第5章 材料的形變與再結(jié)晶2

1、11 1、描述菲克第一定律的含義和各參數(shù)的量綱；、描述菲克第一定律的含義和各參數(shù)的量綱；2 2、描述擴散的微觀機制；、描述擴散的微觀機制；3 3、影響擴散的主要因素；、影響擴散的主要因素；4、一塊一塊(C)=0.1%的碳鋼在的碳鋼在930930滲碳，滲到滲碳，滲到0.05cm的地方，碳的地方，碳的濃度達到的濃度達到0.45%。在。在t 0 0的全部時間，滲碳氣氛保持表面成分為的全部時間，滲碳氣氛保持表面成分為1%1%，假設(shè)假設(shè)計算滲碳時間；計算滲碳時間；若將滲層加深若將滲層加深1 1倍，則需要多長時間？倍，則需要多長時間？在在930時滲碳時滲碳10h的滲層厚度的滲層厚度，為為870滲碳滲碳10

2、h的多少倍？的多少倍？)/)(/140000exp(10225smRTDrc第第4 4章章 作業(yè)作業(yè)n一、單晶體塑形變形（三種方式）一、單晶體塑形變形（三種方式）：n滑移、孿生、扭折滑移、孿生、扭折。 n1、滑移、滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定晶面和晶：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定晶面和晶向，相對于另一部分發(fā)生相對移動的一種運動狀態(tài)。向，相對于另一部分發(fā)生相對移動的一種運動狀態(tài)。n晶體塑性變形的晶體塑性變形的不均勻性不均勻性：滑移滑移只是集中發(fā)生在一些晶面只是集中發(fā)生在一些晶面上，滑移帶或滑移線之間的晶體層片未產(chǎn)生變形，只是彼上，滑移帶或滑移線之間的晶體層片未產(chǎn)生變形，只是彼此

3、作此作相對位移相對位移 。n滑移系：滑移系：一個滑移面和此面上的一個滑移方向合起來叫做一個滑移面和此面上的一個滑移方向合起來叫做一個一個滑移系?；葡?。5,2 5,2 晶體的塑形變形晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 2n只有當(dāng)外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力達到一定臨界值時只有當(dāng)外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力達到一定臨界值時，該滑移系方可該滑移系方可發(fā)生滑移發(fā)生滑移，該分切應(yīng)力稱為，該分切應(yīng)力稱為滑移的臨界分切滑移的臨界分切應(yīng)力應(yīng)力。n晶體滑移并不是晶體的一部分相對于另一部分沿著滑移面晶體滑移并不是晶體的一部分相對于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是作剛性整體位移，而是借助借助位錯位錯在滑移面上

4、運動逐步進行在滑移面上運動逐步進行。 n位錯在運動時會遇到位錯在運動時會遇到點陣阻力點陣阻力，又稱為又稱為派派-納（納（P-N）力）力：5,2 5,2 晶體的塑形變形晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 2222expexp1(1)1P NGdGWbb3n2 2、孿生：、孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定晶面晶面（孿孿晶面晶面）和一定的晶向（）和一定的晶向（孿生方向?qū)\生方向）相對于另一部分作）相對于另一部分作均勻均勻的切變的切變、形成孿晶所產(chǎn)生的變形。、形成孿晶所產(chǎn)生的變形。 n孿生的特點及與滑移的異同點孿生的特點及與滑移的異同點。相同點相同點：q都是在都是

5、在切應(yīng)力作用切應(yīng)力作用下產(chǎn)生的剪切應(yīng)變過程。下產(chǎn)生的剪切應(yīng)變過程。q都都不改變晶體結(jié)構(gòu)不改變晶體結(jié)構(gòu)。q都存在都存在臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力。q都是晶體中的一部分相對于另一部分沿一定的晶面和晶都是晶體中的一部分相對于另一部分沿一定的晶面和晶向的向的平移平移。5,2 5,2 晶體的塑形變形晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 4n孿生的特點及與滑移的孿生的特點及與滑移的不同點不同點：q對對塑性變形的貢獻小塑性變形的貢獻小，但是可以，但是可以改變位向改變位向，進一步誘發(fā)，進一步誘發(fā)滑移?；?。q孿晶的兩部分晶體形成孿晶的兩部分晶體形成鏡面對稱鏡面對稱的位向關(guān)系。的位向關(guān)系。q滑移滑移的機制是的機制是位

6、錯的產(chǎn)生和移動位錯的產(chǎn)生和移動，而，而孿生孿生是孿生區(qū)內(nèi)的是孿生區(qū)內(nèi)的原子沿滑移方向的原子沿滑移方向的均勻切變均勻切變，不全位錯不全位錯參與。參與。 q孿生的臨界分切應(yīng)力大孿生的臨界分切應(yīng)力大。晶體對稱度越低，越容易發(fā)生。晶體對稱度越低，越容易發(fā)生孿生。變形溫度越低，加載速度越高，越容易發(fā)生孿生。孿生。變形溫度越低，加載速度越高，越容易發(fā)生孿生。5,2 5,2 晶體的塑形變形晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 5n3 3、扭折、扭折：為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過某為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過某一臨界值時晶體將會產(chǎn)生一臨界值時晶體將會產(chǎn)生局部彎曲局部彎曲，這種變形方式稱為，

