滑移与孪生区别课件

工工 程程 材材 料料主讲教师主讲教师:王亚男王亚男工 程 材 料主讲教师:王亚男2024/7/142第第4 4章章 金属的塑性金属的塑性变形与再形与再结晶晶4.1单晶体的塑性晶体的塑性变形形4.2多晶体的塑性多晶体的塑性变形形4.3合金的塑性合金的塑性变形形4.4塑性塑性变形形对金属金属组织与性能的影响与性能的影响4.5回复与再回复与再结晶晶4.6金属的金属的热加工加工小小结思考思考题2023/8/142第4章 金属的塑性变形与再结晶4.1 2024/7/1434.1 单晶体金属的塑性晶体金属的塑性变形形 1.滑移滑移 在切在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定晶力作用下，晶体的一部分沿着一定晶面（滑移面）和一定晶向（滑移方向）相面（滑移面）和一定晶向（滑移方向）相对另一另一部分部分发生生相相对位移位移的的现象象。在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过通过滑移、孪生滑移、孪生等方式进行。等方式进行。2023/8/1434.1 单晶体金属的塑性变形 1.滑2024/7/144外力作用下晶体滑移示意外力作用下晶体滑移示意外力作用下晶体滑移示意外力作用下晶体滑移示意图图（微（微（微（微观观）滑移变形的特点：滑移变形的特点：2023/8/144外力作用下晶体滑移示意图（微观）滑2024/7/145（1 1 1 1）滑移只能在切）滑移只能在切）滑移只能在切）滑移只能在切应应力的作用下力的作用下力的作用下力的作用下发发生生生生 不是有切不是有切应力作用就能力作用就能产生滑移，只有在滑移面上沿滑生滑移，只有在滑移面上沿滑移方向的分切移方向的分切应力达到一定力达到一定值时，才能，才能发生滑移。生滑移。能引起滑能引起滑移的最小分切移的最小分切应力力称称为临界分切界分切应力，力，用用k表示。表示。以以单晶体拉伸晶体拉伸为例，求例，求k k？面法向面法向 滑移方向滑移方向F F F FA A/cos 计算分切应力分析图计算分切应力分析图设单晶体中只有一组滑移面设单晶体中只有一组滑移面,试样横截面积为试样横截面积为A,轴心拉力轴心拉力为为F,滑移面的法线与滑移面的法线与F夹角为夹角为,滑移方向与滑移方向与F的夹角为的夹角为,滑滑移面面积移面面积AA/cos.2023/8/145（1）滑移只能在切应力的作用下发生 2024/7/146外力在滑移面上沿滑移方向的外力在滑移面上沿滑移方向的切向分力切向分力为：为：FFcos外力在滑移方向上的外力在滑移方向上的分切应力分切应力：=F/A=/A=Fcos/(A/(A/cos)=F =Fcoscos/A/A F/A，当滑移系中的分切应力达到其临界分切应，当滑移系中的分切应力达到其临界分切应力值而开始滑移时，力值而开始滑移时，S S，此时，此时k，所以，所以 kS Scoscos coscos称为取向因子称为取向因子。2023/8/146外力在滑移面上沿滑移方向的切向分力为：2024/7/147 见图镁单晶拉伸晶拉伸时屈服屈服应力与晶体取向力与晶体取向的关系。的关系。由由图可可见：当外力与滑移面平行（当外力与滑移面平行（90）或垂直）或垂直（90）时，取向因子最小，取向因子最小，S为无限大，无限大，不可能不可能产生滑移，此生滑移，此时的位向称的位向称为硬位向硬位向；当外力与滑移面和滑移方向的当外力与滑移面和滑移方向的夹角都接角都接近近45时，取向因子最大，取向因子最大，S最小，容易最小，容易产生生滑移，此滑移，此时的位向称的位向称为软位向位向。2023/8/147 见图镁单晶拉伸时屈服应力2024/7/149（2 2）滑移沿密排面和密排方向）滑移沿密排面和密排方向发生生 见图4-34-3，密密排排面面间距距最最大大，结合合力力最最弱弱，滑滑移移需需切切应力最小。力最小。密排面密排面为滑移面，密排方向滑移面，密排方向为滑移方向滑移方向。一一个个滑滑移移面面和和此此面面上上的的一一个个滑滑移移方方向向合合起起来来称称为一个一个滑移系滑移系。可用可用hklhkl来表示。来表示。1 1 1 1(110)0 1 10 (111)BCCBCC1106 21106 2滑移系数滑移系数62621212 FCCFCC1114 31114 3滑移系数滑移系数434312 12 1 02023/8/149（2）滑移沿密排面和密排方向发生 2024/7/1410判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并说说明原因。明原因。明原因。明原因。