材料的形变和再结晶
材料科学基础_第五章材料的形变和再结晶
材料科学基础_第五章材料的形变和再结晶材料的形变是指材料在外力作用下发生的形状、尺寸及结构的变化。
形变可以分为弹性变形和塑性变形两种形式。
弹性变形是指物质在外力作用下只发生形状的改变，而不发生组织内部结构的改变，当外力消失时，物质能恢复到原来的形状。
塑性变形是指物质在外力作用下发生形状和内部结构的改变，当外力消失时，物质不能恢复到原来的形状。
形变过程中，材料的内部晶粒会发生滑移、动晶界和晶界迁移等变化，这些变化有助于减小材料中的位错密度，同时也能影响晶粒的尺寸、形状和分布。
当形变达到一定程度时，晶粒内部会产生高密度的位错，这会导致晶体的韧性下降，同时也容易引起晶粒的断裂和开裂。
因此，形变过程中产生的位错对材料的性能具有重要影响。
再结晶是指在材料的形变过程中，通过退火处理使晶粒重新长大，去除或减小形变过程中产生的位错和晶界等缺陷，从而改善材料的力学性能和其他性能。
再结晶的发生与材料的种类、成分、形变方式等因素有关。
再结晶可以通过两种方式实现：显微再结晶和亚显微再结晶。
显微再结晶是指晶粒在正常晶界上长大，形成新的晶粒；亚显微再结晶是指材料中的一些晶粒发生部分再结晶，形成较大的再结晶晶粒。
再结晶的发生和发展受到晶粒的尺寸、形状和分布的影响。
晶粒尺寸越小，再结晶发生越容易，且再结晶晶粒的尺寸也越小。
再结晶晶粒的尺寸和分布对材料的性能影响很大。
晶粒尺寸较小的材料通常具有优良的力学性能和高韧性，且易于加工。
因此，控制再结晶晶粒的尺寸和分布对材料的性能优化和加工有重要意义。
总之，材料的形变和再结晶是材料科学中重要的研究领域。
通过研究形变和再结晶的机制和规律，可以优化材料的性能和加工过程，从而推动材料科学的发展和应用。
材料科学基础-第5章2013
弹簧元件表示的弹性变形部分 —— 与时间无关，
Voigt-Kelvin 模型—— 描述蠕变回复、弹性后效和弹
E 为松弛常数。
性记忆等过程：
粘弹性变形特点——应变落后于应力—–弹性滞后。 施加周期应力时形成的应力 - 应变曲线回线所包含的
d ( t ) E dt
交变载荷（振动）下吸收不可逆变形功 的能力。虽然这两个名词有时可以混用， 但严格来说循环韧性与内耗是有区别的： 循环韧性——指金属在塑性区内加载时吸 收不可逆变形功的能力——消振性; 内耗——指金属在弹性区内加载时吸收不 可逆变形功的能力。
弹性滞后——表明加载时消耗于材料的变形功大于 卸载时材料回复所释放的变形功，多余的部分变形 功已被材料内部所消耗——内耗现象——用弹性滞 后环的面积度量其大小。
面积——应力循环一周所损耗的能量——内耗。
5.2 晶体的塑性变形
当施加的应力超过弹性极限e时，材料会发生塑性变形——产
生不可逆的永久变形。 大多数多晶体工程材料，变形与各晶粒的变形相关。 一、单晶体的塑性变形 在常温和低温下，单晶体的塑性变形——主要形式为滑移 (Slip)；其次有孪晶(Twins)、扭折(Twist)等方式。 高温下，单晶体的塑性变形——主要形式为扩散性变形和晶界 滑动与移动等。 滑移——在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定晶面(滑移 面)和一定晶向(滑移方向)相对另一部分发生相对位移的现象。
2014-6-11 材料科学基础CAI教材 曾德长 13
其应力、应变符合Hooke定律——应力去除后应变 回复为零。 粘壶 —— 由装有粘性流体的气缸和活塞组成；活 塞的运动是粘性流动的结果 —— 符合 Newton 粘性 流动定律。 Maxwell模型——解释应力松弛机制：
材料科学基础重点总结4 材料形变和再结晶
5 材料的形变和再结晶材料在加工制备过程中或是制成零部件后的工作运行中都要受到外力的作用。
材料受力后要发生变形，外力较小时产生弹性变形；外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会发生断裂。
本章主要内容：一．晶体的塑性变形单晶体的塑性变形多晶体的塑性变形合金的塑性变形塑性变形对材料组织与性能的影响二．回复和再结晶冷变形金属在加热时的组织与性能变化回复再结晶晶粒长大再结晶织构与退火孪晶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 单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的两种方式：滑移孪生滑移:滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶向发生相对滑动。
滑移线：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.滑移带：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。
滑移系：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结合起来组成一个滑移系。
滑移的临界分切应力τk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。
滑移的特点晶体的滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分同时做整体的刚性的移动，而是通过位错在切应力作用下沿着滑移面逐步移动的结果，因此实际滑移的临界分切应力τk 比理论计算的低得多。
（滑移面为原子排列最密的面）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。
第5章 材料的形变和再结晶4
steel or, lead. Platinum and white gold are, at present, the most popular materials.
