材料科学基础塑性变形省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第1页金属材料变形与再结晶金属材料变形与再结晶123金属热变形、蠕变与超塑性金属热变形、蠕变与超塑性4金属应力应变曲线金属应力应变曲线金属塑性变形金属塑性变形回复与再结晶回复与再结晶第2页9.1 9.1 金属应力应变曲线金属应力应变曲线9.1.1 工程应力应变曲线工程应力应变曲线塑性阶段塑性阶段弹性阶段弹性阶段颈缩颈缩屈服强度屈服强度抗拉强度抗拉强度第3页应变应变应变应变0.2有屈服点工程应力有屈服点工程应力-应变曲线应变曲线无屈服点工程应力无屈服点工程应力-应变曲线应变曲线第4页9.1.2 真应力应变曲线真应力应变曲线 9.1 9.1 金属应力应变曲线金属应力应变曲线第5页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形9.2.1 单晶体塑性变形单晶体塑性变形一、滑移一、滑移 1、滑移线和滑移带、滑移线和滑移带 工工业业纯纯铜铜中中滑滑移移 带带 第6页滑移带形成示意图滑移带形成示意图 9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第7页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形 2、滑移系滑移系滑移面：滑移面：晶体滑移时沿某一特定晶面进晶体滑移时沿某一特定晶面进行（通常为最密排晶面）。行（通常为最密排晶面）。滑移滑移系系滑移滑移方向：方向：晶体滑移时沿滑移面某特定晶体滑移时沿滑移面某特定晶体学方向进行（通常为最密晶体学方向进行（通常为最密排晶向）。排晶向）。滑移系滑移系：每个滑移面和此面上一个滑移方向。：每个滑移面和此面上一个滑移方向。第8页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形 (1)面心立方面心立方滑移面滑移面111滑移方向滑移方向滑移系共滑移系共12个个第9页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形(2)体心体心立方立方滑滑移移面面不不稳稳定定，低低温温时时多多为为112，中中温温时时多多为为110，高温，高温时多为时多为123；滑移滑移方向很方向很稳定：稳定：；滑移系滑移系可能有可能有1248个。个。滑移系：滑移系：12滑移系：滑移系：12滑移系：滑移系：24第10页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形滑移系滑移系：3普通来说普通来说，fcc和和bcc中中滑移系较多滑移系较多，比，比hcp塑性好塑性好；bcc中即使滑移系中即使滑移系数目较多数目较多，但滑移面密排但滑移面密排程度比程度比fcc低，低，且滑移方向较少，且滑移方向较少，故塑性不故塑性不如如fcc。第11页一些金属滑移系一些金属滑移系第12页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形 3、滑移临界分切应力、滑移临界分切应力 晶体晶体中中某滑移系是否某滑移系是否开动开动，决定于沿此滑移系分切应力大决定于沿此滑移系分切应力大小，当分切应力到达某一临界小，当分切应力到达某一临界值时，滑移才能发生。值时，滑移才能发生。第13页第14页镁晶体拉伸屈服应力与晶体取向关系镁晶体拉伸屈服应力与晶体取向关系 9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第15页4、滑移时晶面转动9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形 4、滑移时晶面转动、滑移时晶面转动 拉伸时，晶面拉伸时，晶面转动使滑移面和滑转动使滑移面和滑移方向都逐步与应移方向都逐步与应力轴平行。力轴平行。第16页自由滑移自由滑移受限制滑移受限制滑移第17页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形压缩时晶面转动压缩时晶面转动第18页压缩时晶面转动压缩时晶面转动 压缩时，压缩时，晶面转动使滑晶面转动使滑移面和滑移方移面和滑移方向都逐步与应向都逐步与应力轴垂直。力轴垂直。第19页单轴拉伸时晶体转动力偶单轴拉伸时晶体转动力偶9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第20页5 5、复滑移、复滑移 滑滑移移过过程程能能够够沿沿两两个个以以上上滑滑移移系系同同时时或或交交替替进进行行，这这种种滑滑移过程就称为复滑移，又称多滑移。移过程就称为复滑移，又称多滑移。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第21页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形立方晶体（立方晶体（001）标准投影图）标准投影图fcc晶体滑移系晶体滑移系第22页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形fcc晶体滑移超越现象晶体滑移超越现象第23页 例题：例题：当面当面心立方晶体拉伸时，心立方晶体拉伸时，依据下列图所给立方晶体依据下列图所给立方晶体(001)标准标准投影图回答投影图回答：(a)拉伸沿拉伸沿P点所代表方向进行时，点所代表方向进行时，哪个滑移系首先开动哪个滑移系首先开动？