最新6材料的形变和再结晶
材料的形变和再结晶PPT 84页PPT文档
动态再结晶(dynamic reerystallization)
概念：指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。 对于低层错能金属（Cu、Ni、γ-Fe，Mg等），由
于它们的扩展位错宽度很宽，难以通过交滑移和刃 型位错的攀移来进行动态回复，因此发生动态再结 晶的倾向性大。
docin/sundae_meng
，或者使已成形的零件改变结晶状态以改善零件 的机械性能。
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再结晶温度是区分冷加工/热加工的分界线。 1. Sn 的再结晶温度为-3℃，故室温时对Sn加工系
热加工。 2. W的最低再结晶温度为1200℃，在1000℃下拉制
钨丝则属于温加工。 3. 热加工时，变形温度高于再结晶温度，故在变形
概念： 1. 工程上常将再结晶温度以上的加工称为热加工（
Hot working）。 2. 工程上常将再结晶温度以下的加工称为冷加工
(Cold working)。 3. 变形温度低于再结晶温度，高于室温的加工称为
温加工(Warm working)。
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历史上的专业设置
但实际上，有些塑性变形是在加热过程中同时伴随 着回复和再结晶过程。
例如，镁合金AZ80热挤压温度为380℃，而镁合金 再结晶温度为150℃，在镁合金变形过程中同时发 生了回复和再结晶。这就是动态回复和再结晶。
doc复和动态再结晶 2. 热加工对组织与性能的影响 3. 蠕变 4. 超塑性 5. 陶瓷材料变形的特点 6. 聚合物的变形特点
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动态回复机制
随应变量的增加，位错通过增殖，密度不断增加， 开始形成位错缠结和胞状亚结构。
热变形温度较高，为回复过程提供了热激活条件。
材料的形变与再结晶
第五部分 材料的形变和再结晶概述：材料经变形后，不仅其外形和尺寸发生变化，还会使其内部组织和有关性能发生变化，使其处在自由焓较高的状态；分析研究材料在外力作用下的塑性变形过程、机理、组织结构与性能的影响规律，各种内外因对变形的影响及变形材料在加热过程中产生回复和再结晶现象，不仅对正确选择控制材料的加工工艺，保证产品质量是十分必要的，而且对合理使用材料，研制和发展新材料也是很重要的。
第一节 材料受力情况下的力学行为材料受力后要发生变形，外力较小时发生弹性变形，外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会产生断裂，右图为碳钢在单向拉伸时 的应力（σ）—应变（ε）曲线。
σe：弹性极限；)(2.0σσs：屈服强度；σb：抗拉强度（断裂强度）。
材料的变形形式有：弹性变形、塑性变形、黏性流动。
第二节 弹性变形和黏弹性 1.弹性变形弹性变形指外力去除后能够完全恢复的那部分变形；其本质是原子间的相互作用在平衡位置附近的体现。
弹性变形的主要特征：①理想的弹性变形是可逆变形；②在弹性变形范围内，其应力与应变之间都保持单值线性函数关系，即服从胡克定律； ③材料的最大弹性变形量随材料不同而异。
胡克定律：εσE =，γτG =，)1(2v EG +=，v 为泊松比，表征材料的侧向收缩能力，在拉伸试验中指材料的横向收缩率与纵向伸长率的比值，对于金属材料一般在0.25～0.35之间；弹性模量（E ）：表征原子间结合力强弱的物理量，是组织结构不敏感参数，添加少量合金元素或进行各种加工处理都不能对某种材料的弹性模量产生明显的影响。
工程上，弹性模量是材料刚度的度量。
2.弹性的不完整性☆弹性的不完整性：在弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合，应变的发展跟不上应力的变化等有别于理想弹性变形特点的现象。
弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等。
包申格效应考察预变形对弹性极限的影响，常见于多晶金属材料；弹性后效（滞弹性）考察恒应力下的应变滞后现象(ξ—t);弹性滞后考察连续周期性应力下的应变滞后现象(σ—t)；加载时消耗于材料的变形功与卸载时材料恢复所释放的变形功的差值称“内耗”，其大小可用弹性滞后环的面积度量。
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
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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。