White gold（白金） is an alloy of gold (i.e., it is gold and silver or palladium（钯）. This is where the concept of Karat (开，克拉) comes in. Karat is a measure of the purity of the material.
2. 晶粒越细，塑韧性提高
细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易萌生； 晶界多，裂纹不易传播，在断裂过程中可吸收较 多能量,表现出高韧性。
晶界在塑性变形中的作用
协调作用：协调相邻晶粒变形
障碍作用：阻碍滑移的进行 促进作用：高温变形时两相邻晶粒沿晶界滑动 起裂作用：晶界阻碍滑移晶界应力集中
Strength or elongation
Cu
回答：为什么钻戒不用纯金而是用白金作为托 架的问题？
利用合金固溶强化理论，白金的硬度显然比纯金的高 ，以保证钻石不会从戒指中脱落。
4）屈服现象与应变时效
①屈服现象
上屈服点：试样开始屈服时对应的应力
下屈服点：载荷首次降低的最低载荷 屈服伸长：试样在此恒定应力下的伸长
拉伸试验时， p 接近于恒定。
m'
塑形变性前，ρm很低，v很大，τ 很大；这就是上屈服点 高的原因。
3. 弥散强化 4. 加工硬化
6. 应变时效
7. 柯氏气团 8. 形变织构
Questions?
1. 为什么工程上很少用纯金属？
第五章-材料的形变和再结晶
— 应变角；
扭转变形情况与剪切相似
静载：转矩T；
应变：转角
精选2021版课件
5
拉伸实验 Tensile Test
测试仪器
标准样品
Tensile Strength
(抗拉强度)
Fracture
(断裂)
Necking
(颈缩)
精选2021版课件
6
拉伸实验 Tensile Test
不同而不同。
滑移带观察：试样预先抛光（不腐蚀），进行塑性变形，表面
上出现一个个台阶，即滑移带。
精选2021版课件
35
单晶体滑移特点
• 滑移变形是不均匀的，常集中在一部分晶面上，而
处于各滑移带之间的晶体没有产生滑移。
• 滑移带的发展过程，首先是出现细滑移线，后来才
发展成带，而且，滑移线的数目随应变程度的增大
循环韧性
若交变载荷中的最大应力超过金属的弹性极限，则可
得到塑性滞后环。
金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，叫
循环韧性。 循环韧性又称为消振性。
循环韧性不好测量，常用振动振幅衰减的自然对数来
表示循环韧性的大小。
循环韧性的应用
减振材料（机床床身、缸体等）；
乐器要求循环韧性小。
四、 黏弹性
弹性变形的特征
（1）可逆性：理想的弹性变形是加载时变形，卸载时变形
消失并恢复原状。
弹性变形量比较小，一般不超过0.5％～1％。
（2）在弹性变形范围内，其应力与应变之间保持线性函数
关系，即服从虎克(Hooke)定律：
式中，、分别为正应力和切应力；
、分别为正应变和切应变；
E，G分别为弹性模量和切变模量
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(名校考研真题 材料的形变和再结晶)【圣才出品】
4．形变织构的性质与变形金属的原始条件、_______、_______有关。[江苏大学 2005 研]
【答案】形变方式；形变程度
5．细化晶粒不但可以提高材料的________，同时还可以改善材料的________和 ________。[沈阳大学 2009 研]
【答案】强度；塑性；韧性
4．真实应力[重庆大学 2010 研] 答：真实应力是指拉伸（或压缩）试验时，变形力与当时实际截面积（而不是初始截 面积）之比。其数值是随变形量、温度与应变速率而变化的。
5．超塑性[燕山大学 2005 研] 答：超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异 常高的流变性能的现象。超塑性的特点有大延伸率，无缩颈，小应力，易成形。超塑性变 形时，应变速率敏感性指数 m 很大，m≈0.5，而一般金属材料仅为 0.01～0.04。
三、判断题
1．在室温下对金属进行塑性变形为冷加工。加热到室温以上对金属进行塑性变形为 热加工。（ ）[华中科技大学 2005 研]