BCCBCC中中中中(110)111(110)111、。FCCFCC中中中中(111)110(111)110、。FCCBCC2023/8/1410判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并说2024/7/1411 实验实验表明：表明：表明：表明：滑移系越多，滑移越容易，塑性滑移系越多，滑移越容易，塑性滑移系越多，滑移越容易，塑性滑移系越多，滑移越容易，塑性越好。越好。越好。越好。BCCBCC与与与与FCCFCC的滑移系数相同，但滑移方向的滑移系数相同，但滑移方向的滑移系数相同，但滑移方向的滑移系数相同，但滑移方向对对塑性塑性塑性塑性变变形的作用比滑移面大，所以形的作用比滑移面大，所以形的作用比滑移面大，所以形的作用比滑移面大，所以FCCFCC的塑性的塑性的塑性的塑性比比比比BCCBCC的塑性好。如的塑性好。如的塑性好。如的塑性好。如CuCu的塑性比的塑性比的塑性比的塑性比-Fe-Fe好。好。好。好。可知，构成滑移系必须满足两条：可知，构成滑移系必须满足两条：1)必须是必须是密排面和密排方向；密排面和密排方向；2)向一定在面上。向一定在面上。2023/8/1411 实验表明：滑移系越多，2024/7/14122023/8/14122024/7/1413（3）滑滑移移量量是是滑滑移移方方向向上上原原子子间间距距的的整整数数倍倍，滑滑移移后，在晶体表面形成台阶，见图后，在晶体表面形成台阶，见图4-4。滑移线（小台阶）滑移线（小台阶）滑移量滑移量滑移块滑移块滑移带（一组小台阶）滑移带（一组小台阶）2023/8/1413（3）滑移量是滑移方向上原子间距的整数2024/7/1414 由于晶体的由于晶体的由于晶体的由于晶体的转动转动，使原来有利于滑移的晶面滑移到一定，使原来有利于滑移的晶面滑移到一定，使原来有利于滑移的晶面滑移到一定，使原来有利于滑移的晶面滑移到一定程度后，程度后，程度后，程度后，变变成不利于滑移的晶面；而原来不利于滑移的晶面，成不利于滑移的晶面；而原来不利于滑移的晶面，成不利于滑移的晶面；而原来不利于滑移的晶面，成不利于滑移的晶面；而原来不利于滑移的晶面，则则可能可能可能可能转转到有利于滑移的方向上，参与滑移。所以，到有利于滑移的方向上，参与滑移。所以，到有利于滑移的方向上，参与滑移。所以，到有利于滑移的方向上，参与滑移。所以，滑移可滑移可滑移可滑移可在不同的滑移系上交替在不同的滑移系上交替在不同的滑移系上交替在不同的滑移系上交替进进行，其行，其行，其行，其结结果造成晶体的均匀果造成晶体的均匀果造成晶体的均匀果造成晶体的均匀变变形。形。形。形。（4）滑移时伴随着晶体的转动）滑移时伴随着晶体的转动 单晶体滑移时，转动有两种：一是滑移面向外力轴方向单晶体滑移时，转动有两种：一是滑移面向外力轴方向转动，二是滑移方向向最大切应力方向转动，见转动，二是滑移方向向最大切应力方向转动，见图图1 1和和图图2 2。拉伸时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴平行的方向；拉伸时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴平行的方向；压缩时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴垂直的方向。压缩时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴垂直的方向。2023/8/1414 由于晶体的转动，使原来有利于滑2024/7/1417（5）滑移是通过位错运动实现的）滑移是通过位错运动实现的 晶体滑移并晶体滑移并不是不是晶体的一部分相对于另一晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面作部分沿着滑移面作刚性整体位移刚性整体位移，而是借助，而是借助位位错在滑移面上的运动错在滑移面上的运动来逐步进行的。当移动到来逐步进行的。当移动到晶体外表面时，晶体沿其滑移面产生了位移量晶体外表面时，晶体沿其滑移面产生了位移量为一个为一个b b的滑移的滑移。2023/8/1417（5）滑移是通过位错运动实现的 2024/7/1418滑移的位错机制滑移的位错机制2023/8/1418滑移的位错机制2024/7/1419 完整晶体完整晶体 2.孪生孪生 在切应力作用下，晶体的一部分以一定的在切应力作用下，晶体的一部分以一定的晶面晶面(孪生面孪生面)为对称面和一定的晶向为对称面和一定的晶向(孪生方孪生方向向)与另一部分发生与另一部分发生相对切变相对切变的现象。