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1、第八章第八章第八章第八章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂材料的变形与断裂材料的变形与断裂金属变形概述金属变形概述金属的弹性变形金属的弹性变形滑移与孪晶变形滑移与孪晶变形单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形概述概述多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形纯金属的变形强化纯金属的变形强化合金的变形与强化合金的变形与强化冷变形金属的组织与性能冷变形金属的组织与性能冷变形金属的回复阶段冷变形金属的回复阶段冷变形金属的再结晶冷变形金属的再结晶金属的热变形、蠕变与超塑性金属的热变形、蠕变与超塑性陶瓷晶体的变形陶瓷晶体的变形高分子材料的变形高分子材料的变形后退后退金属的断裂金属的断裂材料的变形材料的变形单晶体的塑性变
2、形单晶体的塑性变形单单系滑移、多系滑移、交滑移系滑移、多系滑移、交滑移弹性变形：弹性变形：E,实质，原子结合力大，实质，原子结合力大，熔点高，则熔点高，则E越大越大塑性变形塑性变形滑移：晶体滑移系滑移：晶体滑移系孪生：孪生：滑移面滑移面滑移方向滑移方向孪生面孪生面孪生方向孪生方向概概 述述下页下页后退后退返回返回第一节第一节 金属变形概述金属变形概述下页下页后退后退 金属材料的一个重要特点是在具有高强度的同时还具金属材料的一个重要特点是在具有高强度的同时还具有优良的塑性，也就是说在高温和常压下，金属材料可以有优良的塑性，也就是说在高温和常压下，金属材料可以在外力作用下改变形状而不破坏，从而具有
3、优越的加工成在外力作用下改变形状而不破坏，从而具有优越的加工成型性能。同时在塑性变形的过程中，金属内部的组织和亚型性能。同时在塑性变形的过程中，金属内部的组织和亚结构发生着一系列的变化，导致其强度、韧性等力学性能结构发生着一系列的变化，导致其强度、韧性等力学性能的变化。的变化。金属的塑性和强度是两个十分重要的概念。屈服强度金属的塑性和强度是两个十分重要的概念。屈服强度就是指材料抵抗塑性变形的能力。就是指材料抵抗塑性变形的能力。金属在外力作用下的行为可通过应力金属在外力作用下的行为可通过应力-应变曲线来描应变曲线来描述，一般分为三个阶段：述，一般分为三个阶段：（1）弹性变形：去除应力后，形变完全
4、恢复，在弹性范）弹性变形：去除应力后，形变完全恢复，在弹性范围中，材料服从虎克定律。围中，材料服从虎克定律。（2）塑性变形：去除应力后，形变不能完全恢复，留有）塑性变形：去除应力后，形变不能完全恢复，留有部分永久变形，即金属中的部分原子离开原平衡位置，产部分永久变形，即金属中的部分原子离开原平衡位置，产生永久位移。生永久位移。（3）断裂。）断裂。金属中的塑性变形可通过如下几种方式来完成：金属中的塑性变形可通过如下几种方式来完成：滑移；滑移；孪生；孪生；晶界滑动；晶界滑动；扩散性蠕变。扩散性蠕变。后后退退下页下页返回返回第二节第二节 金属的弹性变形金属的弹性变形弹变特点弹变特点单值性单值性：可逆
5、性可逆性变形量小变形量小E在正应力下在正应力下=E，在在切应力下切应力下=G G=2(1+)后后退退下页下页 弹性模量弹性模量E、G是一重要的物理是一重要的物理的和力学的参量。的和力学的参量。弹性模量是原子间结合力的反弹性模量是原子间结合力的反映和度量。所以它是一个对组织不敏映和度量。所以它是一个对组织不敏感的性能指标。感的性能指标。E越大，则弹性变形越大，则弹性变形越难。越难。它在工程技术上标示材料的刚它在工程技术上标示材料的刚度。度。后后退退下页下页返回返回第三节第三节 滑移与孪晶变形滑移与孪晶变形一、滑移机制一、滑移机制滑移是位错在切应力作用下运动的结果。滑移是位错在切应力作用下运动的结