【答案】× 【解析】将再结晶温度以上的加工为“热加工”，再结晶温度以下而又不加热的加工称 为冷加工。
2．金属铸件可以通过再结晶退火来达到细化晶粒的目的。（ 2007 研]
阻力。因此，在位错移动时，需要一个力克服晶格阻力，越过势垒，此力称为派纳力
3．动态再结晶[北京工业大学 2009 研] 答：动态再结晶是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。与热变形各道次之间以 及变形完毕后加热和冷却时所发生的静态再结晶相比，动态再结晶的特点是：动态再结晶 要达到临界变形量和在较高的变形温度下才能发生；与静态再结晶相似，动态再结晶易在 晶界及亚晶界形核；动态再结晶转变为静态再结晶时无需孕育期；动态再结晶所需的时间 随温度升高而缩短。
北京科技大学材料科学基础A第5章-材料的形变与再结晶(2)
第五章材料的形变与再结晶
2
第五节 孪生及扭折
滑移是形变的主要形式，孪生及扭折也是形变的不同形式。 一、孪生 孪生━ 孪生━晶体受力后，以产生孪晶的方式而进行的切变过程， 称为孪生。 孪晶━ 孪晶━以共格界面相联结，晶体学取向成镜面对称关系的 这样一对晶体（或晶粒）的合称。
晶体受到切应力后，沿着一定的晶面 (孪生面) 和一定的晶向(孪生方向) 在 孪生面) 和一定的晶向(孪生方向) 一个区域内发生连续的顺序的切变。
2. 形变引起的各向异性 金属和合金多晶体经方向性的形变后，力学性能和物理性能方 面都会出现各向异性现象。 各向异性的产生： 组织方向性 宏观偏析、微观偏析、异相晶粒、杂质等 发生方向性分布； 结构方向性 晶粒取向转动、晶体结构择尤取向， 出现织构。 3. 其它物理性能变化 结构敏感的性能(导磁率、磁饱和度、电阻) 结构敏感的性能(导磁率、磁饱和度、电阻) 明显变化 结构不敏感的性能(比重、导热性、弹性模量) 结构不敏感的性能(比重、导热性、弹性模量) 有一定影响
11
第六节 多晶体的范性形变
四、晶体的转动与形变织构
单晶体形变时，作用滑移系要发生转动： 拉伸时，作用滑移系趋于与力轴平行； 压缩时，作用滑移系趋于与力轴垂直。 多晶体在单向受力条件下形变时，各作用滑移系都有转向 与力轴平行（拉伸时）或垂直（压缩时）的总趋势。 当形变程度相当大时，多晶体会出现择尤取向，产生形变 织构。即大部分（或相当一部分）晶粒之间至少有一 个晶向相互平行或接近平行。
9
第六节 多晶体的范性形变
三、晶粒大小对形变的影响
1. 晶粒越小，试样单位横截面上晶粒的数量越多， 形变的抗力越大：
σS = σ0 + Kyd −1/ 2
晶粒的平均直径 表征晶界对形变的影响 屈服应力 屈服强度 表示晶内对形变的抗力， 约相当于单晶体τ 约相当于单晶体τk的2~3倍
9-材料的变形与再结晶解析
(3) 弹性变形量随材料的不同而异。
对完全各向同性材料 υ= 0.25 对金属υ值约为0.33（或1/3）
当υ=0.25时，G=0.4E； 当υ=0.33时，G=0.375E , K=E/3(1-2υ) ≈E
弹性常数4个： E，G，υ，K 只要已知E和υ，就可求出G和K ， 由于E易测，因此用的最多。
纳P—N力，其大小为：
τP-N = 2Gexp(-2пW/b)/(1-ν) τP-N与位错的宽度W 呈指数关系，滑移面间距d增大，w[=d /(1-ν)]增大， 或滑移方向上原子间距b减小，则τP-N下降，滑移阻
力小, 滑移容易进行。
刃位错的滑移示意图
刃位错的滑移模型
螺位错的滑移模型
2.孪生
根据拉伸试验研究表明，金属在外力作用下一般经历三个阶段：
弹性变形（elastic deformation） 塑性变形（plastic deformation） 断裂（fracture）
三、应力—应变曲线
原始曲线：载荷-伸长曲线 经过变换：应力-应变曲线
σp:比例极限
σe: 弹性极限
σs:屈服极限 σb: 强度极限
(1) 孪生变形过程 孪生变形是在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面(孪晶面)
和一定方向(孪生方向)相对于另一部分作均匀的切变所产生的
变形。但是不同的层原子移动的距离也不同。
变形与未变形的两部分晶体构成镜面对称,合称为孪晶（twin）。