的现象。孪生孪生2023/8/1419 2024/7/14201)点阵类型不变但晶体位向发生变化，呈镜面对称；点阵类型不变但晶体位向发生变化，呈镜面对称；2)孪孪生生是是一一种种均均匀匀切切变变，每每层层原原子子面面的的位位移移量量与与该该原原子子面面到到孪孪生生面面的的距距离离成成正正比比，其其相相邻邻原原子子面面的的相相对对位位移移量量相相等等，且且小小于于一一个个原原子子间间距距，即即孪孪生生时时切切变变量量是是原原子子间间距距的的分分数倍；数倍；3)孪生变形速度很快，接近声速。孪生变形速度很快，接近声速。晶体位向晶体位向 位移量位移量 切应力切应力 塑变量塑变量 变形速度变形速度 滑移滑移不变不变整数倍整数倍 小小大大慢慢孪生孪生改变改变分数倍分数倍 大大小小快快滑移与孪生的区别滑移与孪生的区别：孪生的特点孪生的特点：2023/8/14201)点阵类型不变但晶体位向发生变化2024/7/14212.2.晶粒在晶粒在变形中的作用形中的作用 多多晶晶体体的的屈屈服服强度度S与与晶晶粒粒平平均均直直径径d的的关关系系可可用用著著名的霍名的霍尔佩奇（佩奇（Hall-Petch）公式表示：）公式表示：soKd-1/2式中，式中，o反映晶内反映晶内对变形的阻力，相当于形的阻力，相当于单晶体的屈服晶体的屈服强强度；度；K反映晶界反映晶界对变形的影响系数，与晶界形的影响系数，与晶界结构有关。构有关。1.1.晶界在变形中的作用晶界在变形中的作用 主要作用是提高变形抗力。见图主要作用是提高变形抗力。见图4-124-12竹节状变形。竹节状变形。4.2多晶体金属的塑性变形多晶体金属的塑性变形2023/8/14212.晶粒在变形中的作用1.晶界在变2024/7/1422由此可知由此可知：Sd-1/2即即d，S，细晶晶强化化。实验表明：晶粒越晶粒越细，不，不仅强度高，而且塑度高，而且塑韧性也性也好好。强度高度高，是因，是因为晶粒晶粒细，单位面位面积上的晶粒数上的晶粒数多，晶界的多，晶界的总面面积大，每个晶粒周大，每个晶粒周围不同取向的晶不同取向的晶粒数多，粒数多，对塑性塑性变形的抗力大；形的抗力大；塑塑韧性好性好，是因，是因为晶粒晶粒细，单位体位体积中的晶粒数越多，中的晶粒数越多，变形可在更多形可在更多的晶粒中的晶粒中发生，且比生，且比较均匀，减少了均匀，减少了应力集中，使力集中，使金属金属发生很大的塑性生很大的塑性变形也不断裂。形也不断裂。2023/8/1422由此可知：Sd-1/2 即d2024/7/1423 多多晶晶体体是是由由单单晶晶体体组组成成的的，在在同同样样的的外外力力作作用用下下，不不同同晶晶粒粒滑滑移移系系上上的的切切应应力力不不一一样样，处处于于软软位位向向的的首首先先开开始始滑滑移移，如如：A晶晶粒粒，它它周周围围的的晶晶粒粒B、C处处于于硬硬位位向向，未未发发生生塑塑性性变变形形，只只能能以以弹弹性性变变形形来来协协调调已已变变形形晶晶粒粒A，因因而而限限制制了了A晶晶粒的继续发展。粒的继续发展。3.3.多晶体金属的塑性变形过程多晶体金属的塑性变形过程 2023/8/1423 多晶体是由单晶体组成的，在2024/7/1424 当当外外力力进进一一步步增增加加时时，位位错错在在A晶晶粒粒晶晶界界附附近近堆堆积积，这这样样就就产产生生了了应应力力集集中中，达达到到一一定定程程度度时时，变变形形就就会会越越过过晶晶界界，传传到到它它附附近近的的晶晶粒粒B、C中中，A晶晶粒粒也也可可能能发发生生转转动动，转转到到硬硬位位向向，不不再再继继续续变变形形，另另一一批批B、C晶晶粒粒开开始始发发生生变形。变形。2023/8/1424 当外力进一步增加2024/7/1425 总之之，多多晶晶体体塑塑性性变形形总是是一一批批一一批批晶晶粒粒逐逐步步地地发生生，从从少少量量晶晶粒粒开开始始逐逐步步扩大大到到大大量量的的晶晶粒粒，从从不不均均匀匀变形形逐逐步步发展展到到比比较均匀的均匀的变形形。特点：特点：各晶粒变形具有不同时性；各晶粒变形具有不同时性；各晶粒变形具有相互协调性。各晶粒变形具有相互协调性。2023/8/1425 总之，多晶体塑性变形2024/7/14261.单相固溶体合金的塑性变形单相固溶体合金的塑性变形 溶溶溶溶质质原子原子原子原子对对合金塑性合金塑性合金塑性合金塑性变变形的影响主要表形的影响主要表形的影响主要表形的影响主要表现现在在在在固溶固溶固溶固溶强强化作用上。化作用上。化作用上。化作用上。固溶固溶固溶固溶强强化化化化：溶：溶：溶：溶质质原子的存在及其固溶度的增原子的存在及其固溶度的增原子的存在及其固溶度的增原子的存在及其固溶度的增加，使基体金属的加，使基体金属的加，使基体金属的加，使基体金属的变变形抗力提高。