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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
06 金属材料热处理 第六章 变形金属及合金的回复与再结晶
第六章 变形金属与合金的回复与再结晶本章教学目的：1 揭示形变金属在加热过程中组织和性能变化的规律；2 揭示再结晶的实质3 说明热加工与冷加工的本质区别以及热加工的特点。
教学内容：（1）变形金属在退火过程中（回复，再结晶以及晶粒长大）过程的组织与性能变化；（2）影响再结晶的因素；（3）再结晶晶粒大小及控制；（4）热加工与冷加工重点：（1）回复与再结晶的概念和应用；（2）临界变形度的概念；（3）再结晶晶粒度的控制；（4）热加工与冷加工的区别。
难点：（1）再结晶形核机制与再结晶动力学；（2）再结晶晶粒的二次长大机理§6-1变形金属与合金在退火过程中的变化金属经冷塑性变形后，内部组织和各项性能均发生相应变化，而且由于位错等结构缺陷密度的增加以及畸变能的升高，使其处于热力学不稳定状态。
当变形金属加热时，通过原子扩散能力的增加，有助于促进向低能量状态的转变。
一、显微组织的变化第一阶段：显微组织基本上未发生变化，其晶粒仍保持纤维状或扁平状变形组织，称回复阶段。
第二阶段：以新的无畸变等轴小晶粒逐渐取代变形组织，称为再结晶阶段。
第三阶段：上述小晶粒通过互相吞并方式而长大，直至形成较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。
二、储存能及内应力的变化当变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，其中的储存能将释放出来。
回复阶段释放的储存能很小三、机械性能的变化规律回复阶段硬度变化很小，约占总变化的1/5，再结晶阶段下降较多，强度与硬度有相似的变化规律。
因为回复阶段仍保持很高的位错密度。
在再结晶阶段，硬度与强度显著下降，塑性大大提高。
四、其它性能的变化1、电阻的变化电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。
点缺陷对电阻的贡献远大于位错，而回复阶段点缺陷的密度发生显著的减小。
2、密度的变化再结晶阶段密度急剧增高。
五、亚晶粒尺寸在回复阶段前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶温度时，晶粒尺寸显著增大。
§6-2 回复一、退火温度和时间对回复过程的影响回复是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变之前所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
金属塑性变形与再结晶材料科学基础实验06
实验六金属的塑性变形与再结晶（Plastic Deformation and Recrystallization of Metals）实验学时： 2实验种类：综合前修课程名称：《资料科学导论》合用专业：资料科学与工程一、实验目的1．察看显微镜下变形孪晶与退火孪晶的特色；2．认识金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化；3．议论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。
二、概括1．显微镜下的滑移线与变形孪晶金属受力超出弹性极限后，在金属中将产生塑性变形。
金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为：滑移和孪晶两种。
所谓滑移，是晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对挪动（本质为位错沿滑移面运动）的结果。
滑移后在滑移面双侧的晶体位向保持不变。
把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组渺小的台阶在显微镜下只能察看到一条黑线，即称为滑移带。
变形后的显微组织是由很多滑移带（平行的黑线）所组成。
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特色：①各晶粒内滑移带的方向不一样（因晶粒方向各不相同）；②各晶粒之间形变程度不平均，有的晶粒内滑移带多（即变形量大），有的晶粒内滑移带少（即变形量小）；③在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒界限变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而界限滑移带稀，并可发此刻一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，常常看见双滑移现象（在面心立方晶格状况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒内部交织起来，将晶粒分红很多小块。