(b)拉伸轴平行于拉伸轴平行于001时，共有几时，共有几个滑移系可能开动，写出全部可能个滑移系可能开动，写出全部可能情况。情况。第24页6 6、交、交滑移滑移9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形宏宏观观：两两个个或或两两个个以以上上滑滑移移面面沿沿着着同同一一个个滑滑移移方方向向同同时或交替进行滑移现象时或交替进行滑移现象。微微观观：螺螺位位错错在在不不改改变变滑滑移移方方向向情情况况下下，改改变变滑滑移移面面引发。引发。第25页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第26页双交滑移双交滑移9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形思索：交滑移和层错能关系思索：交滑移和层错能关系第27页7 7、滑移位错机制、滑移位错机制 宏宏观观上上晶晶体体滑滑移移临临界界分分切切应应力力 =微微观观上上克克服服位位错错运动阻力运动阻力外力，包含：外力，包含：点阵点阵阻力（派阻力（派纳力）；纳力）；F-RF-R源开动源开动阻力阻力；与其它位错交互作用阻力；与其它位错交互作用阻力；l长程交互力：克服弹性作用阻力；长程交互力：克服弹性作用阻力；l短程交互力：切割林位错（扭折、割阶）阻力；短程交互力：切割林位错（扭折、割阶）阻力；位错交割后形成割阶与扭折位错交割后形成割阶与扭折；位错与位错与其它其它缺点发生交互作用。缺点发生交互作用。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第28页二、二、孪生孪生9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形镁合金变形过程镁合金变形过程中孪生中孪生第29页第30页 孪孪生生：切切应应力力作作用用下下，晶晶体体一一部部分分沿沿一一定定晶晶面面（孪孪生生面面）和和一一定定晶晶向向（孪孪生生方方向向）相相对对于于另另一一部部分分发发生生均均匀匀切切变变过过程程。孪孪生生部部分分与与原原晶晶体体形形成成镜镜面对称。面对称。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形变形前变形前 孪生孪生第31页孪孪晶晶（twintwin）：晶晶体体中中原原子子排排列列以以某某一一晶晶面面成成镜镜面面对对称称部部分分合合称。称。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第32页变形变形前前9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形 1、孪生过程孪生过程形成条件：形成条件：滑移系滑移系较少密排六方晶体（如较少密排六方晶体（如MgMg、ZnZn）；）；低温低温（如（如CuCu在在4.2K4.2K）；）；高高应变速率（如应变速率（如FeFe爆炸变形）。爆炸变形）。滑移滑移l不不均匀切变均匀切变l没有位相改变没有位相改变 孪生孪生l不均匀不均匀切变切变l没有位相没有位相改变改变 第33页1、孪生形成过程9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形FccFcc晶体孪生变形示意图晶体孪生变形示意图第34页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形孪晶界孪晶界切变晶体切变晶体依然保依然保持面心立方持面心立方结构结构位位向发生改变向发生改变第35页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第36页孪生几何学孪生几何学l球状晶体，孪生面球状晶体，孪生面K1；l上半球均匀上半球均匀切变方向切变方向1；l孪生要素：孪生要素：K1、1、K2、2；9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第37页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第38页2 2、孪晶形成、孪晶形成 形形变变孪孪晶晶：形形变变过过程程中中形形成成，在在金金相相形形貌貌上上普普通通展展现现透透镜镜片状，多数发源于晶界，终止于晶内，又称机械孪晶片状，多数发源于晶界，终止于晶内，又称机械孪晶。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形锌和铁经塑性变形后形成形变锌和铁经塑性变形后形成形变孪晶孪晶第39页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形铜单晶在铜单晶在4.2K拉伸曲线拉伸曲线 第40页 退退火火孪孪晶晶：变变形形金金属属在在退退火火过过程程中中也也可可能能产产生生孪孪晶晶组组织织，与与形变形变孪晶相比，孪晶相比，普通孪晶界面平直，且孪晶片较厚普通孪晶界面平直，且孪晶片较厚。