6、果。滑移都是沿着滑移面和该面上的滑移方滑移都是沿着滑移面和该面上的滑移方向进行。向进行。滑移的位错机制滑移的位错机制后后退退下页下页1）a越大，即原子面间距大，越大，即原子面间距大，越小，越小，表示点阵阻力小，说明原子面间距越大，表示点阵阻力小，说明原子面间距越大，位错运动阻力小，而位错运动阻力小，而a增大的面即原子最密增大的面即原子最密排面。排面。2），即说明原子排列越，即说明原子排列越紧密，其位错运动阻力小。紧密，其位错运动阻力小。后后退退下页下页3）fcc及沿基面及沿基面0001滑移的滑移的hcp,其其 最低，沿最低，沿 及及 滑移滑移的的hcp的的 增高；增高；bcc的的 随温随温度降
7、低而急剧增高度降低而急剧增高。4）大小本质上取决于晶体结构和键的方向性。大小本质上取决于晶体结构和键的方向性。5）大小顺序：大小顺序：fccbcc和沿楞柱面滑移的和沿楞柱面滑移的fcp共价键或离子键晶体共价键或离子键晶体6)当活动滑移系上的分切应力超过临界值，也就是说当活动滑移系上的分切应力超过临界值，也就是说足以克服派足以克服派-纳力时，位错开始滑动，即开始产生滑纳力时，位错开始滑动，即开始产生滑移。移。后后退退下页下页 当滑移不断进行时，试样中的晶面会发当滑移不断进行时，试样中的晶面会发生偏转，将出现两个相交的滑移系同时滑动，生偏转，将出现两个相交的滑移系同时滑动，显然两个不同滑移系上的位
8、错将产生相互的显然两个不同滑移系上的位错将产生相互的作用，这些作用可能有几种形式：作用，这些作用可能有几种形式：（1）位错相互交割，可能形成割阶，而螺）位错相互交割，可能形成割阶，而螺位错的割阶是不可动的从而限制了某些位错位错的割阶是不可动的从而限制了某些位错的可动性，并形成位错网络。的可动性，并形成位错网络。（2）许多位错的相互交割，形成更复杂的）许多位错的相互交割，形成更复杂的位错缠结。位错缠结。二、滑移面及滑移方向二、滑移面及滑移方向为什么滑移面都是原子最密排面，滑移方为什么滑移面都是原子最密排面，滑移方向都是最密排方向？向都是最密排方向？（3）在不同滑移面的交线上，通过位错反）在不同滑
9、移面的交线上，通过位错反应形成固定位错，在被定扎的位错后面产生应形成固定位错，在被定扎的位错后面产生位错的塞积，它将阻碍后续位错的继续运动。位错的塞积，它将阻碍后续位错的继续运动。后后退退下页下页晶格点晶格点阵类型阵类型 滑移面滑移面 滑移方向滑移方向 滑移系滑移系 fcc 12个个 bcc 48个个 hcp 3个个三种典型金属的滑移面及滑移方向三种典型金属的滑移面及滑移方向后后退退下页下页后后退退下页下页后后退退下页下页三、孪晶变形三、孪晶变形孪晶变形特点：孪晶变形特点：1.孪晶变形有镜面对称的孪晶，孪晶也沿孪晶变形有镜面对称的孪晶，孪晶也沿一定的孪晶面及晶向方向，如：一定的孪晶面及晶向方向
10、，如：fcc中中,孪孪晶面（晶面（111），孪晶方向），孪晶方向 ;2.孪晶中原子移动受严格限制，同一晶面孪晶中原子移动受严格限制，同一晶面原子移动距离相等；原子移动距离相等；3.孪晶变形速度很快，形变过程与声波在孪晶变形速度很快，形变过程与声波在晶体中的传播速度相近；晶体中的传播速度相近；4.孪晶变形量很小，但由于孪晶造成位向孪晶变形量很小，但由于孪晶造成位向改变，故孪晶发生后可能有利于滑移；改变，故孪晶发生后可能有利于滑移；211后后退退下页下页面心立方晶体的孪生变形面心立方晶体的孪生变形后后退退下页下页(1)一部分晶体沿滑移面相一部分晶体沿滑移面相对于另一部分晶体作切变对于另一部分晶体作
11、切变,切变时原子移动的距离是切变时原子移动的距离是滑移方向原子间距的整数滑移方向原子间距的整数倍。倍。(2)孪晶面两边晶体的位孪晶面两边晶体的位相不同，成镜向对称。相不同，成镜向对称。(2)滑移面两边晶体的位相滑移面两边晶体的位相不变。不变。(1)一部分晶体沿孪晶面一部分晶体沿孪晶面相对于另一部分晶体作切相对于另一部分晶体作切变变,切变时原子移动的距切变时原子移动的距离不是滑移方向原子间距离不是滑移方向原子间距的整数倍。的整数倍。孪晶孪晶 滑移滑移孪晶与滑移的区别孪晶与滑移的区别后后退退下页下页(4)孪晶是一种均匀切变，孪晶是一种均匀切变，而在切变区内与孪晶面平而在切变区内与孪晶面平行的每一层