7、這種變形方式稱為扭扭折折，變形區(qū)域則稱為，變形區(qū)域則稱為扭折帶扭折帶。 n二、多晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形：多晶體中每個晶粒變形的基本方多晶體中每個晶粒變形的基本方式與單晶體相同，但由于相鄰晶粒之間式與單晶體相同，但由于相鄰晶粒之間取向不同取向不同，以及，以及晶晶界的存在界的存在，因而多晶體的變形既需克服，因而多晶體的變形既需克服晶界的阻礙晶界的阻礙。n1 1、晶粒取向的影響、晶粒取向的影響：各晶粒變形過程中的各晶粒變形過程中的相互制約和協(xié)調(diào)相互制約和協(xié)調(diào)性；性；多晶體塑性變形多晶體塑性變形時要求時要求每個晶粒至少能在每個晶粒至少能在5個獨立的滑個獨立的滑移系上進行滑移。移系上進行滑移

8、。65,2 5,2 晶體的塑形變形晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 n2 2、晶界的影響、晶界的影響：晶界對滑移具有阻礙效應(yīng)晶界對滑移具有阻礙效應(yīng) 。n在變形過程中位錯難以通過晶界，被堵塞在晶界附近。這在變形過程中位錯難以通過晶界，被堵塞在晶界附近。這種在晶界附近產(chǎn)生的種在晶界附近產(chǎn)生的位錯塞積群位錯塞積群會對晶內(nèi)的會對晶內(nèi)的位錯源位錯源產(chǎn)生一產(chǎn)生一反作用力反作用力。此反作用力隨。此反作用力隨位錯塞積的數(shù)目位錯塞積的數(shù)目n而增大。而增大。n多晶體的強度隨其晶粒細化而提高。多晶體的多晶體的強度隨其晶粒細化而提高。多晶體的屈服強度屈服強度 s與與晶粒平均直徑晶粒平均直徑d的關(guān)系可用著名的的關(guān)系可用

9、著名的霍爾霍爾佩奇（佩奇（Hall-Petch）公式）公式表示表示120sKd在多晶體材料中往往存在一在多晶體材料中往往存在一“等強溫度等強溫度TE”，低于，低于TE時，時，晶界晶界強度強度高于高于晶粒內(nèi)部晶粒內(nèi)部的；高于的；高于TE時則得到相反的結(jié)果。時則得到相反的結(jié)果。75,2 5,2 晶體的塑形變形晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 n三、合金的塑形變形三、合金的塑形變形：按合金組成相不同，主要可分為按合金組成相不同，主要可分為單單相固溶體合金相固溶體合金和和多相合金多相合金。 n1 1、單相固溶體合金的塑性變形單相固溶體合金的塑性變形：n溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子對合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在對合

10、金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在n（1）固溶強化作用固溶強化作用；n（2）提高了塑性變形的阻力提高了塑性變形的阻力；n（3）有些固溶體會出現(xiàn)明顯的）有些固溶體會出現(xiàn)明顯的屈服點屈服點和和應(yīng)變時效應(yīng)變時效現(xiàn)象?，F(xiàn)象。85,2 5,2 晶體的塑形變形晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 n屈服現(xiàn)象本質(zhì)屈服現(xiàn)象本質(zhì)：（1 1）Cottrell氣團理論氣團理論：在固溶體合金中，：在固溶體合金中，溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子可以與位錯交互作用而形成溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子可以與位錯交互作用而形成溶質(zhì)原子氣團，即所謂的氣團，即所謂的Cottrell氣團。氣團。n上屈服點：掙脫上屈服點：掙脫Cottrel氣團，需要較大的應(yīng)力

11、氣團，需要較大的應(yīng)力n下屈服點：掙脫以后位錯的運動就容易，應(yīng)力下降下屈服點：掙脫以后位錯的運動就容易，應(yīng)力下降n（2）位錯增殖理論位錯增殖理論9mv b由位錯理論得由位錯理論得位錯的平均運動速度位錯的平均運動速度0()mv5,2 5,2 晶體的塑形變形晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 n2 2、多相合金的塑性變形、多相合金的塑性變形：根據(jù)尺寸大小分為根據(jù)尺寸大小分為n聚合型相差不多聚合型相差不多n彌散型細小彌散型細小n（1）聚合型合金的塑性變形：）聚合型合金的塑性變形：101 122 1 12 2 n（2）彌散分布型合金的塑性變形：）彌散分布型合金的塑性變形：n1）不可變形粒子的強化作用）不可

12、變形粒子的強化作用n2）可變形微粒的強化作用）可變形微粒的強化作用5,2 5,2 晶體的塑形變形晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 n四、四、塑性變形對材料組織與性能的影響塑性變形對材料組織與性能的影響：n1、顯微組織的變化、顯微組織的變化：晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大量的晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大量的滑移帶或?qū)\滑移帶或?qū)\晶帶晶帶；晶粒外觀結(jié)構(gòu)將逐漸沿其變形方向伸長晶粒外觀結(jié)構(gòu)將逐漸沿其變形方向伸長；當(dāng)變形量很當(dāng)變形量很大時，大時，出現(xiàn)出現(xiàn)纖維組織纖維組織。n2、亞結(jié)構(gòu)的變化、亞結(jié)構(gòu)的變化：隨著變形度的增大，晶體中的：隨著變形度的增大，晶體中的位錯密度位錯密度迅速提高迅速提高，出現(xiàn)，出現(xiàn)胞狀亞結(jié)構(gòu)。胞狀亞結(jié)構(gòu)。n