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形 铜晶体中退火孪晶铜晶体中退火孪晶组织组织第41页 3 3、孪生位错机制、孪生位错机制9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形面面心心立立方方晶晶体体中中孪孪晶形成晶形成第42页a/6112-9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形孪生孪生极轴机制孪生孪生极轴机制 第43页4 4、滑移和孪生比较、滑移和孪生比较 1)1)相同点：相同点：宏观宏观上，都是切应力作用下发生剪切变形；上，都是切应力作用下发生剪切变形；微微观观上上，都都是是晶晶体体塑塑性性变变形形基基本本形形式式，是是晶晶体体一一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分移动过程；部分沿一定晶面和晶向相对另一部分移动过程；均均不会不会改变晶体结构；改变晶体结构；从从机制上看，都是位错运动结果。机制上看，都是位错运动结果。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第44页 2)2)不一样点不一样点：9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形滑移滑移不改变晶体不改变晶体位相；位相；全位错运动全位错运动结果；结果；不均匀切变不均匀切变过程；过程；比较比较平缓，应力平缓，应力-应变应变曲曲线较光滑、线较光滑、连续；连续；临界分切应力临界分切应力值较小；值较小；切变切变较大，取决于较大，取决于晶体晶体塑性；塑性；孪生孪生改变改变晶体晶体位相；位相；不全位错运动不全位错运动结果；结果；均匀切变均匀切变过程；过程；发生快速，应力发生快速，应力-应变应变曲曲线线呈锯齿状；呈锯齿状；临界分切应力值大；临界分切应力值大；切变较小，取决于切变较小，取决于晶体晶体结构；结构；第45页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形三、晶体扭折三、晶体扭折第46页9.1.2 多晶体塑性变形Zn单晶与多晶拉伸9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形9.2.2 多晶体塑性变形多晶体塑性变形第47页一、多晶体变形特点一、多晶体变形特点 1 1、相邻晶粒相互协调性、相邻晶粒相互协调性 多晶体中晶粒取向随机性多晶体中晶粒取向随机性 变形不一致变形不一致 相邻晶粒相互协调性相邻晶粒相互协调性 对独立滑移系要求（对独立滑移系要求（5 5个）个）9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第48页2 2、晶界影响、晶界影响双晶拉伸双晶拉伸位错塞积位错塞积9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第49页 3 3、晶粒尺寸与强度关系、晶粒尺寸与强度关系霍尔佩奇（霍尔佩奇（Hall-PatchHall-Patch）关系：关系：9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形细细晶是唯一既提升强度也增晶是唯一既提升强度也增加塑形强化方式。加塑形强化方式。提升塑形：提升塑形：变形较均匀、应力集中较小变形较均匀、应力集中较小第50页 等强温度等强温度9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第51页二、屈服二、屈服 1 1、屈服现象、屈服现象9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第52页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第53页 2 2、应变时效现象、应变时效现象时效后时效后9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第54页 3 3、屈服现象解释、屈服现象解释 1 1）气团理论：气团理论：在在固固溶溶体体中中，溶溶质质或或杂杂质质原原子子在在晶晶体体中中造造成成点点阵阵畸畸变变，溶溶质质原原子子应应力力场场和和位位错错应应力力场场会会发发生生交交互互作作用用，作作用用结结果果是是溶溶质质原原子子将将聚聚集集在在位位错错线线附附近近，形形成成溶溶质质原原子子气气团团，即即所所谓谓柯柯垂垂尔尔（CottrellCottrell）气团。）气团。能够解释大部分晶体中出现屈服现象。能够解释大部分晶体中出现屈服现象。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第55页 2 2）位错理论）位错理论 材材料料塑塑性性变变形形应应变变速速率率 p p是是与与晶晶体体中中可可动动位位错错密密度度 m m、位位错运动平均速度错运动平均速度v v以及位错柏氏矢量以及位错柏氏矢量b b成正比，即：成正比，即：可见，含有显著屈服现象材料应具备以下条件：可见，含有显著屈服现象材料应具备以下条件：开始变形前，晶体中可动位错密度开始变形前，晶体中可动位错密度 m m较低；较低；伴随塑性变形发生，位错能够快速增殖；伴随塑性变形发生，位错能够快速增殖；应力敏感因子应力敏感因子m m 较低。