均匀切变区与未切变区的分界面成为孪晶界。
孪晶面（twining plane）： 孪晶方向（twining direction）：
② 每一种晶格类型的金属都有特定的滑移系，且滑移系数量不同。 如：fcc中有12个, bcc中有48个， hcp中有3个。
第5章 材料的形变和再结晶3
常见金属加工方法
(a) Rolling. (b) Forging (open and closed die). (c) Extrusion (direct and indirect).(d) Wire drawing. (e) Stamping.
正应力（Normal stress）的作用
作用在晶格上的正应力只能使晶格的距离加大，不能使原
子从一个平衡位置移动到另一平衡位置，不能产生塑性变形； 正应力达到破坏原子间的吸引力，晶格分离，材料则出现
断裂。
材料在正应力作用下，在应力方向虽然不能发生塑性变形， 但应力的分解在另一方向就有切应力，可使晶格沿另外的方向
三种典型晶格的滑移系
6 <11-20>
(0001)
48
面心立方 的滑移系
BCC: {110}6<111>2+{112}12<111>1+{123}24<111>1 =48
面心立方晶体中的滑移系
密排六方晶体中的滑移系
基面滑移面 圆锥滑移面
棱柱滑移面 按室温以上热激活能力的顺序密排六方镁的滑移面和滑移方向
Density)。
滑移系：由滑移面和此面上的一个滑移方向所组成。
FCC (111)Plane <110>direction
为什么滑移面往往是原子最密排的晶面？
这个问题将在后面回答
814材料科学基础-第五章 材料的形变和再结晶知识点讲解
北京科技大学材料科学与工程专业814 材料科学基础主讲人：薛春阳第五章材料的形变和再结晶本章主要内容1.弹性和黏弹性2.晶体的塑性变形3.回复和再结晶4.热变形和动态回复、动态再结晶5.陶瓷形变的特点本章要求1.了解弹性和黏弹性的基本概念2.熟悉单晶体的塑性变形过程3.熟悉多晶体的塑性变形过程4.掌握塑性变形对材料组织和性能的影响5.掌握回复和再结晶的概念和过程6.熟悉动态回复和动态再结晶的概念和过程7.了解陶瓷变形的特点和一些基本概念应变应力b σsσe σbk s e ob εk ε变形的五个阶段：1.弹性变形2.不均匀的屈服变形3.均匀的塑性变形4.不均匀的塑性变形5.断裂阶段抗拉强度屈服强度弹性极限知识点1 弹性的不完整性定义：我们在考虑弹性变形的时候，通常只是考虑应力和应变的关系，而没有考虑时间的影响，即把物体看作是理想弹性体来处理。
但是，多数工程上应用的材料为多晶体甚至为非晶体，或者是两者皆有的物质，其内部存在着各种类型的缺陷，在弹性变形是，可能出现加载线与卸载线不重合、应变跟不上应力的变化等有别于理想弹性变形的特点的现象，我们称之为弹性的不完整性。
弹性不完整的现象主要包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后、循环韧性等1.包申格效应材料预先加载才生少量的塑性变形（4%），而后同向加载则 升高，反向加载则 下降。
此现象称之为包申格效应。
它是多晶体金属材料的普遍现象。
2.弹性后效一些实际晶体中，在加载后者卸载时，应变不是瞬时达到其平衡值，而是通过一种弛豫过程来完成其变化的。
这种在弹性极限 范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象，称之为弹性后效或者滞弹性。
3.弹性滞后由于应变落后与应力，在应力应变曲线上，使加载与卸载线不重合而是形成一段闭合回路，我们称之为弹性滞后。
弹性滞后表明，加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之为内耗，其大小用弹性滞后环的面积度量。
塑性变形和再结晶
塑性变形和再结晶引言在材料加工和形状塑造过程中，塑性变形和再结晶是两个重要的现象。
塑性变形是指材料在加工过程中受到外力作用而发生的形变，而再结晶是指材料经历过塑性变形后，重新形成晶粒的过程。
本文将从塑性变形和再结晶的基本概念、相关机理以及实际应用等方面进行介绍和分析。
塑性变形基本概念塑性变形是指材料在受到外力作用下发生的非弹性形变。
在塑性变形过程中，材料的晶体结构发生位移和重新排列，但并不改变其化学组成。