形抗力提高。形抗力提高。形抗力提高。4.3 4.3 合金的塑性变形合金的塑性变形 合金是在纯金属的基础上又加入其它元素，合金是在纯金属的基础上又加入其它元素，合金是在纯金属的基础上又加入其它元素，合金是在纯金属的基础上又加入其它元素，使相结构发生了变化，也改变了基体金属的变形使相结构发生了变化，也改变了基体金属的变形使相结构发生了变化，也改变了基体金属的变形使相结构发生了变化，也改变了基体金属的变形抗力，使强度、硬度提高，塑性、韧性降低。抗力，使强度、硬度提高，塑性、韧性降低。抗力，使强度、硬度提高，塑性、韧性降低。抗力，使强度、硬度提高，塑性、韧性降低。2023/8/14261.单相固溶体合金的塑性变形 2024/7/14272 2.多相合金的塑性变形多相合金的塑性变形 多相合金与单相固溶体合金的不同之处是除多相合金与单相固溶体合金的不同之处是除基体相外，还基体相外，还有有第二相第二相存在存在，第二相的数量、尺，第二相的数量、尺寸、形状和分布不同，使多相合金的塑性变形更寸、形状和分布不同，使多相合金的塑性变形更加复杂。加复杂。(1)脆的第二相呈不连续的网状分布在晶界脆的第二相呈不连续的网状分布在晶界上，使塑性、韧性大大降低。上，使塑性、韧性大大降低。(2)第二相在晶粒内部呈片层状分布，使其第二相在晶粒内部呈片层状分布，使其强度、硬度比基体金属要高得多，使塑性、韧性强度、硬度比基体金属要高得多，使塑性、韧性下降。下降。2023/8/14272.多相合金的塑性变形 2024/7/1428 (3)第二相在晶粒内呈弥散点状分布，使硬第二相在晶粒内呈弥散点状分布，使硬度和强度大大提高，对塑性、韧性影响不大，这度和强度大大提高，对塑性、韧性影响不大，这是最有利的分布，这种是最有利的分布，这种由于第二相呈点状弥散分由于第二相呈点状弥散分布在基体内，使其强度布在基体内，使其强度、硬度明显升高的现象、硬度明显升高的现象叫叫弥散强化弥散强化。第二相粒子的强化作用是通过其对位错运动第二相粒子的强化作用是通过其对位错运动的阻碍作用而表现出来的。的阻碍作用而表现出来的。2023/8/1428 (3)第二相在晶粒内呈弥散点状2024/7/14294.4 塑性变形对金属组织与性能的影响塑性变形对金属组织与性能的影响1.1.1.1.显微组织的变化显微组织的变化显微组织的变化显微组织的变化 随着变形量的增加，原来的等轴随着变形量的增加，原来的等轴晶粒晶粒将逐渐将逐渐沿其变形方向伸长沿其变形方向伸长，出现各向异性，出现各向异性。(见图见图4-13a-c)2.2.2.2.亚结构的变化亚结构的变化亚结构的变化亚结构的变化 经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线通过运动与交互作用，形成位错缠结通过运动与交互作用，形成位错缠结，进一步增进一步增加变形量时，大量位错发生聚集，并由缠结的位加变形量时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组态变成胞状亚结构错组态变成胞状亚结构(见图见图4-13d)，随着变形量随着变形量的增加，变形胞的数量增多，尺寸减小的增加，变形胞的数量增多，尺寸减小。2023/8/14294.4 塑性变形对金属组织与性能的影2024/7/14303 3.形形形形变织变织构构构构 由由于于变形形而而使使晶晶粒粒具具有有择优取取向向的的组织，称称为形形变织构构。有两种有两种类型：型：拔拔丝时形形成成的的织构构称称为丝织构构，其其主主要要特特征征为各各晶晶粒粒的某一晶向的某一晶向趋于平行于拉拔方向。于平行于拉拔方向。轧板板时形成的形成的织构称构称为板板织构构，其主要其主要特征特征为各晶粒各晶粒的某一晶面和晶向分的某一晶面和晶向分别趋于平行于平行轧制面和制面和轧制方向。制方向。2023/8/14303.形变织构 由于 形成形成织构构引起各向异性引起各向异性。织构有构有有利的一面，有利的一面，也有有害的一面也有有害的一面。如如生生产上可利用上可利用织构提高硅构提高硅钢片某一方向的片某一方向的导磁率；在冲磁率；在冲压薄板件薄板件时，它会，它会带来不均匀的塑性来不均匀的塑性变形，而形，而产生生“制耳制耳”现象象(见图4-15)，这是不希望是不希望产生的。生的。形成织构引起各向异性。织构有有利的一面，也2024/7/14324 4.性能的变化性能的变化性能的变化性能的变化 产生产生加工硬化加工硬化即即金属材料经冷加工变形后，金属材料经冷加工变形后，强度、硬度显著提高，而塑性、韧性下降的现象强度、硬度显著提高，而塑性、韧性下降的现象。