较低。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第56页 9.1.3 9.1.3 合金塑性变形与强化合金塑性变形与强化一、固溶体塑性变形一、固溶体塑性变形 1 1）固溶强化）固溶强化强度、硬度随溶质含强度、硬度随溶质含量增加而增加，而塑量增加而增加，而塑性指标则相反性指标则相反 9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第57页溶溶质质原原子子加加入入通通常常同同时时提提升升了了屈屈服服强强度度和和整整个个应应力力应应变变曲曲线线水平，并使材料加工硬化速率增高水平，并使材料加工硬化速率增高铝溶有镁后应力铝溶有镁后应力应变曲线应变曲线 9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第58页不一样溶质强化效果不一样不一样溶质强化效果不一样溶入合金元素对溶入合金元素对铜单晶临界分切铜单晶临界分切应力影响应力影响 9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第59页 原因主要有以下几个方面：原因主要有以下几个方面：溶溶质质原原子子浓浓度度。浓浓度度越越高高，普普通通其其强强化化效效果果也也越越好好，但但并不是线性关系，低浓度时显著；并不是线性关系，低浓度时显著；原原子子尺尺寸寸原原因因。溶溶质质与与溶溶剂剂原原子子尺尺寸寸相相差差越越大大，其其强强化化作作用用越越好好,但但通通常常原原子子尺尺寸寸相相差差较较大大时时，溶溶质质原原子子溶溶解解度度也也很很低；低；溶溶质质原原子子类类型型。间间隙隙型型溶溶质质原原子子强强化化效效果果好好于于置置换换型型，尤其是体心立方晶体中间隙原子；尤其是体心立方晶体中间隙原子；相相对对价价原原因因（电电子子原原因因）。溶溶质质原原子子与与基基体体金金属属价价电电子子数相差越大，固溶强化效果越显著，数相差越大，固溶强化效果越显著，9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第60页电电 子子 浓浓 度度 对对Cu固固 溶溶 体体 屈屈服应力影响服应力影响 9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第61页固溶强化是因为多方面作用引发，包含：固溶强化是因为多方面作用引发，包含：溶质原子与位错发生弹性交互作用溶质原子与位错发生弹性交互作用 固固溶溶体体中中溶溶质质原原子子趋趋向向于于在在位位错错周周围围聚聚集集分分布布，称称为为溶溶质质原原子子气气团团，也也就就是是柯柯垂垂耳耳气气团团，它它将将对对位位错错运运动动起起到到钉钉扎扎作作用用，从而妨碍位错运动；从而妨碍位错运动；9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第62页静电交互作用静电交互作用 溶溶质质原原子子额额外外自自由由电电子子从从点点阵阵压压缩缩区区移移向向拉拉伸伸区区，并并使使压压缩缩区呈正电而拉伸区呈负电，即形成了局部静电偶极。区呈正电而拉伸区呈负电，即形成了局部静电偶极。研研究究表表明明，在在钢钢中中这这种种强强化化效效果果仅仅为为弹弹性性交交互互作作用用1/31/31/61/6，且不受温度影响。，且不受温度影响。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第63页化学交互作用与铃木气团化学交互作用与铃木气团 这这与与晶晶体体中中扩扩展展位位错错相相关关，因因为为层层错错能能与与化化学学成成份份相相关关，所所以以晶晶体体中中层层错错区区成成份份与与其其它它地地方方存存在在一一定定差差异异，这这种种成成份份偏偏聚聚也也会会造造成成位位错错运运动动受受阻阻，而而且且层层错错能能下下降降会会造造成成层层错错区区增增宽宽，这这也也会会产产生生强强化化作作用。用。化化学学交交互互作作用用引引发发固固溶溶强强化化效效果果，较较弹弹性性交交互互作作用用低低一一个个数数量量级级，但因为其不受温度影响，所以在高温形变中含有较主要作用。但因为其不受温度影响，所以在高温形变中含有较主要作用。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第64页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形 2 2）有序强化）有序强化 超结构超结构有序畴有序畴第65页二、多相合金塑性变形二、多相合金塑性变形9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形聚合型合金聚合型合金弥散型合金弥散型合金第66页 1 1、聚合型两相合金塑性变形、聚合型两相合金塑性变形 对对聚聚合合型型两两相相合合金金而而言言，假假如如两两个个相相都都含含有有塑塑性性，则则合合金金塑性变形决定于两相百分比：塑性变形决定于两相百分比：假如应变相等，则对一定应变时合金平均流变应力为：假如应变相等，则对一定应变时合金平均流变应力为：s sm m=f=f1 1s s1 1+f+f2 2s s2 2 假如应力相等，则对于一定应力时合金平均应变为：假如应力相等，则对于一定应力时合金平均应变为：m m=f=f1 1 1 1+f+f2 2 2 29.