材料学习之金属的塑性变形与再结晶
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第七章 金属的塑性变形与再结晶
• §1 金属材料的塑性变形特性 • §2 塑性变形对组织和性能的影响 • §3 回复与再结晶 • §4 金属材料的热加工
材料学习之金属的塑性变形与再结晶
§1 金属的塑性变形特性
• 一、什么是塑性变形 • 二、金属单晶体的塑性变形 • 三、多晶体金属的塑性变形 • 四、合金体的塑性变形
材料学习之金属的塑性变形与再结晶
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一、 塑性变形
• 金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生 变形，去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑 性变形。
• 生产中常利用塑性变形对金属材料进行压力加工。 • 金属的塑性变形可分为：
冷塑性变形和热塑性变形。
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一、 塑性变形
塑性越好。
材料学习之金属的塑性变形与再结晶
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2.滑移系
材料学习之金属的塑性变形与再结晶
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3.晶体在滑移过程中的转动
单晶体试样在拉伸实验时（如图7-5），除了沿滑移面产生 滑移外，晶体还会产生转动。因为晶体在拉伸过程，当滑移面 上、下两部分发生微小滑移时，试样两端的拉力（正应力）不 再处于同一直线上，于是在滑移面上形成一力偶，使滑移面产 生以外力方向为转向，趋向于与外力平行的转动。
观上的体现。
材料学习之金属的塑性变形与再结晶
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锌单晶体拉伸试验
图7-4 锌单晶体拉伸试验示意图 （a）变形前试样 （b）变形后试样
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二、单晶体金属的塑性变形
图7-5 单晶体试样拉伸变形示意图
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2.滑移系
晶体上的滑移带分布是不均匀的，即塑性变形时，位错只 沿一定的晶面和一定的晶向移动，并不是沿所有的晶面和晶向 都能移动的，这些一定的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方 向，并且这些晶面和晶面都是晶体中的密排面和密排方向。因 为密排面之间和密排方向之间的原子间距最大，其原子之间的 结合力最弱，所以在外力作用下最易引起相对的滑动。
• 压力加工方法示意图
图7-1 压力加工方法示意图 材料学习之金属的塑性变形与再结晶
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一、 塑性变形
FF
b
σ
es
k
p
Fb
Fe Fs
• oe段：弹性变形阶段；
• es段：屈服阶段；
• sb段：均匀塑性变形阶
Fp
段，是强化阶段。
o
g
Δl u Δl b
Δl
Δl • b点：形成了“缩颈”。
f ε • bk段：非均匀变形阶段， 承载下降，到k点断裂。
材料学习之金属的塑性变形与再结晶
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二、单晶体金属的塑性变形
金属单晶体的塑性变形有“滑移”与“孪生（晶）”等不同方式， 但一般大多数情况下都是以滑移方式进行的。 滑移：是晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶向发生 相对滑动的过程。 •1.滑移的表象（滑移带） •2.滑移系 •3. 滑移的位错机理 •4. 滑移时晶体的转动
• 在更高倍的电子显微镜下观察，一个滑移台阶实际上是一束滑 移线群的集合体，称为“滑移带”。同时还能看到滑移带在晶体 上的分布是不均匀的。
• 单晶体变形时，滑移只在晶体内有限的晶面上进行，是不均匀
的。因此单晶体金属的塑性变形在表面上看出现了一系列的滑
移带，其塑性变形就是众多大小不同的滑移带的综合效果在宏
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1.滑移的表Fra Baidu bibliotek（滑移带）
• 发生了滑移的金属试样表面状态:试样表面上会出现许多相 互平行的线条称为滑移带，每条滑移带是由许多密集且相互 平行的滑移线构成。
材料学习之图金属7-的3塑性滑变移形带与再和结滑晶移线示意图
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1.滑移的表象
• 如果将一个单晶体金属试样表面抛光后，经过伸长变形，再在 金相显微镜下观察，可以看到试样表面出现许多条纹，这些条 纹就是晶体在切应力的作用下，一部分相对于另一部分沿着一 定的晶面（滑移面）和一定的晶向（滑移方向）滑移产生的台 阶，这些条纹称为“滑移线”。
