关于材料的形变和再结晶课件
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1、晶粒取向的影响：各晶粒变形过程中的相互制约和协调 性；多晶体塑性变形时要求每个晶粒至少能在5个独立的滑 移系上进行滑移。
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
2、晶界的影响：晶界对滑移具有阻碍效应 。
在变形过程中位错难以通过晶界，被堵塞在晶界附近。这 种在晶界附近产生的位错塞积群会对晶内的位错源产生一 反作用力。此反作用力随位错塞积的数目n而增大。
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
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， 该滑移系方可发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切 应力。
晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面 作刚性整体位移，而是借助位错在滑移面上运动逐步进行。
位错在运动时会遇到点阵阻力，又称为派-纳（P-N）力：
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
5．残余应力（储存能）：外力做的功中一部分储存在材料 内部。
根据范围大小，分三种： 宏观残余应力：各部分宏观变形不均匀引起占总的储存能
很少，约0.1%； 微观残余应力：晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀引起，可
能引起微裂纹； 点阵畸变：作用范围是几十至几百纳米，由于工件在塑性
关于材料的形变和再结晶
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
一、单晶体塑形变形（三种方式）： 滑移、孪生、扭折。 1、滑移：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶
向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 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，滑移带或滑移线之间的晶体层片未产生变形，只是彼 此作相对位移 。 滑移系：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。
上屈服点：挣脱Cottrel气团，需要较大的应力 下屈服点：挣脱以后位错的运动就容易，应力下降 （2）位错增殖理论
由位错理论得 m v b
位错的平均运动速度 v ( ) m ' 0
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
2、多相合金的塑性变形：根据尺寸大小分为 聚合型 相差不多 弥散型 细小 （1）聚合型合金的塑性变形：
通过适当的加热和保温过程，这种趋势就会成为现实。这 种变化的表现就是一系列组织、性能的变化。
根据其显微组织及性能的变化情况，可将这种变化分为三 个阶段：回复、再结晶和晶粒长大。
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5.3.1 冷变形金属在加热时的组织 和性能变化
P N1 2 G ex p [(1 2 d )b]1 2 G ex p [2 b W ]
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
2、孪生：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面（孪 晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分作均匀的 切变、形成孪晶所产生的变形。
孪生的特点及与滑移的异同点。相同点： 都是在切应力作用下产生的剪切应变过程。 都不改变晶体结构。 都存在临界分切应力。 都是晶体中的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶 向的平移。
＝ 11＋ 22 ＝11＋22
（2）弥散分布型合金的塑性变形： 1）不可变形粒子的强化作用 2）可变形微粒的强化作用
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
四、塑性变形对材料组织与性能的影响： 1、显微组织的变化：晶粒内部结构出现大量的滑移带或孪
晶带；晶粒外观结构将逐渐沿其变形方向伸长；当变形量很 大时，出现纤维组织。 2、亚结构的变化：随着变形度的增大，晶体中的位错密度 迅速提高，出现胞状亚结构。 3、性能的变化：加工硬化及其他物理化学性能的变化。 4、形变织构：晶面转动使多晶体中原来取向互不相同的各 个晶粒在空间取向上呈现一定程度的规律性，这一现象称为 择优取向，这种组织状态则称为形变织构。 丝织构；板织构。由于取向，造成了材料性能的各向异性。
变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等） 引起的，占储存能的绝大部分（80-90%）。
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本章 章节结构
5.1 弹性和粘弹性 5.2 晶体的塑性变形 5.3 回复和再结晶 5.4 热变形与动态回复、再结晶 5.5 陶瓷材料变形的特点 5.6 高聚物的塑性变形
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5.3 回复和再结晶
金属经过一定程度冷塑性变形后，组织和性能都发生了明 显的变化，由于各种缺陷及内应力的产生，导致金属晶体 在热力学上处于不稳定状态，有自发向稳定态转化的趋势。
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
孪生的特点及与滑移的不同点： 对塑性变形的贡献小，但是可以改变位向，进一步诱发 滑移。 孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。 滑移的机制是位错的产生和移动，而孪生是孪生区内的 原子沿滑移方向的均匀切变，不全位错参与。 孪生的临界分切应力大。晶体对称度越低，越容易发生 孪生。变形温度越低，加载速度越高，越容易发生孪生。
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
3、扭折：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。
二、多晶体的塑性变形：多晶体中每个晶粒变形的基本方 式与单晶体相同，但由于相邻晶粒之间取向不同，以及晶 界的存在，因而多晶体的变形既需克服晶界的阻碍。
三、合金的塑形变形：按合金组成相不同，主要可分为单 相固溶体合金和多相合金。
1、单相固溶体合金的塑性变形： 溶质原子对合金塑性变形的影响主要表现在 （1）固溶强化作用； （2）提高了塑性变形的阻力； （3）有些固溶体会出现明显的屈服点和应变时效现象。
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
屈服现象本质：（1）Cottrell气团理论：在固溶体合金中， 溶质原子或杂质原子可以与位错交互作用而形成溶质原子 气团，即所谓的Cottrell气团。
多晶体的强度随其晶粒细化而提高。多晶体的屈服强度s
与晶 粒平 均直径 d的 关系可 用 著名的 霍 尔 —佩 奇 （ HallPetch）公式表示
1
s 0 Kd 2
在多晶体材料中往往存在一“等强温度TE”，低于TE时，晶界
强度高于晶粒内部的；高于TE时则得到相反的结果。