13、3、性能的變化、性能的變化：加工硬化及其他物理化學(xué)性能的變化。：加工硬化及其他物理化學(xué)性能的變化。n4、形變織構(gòu)、形變織構(gòu)：晶面：晶面轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動使多晶體中原來取向互不相同的各使多晶體中原來取向互不相同的各個晶粒在空間取向上呈現(xiàn)一定程度的規(guī)律性，這一現(xiàn)象稱為個晶粒在空間取向上呈現(xiàn)一定程度的規(guī)律性，這一現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向擇優(yōu)取向，這種組織狀態(tài)則稱為，這種組織狀態(tài)則稱為形變織構(gòu)形變織構(gòu)。 n絲織構(gòu)；板織構(gòu)。絲織構(gòu)；板織構(gòu)。由于取向，由于取向，造成了材料性能的各向異性造成了材料性能的各向異性。115,2 5,2 晶體的塑形變形晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 n5殘余應(yīng)力（儲存能）：外力做的功中一部分儲存

14、在材料殘余應(yīng)力（儲存能）：外力做的功中一部分儲存在材料內(nèi)部。內(nèi)部。n根據(jù)范圍大小，分三種：根據(jù)范圍大小，分三種：n宏觀殘余應(yīng)力宏觀殘余應(yīng)力：各部分宏觀變形不均勻引起占總的儲存能：各部分宏觀變形不均勻引起占總的儲存能很少，約很少，約0.1%；n微觀殘余應(yīng)力微觀殘余應(yīng)力：晶?；騺喚ЯＶg的變形不均勻引起，可：晶?；騺喚ЯＶg的變形不均勻引起，可能引起微裂紋；能引起微裂紋；n點陣畸變點陣畸變：作用范圍是幾十至幾百納米作用范圍是幾十至幾百納米，由于工件在塑性，由于工件在塑性變形中形成的變形中形成的大量點陣缺陷大量點陣缺陷（如空位、間隙原子、位錯等）（如空位、間隙原子、位錯等）引起的，引起的，占儲存能的

15、絕大部分（占儲存能的絕大部分（80-90%）。）。125,2 5,2 晶體的塑形變形晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 13本章本章 章節(jié)結(jié)構(gòu)章節(jié)結(jié)構(gòu)5.1彈性和粘彈性彈性和粘彈性 5.2晶體的塑性變形晶體的塑性變形 5.3回復(fù)和再結(jié)晶回復(fù)和再結(jié)晶 5.4熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶5.5陶瓷材料變形的特點陶瓷材料變形的特點5.6高聚物的塑性變形高聚物的塑性變形 5.3 5.3 回復(fù)和再結(jié)晶回復(fù)和再結(jié)晶l金屬經(jīng)過一定程度金屬經(jīng)過一定程度冷塑性變形冷塑性變形后，后，組織組織和和性能性能都發(fā)生了明都發(fā)生了明顯的變化，由于各種顯的變化，由于各種缺陷缺陷及及內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，導(dǎo)致金

16、屬晶體的產(chǎn)生，導(dǎo)致金屬晶體在在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有自發(fā)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢有自發(fā)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢。l通過適當(dāng)?shù)耐ㄟ^適當(dāng)?shù)募訜峒訜岷秃捅乇剡^程，這種趨勢就會成為現(xiàn)實。這過程，這種趨勢就會成為現(xiàn)實。這種變化的表現(xiàn)就是一系列種變化的表現(xiàn)就是一系列組織、性能組織、性能的變化。的變化。l根據(jù)其顯微組織及性能的變化情況，可將這種變化分為三根據(jù)其顯微組織及性能的變化情況，可將這種變化分為三個階段：個階段：回復(fù)回復(fù)、再結(jié)晶再結(jié)晶和和晶粒長大晶粒長大。145.3.1 5.3.1 冷變形金屬在加熱時的組織冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化和性能變化1.1.顯微組織變化顯微組織變化回

17、復(fù)回復(fù)（recovery):recovery):新的無畸變晶粒出現(xiàn)前所產(chǎn)生的新的無畸變晶粒出現(xiàn)前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段，在金相顯微鏡中無亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段，在金相顯微鏡中無明顯變化；明顯變化；再結(jié)晶再結(jié)晶：指出現(xiàn)無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形：指出現(xiàn)無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程；晶粒的過程；晶粒長大晶粒長大：指再結(jié)晶結(jié)束后晶粒的長大過程。：指再結(jié)晶結(jié)束后晶粒的長大過程。15加熱時冷變形金屬顯微組織發(fā)生變化加熱時冷變形金屬顯微組織發(fā)生變化16性能變化性能變化 冷變形金屬在退火過程中的性能和能量變化：冷變形金屬在退火過程中的性能和能量變化：171.1.力學(xué)性能力學(xué)性能(1)

18、 (1) 硬度硬度（hardnesshardness）和）和強度強度（strengthstrength）: :回復(fù)回復(fù)階段階段, ,變化不大變化不大, ,再結(jié)晶下降較大再結(jié)晶下降較大。(2) (2) 塑性塑性: :回復(fù)階段回復(fù)階段, ,變化不大變化不大; ; 再結(jié)晶階段上升再結(jié)晶階段上升；粗化后下降。粗化后下降。 2. 2. 物理性能物理性能(1) (1) 電阻電阻（resistanceresistance）: :回復(fù)階段，回復(fù)階段，電阻率明顯下降電阻率明顯下降。(2) (2) 密度（密度（densitydensity）: :回復(fù)階段變化不大，再回復(fù)階段變化不大，再結(jié)晶階段上升結(jié)晶階段上升。1