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第67页 2 2、弥散分布型合金塑性变形、弥散分布型合金塑性变形 当当第第二二相相以以弥弥散散分分布布形形式式存存在在时时，普普通通将将产产生生显显著著强强化化作作用。用。沉沉淀淀强强化化或或时时效效强强化化:强强化化相相颗颗粒粒经经过过过过饱饱和和固固溶溶体体时时效效处处理沉淀析出理沉淀析出 弥散强化弥散强化:借助粉末冶金或其它方法加入借助粉末冶金或其它方法加入9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第68页 1 1）不可变形颗粒强化作用）不可变形颗粒强化作用9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第69页依据位错理论，位错弯曲至半径依据位错理论，位错弯曲至半径R R时所需切应力为：时所需切应力为：而当而当R R为颗粒为颗粒间距间距二分之一时，所需切应力最小：二分之一时，所需切应力最小：这就是奥罗万（这就是奥罗万（OrowanOrowan）机制）机制9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第70页 2 2）可变形颗粒强化作用）可变形颗粒强化作用 当当第第二二相相颗颗粒粒为为可可变变形形颗颗粒粒时时，位位错错将将切切过过，此此时时强强化化作作用主要决定于粒子本身性质以及其与基体联络：用主要决定于粒子本身性质以及其与基体联络：9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第71页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形 位错切过颗粒后，在其表面产生位错切过颗粒后，在其表面产生b大小台阶，增加了颗粒与大小台阶，增加了颗粒与基体二者间界面，需要对应能量；基体二者间界面，需要对应能量；假如颗粒为有序结构，将在滑移面上产生反相畴界，从而造假如颗粒为有序结构，将在滑移面上产生反相畴界，从而造成有序强化；成有序强化；因为两相结构存在差异，所以当位错切过颗粒后，在滑移面因为两相结构存在差异，所以当位错切过颗粒后，在滑移面上造成原子错配，需要额外作功；上造成原子错配，需要额外作功；P-N力不一样造成阻力；力不一样造成阻力；颗粒周围存在弹性应力场（因为颗粒与基体比容差异，而且颗粒周围存在弹性应力场（因为颗粒与基体比容差异，而且颗粒与基体之间往往保持共格或半共格结合）与位错交互作用，颗粒与基体之间往往保持共格或半共格结合）与位错交互作用，对位错运动有妨碍作用；对位错运动有妨碍作用；第72页Al-1.6%Cu合金合金 9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第73页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第74页9.2.4 9.2.4 变形后组织与性能变形后组织与性能一、显微组织改变一、显微组织改变铜铜经经不不一一样样程程度度冷冷轧轧后后光光学学显微组织显微组织 30%,50%,99%（3000）9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第75页二、亚结构改变二、亚结构改变 位错密度：从退火位错密度：从退火10106 610101010/cm/cm2 2增至增至1010111110101212/cm/cm2 2。30%压缩率（压缩率（30000）50%压缩率（压缩率（30000）99%压缩率（压缩率（30000）9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形与层错能关系？与层错能关系？铜铜经经不不一一样样程程度度冷冷轧轧后后透透射射电电镜镜相相第76页三、性能改变三、性能改变 加工硬化；其它性能改变加工硬化；其它性能改变9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第77页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形单晶体应力应变曲单晶体应力应变曲线上三个经典阶段线上三个经典阶段第78页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形三种常见结构纯金属三种常见结构纯金属单晶体处于软取向时单晶体处于软取向时应力应变曲线应力应变曲线第79页四、形变织构（择优取向）四、形变织构（择优取向）形形变变织织构构：当当塑塑性性变变形形量量不不停停增增加加时时，多多晶晶体体中中原原本本取取向向随随机机各各个个晶晶粒粒因因为为转转动动会会逐逐步步调调整整到到其其取取向向趋趋于于一一致致，这这种种经经过过强强烈变形后多晶体材料形成了择优取向。烈变形后多晶体材料形成了择优取向。