12、原子面均相对行的每一层原子面均相对于其相邻晶面沿孪生方向于其相邻晶面沿孪生方向位移了一定距离。位移了一定距离。(4)滑移面是一种不均匀的滑移面是一种不均匀的切变，它只集中在某一些切变，它只集中在某一些晶面上大量进行，而各滑晶面上大量进行，而各滑移带之间的晶体并未发生移带之间的晶体并未发生滑移。滑移。(3)由于改变了晶体的位由于改变了晶体的位向，因而孪晶经抛光和侵向，因而孪晶经抛光和侵蚀后仍能重线。蚀后仍能重线。(3)滑移所造成的台阶经抛滑移所造成的台阶经抛光后，即使再侵蚀也不会光后，即使再侵蚀也不会重现。重现。孪晶孪晶 滑移滑移孪生与滑移的区别孪生与滑移的区别(续续)后后退退下页下页（6）孪晶
13、的应力应变曲）孪晶的应力应变曲线将产生锯齿形变化线将产生锯齿形变化（6）滑移的应力应变曲线）滑移的应力应变曲线比较平滑比较平滑（5）而发生孪晶后，在）而发生孪晶后，在晶体内部将出现孪晶和孪晶体内部将出现孪晶和孪晶界。晶界。（5）滑移过后，除了不全）滑移过后，除了不全位错运动会在滑移面上造位错运动会在滑移面上造成层错外，一般在滑移面成层错外，一般在滑移面上不留下任何痕迹上不留下任何痕迹 孪晶孪晶 滑移滑移孪生与滑移的区别孪生与滑移的区别(续续)后后退退下页下页返回返回第四节第四节 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 对于单晶体而言，其塑性变形中，滑对于单晶体而言，其塑性变形中，滑移是位错在切应力作
14、用下滑移面及滑移方移是位错在切应力作用下滑移面及滑移方向进行，其滑移必须满足临界分切应力定向进行，其滑移必须满足临界分切应力定律，即律，即一、施密特定律一、施密特定律图图8-10后后退退下页下页 即当在滑移面的滑移方向上，分切应力即当在滑移面的滑移方向上，分切应力达到某一临界值达到某一临界值 时，晶体就开始屈服时，晶体就开始屈服 ，位错就开始滑移。，位错就开始滑移。滑移面方向与外力夹角滑移面方向与外力夹角 滑移面法线方向与外力夹角滑移面法线方向与外力夹角后后退退下页下页后后退退下页下页例题例题如在如在面心立方晶胞面心立方晶胞001上施加一上施加一69MPa的应力，试求滑移系的应力，试求滑移系(
15、111)上的分应力。上的分应力。后后退退下页下页由由施密特定律施密特定律解：确定该滑移系对拉力轴的相对取向，解：确定该滑移系对拉力轴的相对取向，先画出上图。可以看出，滑移方向和拉先画出上图。可以看出，滑移方向和拉力轴的夹角力轴的夹角 ,，滑移，滑移面的法线和拉力轴的夹角为面的法线和拉力轴的夹角为 ，后后退退下页下页二、单滑移、多滑移、交滑移二、单滑移、多滑移、交滑移单滑移单滑移：当只有一个滑移系统上的分：当只有一个滑移系统上的分切应力最大并达到切应力最大并达到 时，只发生单滑时，只发生单滑移，其位错在滑移过程中不会与其它位移，其位错在滑移过程中不会与其它位错交互作用，故加工硬化很弱。错交互作用
16、，故加工硬化很弱。多滑移多滑移：当有几个滑移系统上的分切应：当有几个滑移系统上的分切应力最大并达到力最大并达到 时，就发生多滑移。比时，就发生多滑移。比如如fcc中，中，111为滑移面为滑移面,为滑移为滑移后后退退下页下页方向方向,4个个111面构成八面体面构成八面体,当拉当拉力轴为力轴为001时时,就有就有8个滑移系具有个滑移系具有相同的施密特因子，故可同时达到相同的施密特因子，故可同时达到,同时动作。同时动作。交滑移交滑移：当螺位错在某一滑移面：当螺位错在某一滑移面上运动受阻，会转到另一滑移面上上运动受阻，会转到另一滑移面上继续滑移，滑移方向不变。继续滑移，滑移方向不变。后后退退下页下页扩
