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1、第七章回复与再结晶重点与难点内容提要：晶体在外力的作用下发生形变.当外力较小时形变是弹性的,即卸载后形变也随之消失.这种可恢复的变形就称为弹性变形.但是,当外加应力超过一定值(即屈服极限)时,卸载后变形就不能完全消失,而会留下一定的残余变形或永久变形.这种不可恢复的变形就称为塑性变形.晶体的弹性和材料的微观组织(或结构)关系不大,而晶体的塑性(和强度)则对微观组织(结构)十分敏感.本章的重点时讨论单晶体的塑性变形方式和规律,并在此基础上讨论多晶体和合金的塑性变形特点及位错机制,以便认识材料强韧化的本质和方法,合理使用,研制开发新材料.从微观上看,单晶体塑性变形的基本方法有两种:滑移
2、和孪生.滑移和孪生都是剪应变,即在剪应力作用下晶体的一部分相对与另一部分沿着特定的晶面和晶向发生滑移.在滑移时,改特定晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向,一个滑移面和位于该面上的一个滑移方向便组成一个滑移系统.类似的,在孪生时,该特定晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向,一个孪生面和位于该面上的一个孪生方向组成一个孪生系统.多晶体及合金的塑性变形,其基本方式也是滑移和孪生.不过,也各有其特点,如多晶体变形时,就会受晶粒取向及晶界的影响;而合金变形时还会受到第二相的影响.陶瓷晶体的塑性变形与金属不同.除了与结合键(共价键、离子键)的本性有关外,还与陶瓷晶体中的滑移多少、位错的柏氏矢量大
3、有关.所以,仅有那些以离子键为主的单晶体陶瓷可以进行较多的塑性变形.许多高聚物在一定的条件下都能屈服,有些高聚物在屈服之后产生很大的塑性变形,但这与金属材料的屈服现象有着本质上的差别.高聚物的变形受温度的影响很大:在Tg以下,材料是钢硬的,只有弹性变形;在Tg附近,呈粘弹性或皮革状;在Tg以上呈橡胶态;接近Tm时呈粘性流动。基本要求：(1)熟悉滑移、孪生变形的主要特点;滑移系统及schmid定律(T=σm=Tk)(2)能用位错理论解释晶体的滑移过程,滑移带和滑移线的形成,滑移系的特点;(3)理解加工硬化、细晶强化、弥散强化、固溶强化等产生的原因和它的实际意义;(4)了解聚合物及陶瓷
4、塑性变形的特点;(5)熟悉材料塑性变形后内部组织及性能的变化,这些变化的实际意义;(6)了解屈服现象与应变实效,它对生产有什么危害及如何消除?(7)熟悉下列概念及术语:滑移、滑移线、滑移带、滑移系、滑移面、滑移方向、临界分切应力、多滑移;孪生、孪晶、孪晶面、孪生方向;取向因子、屈服现象、吕德斯带、应变时效、柯氏气团;固溶强化、有序强化、细晶强化、弥散强化、第二相强化;纤维组织、胞状亚结构、位错网络、加工硬化、择优取向、变形织构、内应力.回复、再结晶与晶粒长大是冷变形金属加热过程中经历的基本过程。7．1形变金属及合金在退火过程中的变化7．1．1显微组织的变化将冷塑性变形的金属材料加热
5、到0.5T熔温度附近，进行保温，随时间的延长。第一阶段显微组织无变化，晶粒仍是冷变形后的纤维状，称为回复阶段。第二阶段完全变成新的等轴晶粒，称为再结晶阶段。第三阶段称为晶粒长大阶段。7．1．2储存能释放与性能变化冷塑变时，外力所作的功尚有一小部分储存在形变金属内部，这部分能量叫储存能。图7—2是三种不同类型的储存能释放谱。曲线A为纯金后、B与c为合金储存能释放谱。每条曲线都有一峰值，高峰开始出现对应再结晶开始，在此之前为回复。回复期A型纯金属储存能释放少，C型储存能释放最多。储存能的释放使金属的对结构敏感的性质发生不同程度的变化。7．2回复7．2．1回复机理低温回复主要涉及点缺陷的
6、运动。空位或间隙原子移动到晶界或位错处消失，空位与间隙原子的相遇复合，空位集结形成空位对或空位片，使点缺陷密度大大下降。中温回复时．随温度升高．原子活动能力增强，位错可以在滑移面上猾移或交滑移，使异号位错相通相消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使亚晶规整化。高温回复，原子活动能力进一步增强，位错除滑移外，还可攀移。主要机制是多边化。冷变形使平行的同号位错在滑移面上塞积，致使晶格弯曲，所增殖的位错杂乱分布高温回复过程中，这些刃位错便通过攀移和滑移，由原来能量较高的水平塞积。7．2．2回复动力学图7—5为经拉伸变形的纯铁在不同温度下加热时，屈服强度的回复动力学曲线。（L—R)
7、为剩余加工硬化分数，t为退火时间。7．3再结晶 冷变形后的金属加热到一定温度之后，在变形基体中，重新生成无畸变的新晶粒的过程叫再结晶。再结晶包括生核与长大两个基本过程，7．3．1再结晶的形核1．小变形量的弓出形核机制2．亚晶合并机制3．亚晶蚕食机制7．3．2再结晶动力学对恒温再结晶动力学人们作过大量研究。图7—10为纯铜经98％冷轧，在不同温度下等温再结晶．已经再结晶的体积分数xv与等温时间t的关系曲线。具有典型的形核，长大过程的动力学特征。等温温度越高，孕育期