丝织构：丝织构：拉拉拔拔过过程程中中形形成成，其其主主要要特特征征是是各各晶晶粒粒某某一一晶晶向向趋趋向向于于与与拔丝方向平行，普通这种织构也就以相关方向表示。拔丝方向平行，普通这种织构也就以相关方向表示。如铝拉丝为如铝拉丝为织构，而冷拉铁丝为织构，而冷拉铁丝为织构；织构；板织构：板织构：板板织织构构主主要要是是在在轧轧板板时时形形成成，其其主主要要特特征征为为各各晶晶粒粒某某一一晶晶面面和和晶晶向向趋趋向向于于与与轧轧面面和和轧轧向向平平行行，普普通通这这种种织织构构也也就就以以相相关关面和方向表示。面和方向表示。如冷轧黄铜如冷轧黄铜110,110,织构。织构。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第80页9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第81页五、残余应力五、残余应力 起源：形变过程中残留在材料内部应力；起源：形变过程中残留在材料内部应力；实质：是材料内部各部分之间不均匀变形引发。实质：是材料内部各部分之间不均匀变形引发。类型：宏观、微观、点阵畸变类型：宏观、微观、点阵畸变 第一类内应力，又称宏观残余应力，作用范围工件尺度；第一类内应力，又称宏观残余应力，作用范围工件尺度；第二类内应力，又称微观残余应力，作用范围晶粒尺度；第二类内应力，又称微观残余应力，作用范围晶粒尺度；第第三三类类内内应应力力，又又称称点点阵阵畸畸变变，作作用用范范围围点点阵阵尺尺度度，因因为为在在形形变变过过程程中中形形成成了了大大量量点点阵阵缺缺点点所所致致，这这部部分分能能量量占占整整个个储储存能中绝大部分。存能中绝大部分。9.2 9.2 金属塑性变形金属塑性变形第82页9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第83页回回 复：新无畸变晶粒出现前所产生亚结构和性能改变复：新无畸变晶粒出现前所产生亚结构和性能改变 阶段，在金相显微镜中无显著改变；阶段，在金相显微镜中无显著改变；再再 结结 晶：无畸变等轴新晶粒逐步取代变形晶粒过程；晶：无畸变等轴新晶粒逐步取代变形晶粒过程；晶粒长大：再结晶结束后晶粒长大过程。晶粒长大：再结晶结束后晶粒长大过程。9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶一、组织改变一、组织改变第84页9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第85页二、回复和再结晶驱动力二、回复和再结晶驱动力 储存能是变形金属加热时发生回复与再结晶驱动力储存能是变形金属加热时发生回复与再结晶驱动力9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第86页 三、性能改变9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶三、性能改变三、性能改变第87页 9.3.19.3.1冷变形晶体回复冷变形晶体回复一、回复去应力作用一、回复去应力作用 在在回回复复阶阶段段，第第一一类类内内应应力力基基本本能能够够消消除除，造造成成加加工工硬硬化化第第三三类类内内应应力力改改变变极极少少，而而第第二二类类内内应应力力消消除除程程度度则则介介于于一一、三类内应力之间。三类内应力之间。去应力退火；去应力退火；例：弹壳黄铜应力腐蚀例：弹壳黄铜应力腐蚀9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第88页二、回复动力学9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶二、回复动力学二、回复动力学屈服应力回复率回回复复过过程程在在加加热热后后立立刻刻开开始始，没没有有孕育期；孕育期；回回复复开开始始速速率率很很大大，伴伴随随时时间间延延长长，逐逐步步降降低低，直直至至趋于零；趋于零；加加热热温温度度越越高高，最最终终回回复复程程度度也也越越高；高；变变形形量量越越大大，初初始始晶晶粒粒尺尺寸寸越越小小，都都有有利利于于加加紧紧回回复速率。复速率。第89页三、回复机制三、回复机制（1 1）低温）低温回复回复（0.10.3Tm）因因温温度度较较低低，原原子子活活动动能能力力有有限限，普普通通局局限限于于点点缺缺点点运运动动，经经过过空空位位迁迁移移至至晶晶界界、位位错错或或与与间间隙隙原原子子结结合合而而消消失失，使使冷冷变变形过程中形成过饱和空位浓度下降形过程中形成过饱和空位浓度下降。9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶点缺点运动点缺点运动（空位）（空位）移至晶界、位错处移至晶界、位错处空位空位间隙原子间隙原子空位聚集（空位群、对）空位聚集（空位群、对）消失消失缺点密度降低缺点密度降低第90页（2 2）中温）中温回复回复（0.30.5Tm）原原子子活活动动能能力力增增强强，位位错错也也被被激激活活，在在内内应应力力作作用用下下开始滑移，部分异号位错发生抵消，密度略有降低开始滑移，部分异号位错发生抵消，密度略有降低。