19、83. 3. 內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力: :回復(fù)階段基本消除宏觀應(yīng)力回復(fù)階段基本消除宏觀應(yīng)力, ,而微觀應(yīng)而微觀應(yīng)力消除需再結(jié)晶后才能完成；力消除需再結(jié)晶后才能完成；4. 4. 亞晶粒尺寸亞晶粒尺寸：回復(fù)前期變化不大，后期顯著增大；：回復(fù)前期變化不大，后期顯著增大；5. 5. 儲存能釋放儲存能釋放（release of stored energyrelease of stored energy）。）。195.3.2 5.3.2 回復(fù)回復(fù)（一）回復(fù)動力學(xué)（一）回復(fù)動力學(xué) 在回復(fù)階段，材料性能的變化是隨在回復(fù)階段，材料性能的變化是隨溫度溫度和和時間時間的變化而變的變化而變化，相同變形程度多晶體鐵在不同溫度下的

20、回復(fù)動力學(xué)曲線?；?，相同變形程度多晶體鐵在不同溫度下的回復(fù)動力學(xué)曲線?？v坐標(biāo)為縱坐標(biāo)為余應(yīng)變硬化率余應(yīng)變硬化率(1R)。R為屈服強度回復(fù)率為屈服強度回復(fù)率， m、 r和和0分別代表變形后、回復(fù)后和完全退火后的屈服分別代表變形后、回復(fù)后和完全退火后的屈服強度。強度。屈服強度回復(fù)程度屈服強度回復(fù)程度R愈大愈大，則，則剩余應(yīng)變硬化率剩余應(yīng)變硬化率(1R)越小越小。 )()(0mrmR20 回復(fù)過程是一個回復(fù)過程是一個馳豫過程馳豫過程，具有以下特點：，具有以下特點：n回復(fù)過程在加熱后立刻開始回復(fù)過程在加熱后立刻開始，沒有孕育期；，沒有孕育期；n回復(fù)開始的速率很大回復(fù)開始的速率很大，隨著時間的延長，逐漸

21、降低，直，隨著時間的延長，逐漸降低，直至趨于零；至趨于零；n加熱溫度越高，最終回復(fù)程度也越高加熱溫度越高，最終回復(fù)程度也越高；n變形量越大，初始晶粒尺寸越小，都有助于加快回復(fù)速變形量越大，初始晶粒尺寸越小，都有助于加快回復(fù)速率率。21 回復(fù)特征通?？捎没貜?fù)特征通?？捎靡患壏磻?yīng)方程一級反應(yīng)方程來表達，即：來表達，即： （1） 式中式中t t為恒溫下的加熱時間，為恒溫下的加熱時間，x x為冷變形導(dǎo)致的性能增量經(jīng)加熱后為冷變形導(dǎo)致的性能增量經(jīng)加熱后的的殘留分數(shù)殘留分數(shù)，c c為與材料和溫度有關(guān)的比例常數(shù)，為與材料和溫度有關(guān)的比例常數(shù)，c c值與溫度的關(guān)系具值與溫度的關(guān)系具有典型的熱激活過程的特點：有

22、典型的熱激活過程的特點： （2） 式中式中Q Q為激活能，為激活能，R R為氣體常數(shù)為氣體常數(shù)(8.31(8.311010-3-3J/kgmolK)J/kgmolK)，c c0 0為為比例常數(shù)，比例常數(shù)，T T為絕對溫度。將式（為絕對溫度。將式（2 2）代入方程（）代入方程（1 1）中并積分，以）中并積分，以x x0 0表示開始時性能增量的殘留分數(shù)，則得：表示開始時性能增量的殘留分數(shù)，則得： cxdtdxRTQecc0 xxtRTQdtecxdx000RTQtecxx00ln22RTQtecxx00ln 在不同溫度下如以回復(fù)到相同程度作比較，即上在不同溫度下如以回復(fù)到相同程度作比較，即上式左邊

23、為常數(shù)，這樣對兩邊同時取對數(shù)：式左邊為常數(shù)，這樣對兩邊同時取對數(shù)： 于是，通過作圖所得到的直線關(guān)系，由其于是，通過作圖所得到的直線關(guān)系，由其斜率即可求斜率即可求出回復(fù)過程的激活能出回復(fù)過程的激活能Q Q。 鐵的回復(fù)實驗表明，短時間回復(fù)時，其激活能與空位鐵的回復(fù)實驗表明，短時間回復(fù)時，其激活能與空位遷移激活能相近，長時間回復(fù)時，其激活能與鐵的自擴散遷移激活能相近，長時間回復(fù)時，其激活能與鐵的自擴散激活能相近。因此對于冷變形金屬的回復(fù)不能用單一機制激活能相近。因此對于冷變形金屬的回復(fù)不能用單一機制描述。描述。 RTQAtln23( (二二) ) 回復(fù)機制回復(fù)機制 （1 1）低溫回復(fù)）低溫回復(fù)n 溫