塑性变形可以通过施加压力、拉伸、弯曲或剪切等方式实现。
塑性变形的机制塑性变形的机制主要包括滑移、爬移和重结晶。
滑移是指晶体中的原子层沿着某一方向移动，以适应外界力的作用，从而产生形变。
爬移是指由于晶体点位错的移动引起的晶体形变。
重结晶是指材料在塑性变形过程中受到高温或其他因素的影响，原来的晶体结构破坏，重新形成新的晶粒。
塑性变形的影响因素塑性变形的影响因素包括应力、温度、变形速率和晶体结构等。
较高的应力将使材料更容易发生塑性变形，而较低的温度和较高的变形速率则有利于塑性变形的发生。
晶体结构的变化也会影响材料的塑性变形性能。
再结晶基本概念再结晶是指材料在塑性变形后，经历一系列热处理过程形成新的晶粒结构。
再结晶能够改善材料的力学性能和热稳定性，并消除塑性变形过程中产生的缺陷和应力。
再结晶的机制再结晶的机制主要包括动态再结晶和静态再结晶。
动态再结晶发生在塑性变形过程中，由于高应变速率和高温造成原来的晶体结构破坏，从而形成新的晶粒。
静态再结晶发生在塑性变形后，通过热处理将材料加热至临界温度以下，再形成新的晶粒。
再结晶的影响因素再结晶的影响因素包括温度、时间和应变等。
较高的温度和较长的时间将有利于再结晶的发生。
而较大的应变会促使再结晶的发生，因为应变能使材料的晶体结构发生变化。
应用塑性变形和再结晶在材料加工和形状塑造过程中具有重要的应用价值。
塑性变形使材料能够被轻松地塑造成所需的形状，从而实现产品的制造和加工。
材料科学基础第五章材料的形变和再结晶
应力
b
a
a'
应变
0
0 c
时间
an
三、弹性滞后
应变落后于应力，-曲线上加载线与卸载线不再是一条 直线，而是形成一封闭回线 表明加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释 放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之为内耗， 其大小即用弹性滞后环面积度量。
功
5.1.4 粘弹性（高分子材料）
1、粘弹性：一些非晶或多晶体，在比较小的应力 时可以同时表现出粘性和弹性。
广义的胡克定律：
x
y
C 11 C 21
C 12 C 22
C 13 C 23
C 14 C 24
C 15 C 25
C C
16 26
x y
z xy
C C
31 41
C 32 C 42
C 33 C 43
C 34 C 44
C 35 C 45
C C
36 46
z xy
xz yz
5.1.2 弹性变形的本质
原子、离子间的相互作用力：
平衡位置r0，系统的能量最低 受外力偏离平衡位置，有变形，产生引力或斥力， 能量升高
当外力消失，原子将恢复到平衡位置，变形完全消 失，能量下降
E
斥 力 r0
引力
r
5.1.3 弹性的不完整性
理想的弹性体：
E
理想的弹性体是不存在的，可能出现加载线与
当应力达到一定的大小时，晶体中一定方向的层片 之间就会产生的相对滑移，大量的层片间滑动的累 积，就成为宏观塑性变形。
S 32 S 42
S 33 S 43
S 34 S 44
xz yz
S
51
材料的形变和再结晶(1)
假设晶界扫过地方的储存能 全部释放，则由Ⅰ到Ⅱ时的 自由能变化为
弓出形核示意图
GEs dA
dV
晶界弓出形核模型
20
材 料 科 学 与工 程 系
对于任意曲面可以定义两个主曲率半径r1、r2，当曲面 移动时有
dA 2 dV r
若该曲面为一球面，则r1、r2＝r，而
G Es 2 r
材 料 科 学 与工 程 系
4．再结晶后的晶粒大小
由于晶粒大小对材料性能将产生重要影响，因此，调 整再结晶退火参数，控制再结晶的晶粒尺寸，在生产 中具有一定的实际意义 运用约翰逊一梅厄方程，可以证明再结晶后晶粒尺寸d与
1
和长大速率 d常数（G）4 之间存在着下列关系： N
0
材 料 科 学 与工 程 系
（2）电阻：变形金属的电阻在回复阶段已表现明显的下降趋势。
因为电阻率与晶体点阵中的点缺陷（如空位、间隙原子等）密切相 关。点缺陷所引起的点阵畸变会使传导电子产生散射，提高电阻率。 它的散射作用比位错所引起的更为强烈。因此，在回复阶段电阻率 的明显下降就标志着在此阶段点缺陷浓度有明显的减小
材 料 科 学 与工 程 系
材 料 科 学 与工 程 系
2．再结晶动力学