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2、晶界的影响：晶界对滑移具有阻碍效应 。
在变形过程中位错难以通过晶界，被堵塞在晶界附近。这 种在晶界附近产生的位错塞积群会对晶内的位错源产生一 反作用力。此反作用力随位错塞积的数目n而增大。
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
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， 该滑移系方可发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切 应力。
晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面 作刚性整体位移，而是借助位错在滑移面上运动逐步进行。
位错在运动时会遇到点阵阻力，又称为派-纳（P-N）力：
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5．残余应力（储存能）：外力做的功中一部分储存在材料 内部。
根据范围大小，分三种： 宏观残余应力：各部分宏观变形不均匀引起占总的储存能
很少，约0.1%； 微观残余应力：晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀引起，可
能引起微裂纹； 点阵畸变：作用范围是几十至几百纳米，由于工件在塑性
关于材料的形变和再结晶
5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
一、单晶体塑形变形（三种方式）： 滑移、孪生、扭折。 1、滑移：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶
向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 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，滑移带或滑移线之间的晶体层片未产生变形，只是彼 此作相对位移 。 滑移系：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。
上屈服点：挣脱Cottrel气团，需要较大的应力 下屈服点：挣脱以后位错的运动就容易，应力下降 （2）位错增殖理论
由位错理论得 m v b
位错的平均运动速度 v ( ) m ' 0
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
2、多相合金的塑性变形：根据尺寸大小分为 聚合型 相差不多 弥散型 细小 （1）聚合型合金的塑性变形：
通过适当的加热和保温过程，这种趋势就会成为现实。这 种变化的表现就是一系列组织、性能的变化。
根据其显微组织及性能的变化情况，可将这种变化分为三 个阶段：回复、再结晶和晶粒长大。
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5.3.1 冷变形金属在加热时的组织 和性能变化
P N1 2 G ex p [(1 2 d )b]1 2 G ex p [2 b W ]
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
2、孪生：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面（孪 晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分作均匀的 切变、形成孪晶所产生的变形。
孪生的特点及与滑移的异同点。相同点： 都是在切应力作用下产生的剪切应变过程。 都不改变晶体结构。 都存在临界分切应力。 都是晶体中的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶 向的平移。
＝ 11＋ 22 ＝11＋22
（2）弥散分布型合金的塑性变形： 1）不可变形粒子的强化作用 2）可变形微粒的强化作用
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
四、塑性变形对材料组织与性能的影响： 1、显微组织的变化：晶粒内部结构出现大量的滑移带或孪
晶带；晶粒外观结构将逐渐沿其变形方向伸长；当变形量很 大时，出现纤维组织。 2、亚结构的变化：随着变形度的增大，晶体中的位错密度 迅速提高，出现胞状亚结构。 3、性能的变化：加工硬化及其他物理化学性能的变化。 4、形变织构：晶面转动使多晶体中原来取向互不相同的各 个晶粒在空间取向上呈现一定程度的规律性，这一现象称为 择优取向，这种组织状态则称为形变织构。 丝织构；板织构。由于取向，造成了材料性能的各向异性。
变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等） 引起的，占储存能的绝大部分（80-90%）。
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本章 章节结构
5.1 弹性和粘弹性 5.2 晶体的塑性变形 5.3 回复和再结晶 5.4 热变形与动态回复、再结晶 5.5 陶瓷材料变形的特点 5.6 高聚物的塑性变形
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5.3 回复和再结晶
金属经过一定程度冷塑性变形后，组织和性能都发生了明 显的变化，由于各种缺陷及内应力的产生，导致金属晶体 在热力学上处于不稳定状态，有自发向稳定态转化的趋势。
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
孪生的特点及与滑移的不同点： 对塑性变形的贡献小，但是可以改变位向，进一步诱发 滑移。 孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。 滑移的机制是位错的产生和移动，而孪生是孪生区内的 原子沿滑移方向的均匀切变，不全位错参与。 孪生的临界分切应力大。晶体对称度越低，越容易发生 孪生。变形温度越低，加载速度越高，越容易发生孪生。
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
3、扭折：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。
二、多晶体的塑性变形：多晶体中每个晶粒变形的基本方 式与单晶体相同，但由于相邻晶粒之间取向不同，以及晶 界的存在，因而多晶体的变形既需克服晶界的阻碍。
三、合金的塑形变形：按合金组成相不同，主要可分为单 相固溶体合金和多相合金。
1、单相固溶体合金的塑性变形： 溶质原子对合金塑性变形的影响主要表现在 （1）固溶强化作用； （2）提高了塑性变形的阻力； （3）有些固溶体会出现明显的屈服点和应变时效现象。
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾
屈服现象本质：（1）Cottrell气团理论：在固溶体合金中， 溶质原子或杂质原子可以与位错交互作用而形成溶质原子 气团，即所谓的Cottrell气团。
多晶体的强度随其晶粒细化而提高。多晶体的屈服强度s
与晶 粒平 均直径 d的 关系可 用 著名的 霍 尔 —佩 奇 （ HallPetch）公式表示
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s 0 Kd 2
在多晶体材料中往往存在一“等强温度TE”，低于TE时，晶界
强度高于晶粒内部的；高于TE时则得到相反的结果。
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5,2 晶体的塑形变形 内容回顾