24、度較低，原子活動能力有限，一般局限于溫度較低，原子活動能力有限，一般局限于點缺陷的運動點缺陷的運動，通過空位遷移至晶界、位錯或與間隙原子結(jié)合而消失，通過空位遷移至晶界、位錯或與間隙原子結(jié)合而消失，使冷變使冷變形過程中形成的過飽和空位濃度下降形過程中形成的過飽和空位濃度下降。對點缺陷敏感的電阻率。對點缺陷敏感的電阻率此時發(fā)生明顯下降。此時發(fā)生明顯下降。n（2 2）中溫回復(fù)）中溫回復(fù)n 溫度升高，原子活動能力增強，除點缺陷運動外，溫度升高，原子活動能力增強，除點缺陷運動外，位錯也位錯也被激活，在內(nèi)應(yīng)力作用下開始滑移被激活，在內(nèi)應(yīng)力作用下開始滑移，部分，部分異號位錯發(fā)生抵消異號位錯發(fā)生抵消，位錯密度

25、略有降低。位錯密度略有降低。n（3 3）高溫回復(fù)）高溫回復(fù)n 變形金屬在較高溫（變形金屬在較高溫（0.3Tm0.3Tm）下，變形金屬的回復(fù)機制主）下，變形金屬的回復(fù)機制主要與要與位錯的攀移運動位錯的攀移運動有關(guān)。這時同一滑移面上的同號刃型位錯有關(guān)。這時同一滑移面上的同號刃型位錯在本身彈性應(yīng)力場作用下，還可能發(fā)生在本身彈性應(yīng)力場作用下，還可能發(fā)生攀移運動攀移運動，最終通過，最終通過滑滑移和攀移移和攀移使得這些使得這些位錯從同一滑移面變?yōu)樵谖诲e從同一滑移面變?yōu)樵诓煌泼嫔县Q直不同滑移面上豎直排列的位錯墻排列的位錯墻以以降低總畸變能降低總畸變能，并產(chǎn)生亞晶（多邊化結(jié)構(gòu)）。，并產(chǎn)生亞晶（多邊化結(jié)構(gòu)）

26、。24 多邊化過程的驅(qū)動力主要來自多邊化過程的驅(qū)動力主要來自應(yīng)變能的下降應(yīng)變能的下降，產(chǎn)生的條件產(chǎn)生的條件: :(1) (1) 塑性變形使晶體點陣發(fā)生彎曲塑性變形使晶體點陣發(fā)生彎曲。(2) (2) 在滑移面上有塞積的同號刃型位錯在滑移面上有塞積的同號刃型位錯。(3) (3) 需加熱到較高溫度使刃型位錯能產(chǎn)生攀移運動需加熱到較高溫度使刃型位錯能產(chǎn)生攀移運動。 多邊化前后刃型位錯的排列情況下圖所示：多邊化前后刃型位錯的排列情況下圖所示：255.3.3 5.3.3 再結(jié)晶再結(jié)晶 l再結(jié)晶再結(jié)晶是指經(jīng)是指經(jīng)冷變形金屬冷變形金屬加熱到一定溫度時，加熱到一定溫度時，通過通過形成新的等軸晶粒形成新的等軸晶粒

27、并逐步并逐步取代變形晶粒取代變形晶粒的的過程。過程。l與回復(fù)過程主要區(qū)別：與回復(fù)過程主要區(qū)別：再結(jié)晶是一個光學(xué)顯微再結(jié)晶是一個光學(xué)顯微組織完全改變的過程組織完全改變的過程，隨著保溫時間的延長，隨著保溫時間的延長，新等軸晶數(shù)量及尺寸不斷增加，直至原變形晶新等軸晶數(shù)量及尺寸不斷增加，直至原變形晶粒全部消失為止，再結(jié)晶過程結(jié)束。粒全部消失為止，再結(jié)晶過程結(jié)束。26( (一一) ) 再結(jié)晶過程再結(jié)晶過程 再結(jié)晶過程是再結(jié)晶過程是形核形核和和長大長大, ,但無晶格類型變化。但無晶格類型變化。 1. 1. 形核形核 實驗表明，再結(jié)晶通常在實驗表明，再結(jié)晶通常在變形金屬中能量較高的變形金屬中能量較高的局部區(qū)

28、域優(yōu)先形成無畸變的再結(jié)晶晶核局部區(qū)域優(yōu)先形成無畸變的再結(jié)晶晶核，其形核機制其形核機制有：有： (1) (1) 晶界弓出形核晶界弓出形核( (凸出形核機制凸出形核機制) ) 對于對于變形度較小變形度較小（20%20%）的金屬；）的金屬；27n假設(shè)弓出形核核心為球冠型，球冠半徑為假設(shè)弓出形核核心為球冠型，球冠半徑為L L，晶界界面能為，晶界界面能為，冷變形金屬中單位體積儲存能為，冷變形金屬中單位體積儲存能為E Es s，若界面由，若界面由I I推進至推進至IIII，其掃過的體積為，其掃過的體積為d dV V，界面的面積為，界面的面積為d dA A，若，若d dV V體積內(nèi)全部體積內(nèi)全部儲存能都被釋

29、放，儲存能都被釋放，n則此過程中的則此過程中的自由能變化自由能變化為：為： dVdAEGs28n若晶界為球面，設(shè)其半徑為若晶界為球面，設(shè)其半徑為r，則，則 n若晶界弓出段兩端若晶界弓出段兩端a、b固定，且固定，且值恒定，則開始階段隨值恒定，則開始階段隨ab弓出彎曲，弓出彎曲，r逐漸減小、逐漸減小、G值增大。值增大。n當(dāng)當(dāng)r達到最小值達到最小值(rab/2L)時，時，G將達到最大值。若繼將達到最大值。若繼續(xù)弓出，續(xù)弓出，r的增大使的增大使G減小，晶界將自發(fā)地向前推移。減小，晶界將自發(fā)地向前推移。因此，一般段長為因此，一般段長為2L的晶界，其的晶界，其弓出形核的能量條件為弓出形核的能量條件為 G