产生原因产生原因：变形量不大时，晶界附近产生位错堆变形量不大时，晶界附近产生位错堆积；随变形量增加，位错之间产生交互作用，出积；随变形量增加，位错之间产生交互作用，出现缠结现象，使晶粒破碎成为亚晶粒；变形越大，现缠结现象，使晶粒破碎成为亚晶粒；变形越大，晶粒越碎，亚晶界增多，位错密度增大，变形抗晶粒越碎，亚晶界增多，位错密度增大，变形抗力增大，表现出：强度、硬度升高，塑性、韧性力增大，表现出：强度、硬度升高，塑性、韧性降低，即产生了加工硬化。降低，即产生了加工硬化。2023/8/14324.性能的变化 产生加工硬化2024/7/1433 加工硬化是强化材料的一种主要手段。加工硬化是强化材料的一种主要手段。如如拖拉机的履带，铁路的道叉等都是利用加工硬拖拉机的履带，铁路的道叉等都是利用加工硬化来提高硬度及耐磨性的。化来提高硬度及耐磨性的。但有时也会使进一但有时也会使进一步加工带来困难。步加工带来困难。如钢板冷轧、钢丝冷拔等过如钢板冷轧、钢丝冷拔等过程中，需要安排中间退火工艺，消除加工硬化。程中，需要安排中间退火工艺，消除加工硬化。其它性能也有变化其它性能也有变化，如电阻率增高，电阻，如电阻率增高，电阻温度系数下降，磁导率下降，腐蚀速度加快等。温度系数下降，磁导率下降，腐蚀速度加快等。2023/8/1433 加工硬化是强化材料的一种主要2024/7/1434 5.5.残余应力残余应力残余应力残余应力 残残余余应应力力是是一一种种内内应应力力，在在工工件件中中处处于于自自相相平平衡衡状状态态，其其产产生生是是由由于于工工件件内内部部各各区区域域变变形不均匀及相互间的牵制作用所致。形不均匀及相互间的牵制作用所致。P68 （1 1）宏观宏观残余应力：是工件不同部分的宏观残余应力：是工件不同部分的宏观变形不均引起的。变形不均引起的。（2 2）微微观观残残余余应应力力：是是晶晶粒粒或或亚亚晶晶粒粒之之间间的变形不均产生的。的变形不均产生的。（3 3）点阵畸变点阵畸变应力：是工件在塑性变形中形应力：是工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等）成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等）引起的。引起的。内应力的产生，使材料变脆，耐蚀性降低。内应力的产生，使材料变脆，耐蚀性降低。2023/8/1434 5.残余应力 残余应力2024/7/14354.5 回复与再结晶回复与再结晶 金属和合金经塑性变形后，由于空位、位错金属和合金经塑性变形后，由于空位、位错等结构缺陷密度的增加，以及畸变能的升高将使等结构缺陷密度的增加，以及畸变能的升高将使其处于热力学不稳定的高自由能状态，具有自发其处于热力学不稳定的高自由能状态，具有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势，但在室温下，恢复到变形前低自由能状态的趋势，但在室温下，因温度低，原子活动能力小，恢复很慢，一旦受因温度低，原子活动能力小，恢复很慢，一旦受热，温度较高时，原子扩散能力提高，组织、性热，温度较高时，原子扩散能力提高，组织、性能会发生一系列变化。能会发生一系列变化。2023/8/14354.5 回复与再结晶 金属和合2024/7/14364.5.1冷变形金属在加热时组织和性能的变化冷变形金属在加热时组织和性能的变化分为三个阶段分为三个阶段:回复回复：指新的无畸变晶粒出现之指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的前所产生的亚结构和性能变化的阶段。阶段。在此阶段，在此阶段，组织组织：由于不：由于不发生大角度晶界的迁移，晶粒的发生大角度晶界的迁移，晶粒的形状和大小与变形态相同，仍为形状和大小与变形态相同，仍为纤维状或扁平状纤维状或扁平状。性能性能：强度与强度与塑性变化很小，内应力、电阻明塑性变化很小，内应力、电阻明显下降显下降。R2023/8/14364.5.1 冷变形金属在加热时组织和性2024/7/1437再结晶再结晶：指出现无畸变的等轴新指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。晶粒逐步取代变形晶粒的过程。在此阶段，在此阶段，组织组织：首先在畸变度：首先在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到基体而长大，直到变形组织完全变形组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶改组为新的、无畸变的细等轴晶粒粒为止。