（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立刻直接在显微镜下察看；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消逝，察看不到。
原由是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平坦台阶，不是资料内部晶体构造的变化，样品制备过程会造成滑移带的消逝。
）另一种变形的方式为孪晶。
不易产生滑移的金属，如六方晶系的镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的一部分以必定的晶面（孪晶面或双晶面）为对称面，与晶体的另一部散发生对称挪动，这种变形方式称为孪晶或双晶。
材料科学基础材料的变形和再结晶介绍
对于冷变形较大的晶体，再结晶形核优先地发 生于多边化区域，这些区域就是位错塞积而导致点 阵强烈弯曲的区域。因此，对这类晶体多边化是再 结晶形核的必要准备阶段。再结晶晶核通过亚晶界 的迁动吞并相邻的形变基体和亚晶而生长，或是通 过两亚晶之间亚晶界的消失使两相邻亚晶粒合并而 生长。
再结晶温度 再结晶温度(recrystallization temperature)： 冷变形金属开始进行再结晶最低温度。 测定方法：金相法 硬度法 实际生产上确定方法： 一般TR = （0.35-0.40）Tm
二、回复机制 回复机制随回复退火温度而异，有下面几种。 1.低温回复 经冷加工变形的金属通常在较低的温度范围就 开始回复。表现在因变形而增多的电阻率发生不同 程度的下降，而机械性能基本保持不变。电阻率对 点缺陷很敏感,机械性能对点缺陷不敏感。因此，低 温下回复和金属中点缺陷变化有关。研究结果表明 ：低温回复主要是塑性变形所产生的过量空位消失 的结果。
再结晶后晶粒大小
再结晶晶粒的平均直径 d与形核率及长大速度之间 的关系如：式5.30。 影响再结晶后晶粒大小的因素： 1. 变形程度的影响 变形度很小时，晶粒尺寸为原始晶 粒尺寸；临界变形度（critical deformation degree）εc 时，晶粒特别粗大，一般金属εc =2－8% ;当变形度大 于εc时，随变形度增加，晶粒逐渐细化。 2. 退火温度 T升高，再结晶速度快，εc值变小。 3. 原始晶粒尺寸 当变形度一定时，原始晶粒越细，D 越小。 4. 微量溶质原子和杂质元素 一般都能起细化再结晶晶 粒的作用。
二、再结晶的形核与长大 再结晶过程是形核和长大,但无晶格类型变化。 1. 形核 再结晶晶核是现存于局部高能区域内的,以多边 化形成的亚晶为基础形核。其形核机制有： （1）凸出形核机制 对于变形度较小（<20%）的 金属， 以凸出形核机制形核，弓出形核时所需 能量条件为： △Es≧2γ/L
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)
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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
第五章材料的形变和再结晶
第五章材料的形变和再结晶材料的形变和再结晶是材料科学与工程领域中非常重要的一个方面。
在材料的加工过程中，材料会发生形变现象，并且随着形变的进行，材料的晶粒也会重新排列，从而形成新的晶粒结构，这就是再结晶现象。
形变和再结晶对材料的性能和性质有着重大的影响，因此研究材料的形变和再结晶是十分重要的。
首先，让我们来了解一下形变现象。
形变是指材料在外力的作用下，改变其形状、大小和位置的过程。
形变可以分为弹性形变和塑性形变。
弹性形变是材料在外力作用下发生的可恢复变形，当外力消失后可以恢复到原来的形状。
而塑性形变是材料在外力作用下发生的不可恢复变形，当外力消失后不能恢复到原来的形状。
塑性形变可以进一步细分为冷加工和热加工。
冷加工是指材料在常温下进行的变形，而热加工是指材料在高温下进行的变形。
形变的过程中，材料的晶粒也会发生重排，从而影响材料的性能。
然后，我们来了解一下再结晶现象。
再结晶是指材料在塑性变形过程中，晶界和晶内发生的晶粒重排，并产生新的晶粒结构的过程。
再结晶可以恢复材料的塑性，并调整材料的晶粒结构，从而改善材料的综合性能。
再结晶可以分为两种类型：动态再结晶和静态再结晶。