再结晶动力学决定于形核率 和长大速率G的大小
材 料 科 学 与工 程 系
Johnson和 Mehl 方程
和G不随时间而改变的情况下，在恒温下经过t时间后，已经 再结晶的体积分φR可用下式表示
R
1exp(NG3t4)
3
恒温再结晶时的形核率 是随时间的增加而呈指数关系衰减的， 故通常采用Avrami方程进行描述
不同温度下电阻随保温时间的变化/铜 材 料 科 学 与工 程 系
厦门理工材料考题2
材料的形变和再结晶一、填空题1、变形量是影响再结晶晶粒度的最主要因素。
变形量很小时，；当变形量略大于或等于值时，再结晶晶粒特别粗大；此后随变形量，晶粒尺寸变小。
再结晶完成后继续加热，在驱动下，晶粒会继续长大，其长大方式按其特点可分为：晶粒长大和晶粒长大。
2、金属塑性变形的主要方式是，其次是和。
滑移是沿着面和方向进行的。
3、冷塑性变形的金属材料在低温回复阶段，变形金属的浓度和导电率降低，内应力，但其显微组织和机械性能。
4、金属经冷塑性变形后，其强度和硬度，塑性和韧性，这种现象称为强化或。
5、霍耳-配奇公式表明晶粒越细小，其强度越，塑性变形能力，是强化方法的主要依据。
6、造成二次再结晶的基本条件主要是_____。
7、固态相变的驱动力是，回复再结晶的驱动力是。
9、在拉伸单晶时，滑移面转向与外力轴成角度时最易滑移。
10、固态相变形核的驱动力是，阻力主要是和。
12、晶体拉伸滑移时，驱使滑移面转动，使滑移面力求转向与平行，而同时滑移方向也旋转向与方向重合。
14、冷变形后，再结晶后晶粒度大小的控制与、原始晶粒尺寸、和杂质有关。
16、冷塑变金属低温回复时，主要是，高温回复时，主要发生。
18、强化金属材料的方法有强化、强化、强化和强化。
二、判断题1、再结晶结束后发生晶粒长大时的驱动力主要来自高的总晶界能（）2、再结晶的驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能。
（）3、回复、再结晶及晶粒长大三个过程均是形核及核长大过程，其驱动力均为变形储能。
（）4、在结晶过程中，晶核越多，生长速率越慢，则凝固后的晶粒越细小。
（）5、材料冷变形量只要略大于临界形变量，经再结晶退火后就可获得到细晶粒组织。
（）6、冷变形金属的再结晶在形核、长大过程晶体结构和组织都发生了变化，是一个相变过程。
（）7、晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。
（）8、多边化使分散的位错集中在一起形成位错墙，因位错应力场的叠加，使点阵畸变增大。
材料科学基础-名词解释
材料科学基础名词解释（上海交大第二版）第一章原子结构结合键结合键分为化学键和物理键两大类，化学键包括金属键、离子键和共价键；物理键即范德华力。
化学键是指晶体内相邻原子（或离子）间强烈的相互作用。
金属键金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。
离子键阴阳离子之间通过静电作用形成的化学键叫作离子键共价键由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。
范德华力是借助临近原子的相互作用而形成的稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。
氢键氢与电负性大的原子（氟、氧、氮等）共价结合形成的键叫氢键。
近程结构高分子重复单元的化学结构和立体结构合称为高分子的近程结构。
它是构成高分子聚合物最底层、最基本的结构。
又称为高分子的一级结构远程结构由若干个重复单元组成的大分子的长度和形状称为高分子的远程结构第二章固体结构1、晶体：原子在空间中呈有规则的周期性重复排列的固体物质。
晶体熔化时具固定的熔点，具有各向异性。
2、非晶体：原子是无规则排列的固体物质。
熔化时没有固定熔点，存在一个软化温度范围，为各向同性。
3、晶体结构：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序。
4、空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。