为止。性能性能：强度与硬度明显：强度与硬度明显下降，塑性提高，下降，塑性提高，消除了加工硬消除了加工硬化化，使性能恢复到变形前的程度，使性能恢复到变形前的程度。2023/8/1437再结晶：指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取2024/7/14382023/8/14382024/7/1439晶粒长大晶粒长大：指再结晶结束指再结晶结束之后晶粒的继续长大。在之后晶粒的继续长大。在此阶段，此阶段，在晶界表面能的在晶界表面能的驱动下，新晶粒相互吞食驱动下，新晶粒相互吞食而长大而长大，最后得到较稳定，最后得到较稳定尺寸的晶粒。尺寸的晶粒。回复、再结晶过程的组织回复、再结晶过程的组织变化见图变化见图4-174-17。P69 P69 2023/8/1439晶粒长大：指再结晶结束之后晶粒的继续长2024/7/14404.5.2 再结晶温度及其影响因素再结晶温度及其影响因素再结晶温度再结晶温度:冷变形金属开始进行再结晶的冷变形金属开始进行再结晶的 最低温度称为最低温度称为再结晶温度再结晶温度。对纯金属：对纯金属：T再再0.4T熔熔（K）K273 一般一般再结晶退火温度再结晶退火温度比比T T再再要高出要高出100100200200，目的：消除加工硬化现象。，目的：消除加工硬化现象。如：如：Fe：T熔熔1538T再再0.4(1538273)273451.42023/8/14404.5.2 再结晶温度及其影响因素再结2024/7/1441T再 变形度 影响再结晶温度的因素有：影响再结晶温度的因素有：(1)(1)变形程度变形程度变形程度变形程度：随冷：随冷：随冷：随冷变形程度增加变形程度增加变形程度增加变形程度增加，储能增多，储能增多，储能增多，储能增多，再结晶的驱动力增大，再结晶的驱动力增大，再结晶的驱动力增大，再结晶的驱动力增大，再结晶容易发生再结晶容易发生再结晶容易发生再结晶容易发生，再结再结再结再结晶温度低晶温度低晶温度低晶温度低。当。当。当。当变形量达到一定程度，变形量达到一定程度，变形量达到一定程度，变形量达到一定程度，T T再再再再趋于一趋于一趋于一趋于一定值，定值，定值，定值，见图见图见图见图4-184-18。2023/8/1441T再 变形度 影响再结晶温度的因素有2024/7/1442(2)(2)微量溶质原子微量溶质原子微量溶质原子微量溶质原子：微量溶质原子：微量溶质原子：微量溶质原子：微量溶质原子可显著提高可显著提高可显著提高可显著提高T T再再再再，原因是溶质原子与位错和晶界间存在着原因是溶质原子与位错和晶界间存在着原因是溶质原子与位错和晶界间存在着原因是溶质原子与位错和晶界间存在着交互作用交互作用交互作用交互作用，使溶质原子在位错及晶界处使溶质原子在位错及晶界处使溶质原子在位错及晶界处使溶质原子在位错及晶界处偏聚偏聚偏聚偏聚，对位错的滑移，对位错的滑移，对位错的滑移，对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起与攀移和晶界的迁移起与攀移和晶界的迁移起与攀移和晶界的迁移起阻碍阻碍阻碍阻碍作用，不利于再结晶作用，不利于再结晶作用，不利于再结晶作用，不利于再结晶的形核和长大，的形核和长大，的形核和长大，的形核和长大，阻碍阻碍阻碍阻碍再结晶过程，因而使再结晶过程，因而使再结晶过程，因而使再结晶过程，因而使T T再再再再提高提高提高提高。(5)(5)再结晶退火工艺参数再结晶退火工艺参数再结晶退火工艺参数再结晶退火工艺参数：加热速度过慢或极快，均加热速度过慢或极快，均加热速度过慢或极快，均加热速度过慢或极快，均使使使使T T再再再再升高升高升高升高（过慢过慢过慢过慢有足够的时间回复，点阵畸变度有足够的时间回复，点阵畸变度有足够的时间回复，点阵畸变度有足够的时间回复，点阵畸变度降低，储能减小，使再结晶驱动力减小，降低，储能减小，使再结晶驱动力减小，降低，储能减小，使再结晶驱动力减小，降低，储能减小，使再结晶驱动力减小，T T再再再再升高；升高；升高；升高；极快极快极快极快因各温度下停留时间过短而来不及形核与长大，因各温度下停留时间过短而来不及形核与长大，因各温度下停留时间过短而来不及形核与长大，因各温度下停留时间过短而来不及形核与长大，使使使使T T再再再再升高）。升高）。升高）。升高）。保温时间越长，保温时间越长，保温时间越长，保温时间越长，T T再再再再越低越低越低越低。