17、展位错的交滑移扩展位错的交滑移：首先扩展位错会：首先扩展位错会先束集，然后交滑移到另一滑移面，再先束集，然后交滑移到另一滑移面，再分解为两个不完美位错，中间夹一层错；分解为两个不完美位错，中间夹一层错；层错能大，则层错能大，则d d减小，扩展位错易于交滑减小，扩展位错易于交滑移。移。螺位错的交滑移螺位错的交滑移扩展位错的交滑移扩展位错的交滑移后后退退下页下页返回返回返回返回第五节第五节 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形晶界：晶粒越多，晶界越多，位错运动晶界：晶粒越多，晶界越多，位错运动阻力越大。阻力越大。晶粒位向差：位向差越大，则位错运动晶粒位向差：位向差越大，则位错运动阻力越大。阻力越大。为
18、了满足多晶体变形协调，至少应有为了满足多晶体变形协调，至少应有5个独立的滑移系动作。个独立的滑移系动作。下页下页后退后退一、晶界和晶体位向对塑性变形的影响一、晶界和晶体位向对塑性变形的影响为什么晶粒越细，材料为什么晶粒越细，材料的强度、硬度增大，塑的强度、硬度增大，塑性、韧性下降？性、韧性下降？二、晶粒大小对材料强度与塑性的影响二、晶粒大小对材料强度与塑性的影响（细晶强化）（细晶强化）后退后退 下页下页晶粒小晶粒小晶界多晶界多位错运动阻力位错运动阻力强度强度晶粒小晶粒小塑变分散在较多的晶粒上，塑变分散在较多的晶粒上，不易造成应力集中，断裂前不易造成应力集中，断裂前有较大塑变量。有较大塑变量。下
19、页下页后退后退返回返回第六节第六节 纯金属的变形强化纯金属的变形强化一、位错的交割一、位错的交割两位错交叉通过的行为，即为位错交割。两位错交叉通过的行为，即为位错交割。扭折：扭折：交割形成的位错台阶仍在原滑移面交割形成的位错台阶仍在原滑移面 上。扭折的形成有利于提高位错的易动性，上。扭折的形成有利于提高位错的易动性，扭折一般不阻碍位错的滑移。扭折一般不阻碍位错的滑移。割阶：割阶：交割形成的位错滑移面不在原滑移面交割形成的位错滑移面不在原滑移面上上可动割阶可动割阶不可动割阶不可动割阶下页下页后退后退可动割阶可动割阶不可动割阶不可动割阶当割阶的滑移方向与原位错滑移方当割阶的滑移方向与原位错滑移方向
20、一致时，可随原位错一起滑移，向一致时，可随原位错一起滑移，只增加位错运动的阻力，并不防碍只增加位错运动的阻力，并不防碍位错的滑移。位错的滑移。当割阶的滑移方向与原位错滑移方当割阶的滑移方向与原位错滑移方向不一致时，不能随原位错一起滑向不一致时，不能随原位错一起滑移，明显增加位错运动的阻力，甚移，明显增加位错运动的阻力，甚至对位错起钉扎作用。至对位错起钉扎作用。下页下页后退后退不论原位错属于什么类型，割阶的最终不论原位错属于什么类型，割阶的最终状态一定是刃型位错。状态一定是刃型位错。刃位错被交割所产生的刃位错被交割所产生的割阶割阶最终一定是最终一定是可动割阶可动割阶螺位错被交割所产生的割阶最终一
21、定是螺位错被交割所产生的割阶最终一定是不可动割阶不可动割阶位错交割位错交割下页下页后退后退认真理解扭折与割阶的概念极其形认真理解扭折与割阶的概念极其形成过程。成过程。问题 由于位错交割形成割阶，造成位错运动由于位错交割形成割阶，造成位错运动增大，故强度提高。增大，故强度提高。后退后退 下页下页二、位错反应二、位错反应 两个滑移面上的位错相遇，在一定条两个滑移面上的位错相遇，在一定条件下可发生位错反应，形成一个不动位错。件下可发生位错反应，形成一个不动位错。在面心立方金属中，一个全位错可分在面心立方金属中，一个全位错可分为两个不全为两个不全 位错，中间夹一层错。位错，中间夹一层错。两组不全位错在