动态再结晶是在连续变形中发生的再结晶，晶粒较小，形成时的应变较大。
而静态再结晶是在停止变形后发生的再结晶，晶粒较大，形成时的应变较小。
再结晶的条件包括温度、应变速率、变形温度等因素。
形变和再结晶对材料性能的影响是非常重要的。
首先，形变可以提高材料的力学性能。
塑性变形可以提高材料的强度和韧性，使材料更加适用于工程应用。
其次，再结晶能够改善材料的综合性能。
再结晶可以调整材料的晶粒结构，消除变形过程中的组织缺陷，从而提高材料的强度、塑性和韧性。
此外，再结晶还能改善材料的晶界特性，提高材料的耐腐蚀性能。
最后，让我们来看一下材料的形变和再结晶在实际应用中的一些例子。
举个例子，对于金属材料，通过冷加工可以使其产生塑性变形，从而提高其强度。
但是过多的冷加工会使材料变脆，此时需要进行热处理来进行再结晶。
材料的形变和再结晶
Example:
Given: BCC crystal having {110}<111> slip system Determine active slip system in response to tensile loadin[g12a3lo] ng . Solve:
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弹性的本质（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
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弹性变形的特征和弹性模量
特征：
（1）理想的弹性变形是可逆的。 （2）实际材料，在弹性变形范围内，服从胡克定律：
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例：
例：对一个FCC单晶棒，沿[215]方 向拉伸，请确定哪个滑移系先开 动。
首先：画出晶体的(001)标准投影 图，然后找到所在的取向三角形 [101]-[111]-[001]
按照镜像法则，FCC晶体的滑移面 应该是(111)的镜像(111)，滑移方 向应该是[101]的镜像[011]。所以， 滑移系(111) [011]先开动。
S 33 S 43
S 34 S 44
S 35 S 45
S S
36 46
z xy
xz yz
S
51
S 61
S 52 S 62
S 53 S 63
S 54 S 64
S 55 S 65
S S
56 66
xz yz
式中，36个S
为柔度系数。
ij
柔度矩阵
13
对于均质各向异性弹性体，最一般的情况，弹性 系数有36个，其中21个是独立的： Cij=Cji， Sij=Sji
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
材料科学基础-变形与再结晶
向原 弹子 性非 模密 量排 低方
5
第五章
材料的变形与再结晶
★ 一般地，金属（多孔金属除外）的弹性模量对组织不敏感； ★ 陶瓷材料的弹性模量对组织敏感。
晶体相 玻璃相
泡沫铝
BN-AlN陶瓷(助烧剂Y2O3)
问题： ①Fe的熔点为1538℃,Cu的熔点为1080℃，那一个的弹性模量更高？ ②细化晶粒可以提高金属的强度，可以提高其弹性模量吗？
外力 f 0
r0
r 原子间作用力 与其间距关系
吸引力 排斥力 du/dr=0
r
外力
3
第五章
材料的变形与再结晶
二、弹性变形特征和弹性模量
1、普弹性（能弹性）变形 大多数情况下，金属、无机非金属晶体材料的弹性变形都表现 为普弹性变形。
（1）变形特征：
①变形是完全可逆的。 ②应变与应力能瞬时达到平衡，且满足：σ=Eε和τ=Gγ
第五章
材料的变形与再结晶
第五章 材料的形变与再结晶
1
第五章
材料的变形与再结晶
变形：物体尺寸或形状发生改变。 变形分类： 弹性变形：变形量仅是应力函数，且可以自动恢复的变形。
塑性变形：变形量仅是应力函数，且不能自动恢复的变形。 粘弹性变形：变形量是应力和时间函数，兼有可逆和不可逆变形特 征的变形。
变形产生的原因： 在外力作用下，物体内部原子、离子或分子之间的相对空间位 置或分子形态（高分子）发生了改变。
分切向力
N
T
则外力在滑移面上沿滑移方向的分 切应力为：
F r A
Fr F cos F cos cos A A0 / cos A0 cos cos
cos cos 称为施密特因子。
6材料的形变和再结晶
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。
试验表明，低温或室温下，晶界强而晶粒本身 弱；高温下则相反。这样就必然存在着一个温度， 在此温度下晶界和晶粒本身强度相等。这个温度便 称为等强温度。
晶界在多晶体塑性形变中的作用
•协调作用