2023/8/1442(2)微量溶质原子：微量溶质原子可显著2024/7/14434.5.3再结晶后的晶粒大小再结晶后的晶粒大小 再结晶后的晶粒大小再结晶后的晶粒大小d取决于形核率取决于形核率N和长大速率和长大速率G，它们之间有下列关系：，它们之间有下列关系：d=C(G/N)1/4C为系数为系数可见：可见：N，G，d。即凡影响。即凡影响N、G的因的因素，均影响再结晶后的晶粒大小。素，均影响再结晶后的晶粒大小。影响再结晶影响再结晶后晶粒大小的因素后晶粒大小的因素:2023/8/14434.5.3 再结晶后的晶粒大小 2024/7/1444（1 1）变变形度形度形度形度：当变形程度当变形程度当变形程度当变形程度很小时很小时很小时很小时，晶粒大小没有，晶粒大小没有，晶粒大小没有，晶粒大小没有变化，因为变形量过小，造成的储存变化，因为变形量过小，造成的储存变化，因为变形量过小，造成的储存变化，因为变形量过小，造成的储存能能能能不足以驱动再结晶不足以驱动再结晶不足以驱动再结晶不足以驱动再结晶。当变形量达当变形量达当变形量达当变形量达到一定值时，再结晶后的晶粒特别粗到一定值时，再结晶后的晶粒特别粗到一定值时，再结晶后的晶粒特别粗到一定值时，再结晶后的晶粒特别粗大，把这个变形量称为大，把这个变形量称为大，把这个变形量称为大，把这个变形量称为“临界变形量临界变形量临界变形量临界变形量”，一般金属的临界变形量为，一般金属的临界变形量为，一般金属的临界变形量为，一般金属的临界变形量为2 2 2 210101010。因为金属在临界变形量下，只部。因为金属在临界变形量下，只部。因为金属在临界变形量下，只部。因为金属在临界变形量下，只部分晶粒破碎，大部分晶粒未破碎，此分晶粒破碎，大部分晶粒未破碎，此分晶粒破碎，大部分晶粒未破碎，此分晶粒破碎，大部分晶粒未破碎，此时，晶粒不均匀程度很大，最易大晶时，晶粒不均匀程度很大，最易大晶时，晶粒不均匀程度很大，最易大晶时，晶粒不均匀程度很大，最易大晶粒吞并小晶粒，故粒吞并小晶粒，故粒吞并小晶粒，故粒吞并小晶粒，故晶粒晶粒晶粒晶粒很容易很容易很容易很容易粗化粗化粗化粗化。当变形量当变形量当变形量当变形量大于大于大于大于临界变形量之后，再临界变形量之后，再临界变形量之后，再临界变形量之后，再结晶后结晶后结晶后结晶后晶粒细化晶粒细化晶粒细化晶粒细化，且变形量越大，晶，且变形量越大，晶，且变形量越大，晶，且变形量越大，晶粒越细化。因为变形量越大，驱动形粒越细化。因为变形量越大，驱动形粒越细化。因为变形量越大，驱动形粒越细化。因为变形量越大，驱动形核和长大的储存能不断增加大，且形核和长大的储存能不断增加大，且形核和长大的储存能不断增加大，且形核和长大的储存能不断增加大，且形核率增大较快，使核率增大较快，使核率增大较快，使核率增大较快，使G/NG/NG/NG/N变小，因此细变小，因此细变小，因此细变小，因此细化。化。化。化。变形量变形量晶粒尺寸晶粒尺寸原始晶粒原始晶粒尺寸尺寸临界变形量临界变形量2023/8/1444（1）变形度：当变形程度很小时，晶粒2024/7/1445（2）退火温度：提高退火温度，使再结晶）退火温度：提高退火温度，使再结晶速度加快，晶粒长大速度加快，晶粒长大。（3）合金元素和不熔杂质：越多，会阻碍再）合金元素和不熔杂质：越多，会阻碍再结晶晶粒长大，则再结晶晶粒越细小。结晶晶粒长大，则再结晶晶粒越细小。（4）加热速度：越快，再结晶温度越高，推）加热速度：越快，再结晶温度越高，推迟再结晶形核和长大过程，所以再结晶晶粒迟再结晶形核和长大过程，所以再结晶晶粒细小。细小。2023/8/1445（2）退火温度：提高退火温度，使再结晶2024/7/14464.6 金属的热加工金属的热加工1.1.冷热加工的划分冷热加工的划分 小于再结晶温度的加工称为小于再结晶温度的加工称为冷加工冷加工；大于再结；大于再结晶温度的加工称为晶温度的加工称为热加工热加工。例如：例如：（1 1）钨（）钨（W W）在）在11001100加工，锡（加工，锡（SnSn）在室温下加）在室温下加工变形，各为何种加工？（钨的熔点为工变形，各为何种加工？（钨的熔点为34103410，锡，锡的熔点为的熔点为232232）经计算：经计算：T T钨再钨再12001200，T T锡再锡再7171所以，钨为冷加工，锡为热加工。所以，钨为冷加工，锡为热加工。2023/8/14464.6 金属的热加工1.冷热加工的2024/7/1447 热加工加工过程中，在金属内部程中，在金属内部同同时进行着行着加工加工硬化与回复再硬化与回复再结晶晶软化化两个相反的两个相反的过程。程。（2）在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而）在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又向最初一样柔软，稍隔一段时间再行弯折，铅板又向最初一样柔软，这是什么原因？