材料学习之金属的塑性变形与再结晶
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4.滑移的位错机理
滑移是通过位错在滑移面上的运动来实现的。
图中显示了一刃型位错在切应力τ的作用下在滑移面上的
运动过程，即通过一根位错线从滑移面的一侧到另一侧
返回
4.滑移的位错机理
• 晶体的塑性变形是晶体内相邻部分滑移的综合表现。但晶体 内相邻两部分之间的相对滑移，不是滑移面两侧晶体之间的 整体刚性滑动，而是由于晶体内存在位错，因位错线两侧的 原子偏离了平衡位置，这些原子有力求达到平衡的趋势。
• 当晶体受外力作用时，位错（刃型位错）将沿着一定的晶面 和一定的晶向一格一格地逐步移动到晶体的表面，形成一个 原子间距的滑移量。一个滑移带就是上百个或更多位错移动 到晶体表面所形成的台阶。
不同金属的晶体结构不同，其滑移面和滑移方向的数目和
位向不同，一个滑移面和在这个滑移面上的一个滑移方向组成
一个“滑移系”。所以不同晶体结构的金属，其滑移系的数目不
同，如体心立方12个，面心立方12个，密排六方3个，且滑移
系的数目越多则金属的塑性愈好，反之滑移系数愈少，塑性不
好，且相同滑移系数目相同时，滑移方向数越多，越易滑移，
图7-2 拉 伸 曲 线
应力-应变曲线
材料学习之金属的塑性变形与再结晶
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一、 塑性变形
• 应力σ ：单位面积上试样承受的载荷。 • 应变ε：单位长度的伸长量。 • 屈服点 与屈服强度σs : 产生明显塑性变形的最低应力
值. • 抗拉强度σb ：试样在断裂前所能承受的最大应力。
材料学习之金属的塑性变形与再结晶
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一、塑性变形
塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
•断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收缩量Δ A与原始横截
面积A0之比。
•伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量Δ L 与原始标距L 0之
比。 韧性断裂：断口呈纤维状，灰暗无光，断前有明显的塑性变形。 脆性断裂：断口有闪烁的光辉，断前无明显的塑性变形。
可见在滑移过程中，由于晶体的转动，晶体的位向会发生 变化，原来处于软取向滑移系，逐渐转向硬取向，使滑移困难， 这种现象“取向硬化”；相反，原来硬取向的滑移系，将逐步趋 于软位向，易于滑移，称为“取向软化”。结果是滑移产生转移。
可见在滑移过程中“取向软化”和“取向硬化”是同时进行的。
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• §1 金属材料的塑性变形特性 • §2 塑性变形对组织和性能的影响 • §3 回复与再结晶 • §4 金属材料的热加工
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§1 金属的塑性变形特性
• 一、什么是塑性变形 • 二、金属单晶体的塑性变形 • 三、多晶体金属的塑性变形 • 四、合金体的塑性变形
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一、 塑性变形
• 金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生 变形，去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑 性变形。
• 生产中常利用塑性变形对金属材料进行压力加工。 • 金属的塑性变形可分为：
冷塑性变形和热塑性变形。
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一、 塑性变形
塑性越好。
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2.滑移系
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3.晶体在滑移过程中的转动
单晶体试样在拉伸实验时（如图7-5），除了沿滑移面产生 滑移外，晶体还会产生转动。因为晶体在拉伸过程，当滑移面 上、下两部分发生微小滑移时，试样两端的拉力（正应力）不 再处于同一直线上，于是在滑移面上形成一力偶，使滑移面产 生以外力方向为转向，趋向于与外力平行的转动。
观上的体现。
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锌单晶体拉伸试验
图7-4 锌单晶体拉伸试验示意图 （a）变形前试样 （b）变形后试样
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二、单晶体金属的塑性变形
图7-5 单晶体试样拉伸变形示意图
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2.滑移系