多晶体在塑性形变时各晶粒都要通过滑移或孪 生而变形。但由于多晶体是一个整体，各晶粒的变 形不能是任意的，而必须相互协调，否则在晶界处 就会裂开。晶界正是起着协调相邻晶粒的变形的作 用。由于协调变形的要求，在晶界处变形必须连续， 亦即两个相邻晶粒在晶界处的变形必须相同。
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。
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•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。
而孪生是否也存在着确定的临界分切应力则尚 无实验证据，但一般来说，引起孪生所需的分 切应力往往高于滑移的临界分切应力。
•滑移是全位错运动的结果，孪生则是分位错
运动的结果。
如何根据变形后的样品表面形貌 来区别孪晶、滑移带
比较可靠的识别方法是，先将变形后的样品表面 磨光或抛光．使变形痕迹(孪晶、滑移带)全部消失。 再选用适当的腐刻剂腐蚀样品表面，然后在显微镜下 观察。如果看不到变形痕迹(即样品表面处处衬度一 样)，则该样品原来的表面形变痕迹必为滑移带。这是 因为滑移不会引起位向差，故表面各处腐蚀速率相同， 原来光滑的平面始终保持平面，没有反差。如果在腐 蚀后的样品表面上重新出现变形痕迹，则它必为孪 晶．因为孪晶内的位向是不同于周围未变形区域的， 因而其腐蚀速率也不同于未变形区，故在表面就出现 衬度不同的区域。
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。
•滑移过程比较平缓，因而相应的拉伸曲线比较光滑、
连续。孪生往往是突然发生的，甚至可以听见急促 的响声，相应的拉伸曲线上出现锯齿形的脉动。
•滑移和孪生发生的条件往往不同。晶体的对称度越
低，越容易发生孪生。此外，变形温度越低，加载 速率越高(如冲击加载)，也越容易发生孪生。
不同方面
•滑移有确定的(虽然是近似的)临界分切应力，
（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。
讨论：滑移和孪生的比较
相同方面
•从宏观上看二者都是晶体在剪应力作用下发生的
均匀剪
是晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶 向平移。
•从变形机制看二者都是晶体中位错运动的结果。
（3）扭折
由于各种原因，晶体中不同部位的受力情况和 形变方式可能有很大的差异，对于那些既不能进行 滑移也不能进行孪生的地方，晶体将通过其他方式 进行塑性变形。
为了使晶体的形状与外力相适应，当外力超过 某一临界值时晶体将会产生局部弯曲，这种变形方 式称为扭折，变形区域则称为扭折带。扭折变形与 孪生不同，它使扭折区晶体的取向发生了不对称性 的变化。扭折是一种协调性变形，它能引起应力松 弛，使晶体不致断裂。并且通过晶体取向的改变是 滑移系处于有利取向，进一步产生滑移。
•二者都不改变晶体结构。
不同方面
•滑移不改变位向，即晶体中已滑移部分和未滑移部分的位向
相同。孪生则改变位向．即已孪生部分(孪晶)和未孪生部分 (基体)的位向不同，而且两部分具有特定的位向关系(对称关 系)。
•滑移时原子的位移是沿滑移方向的原子间距的整数倍，而且
在一个滑移面上的总化移往往很大。但孪生时原子的位移小 于孪生方向的原子间距。
不同方面
•虽然从宏观上看，滑移和孪生都是均匀切变，但从
微观上看，孪生比滑移变形更均匀，因为在孪生时 每相邻两层平行于孪生面的原子层都发生同样大小 的相对位移。而滑移时，相邻滑移线间的距离达到 数百埃以上，相邻滑移带间的距离则更大，但滑移 只发生在滑移线处．滑移线之间及滑移带之间的区 域均无变形，故变形是不均匀分布的。
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。
6材料的形变和再结晶
本章讲授的主要内容
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
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
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。
• 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。
•滑移时只要晶体有足够的塑性，切变可以为任意值。但孪生
时切变是一个确定值(由晶体结构决定)，且一般都较小。因此 滑移可以对晶体的塑性变形有很大的贡献，而孪生对塑性变 形的直接贡献则非常有限。虽然由于孪生引起位向变化，可 能进一步诱发滑移，但总的来说，如果某种晶体的主要变形 方式是孪生，则它往往比较脆。