30、rr rc c便會借助于界面便會借助于界面向高畸變區(qū)域長大。向高畸變區(qū)域長大。n以以亞晶遷移機制亞晶遷移機制形成的晶核，一旦形成大角度晶形成的晶核，一旦形成大角度晶界就可迅速移動界就可迅速移動, ,掃除其遇到的位錯掃除其遇到的位錯, ,留下無應(yīng)變留下無應(yīng)變的晶體。晶界遷移的的晶體。晶界遷移的驅(qū)動力為新、舊晶粒之間的驅(qū)動力為新、舊晶粒之間的自由能差自由能差。遷移方向總是背向曲率中心，向著畸。遷移方向總是背向曲率中心，向著畸變區(qū)推進，直到完全形成無畸變晶粒。變區(qū)推進，直到完全形成無畸變晶粒。32( (二二) ) 再結(jié)晶動力學(xué)再結(jié)晶動力學(xué) 再結(jié)晶動力學(xué)：取決于再結(jié)晶動力學(xué)：取決于形核率形核率N N和

31、和長大速率長大速率G G的大小。的大小?？v坐縱坐標(biāo)表示標(biāo)表示已再結(jié)晶晶粒分數(shù)已再結(jié)晶晶粒分數(shù)，橫坐標(biāo)表示，橫坐標(biāo)表示保溫時間保溫時間。其特點：其特點： (1)(1) 恒溫動力學(xué)曲線呈恒溫動力學(xué)曲線呈“S”S”形形 (2)(2) 有一孕育期有一孕育期 (3)(3)等溫下等溫下, ,再結(jié)晶速度呈現(xiàn)再結(jié)晶速度呈現(xiàn)“慢、快、慢慢、快、慢”的特點的特點33( (三三) ) 再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度 再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度：冷變形金屬開始進行再結(jié)晶最低溫度。：冷變形金屬開始進行再結(jié)晶最低溫度。測定方法：測定方法：金相法金相法：顯微鏡中出現(xiàn)第一顆新晶粒溫度：顯微鏡中出現(xiàn)第一顆新晶粒溫度 硬度法硬度法：硬度下降：硬

32、度下降50%50%時的溫度時的溫度 一般工業(yè)上所說的一般工業(yè)上所說的再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度是指經(jīng)較大冷變形量是指經(jīng)較大冷變形量（70%70%）的金屬，在）的金屬，在1h1h完成再結(jié)晶體積分數(shù)完成再結(jié)晶體積分數(shù)95%95%所對應(yīng)的所對應(yīng)的溫度。溫度。 實際生產(chǎn)上確定方法：實際生產(chǎn)上確定方法： 一般一般T TR R = = （0.350.350.400.40）T Tm m34一些金屬的再結(jié)晶溫度一些金屬的再結(jié)晶溫度35影響再結(jié)晶的因素影響再結(jié)晶的因素 1.1.變形程度變形程度：變形度增大、開始變形度增大、開始T TR R下降下降，等溫退火，等溫退火再再結(jié)晶速度越快結(jié)晶速度越快，而大到一定程度，而大到

33、一定程度，T TR R趨于穩(wěn)定。趨于穩(wěn)定。2.2.原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸：其它條件相同時，金屬原始：其它條件相同時，金屬原始晶粒細晶粒細小，則變形抗力大，形變儲存能高，則小，則變形抗力大，形變儲存能高，則T TR R越低越低，同，同時形核率和長大速度均增加，有利于再結(jié)晶。時形核率和長大速度均增加，有利于再結(jié)晶。3. 3. 微量溶質(zhì)原子微量溶質(zhì)原子：溶質(zhì)原子偏聚于位錯和晶界處，：溶質(zhì)原子偏聚于位錯和晶界處，起阻礙作用，起阻礙作用，使使T TR R提高提高。364.4.第二相粒子第二相粒子：其作用是兩方面的：其作用是兩方面的, ,這主要取決這主要取決于分散相粒子大小與分布。于分散相粒子大小與分布

34、。第二相粒子尺寸較第二相粒子尺寸較大大, ,間距較寬（間距較寬（11微米），促進再結(jié)晶微米），促進再結(jié)晶。第二相第二相粒子尺寸較小且又密集分布時阻礙再結(jié)晶形成粒子尺寸較小且又密集分布時阻礙再結(jié)晶形成。5.5.退火工藝參數(shù)退火工藝參數(shù)：加熱速度過于緩慢或極快時，加熱速度過于緩慢或極快時，T TR R上升上升；當(dāng)變形程度和保溫時間一定，；當(dāng)變形程度和保溫時間一定，退火溫退火溫度越高，再結(jié)晶速度快度越高，再結(jié)晶速度快；在一定范圍內(nèi)；在一定范圍內(nèi)延長保延長保溫時間，溫時間，T TR R降低降低。37( (四四) ) 再結(jié)晶后晶粒大小再結(jié)晶后晶粒大小 再結(jié)晶晶粒的再結(jié)晶晶粒的平均直徑平均直徑d d與與形

