材料的变形和再结晶

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1、第五章材料的变形和再结晶计划学时：14学时重点内容： 1变形规律及微观机制2内外因素对变形的影响3回复、再结晶过程中组织、结构和性能的变化规律基本要求：1熟悉滑移、孪生变形的主要特点；滑移系统及schmid定律；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；5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；6熟悉回复与再结晶后组织与性能的变化，回复机制，

2、再结晶机制；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、晶粒长大、二次再结晶、再结晶织构、退火孪晶.教学内容：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

3、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

4、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。材料加工制备过程中，或制成零部件的工作运行中，受到外力的作用发生变形，外力较小时发生弹性变形，外力过大时发生断裂。—弹性极限—屈服强度—抗拉强度（工程上有重要意义

5、的强度指标）变形后，外形、尺寸发生变化，内部组织及有关性能变化，处于自由焓较高的状态，不稳定，重新加热时，会发生回复和再结晶。5.1弹性和滞弹性变形时先发生弹性变形，弹变是塑变的先行阶段，塑变中伴随着一定的弹变。5.1.1弹性变形的本质物理本质，从原子间结合力的角度（弹变是外力去除后能够完全恢复的那部分变形）无外力作用时，晶体内原子间的结合能和结合力是原子间距的函数。1〉平衡位置原子间距,位能U最低，作用力=0，最稳定2〉偏离平衡位置，原子间距增大，产生引力；原子间距减小，产生斥力。外力去除后，原子恢复原平衡位置，

6、产生的变形完全消失，这即是弹变。5.1.2弹性变形的特征和弹性模量弹性变形的主要特征：（1）理想的弹性变形是可逆变形，加载时变形，卸载时变形消失并恢复原状（2）加载、卸载时，在弹性范围内，应力与应变之间都保持单值线性函数关系，即服从虎克（Hooke）定律正应力下切应力下、为正应力、切应力，、为正应变、切应变，E、G为弹性模量（杨氏模量）、切变模量E和G之间的关系（为泊松比，表示侧向收缩能力，一般在0.25-0.35之间）晶体的特性之一—各向异性（各个方向的弹性模量不相同）三轴应力下各向异性弹性体的应力应变关系——广

7、义虎克定律晶体受力的基本类型：拉、压和剪切。除了E和G外，还有压缩模量或体弹性模量K(应力与体积变化率之比)，与E、的关系为弹性模量——代表使原子离开平衡位置的难易程度，表征原子间结合力强弱的物理量，是组织结构不敏感参数。（各种钢的弹性模量基本相同）对晶体材料，弹性模量各向异性。单晶体中不同晶向上的弹性模量差别很大。（沿原子最密排的晶向E最高，沿原子最疏的晶向E最低）多晶体中，各晶粒任意取向，总体呈各向同性。工程上，E是材料刚度的度量。（外力相同时，E大，刚度大，发生的弹性变形量小）（1）弹性变形量随材料的不同而异

8、。（多数金属材料，在低于比例极限的范围内符合虎克定律，弹性变形量不超过0.5%）5.1.3弹性的不完整性理想弹性体但多数工程用材料为多晶体或非晶态或两者皆有的物质，内部有各种类型的缺陷。弹变时可出现加载线与卸载线不重合，应变的发展跟不上应力的变化等不同于理想弹性变形特点的现象——弹性不完整性（包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性）1包申格效应材料经预