位错滑移位错滑移异号位错相遇而抵销异号位错相遇而抵销位错缠结重新排列位错缠结重新排列亚晶粒长大亚晶粒长大位错密度降低位错密度降低第91页（3 3）高温）高温回复回复（0.5Tm）变变形形金金属属回回复复机机制制主主要要与与位位错错攀攀移移运运动动相相关关，最最终终经经过过滑滑移移和和攀攀移移使使得得位位错错从从同同一一滑滑移移面面变变为为在在不不一一样样滑滑移移面面上竖直排列位错墙，以降低总上竖直排列位错墙，以降低总畸变能畸变能.（3）高温回复（高温回复（0.5Tm）位错攀移位错攀移（滑移）（滑移）位错垂直排列（亚晶界）位错垂直排列（亚晶界）多边化（亚晶粒）多边化（亚晶粒）弹性畸变能降低。弹性畸变能降低。第92页回复过程中位错攀移与滑移回复过程中位错攀移与滑移9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第93页位错在多边化过程中重新分布位错在多边化过程中重新分布 9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第94页 9.3.29.3.2冷变形金属再结晶冷变形金属再结晶一、再结晶晶核形成与长大一、再结晶晶核形成与长大(与相变相区分）与相变相区分）(1)(1)晶界弓出形核机制晶界弓出形核机制 对对于于变变形形程程度度较较小小金金属属（普普通通小小于于20%20%），再再结结晶晶晶晶核核往往往往采取弓出形核机制生成。采取弓出形核机制生成。9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第95页弓出方式形核条件弓出方式形核条件对球面：对球面：若若晶晶界界弓弓出出段段两两端端a a、b b固固定定，且且 值值恒恒定定，则则开开始始阶阶段段随随abab弓弓出出弯弯曲曲，r r逐逐步步减减小小、G G值值增增大大。当当r r到到达达最最小小值值(r(rab/2ab/2L)L)时时，G G将将到到达达最最大大值值。今今后后，若若继继续续弓弓出出，因因为为r r增增大大而而 G G减减小小，于于是是，晶晶界界将将自自发发地地向向前前推推移移。所所以以，一一段段长长为为2L2L晶晶界界，其弓出形核能量条件为其弓出形核能量条件为 G 0G 70%70%）金金属属，在在1h1h完完成成再再结结晶晶体体积积分分数数95%95%所对应温度。所对应温度。试试验验表表明明，对对许许多多工工业业纯纯金金属属而而言言，在在上上述述条条件件下下，再再结结晶晶温度温度T TR R与其熔点与其熔点TmTm间有以下关系：间有以下关系：T TR R(0.35-0.45)Tm(0.35-0.45)Tm。在实际应用中在实际应用中，退火，退火温度要比再结晶温度高些。温度要比再结晶温度高些。9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第101页三、影响再结晶温度原因三、影响再结晶温度原因（1 1）变形程度）变形程度9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第102页 （2 2）原始晶粒尺寸）原始晶粒尺寸 原原始始晶晶粒粒越越小小，则则因因为为晶晶界界较较多多，其其变变形形抗抗力力愈愈大大，形形变变后后储储存存能能较较高高，所所以以再再结结晶晶温温度度降降低低。另另外外，再再结结晶晶形形核核通通常常是是在在原原晶晶粒粒边边界界处处发发生生，所所以以原原始始晶晶粒粒尺尺寸寸愈愈小小，所所形形成成再再结结晶晶粒更小，而再结晶温度也降低。晶晶粒更小，而再结晶温度也降低。（3 3）微量溶质原子）微量溶质原子9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第103页 （4 4）第二相颗粒）第二相颗粒 多多数数情情况况下下，合合金金中中第第二二相相为为硬硬脆脆化化合合物物，在在冷冷变变形形过过程程中中，普普通通不不考考虑虑其其变变形形，所所以以合合金金再再结结晶晶也也主主要要发发生生在在基基体体上上，这这些些第第二二相相颗颗粒粒对对基基体体再再结结晶晶影影响响主主要要由由第第二二相相尺尺寸寸和和分分布布决决定。定。当当第第二二相相颗颗粒粒较较粗粗时时，变变形形时时位位错错会会绕绕过过颗颗粒粒，并并在在颗颗粒粒周周围围留留下下位位错错环环，或或塞塞积积在在颗颗粒粒附附近近，从从而而造造成成颗颗粒粒周周围围畸畸变变严重，所以会促进再结晶，降低再结晶温度；严重，所以会促进再结晶，降低再结晶温度；当当第第二二相相颗颗粒粒细细小小，分分布布均均匀匀时时，不不会会使使位位错错发发生生显显著著聚聚集集，所所以以对对再再结结晶晶形形核核作作用用不不大大，相相反反，其其对对再再结结晶晶晶晶核核长长大大过过程程中中位位错错运运动动和和晶晶界界迁迁移移起起一一个个妨妨碍碍作作用用，所所以以使使得得再再结结晶晶过程愈加困难，提升再结晶温度。过程愈加困难，提升再结晶温度。9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第104页四、再结晶后晶粒大小四、再结晶后晶粒大小 再结晶后晶粒尺寸符合约翰逊梅厄方程：再结晶后晶粒尺寸符合约翰逊梅厄方程：1 1、变形度影响、变形度影响9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第105页2 2、再结晶退火温度影响、再结晶退火温度影响9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第106页（3）原始晶粒大小晶界附近区域形变情况比较复杂，因而这些区域局部储存能较高，使晶核易于形成。