35、核率形核率N N及及長大速度長大速度G G之間的之間的關(guān)系如下：關(guān)系如下： d= d=常數(shù)（常數(shù)（G/NG/N）1/41/4 影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素：影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素： 1.1. 變形程度的影響變形程度的影響 變形度很小時，晶粒尺寸為變形度很小時，晶粒尺寸為原始原始晶粒尺寸晶粒尺寸； 臨界變形度臨界變形度c c時，時，晶粒特別粗大晶粒特別粗大，一般金屬，一般金屬c c =2 =28% ;8% ;當(dāng)變形度大于當(dāng)變形度大于c c時，隨變形度增加，時，隨變形度增加，晶粒逐漸細化晶粒逐漸細化。 382. 2. 退火溫度退火溫度：對剛完成再結(jié)晶時的晶粒尺寸影：對剛完成再結(jié)晶時的晶粒尺寸影響

36、較小，若響較小，若T T升高，再結(jié)晶速度快，升高，再結(jié)晶速度快，c c值變小值變小。再結(jié)晶完成后，溫度越高，晶粒長大越快，晶再結(jié)晶完成后，溫度越高，晶粒長大越快，晶粒越粗。粒越粗。 3. 3. 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸 當(dāng)變形度一定時，當(dāng)變形度一定時，原始晶粒原始晶粒越細，越細，D D越小越小。39（六）六） 再結(jié)晶全圖再結(jié)晶全圖 再結(jié)晶全圖是表示再結(jié)晶全圖是表示變形程度變形程度、退火溫度退火溫度及及再結(jié)晶再結(jié)晶后晶粒大小后晶粒大小關(guān)系的立體圖形。關(guān)系的立體圖形。 405.3.4. 5.3.4. 晶粒長大晶粒長大 再結(jié)晶結(jié)束后，材料的晶粒一般比較細小再結(jié)晶結(jié)束后，材料的晶粒一般比較細小( (等

37、軸晶等軸晶) )，若繼續(xù)升溫或延長保溫時間，晶粒，若繼續(xù)升溫或延長保溫時間，晶粒會繼續(xù)長大。會繼續(xù)長大。晶粒長大晶粒長大是一個是一個自發(fā)過程自發(fā)過程。晶粒。晶粒長大長大驅(qū)動力驅(qū)動力來自總的來自總的界面能的降低界面能的降低。 根據(jù)再結(jié)晶后晶粒長大特點，分為根據(jù)再結(jié)晶后晶粒長大特點，分為: : （1 1）正常晶粒長大正常晶粒長大: :均勻長大均勻長大 （2 2）異常晶粒長大異常晶粒長大: :不均勻長大，又稱二次不均勻長大，又稱二次再結(jié)晶；把通常說的再結(jié)晶稱為一次再結(jié)晶。再結(jié)晶；把通常說的再結(jié)晶稱為一次再結(jié)晶。41（一）晶粒正常長大（一）晶粒正常長大 1. 1. 晶粒長大的方式：長大是通過晶粒長大的

38、方式：長大是通過大晶粒吞食小晶粒大晶粒吞食小晶粒，晶，晶界向界向曲率中心曲率中心的方向移動進行的。的方向移動進行的。2. 2. 驅(qū)動力驅(qū)動力：來源于晶界遷移后體系總的：來源于晶界遷移后體系總的自由能的降低自由能的降低，即總的即總的界面能的降低界面能的降低，即，即晶界凸側(cè)晶粒不斷長大晶界凸側(cè)晶粒不斷長大, ,凹側(cè)凹側(cè)晶粒不斷縮小晶粒不斷縮小。3. 3. 晶粒大小晶粒大小: : 平均晶粒直徑平均晶粒直徑與與保溫時間保溫時間關(guān)系關(guān)系: : Dt=ct1/2 恒溫下發(fā)生正常晶粒長大時，恒溫下發(fā)生正常晶粒長大時，平均晶粒直徑隨保溫平均晶粒直徑隨保溫時間的平方根而增大時間的平方根而增大。當(dāng)金屬中存在阻礙晶

39、界遷移的因。當(dāng)金屬中存在阻礙晶界遷移的因素素( (如雜質(zhì)如雜質(zhì)) )時時, t, t的指數(shù)項小于的指數(shù)項小于1/21/2。424. 影響因素影響因素 (1) 溫度溫度 T 升高，晶粒長大速度也越快，越易粗化。升高，晶粒長大速度也越快，越易粗化。 (2) 分散相微粒分散相微粒 當(dāng)合金中存在第二相微粒時當(dāng)合金中存在第二相微粒時,粒子對晶界的阻礙作用使粒子對晶界的阻礙作用使晶粒長大速度降低晶粒長大速度降低。正常長大停止時晶粒平均尺寸稱為。正常長大停止時晶粒平均尺寸稱為極極限平均晶粒尺寸限平均晶粒尺寸，其值為式，其值為式: Dlim=4r/3 極限平均晶粒尺寸決定于分散相粒子的尺寸及所占的極限平均晶粒