22、两滑移面的两组不全位错在两滑移面的 交线上交线上相遇，形成一不动位错（又称梯杆位错）。相遇，形成一不动位错（又称梯杆位错）。它象一个压杆，压在两个滑移面上，使得它象一个压杆，压在两个滑移面上，使得另两个肖克莱位错也难以运动，这种位错另两个肖克莱位错也难以运动，这种位错结合，称为洛麦尔结合，称为洛麦尔-柯垂尔锁。柯垂尔锁。下页下页后退后退 由于两滑移面的交割方向为由于两滑移面的交割方向为 ，而位错的，而位错的 ，为韧位错，为韧位错，其滑移面应为组成，故该位错的滑移面为其滑移面应为组成，故该位错的滑移面为(001),并不是并不是fcc的滑移面，故为不动位错，的滑移面，故为不动位错，由于位错由于位错
23、 为不动位错，造成其为不动位错，造成其运动阻力增大，故强度增大。运动阻力增大，故强度增大。0110116ab=三、位错的增殖三、位错的增殖1.F-R源源作用于弯曲位错线上的外加切应力：作用于弯曲位错线上的外加切应力：R位错线弯曲半径位错线弯曲半径下页下页后退后退图图8-18图图8-19CD位错两端被钉扎，位错两端被钉扎，当其受切应力作用时当其受切应力作用时,会发生弯曲由前面所介会发生弯曲由前面所介绍的知识绍的知识,弯曲严重两弯曲严重两处位错必为异号位错处位错必为异号位错,相互抵消相互抵消,使位错线形使位错线形成了位错环而扫出晶体，成了位错环而扫出晶体，CD位错在线张力的作位错在线张力的作用下拉
24、直继续重复该过用下拉直继续重复该过程，直到受阻而停止。程，直到受阻而停止。下页下页后退后退？1）为什么）为什么CD位错线会弯曲，且形成位错线会弯曲，且形成位错环？位错环？2）位错环不断放出，是否满足能量）位错环不断放出，是否满足能量守恒？守恒？3）为什么）为什么F-R源会使材料强度增大源会使材料强度增大？4）金属强化的本质是什么？）金属强化的本质是什么？下页下页后退后退2.双交滑移机制双交滑移机制图图8-21 体心立方铁的双交滑移体心立方铁的双交滑移(110)CE(101)ESEABE(110)S后退后退 下页下页返回返回第七节第七节 合金的变形与强化合金的变形与强化一、单相合金的变形与强化一
25、、单相合金的变形与强化？固溶强化机理是什么？固溶强化机理是什么？思思路路溶质原子偏聚到位错周围形成柯氏气团使位错溶质原子偏聚到位错周围形成柯氏气团使位错被钉扎，位错运动必须甩脱柯氏气团，使材料被钉扎，位错运动必须甩脱柯氏气团，使材料强度提高。强度提高。下页下页后退后退 固溶强化：合金在形成单相固溶体后，固溶强化：合金在形成单相固溶体后，变形时的临界切应力都高于纯金属。变形时的临界切应力都高于纯金属。二、低碳钢的屈服和应变时效二、低碳钢的屈服和应变时效下页下页后退后退例题例题试求退火钢中形成饱和柯氏气团试求退火钢中形成饱和柯氏气团的碳浓度。的碳浓度。A=解解:(1)退火碳钢中的位错密度为退火碳钢
26、中的位错密度为 ，即在，即在 的的体积中有体积中有 长的位错线。长的位错线。(2)的点阵常数的点阵常数 ，每一晶胞中有，每一晶胞中有2个铁原子，故个铁原子，故 体积内的铁原子数为：体积内的铁原子数为：86.2a(3)1cm长的位错线上铁原子数为：长的位错线上铁原子数为：下页下页后退后退因位错线长为因位错线长为 ，故位错线上总的铁原子数为，故位错线上总的铁原子数为(4)偏聚于位错线下方的碳原子总数为：偏聚于位错线下方的碳原子总数为：故形成饱和柯氏气团的碳浓度为故形成饱和柯氏气团的碳浓度为 ，即：，即：下页下页后退后退三、第二相对合金变形的影响三、第二相对合金变形的影响？1.弥散强化机理？弥散强化
27、机理？第二相不会变形：饶过机制第二相不会变形：饶过机制 第二相变形：切过机制第二相变形：切过机制2.切过与绕过机制为什么使合金强化？切过与绕过机制为什么使合金强化？图图8-27图图8-26思考思考下页下页后退后退返回返回1.可变形颗粒之强化作用可变形颗粒之强化作用 当位错扫过滑移面所遇颗粒为可当位错扫过滑移面所遇颗粒为可变形时，该颗粒就会发生变形，即滑移面变形时，该颗粒就会发生变形，即滑移面上下错动了一个原子间距，这可能产生一上下错动了一个原子间距，这可能产生一系列使体系能量增高的结果。系列使体系能量增高的结果。1）切应力颗粒部分与基体晶体相接，）切应力颗粒部分与基体晶体相接，因为常数不同，故