5、阵点：把实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体，并将其中的每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。
6、晶胞：为了说明点阵排列的规律和特点，在点阵中取出一个具有代表性的单基本元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。
7、晶系：根据六个点阵参数间的相互关系，将全部空间点阵归属于7中类型，即7个晶系，分别为三斜、单斜、正交、六方、菱方、四方和立方。
13、晶带轴：所有平行或相交于某一晶向直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。
属于此晶带的晶面称为共带面。
14、晶面间距：晶面间的距离。
材料的变形和再结晶-动态
热变形与动态回复、再结晶 Hot working and dynamic recovery, recrystallization
热加工 概念： 1. 工程上常将再结晶温度以上的加工称为热加 工。 2. 工程上常将再结晶温度以下的加工称为冷加 工。 3. 变形温度低于再结晶温度，高于室温的加工 称为温加工。
几个公式
虎克定律
σ=Eε τ=G 滑移的临界分切应力 τ＝ ｓｃｏｓｃｏｓ=m ｓ
派-纳力（Peierls-Nabarro）
Hall-Petch equation
s=0+kd-1/2
弥散强化关系式
聚合物合金强化关系
Gb
s 11 2 2
动态回复和动态再结晶
概念： 热加工时，由于变形温度高于再结晶温度，在变形的同时 伴随着回复、再结晶过程。 分类： 动态回复 在热变形时，即在外力和温度共同作用下发生的 动态再结晶
亚动态再结晶在热加工完毕去除外力后，已在动态再结晶时 形成的再结晶晶核及正在迁移的再结晶晶粒界 面，不必再经过任何孕育期继续长大和迁移。 在热加工完毕或中断后的冷却过程中，即在无外力 作用下发生的。
临界分切应力，施密特因子，软取向，硬取向，派-纳力 屈服现象，应变时效 固溶强化-加工硬化-弥散强化 形变织构、丝织构、板织构、残余应力、点阵畸变、带状组 织、流线 回复和再结晶、晶粒长大，二次再结晶，冷加工、热加工、 动态再结晶 储存能、多变化、回复激活能、再结晶激活能、再结晶温度 弓出形核、临界变形量、再结晶织构、退火孪晶
1பைடு நூலகம் 2. 3.
4. 5.
静态回复 静态再结晶
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(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。
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。
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。
（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。
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
（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。
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。
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
• 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。
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。
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。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。
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。
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