晶体上的滑移带分布是不均匀的，即塑性变形时，位错只 沿一定的晶面和一定的晶向移动，并不是沿所有的晶面和晶向 都能移动的，这些一定的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方 向，并且这些晶面和晶面都是晶体中的密排面和密排方向。因 为密排面之间和密排方向之间的原子间距最大，其原子之间的 结合力最弱，所以在外力作用下最易引起相对的滑动。
• 压力加工方法示意图
图7-1 压力加工方法示意图 材料学习之金属的塑性变形与再结晶
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一、 塑性变形
FF
b
σ
es
k
p
Fb
Fe Fs
• oe段：弹性变形阶段；
• es段：屈服阶段；
• sb段：均匀塑性变形阶
Fp
段，是强化阶段。
o
g
Δl u Δl b
Δl
Δl • b点：形成了“缩颈”。
f ε • bk段：非均匀变形阶段， 承载下降，到k点断裂。
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二、单晶体金属的塑性变形
金属单晶体的塑性变形有“滑移”与“孪生（晶）”等不同方式， 但一般大多数情况下都是以滑移方式进行的。 滑移：是晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶向发生 相对滑动的过程。 •1.滑移的表象（滑移带） •2.滑移系 •3. 滑移的位错机理 •4. 滑移时晶体的转动
• 在更高倍的电子显微镜下观察，一个滑移台阶实际上是一束滑 移线群的集合体，称为“滑移带”。同时还能看到滑移带在晶体 上的分布是不均匀的。
• 单晶体变形时，滑移只在晶体内有限的晶面上进行，是不均匀
的。因此单晶体金属的塑性变形在表面上看出现了一系列的滑
移带，其塑性变形就是众多大小不同的滑移带的综合效果在宏
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1.滑移的表Fra Baidu bibliotek（滑移带）
• 发生了滑移的金属试样表面状态:试样表面上会出现许多相 互平行的线条称为滑移带，每条滑移带是由许多密集且相互 平行的滑移线构成。
材料学习之图金属7-的3塑性滑变移形带与再和结滑晶移线示意图
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1.滑移的表象
• 如果将一个单晶体金属试样表面抛光后，经过伸长变形，再在 金相显微镜下观察，可以看到试样表面出现许多条纹，这些条 纹就是晶体在切应力的作用下，一部分相对于另一部分沿着一 定的晶面（滑移面）和一定的晶向（滑移方向）滑移产生的台 阶，这些条纹称为“滑移线”。
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4.滑移的位错机理
滑移是通过位错在滑移面上的运动来实现的。
图中显示了一刃型位错在切应力τ的作用下在滑移面上的
运动过程，即通过一根位错线从滑移面的一侧到另一侧
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4.滑移的位错机理
• 晶体的塑性变形是晶体内相邻部分滑移的综合表现。但晶体 内相邻两部分之间的相对滑移，不是滑移面两侧晶体之间的 整体刚性滑动，而是由于晶体内存在位错，因位错线两侧的 原子偏离了平衡位置，这些原子有力求达到平衡的趋势。
• 当晶体受外力作用时，位错（刃型位错）将沿着一定的晶面 和一定的晶向一格一格地逐步移动到晶体的表面，形成一个 原子间距的滑移量。一个滑移带就是上百个或更多位错移动 到晶体表面所形成的台阶。
不同金属的晶体结构不同，其滑移面和滑移方向的数目和
位向不同，一个滑移面和在这个滑移面上的一个滑移方向组成
一个“滑移系”。所以不同晶体结构的金属，其滑移系的数目不
同，如体心立方12个，面心立方12个，密排六方3个，且滑移
系的数目越多则金属的塑性愈好，反之滑移系数愈少，塑性不
好，且相同滑移系数目相同时，滑移方向数越多，越易滑移，
图7-2 拉 伸 曲 线
应力-应变曲线
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一、 塑性变形
• 应力σ ：单位面积上试样承受的载荷。 • 应变ε：单位长度的伸长量。 • 屈服点 与屈服强度σs : 产生明显塑性变形的最低应力
值. • 抗拉强度σb ：试样在断裂前所能承受的最大应力。
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一、塑性变形
塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
•断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收缩量Δ A与原始横截
面积A0之比。
•伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量Δ L 与原始标距L 0之
比。 韧性断裂：断口呈纤维状，灰暗无光，断前有明显的塑性变形。 脆性断裂：断口有闪烁的光辉，断前无明显的塑性变形。
可见在滑移过程中，由于晶体的转动，晶体的位向会发生 变化，原来处于软取向滑移系，逐渐转向硬取向，使滑移困难， 这种现象“取向硬化”；相反，原来硬取向的滑移系，将逐步趋 于软位向，易于滑移，称为“取向软化”。结果是滑移产生转移。
可见在滑移过程中“取向软化”和“取向硬化”是同时进行的。
材料学习之金属的塑性变形与再结晶