28、产生一部分错排能。因为常数不同，故产生一部分错排能。2）增加了相界面积，故界面能增加。）增加了相界面积，故界面能增加。图图8-26下页下页后退后退 3）若颗粒为有序结构，破坏有序结）若颗粒为有序结构，破坏有序结构后产生反相畴界，故增加一部分反相畴构后产生反相畴界，故增加一部分反相畴界能。界能。4）造成粒子周围应力场与位错应力）造成粒子周围应力场与位错应力场作用，阻碍位错运动。场作用，阻碍位错运动。位错切过颗粒周围是能量上升过程，位错切过颗粒周围是能量上升过程，因而位错扫过该颗粒是一个克服阻力做功因而位错扫过该颗粒是一个克服阻力做功过程，因而使位错滑移困难，塑变不易进过程，因而使位错滑移困难，塑
29、变不易进行，合金强化。行，合金强化。后退后退 下页下页2.不可变形颗粒之强化机制不可变形颗粒之强化机制 图图8-27，当位错扫过滑移面所遇颗粒当位错扫过滑移面所遇颗粒为不可变形时，位错会绕过该颗粒，继续为不可变形时，位错会绕过该颗粒，继续运动。运动。位错绕过颗粒时就会发生弯曲，弯曲位错绕过颗粒时就会发生弯曲，弯曲严重时，使位错两端相遇，为异号位错抵严重时，使位错两端相遇，为异号位错抵消，位错继续向前运动而留下一个位错环。消，位错继续向前运动而留下一个位错环。由于使位错发生弯曲是一个使位错伸由于使位错发生弯曲是一个使位错伸长，因而能量增高，即使位错运动困难，长，因而能量增高，即使位错运动困难，故
30、合金就被强化。故合金就被强化。下页下页后退后退返回返回第八节第八节 冷变形金属的组织与性能冷变形金属的组织与性能一、冷变形金属的力学性能一、冷变形金属的力学性能 金属的冷变形如金属经冷轧薄板、拉金属的冷变形如金属经冷轧薄板、拉丝和深冲零件等。随着变形的增加，金属丝和深冲零件等。随着变形的增加，金属的屈服强度和抗拉强度在不断提高，特别的屈服强度和抗拉强度在不断提高，特别是屈服强度升高很快，导致屈强比增大，是屈服强度升高很快，导致屈强比增大，塑性降低。塑性降低。二、冷变形金属的组织二、冷变形金属的组织 经拉拔和冷轧后晶粒沿着拉拔和轧制经拉拔和冷轧后晶粒沿着拉拔和轧制方向伸长。方向伸长。后退后退 下
31、页下页 变形量很大时，晶界变得模糊不清。变形量很大时，晶界变得模糊不清。在变形很强时，对层错能高的或较高在变形很强时，对层错能高的或较高的金属如铁铝和铜，由于大量的位错增殖的金属如铁铝和铜，由于大量的位错增殖和易于交滑移，可形成明显的位错胞状结和易于交滑移，可形成明显的位错胞状结构。在位错胞的内部，位错密度很低，大构。在位错胞的内部，位错密度很低，大量的位错都缠结在位错胞壁。量的位错都缠结在位错胞壁。三、形变织构三、形变织构 原来的各个晶粒是任意取向的，现在原来的各个晶粒是任意取向的，现在由于晶粒的转动使各个晶粒的取向趋于一由于晶粒的转动使各个晶粒的取向趋于一致，这就形成了晶体的择优取向，把它
32、称致，这就形成了晶体的择优取向，把它称为形变织构。为形变织构。下页下页后退后退 形变织构的形成会使材料具有强烈的形变织构的形成会使材料具有强烈的各向异性。各向异性。四、残余应力（四、残余应力（残余应力的分类残余应力的分类）金属冷变形时，由于各部分变形的程金属冷变形时，由于各部分变形的程度不同，变形后在金属内部残存应力。分度不同，变形后在金属内部残存应力。分为宏观应力和显微应力。为宏观应力和显微应力。当残余应力为拉应力时会降低材料强当残余应力为拉应力时会降低材料强度。如通过喷丸、表面滚压使表面产生残度。如通过喷丸、表面滚压使表面产生残余压应力。可抵消工作载荷下部分的拉应余压应力。可抵消工作载荷下
33、部分的拉应力，这对提高表面疲劳强度是很有效的。力，这对提高表面疲劳强度是很有效的。下页下页后退后退返回返回 分分 类类 产生原因产生原因 平衡范围平衡范围 X射线衍射特征射线衍射特征第一类残余第一类残余应力应力(宏观宏观应力、体应应力、体应力力)由不均匀的由不均匀的外部作用引外部作用引起起在物体的整在物体的整个体积或大个体积或大尺寸范围内尺寸范围内处于平衡处于平衡X射线衍射线射线衍射线条发生位移条发生位移第二类残余第二类残余应力应力(微观微观应力、组织应力、组织应力应力)由由显微组织显微组织的不均匀性的不均匀性引起引起在一个或几在一个或几个晶粒范围个晶粒范围内处于平衡内处于平衡X射线衍射谱射线