细晶粒金属晶界面积大，所以储存能高区域多，形成再结晶核心也多，故使再结晶后晶粒尺寸减小。（4）杂质金属中杂质存在可提高强度，所以在一样形变量下，杂质将增大冷形变金属中储存能，从而使再结晶时u/I值减小。其次，杂质对降低界面迁移能力是极为有效，这就是说，它会降低再结晶完成后晶粒长大速率。所以，金属中杂质将会使再结晶后晶粒变小。9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第107页9.3.39.3.3再结晶后晶粒长大再结晶后晶粒长大正常长大：大多数晶粒长大速率相差不多，几乎是均匀长大；正常长大：大多数晶粒长大速率相差不多，几乎是均匀长大；异常长大：少数晶粒突发性不均匀长大，也称二次再结晶。异常长大：少数晶粒突发性不均匀长大，也称二次再结晶。一、晶粒正常长大一、晶粒正常长大（1 1）长大方式）长大方式 再再结结晶晶完完成成后后，新新等等轴轴晶晶已已完完全全接接触触，形形变变储储存存能能已已完完全全释释放放，但但在在继继续续保保温温或或升升高高温温度度情情况况下下长长大大是是依依靠靠大大角角度度晶晶界界移动并吞食其它晶粒实现。移动并吞食其它晶粒实现。（2 2）长大驱动力）长大驱动力 晶晶粒粒长长大大过过程程实实际际上上就就是是一一个个晶晶界界迁迁移移过过程程，从从宏宏观观上上来来看看，晶晶粒粒长长大大驱驱动动力力是是界界面面能能降降低低，而而从从晶晶粒粒尺尺度度来来看看，驱驱动动力力主主要要是是因因为为晶晶界界界界面面曲曲率率所所造造成成。有有时时也也将将晶晶粒粒长长大大称称之之为为粗化。粗化。9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第108页二、二次再结晶（异常晶粒长大）二、二次再结晶（异常晶粒长大）Mg-3Al-0.8ZnMg-3Al-0.8Zn合金退火组织合金退火组织a a 正常再结晶，正常再结晶，b b 晶粒长大，晶粒长大，c c 二次再结晶二次再结晶 9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第109页二次再结晶普通规律：二次再结晶普通规律：二二次次再再结结晶晶中中形形成成大大晶晶粒粒不不是是重重新新形形核核后后长长大大，它它们们是是首首次次再结晶中形成一些特殊晶粒继续长大。再结晶中形成一些特殊晶粒继续长大。开开始始时时长长大大得得很很慢慢，只只是是在在长长大大到到某某一一临临界界尺尺寸寸以以后后才才快快速速长大。能够认为在二次再结晶开始之前，有一个孕育期。长大。能够认为在二次再结晶开始之前，有一个孕育期。二二次次再再结结晶晶完完成成以以后后，有有时时也也有有显显著著织织构构。这这种种织织构构总总是是和和首次再结晶得到织构显著地不一样。首次再结晶得到织构显著地不一样。要要发发生生二二次次再再结结晶晶，加加热热温温度度必必须须在在某某一一温温度度以以上上。通通常常最最大大晶晶粒粒尺尺寸寸是是在在加加热热温温度度刚刚才才超超出出这这一一温温度度时时得得到到。当当加加热热温温度更高时，得到二次再结晶晶粒尺寸反而较小。度更高时，得到二次再结晶晶粒尺寸反而较小。和正常晶粒长大一样，二次再结晶助驱动力也是晶界能。和正常晶粒长大一样，二次再结晶助驱动力也是晶界能。晶晶粒粒异异常常长长大大普普通通是是在在晶晶粒粒正正常常长长大大过过程程被被分分散散相相粒粒子子、织构或表面热蚀沟等强烈妨碍情况下发生。织构或表面热蚀沟等强烈妨碍情况下发生。9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第110页晶界影响晶界影响-热蚀沟热蚀沟9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第111页 颗粒相影响颗粒相影响-Fe-3Fe-3SiSi合金冷合金冷轧退火晶粒尺寸轧退火晶粒尺寸改变情况改变情况无MnS含MnS9.3 9.3 回复与再结晶回复与再结晶第112页9.3.4 9.3.4 再结晶织构与退火孪晶再结晶织构与退火孪晶一、再结晶织构一、再结晶织构 定定 义：在再结晶后组织中形成择优取向义：在再结晶后组织中形成择优取向 两种观点：择优形核理论和择优长大理论两种观点：择优形核理论和择优长大理论 择择优优形形核核：当当变变形形量量较较大大金金属属组组织织存存在在变变形形织织构构时时，因因为为各各亚亚晶晶位位向向相相近近，而而使使再再结结晶晶形形核核含含有有择择优优取取向向，并并经经长长大大形形成成与与原原有织构相一致再结晶织构有织构相一致再结晶织构 择择优优长长大大：再再结结晶晶晶晶核核取取向向大大都都无无规规则则，只只有有一一些些含含有有特特殊殊位位向向晶晶核核才才可可能能快快速速向向变变形形基基体体中中长长大大，即即形形成成了了再再结结晶晶织织构构。这这是是因因为为晶晶界界迁迁移移速速度度与与晶晶界界两两侧侧晶晶粒粒位位向向差差相相关关。当当基基体体存存在在变变形形织织构构时时，大大多多数数晶晶粒粒取取向向相相近近，不不易易长长大大。只只有有与与变变形形织织构构呈呈特殊位向关