.1 单晶体的塑性变形
在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过滑移方 式进行的，此外，尚有孪生和扭折等方式。
(1)滑移 滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一 定的晶面(滑移面) 的一定方向(滑移方向)相对于另一 部分发生滑动。大量的层片间滑动的累积就构成晶体 的宏观塑性变形。
滑移的特点
•滑移线与滑移带
为了观察滑移现象，可将经良好抛光的 单晶体金属棒试样进行适当拉伸，使之产生 一定的塑性变形，即可在金属棒表面见到一 条条的细线，通常称为滑移线，这是由于晶 体的滑移变形使试样的抛光表面上产生高低 不一的台阶所造成的。高倍分析发现：在宏 观及金相观察中看到的滑移带并不是单一条 线，而是由一系列相互平行的更细的线所组 成的，称为滑移带。滑移线之间的距离仅 约～100个原子问距左右，而沿每一滑移线 的滑移量可达～1000个原子间距左右。对 滑移线的观察也表明了晶体塑性变形的不均 匀性，滑移只是集中发生在一些晶面上，而 滑移带或滑移线之间的晶体层片则未产生变 形，只是彼此之间作相对位移而已。
通常，对称性低、滑移系少的密排六方金属如Cd， Zn，Mg等往往容易出现孪生变形。
（2）孪生 孪生是塑性变形的另一种重要形式，
它常作为滑移不易进行时的补充。
•孪生变形过程
当面心立方晶体在切应力作用下发生孪生变形时， 晶体内局部地区的各个（111）晶面沿着方向[112]产 生彼此相对移动距离为a/6[112]的均匀切变。这样的 切变并未使晶体的点阵类型发生变化，但它却使均匀 切变区中的晶体取向发生变更，变为与未切变区晶体 呈镜面对称的取向。这一变形过程称为孪生。变形与 未变形两部分晶体合称为孪晶；均匀切变区与未切变 区的分界面（即两者的镜面对称面）称为孪晶界；发 生均匀切变的那组晶面称为孪晶面；孪生面的移动方 向称为孪生方向。
• 孪生的特点
（1）孪生变形也是在切应力作用下发生的，并通 常出现于滑移受阻而引起的应力集中区，因此，孪 生所需的临界切应力要比滑移时大得多。
（2）孪生是一种均匀切变，即切变区内与孪晶面 平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方 向位移了一定的距离，且每一层原子相对于孪生面 的切变量跟它与孪生面的距离成正比。
塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面 和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。一个滑移面和 此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。
晶体结构不同，其滑移面和滑移方向也不同。 通常，滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密 的晶面和晶向。这是因为原子密度最大的晶面其面间距最大， 点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；至于滑移方 向为原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子间距最
位错在运动时会遇到点阵阻力。由于派尔斯和纳 巴罗首先估算了这一阻力，故又称为派--纳力。
由派一纳力公式可知，位错宽度越大，则派一纳 力越小，这是因为位错宽度表示了位错所导致的点 阵严重畸变区的范围．宽度大则位错周围的原子就 能比较接近于平衡位置，点阵的弹性畸变能低，故 位错移动时其他原子所作相应移动的距离较小，产 生的阻力也较小。
短，即位错b最小。
在其他条件相同时，晶体中的滑移系愈多，滑移过程可能 采取的空间取向便愈多，滑移容易进行，它的塑性便愈好。
滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶 格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。
Fra Baidu bibliotek
滑移的特点
•滑移的临界分切应力
晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许 多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一 滑移系中的分切应力达到一定临界值时，该滑移系 方可以首先发生滑移，该分切应力称为滑移的临界 分切应力。
（3）孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。
•孪晶的形成 孪晶的主要方式有三种：
一是通过机械变形而产生的孪晶，也称为“变形 孪晶”或“机械孪晶”，它的特征通常呈透镜状或片 状；
二为“生长孪晶”，它包括晶体自气态（如气相沉 积）、液态（液相凝固）或固体中长大时形成的孪晶；
三是变形金属在其再结晶退火过程中形成的孪晶， 也称为“退火孪晶”，它往往以相互平行的孪晶面为 界横贯整个晶粒，是在再结晶过程中通过堆垛层错的 生长形成的。
滑移的临界分切应力是一个真实反映单晶体受力 起始屈服的物理量。其数值与晶体的类型、纯度， 以及温度等因素有关，还与该晶体的加工和处理状 态、变形速度，以及滑移系类型等因素有关。
滑移的特点
•滑移时晶面的转动
单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，往往伴 随着晶面的转动，对于只有一组滑移面的hcp，这种 现象尤为明显。
滑移的特点
•滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的
结果
滑移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动，而 是通过位错的运动来实现的。在切应力作用下，一个多余半 原子面从晶体一侧到另一侧运动．即位错自左向右移动时， 晶体产生滑移。由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间 距的变形量，因此晶体发生的总变形量一定是这个方向上的 原子间距的整数倍。
晶体受压变形时也要发生晶面转动，但转动的结果 是使滑移面逐渐趋于与压力轴线相垂直。
滑移的特点
•多系滑移
对于具有多组滑移系的晶体，滑移首先在取向最 有利的滑移系（其分切应力最大）中进行，但由于 变形时晶面转动的结果，另一组滑移面上的分切应 力也可能逐渐增加到足以发生滑移的临界值以上， 于是晶体的滑移就可能在两组或更多的滑移面上同 时进行或交替地进行，从而产生多系滑移。
位错运动的阻力除点阵阻力外，位错与位错的交 互作用产生的阻力；运动位错交截后形成的扭折和 割阶，尤其是螺型位错的割阶将对位错起钉扎作用， 致使位错运动的阻力增加；位错与其他晶体缺陷如 点缺陷，其他位错、晶界和第二相质点等交互作用 产生的阻力，对位错运动均会产生阻力，导致晶体 强化。
滑移的特点
•滑移系