34、衍射谱线宽化线宽化第三类残余第三类残余应力应力(超微超微观应力观应力)由位错的不由位错的不均匀分布引均匀分布引起起在晶界或滑在晶界或滑移面附近不移面附近不多的范围内多的范围内处于平衡处于平衡衍射线强度减衍射线强度减低低返回第九节第九节 金属的断裂金属的断裂一、理论断裂强度一、理论断裂强度0+结结合合力力a/am图图8-32 原子间结合力随距离变化示意图原子间结合力随距离变化示意图后退后退 下页下页E理论断裂强度：理论断裂强度：c=a1/2表面能表面能 a原子间距原子间距二、实际断裂强度二、实际断裂强度 为什麽金属的实际断裂强度要比理论为什麽金属的实际断裂强度要比理论断裂强度低得多？断裂强度低得
35、多？后退后退 下页下页c 这是因为材料内部存在有裂纹。金属这是因为材料内部存在有裂纹。金属中的裂纹多半是由变形的不均匀和变形受中的裂纹多半是由变形的不均匀和变形受到阻碍，产生了很大的应力集中，当应力到阻碍，产生了很大的应力集中，当应力集中达到了理论断裂强度才开始萌生裂纹。集中达到了理论断裂强度才开始萌生裂纹。断裂应力和裂纹尺寸的关系断裂应力和裂纹尺寸的关系 =()若若一脆性材料在受载前就已存在裂纹，将一脆性材料在受载前就已存在裂纹，将会大大降低断裂强度。将此式与理论断裂会大大降低断裂强度。将此式与理论断裂强度比较，若强度比较，若c=10 a，实际断裂强度就只实际断裂强度就只有理论值的有理论值的
36、1/100。2E1/24后退后退 下页下页返回返回第十节第十节 冷变形金属的回复阶段冷变形金属的回复阶段 冷变形金属在加热时先后经历了回复、冷变形金属在加热时先后经历了回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。在再结晶阶再结晶和晶粒长大三个阶段。在再结晶阶段，从组织上看是以产生无畸变的新晶核，段，从组织上看是以产生无畸变的新晶核，然后在变形金属基体内长大，形成大角度然后在变形金属基体内长大，形成大角度晶界的新晶粒为标志的；从性能上看是以晶界的新晶粒为标志的；从性能上看是以力学性能和物理性能产生急剧变化为标志力学性能和物理性能产生急剧变化为标志的。在再结晶过程未进行之前，一个相当的。在再结晶过程未进行之前
37、，一个相当宽的温度范围都属于回复阶段。宽的温度范围都属于回复阶段。后退后退 下页下页一、回复阶段性能与组织的变化一、回复阶段性能与组织的变化1）宏观内应力经过低温加热后大部分去）宏观内应力经过低温加热后大部分去除，而微观应力仍然残存。除，而微观应力仍然残存。2）电阻率）电阻率/降低。降低。3）硬度和流变应力的变化随金属不同而）硬度和流变应力的变化随金属不同而异。异。4）显微组织至少在光学显微镜下看不出）显微组织至少在光学显微镜下看不出有任何变化，在高温回复时，在电镜下可有任何变化，在高温回复时，在电镜下可看到晶粒内的胞状位错结构转变为亚晶。看到晶粒内的胞状位错结构转变为亚晶。后退后退 下页下页
38、二、回复动力学二、回复动力学三、回复机制三、回复机制1）低温时。回复主要与点缺陷的迁移有关。）低温时。回复主要与点缺陷的迁移有关。冷变形时产生大量的点缺陷冷变形时产生大量的点缺陷空位与间空位与间隙原子，它们的形成主要是集多滑移后位隙原子，它们的形成主要是集多滑移后位错的交割，在螺位错上带有刃型割阶运动错的交割，在螺位错上带有刃型割阶运动产生的。产生的。2）温度较高时。会发生位错运动和重新分）温度较高时。会发生位错运动和重新分布。滑移面上位错相遇时，异号位错会消布。滑移面上位错相遇时，异号位错会消后退后退 下页下页失；如两个为刃型位错会形成空位或间隙失；如两个为刃型位错会形成空位或间隙原子，位错