（铅的熔点为这是什么原因？（铅的熔点为327.5）经计算：经计算：T铅再铅再33所以，室温下弯折属于热加工，消除了加工硬化。所以，室温下弯折属于热加工，消除了加工硬化。2023/8/1447 热加工过程中，在金属2024/7/14482.2.热加工对金属组织及性能的影响热加工对金属组织及性能的影响(1)(1)热加工对室温力学性能的影响热加工对室温力学性能的影响热加工可使气孔、疏松焊合，热加工可使气孔、疏松焊合，提高致密度提高致密度；热加工可热加工可消除或减轻消除或减轻铸锭组织、成分铸锭组织、成分不均匀性不均匀性；热加工可使粗大组织破碎并均匀分布，热加工可使粗大组织破碎并均匀分布，细化晶细化晶 粒粒。所以，所以，热加工可提高力学性能热加工可提高力学性能。2023/8/14482.热加工对金属组织及性能的影响(12024/7/1449(2)(2)热加工材料的组织特征热加工材料的组织特征1)1)形成形成“流线流线”，出现各向异性，出现各向异性 夹杂物一般沿晶界分布，热加工时，晶粒变夹杂物一般沿晶界分布，热加工时，晶粒变形，夹杂物也变形，晶粒发生再结晶形成等轴晶形，夹杂物也变形，晶粒发生再结晶形成等轴晶粒，而夹杂仍沿变形方向呈纤维状分布，这种夹粒，而夹杂仍沿变形方向呈纤维状分布，这种夹杂的分布叫杂的分布叫“流线流线”。出现流线使性能出现明显出现流线使性能出现明显的各向异性的各向异性，因此热加工时应力求使工件具有合，因此热加工时应力求使工件具有合理的流线分布，理的流线分布，见图见图4-21。2023/8/1449(2)热加工材料的组织特征 滑移与孪生区别课件滑移与孪生区别课件2024/7/14522)2)形成形成“带状组织带状组织”热加工不当，亚共析钢中的热加工不当，亚共析钢中的F与与P会呈层状会呈层状分布，在层与层之间还有一些被拉长的夹杂物，分布，在层与层之间还有一些被拉长的夹杂物，这种层状分布的组织称为这种层状分布的组织称为“带状组织带状组织”，见图，见图4-22。带状组织带状组织具有严重的各向异性，使性能变具有严重的各向异性，使性能变坏。严重时报废，轻微时用扩散退火或正火消坏。严重时报废，轻微时用扩散退火或正火消除。除。防止方法：防止方法：不在两相区变形；不在两相区变形；减少夹杂元素含量。减少夹杂元素含量。2023/8/14522)形成“带状组织”热加工不2024/7/14532023/8/14532024/7/1454小小 结结1.1.概念概念 滑移，滑移系，滑移，滑移系，孪生，固溶生，固溶强化，弥散化，弥散强化，化，加工硬化，加工硬化，变形形织构，冷加工，构，冷加工，热加工加工。2.2.单晶体塑性晶体塑性变形形：变形方式，形方式，产生条件生条件；滑移；滑移系判定；系判定；滑移与滑移与孪生区生区别。3.3.多晶体塑性多晶体塑性变形形：晶界作用；晶界作用；晶粒越晶粒越细，不，不仅强度高，且塑度高，且塑韧性性好？好？多晶体塑性多晶体塑性变形特点？形特点？2023/8/1454小 结1.概念2024/7/14554.4.合金塑性合金塑性变形形：单相固溶体合金：溶相固溶体合金：溶质原子原子固溶固溶强化；化；多相合金：第二相多相合金：第二相弥散弥散强化。化。5.5.塑性塑性变形形对金属的金属的组织和性能的影响和性能的影响：5 5点。点。6.冷冷变形金属在加形金属在加热时组织和性能的和性能的变化化再再结晶温度晶温度：T再再0.4T熔熔（K）再再结晶退火温度晶退火温度：T再再(100200)影响再影响再结晶后晶粒大小的因素：晶后晶粒大小的因素：4点。点。7.金属的金属的热加工加工判断冷判断冷热加工加工；热加工加工对金属金属组织和性能的和性能的影响。影响。2023/8/14554.合金塑性变形：2024/7/1456思考思考题1.为什么在常温下晶粒越细，不仅强度高，而且为什么在常温下晶粒越细，不仅强度高，而且塑性、韧性也好塑性、韧性也好 2.简述塑性变形对材料的组织和性能的影响。简述塑性变形对材料的组织和性能的影响。3.简述滑移与孪生的异同点。简述滑移与孪生的异同点。4.简述常温下单晶体塑性变形的主要方式，并说简述常温下单晶体塑性变形的主要方式，并说明其产生条件。明其产生条件。5.冷变形金属在加热时组织和性能有何变化？冷变形金属在加热时组织和性能有何变化？6.计算纯铁的最低再结晶温度，指出纯铁在计算纯铁的最低再结晶温度，指出纯铁在400加工时，属于何种加工？并估计其再结晶退火加工时，属于何种加工？并估计其再结晶退火温度。温度。2023/8/1456思考题 1.为什么在常温下晶粒越细，