39、密度也略有降低。原子，位错密度也略有降低。3）在高温回复时。刃型位错可获得足够）在高温回复时。刃型位错可获得足够的能量产生攀移。高温时攀移和扩散是互的能量产生攀移。高温时攀移和扩散是互为因果的。（为因果的。（图图8-35）4）位错反应形成亚晶。）位错反应形成亚晶。1/2(111)1/2(111)1/2(111)1/2(111)(100)图图8-36 冷变形铁高温回复时通过位错反应形成亚晶冷变形铁高温回复时通过位错反应形成亚晶后退后退下页下页返回低温回复低温回复：空位及间隙原子对消，使：空位及间隙原子对消，使点缺陷浓度降低，从而使其电阻率发点缺陷浓度降低，从而使其电阻率发生变化。生变化。中温回复
40、中温回复：同一滑移面上的异号位错：同一滑移面上的异号位错通过滑移面相互抵消使位错密度减小，通过滑移面相互抵消使位错密度减小，残余内应力释放。残余内应力释放。高温回复高温回复：同一滑移面上的异号位错：同一滑移面上的异号位错通过攀移相互抵消，并排列成能量最通过攀移相互抵消，并排列成能量最低的位错墙，即多边形化低的位错墙，即多边形化。后退后退 下页下页返回返回一、再结晶一、再结晶 残余内应力释放，在畸变处形成残余内应力释放，在畸变处形成再结晶新晶粒由于组织变化，加上位再结晶新晶粒由于组织变化，加上位错密度降低，位错易动，故造成加工错密度降低，位错易动，故造成加工硬化现象消除。硬化现象消除。三、三、金
41、属塑性变形、回复、再结晶、晶粒长大金属塑性变形、回复、再结晶、晶粒长大的比较的比较第十一节第十一节 冷变形金属的再结晶冷变形金属的再结晶后退后退 下页下页三、影响再结晶的因素三、影响再结晶的因素1）在给定温度下发生再结晶需要一个最）在给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量，称为临界变形度。低于此变形小变形量，称为临界变形度。低于此变形度，不能再结晶。度，不能再结晶。2）变形度越小，开始再结晶的温度就越）变形度越小，开始再结晶的温度就越高。意味着临界变形度随退火温度的升高高。意味着临界变形度随退火温度的升高而减小。而减小。3）再结晶后的晶粒大小主要决定于变形）再结晶后的晶粒大小主要决定于变形程度
42、。变形量越大，再结晶后的晶粒越细。程度。变形量越大，再结晶后的晶粒越细。4）微量杂质元素可明显地升高再结晶温）微量杂质元素可明显地升高再结晶温后退后退 下页下页阶段阶段金属塑性变形金属塑性变形回复回复发生温度发生温度较低温度较低温度(0.4T熔熔)较高温度较高温度转变机制转变机制原子扩散能力大原子扩散能力大,新新晶粒在严重变形区形晶粒在严重变形区形核核,长大直到全部变长大直到全部变成细小而均匀的等轴成细小而均匀的等轴晶晶,但无严格类型转但无严格类型转变变再结晶晶粒中再结晶晶粒中,大大晶粒吞并小晶粒，晶粒吞并小晶粒，晶界位移晶界位移组织变化组织变化新的等轴晶粒新的等轴晶粒晶粒明显长大晶粒明显长大
43、结构变化结构变化亚结构粗化亚结构粗化,位错密位错密度下降且易动度下降且易动性能变化性能变化加工硬化完全消失加工硬化完全消失性能变化，尤其性能变化，尤其是塑性明显下降是塑性明显下降返回本章思考题本章思考题1.回复、再结晶的驱动力？回复、再结晶的驱动力？2.为什么点缺陷能度降低，电阻率降低？为什么点缺陷能度降低，电阻率降低？3.为什么再结晶新晶粒在畸变最严重的部位形成？为什么再结晶新晶粒在畸变最严重的部位形成？4.为什么再结晶的晶粒尺寸和变形度的关系不是为什么再结晶的晶粒尺寸和变形度的关系不是 线性关系？线性关系？5.影响再结晶的因素有哪些？影响再结晶的因素有哪些？6.回复、再结晶的工程应用？回复、再结晶的工程应用？7.金属塑性变形后组织结构、性能的变化？金属塑性变形后组织结构、性能的变化？8.金属回复、再结晶后的组织、性能变化？金属回复、再结晶后的组织、性能变化？后退后退 下页下页返回返回返回返回返回本章首页返回本章首页返回目录返回目录