40、尺寸決定于分散相粒子的尺寸及所占的體積分數(shù)。當(dāng)體積分數(shù)。當(dāng)一定、一定、r越小時越小時, 極限平均晶粒尺寸越小極限平均晶粒尺寸越小。43（3 3）晶粒間位向差）晶粒間位向差 一般小角度晶界或具有孿晶結(jié)構(gòu)的一般小角度晶界或具有孿晶結(jié)構(gòu)的晶界遷移速度很小晶界遷移速度很?。淮蠼嵌染Ы邕w移速大角度晶界遷移速度一般較快。度一般較快。（4 4）雜質(zhì)與微量元素）雜質(zhì)與微量元素 阻礙晶界的遷移阻礙晶界的遷移。44( (二二) ) 晶粒異常長大晶粒異常長大晶粒異常長大晶粒異常長大( (二次再結(jié)晶、不連續(xù)晶粒長大二次再結(jié)晶、不連續(xù)晶粒長大) ) ：1.1.驅(qū)動力驅(qū)動力：來自：來自界面能的降低界面能的降低。2.2.長

41、大方式長大方式：少數(shù)晶粒突發(fā)性地迅速地粗化，使少數(shù)晶粒突發(fā)性地迅速地粗化，使晶粒間的尺寸差別顯著增大晶粒間的尺寸差別顯著增大，不需重新形核。，不需重新形核。3.3.條件條件：組織中存在使大多數(shù)晶粒邊界比較穩(wěn)定：組織中存在使大多數(shù)晶粒邊界比較穩(wěn)定或被釘扎，而只有或被釘扎，而只有少數(shù)晶粒邊界易遷移的因素少數(shù)晶粒邊界易遷移的因素。455.3.5 5.3.5 再結(jié)晶退火后的組織再結(jié)晶退火后的組織 自學(xué)了解自學(xué)了解5.45.4熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶熱變形與動態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶金屬的熱加工和冷加工金屬的熱加工和冷加工n冷加工冷加工：在再結(jié)晶溫度以下的變形加工：在再結(jié)晶溫度以下的變形加工. .n熱加工熱加工：

42、在再結(jié)晶溫度以上的變形加工：在再結(jié)晶溫度以上的變形加工. .465.4.15.4.1動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶 若提高金屬變形的溫度若提高金屬變形的溫度, ,使金屬在使金屬在熱變熱變形形的同時也發(fā)生的同時也發(fā)生回復(fù)回復(fù)和和再結(jié)晶再結(jié)晶，這種，這種與金與金屬變形同時發(fā)生屬變形同時發(fā)生的回復(fù)與再結(jié)晶稱為的回復(fù)與再結(jié)晶稱為動態(tài)動態(tài)回復(fù)回復(fù)(dynamic recovery)(dynamic recovery)和和動態(tài)再結(jié)晶動態(tài)再結(jié)晶(dynamic recrystallization)(dynamic recrystallization)。47（一）動態(tài)回復(fù)（一）動態(tài)回復(fù) v1.1.

43、動態(tài)回復(fù)時的動態(tài)回復(fù)時的真實應(yīng)力真實應(yīng)力- -真實應(yīng)變真實應(yīng)變曲線曲線v曲線分為三段：曲線分為三段：v第第階段階段微應(yīng)變階段微應(yīng)變階段: :應(yīng)力增加很快應(yīng)力增加很快, ,但應(yīng)變量不大但應(yīng)變量不大( (小小于于1%),1%),加工硬化開始出現(xiàn)。加工硬化開始出現(xiàn)。v第第階段階段均勻變形階段均勻變形階段: :金屬材料開始金屬材料開始均勻塑性變形，均勻塑性變形，伴隨加工硬化作用的加強伴隨加工硬化作用的加強, ,開始出現(xiàn)開始出現(xiàn)動態(tài)回復(fù)動態(tài)回復(fù)并逐漸加強并逐漸加強, ,其造成的軟化逐漸抵消加工硬化作用其造成的軟化逐漸抵消加工硬化作用, ,使曲線的斜率下降使曲線的斜率下降并趨于水平。并趨于水平。v第第階段

44、階段穩(wěn)態(tài)流變階段穩(wěn)態(tài)流變階段: :由變形產(chǎn)生的由變形產(chǎn)生的加工硬化加工硬化與與動態(tài)動態(tài)回復(fù)回復(fù)產(chǎn)生的軟化達到產(chǎn)生的軟化達到動態(tài)平衡動態(tài)平衡, ,流變應(yīng)力不再隨應(yīng)變的增流變應(yīng)力不再隨應(yīng)變的增加而增大加而增大, ,曲線保持水平狀態(tài)曲線保持水平狀態(tài)。達到穩(wěn)態(tài)流變時應(yīng)力值與。達到穩(wěn)態(tài)流變時應(yīng)力值與變形溫度和應(yīng)變速率有關(guān)變形溫度和應(yīng)變速率有關(guān), ,增高變形溫度或降低應(yīng)變速率增高變形溫度或降低應(yīng)變速率, ,都將使穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力降低。都將使穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力降低。 482.2.動態(tài)回復(fù)機制動態(tài)回復(fù)機制v隨著隨著應(yīng)變量的增加應(yīng)變量的增加，位錯通過增殖密度升高，形成，位錯通過增殖密度升高，形成位位錯纏結(jié)和胞狀亞結(jié)構(gòu)錯纏

45、結(jié)和胞狀亞結(jié)構(gòu)。v熱變形溫度較高熱變形溫度較高，為回復(fù)提供了，為回復(fù)提供了熱激活熱激活條件。條件。v通過通過刃型位錯的攀移刃型位錯的攀移、螺型位錯的交滑移螺型位錯的交滑移、位錯結(jié)點位錯結(jié)點的脫釘?shù)拿撫?，異號位錯的抵銷異號位錯的抵銷，位錯密度不斷減小位錯密度不斷減小。v位錯的位錯的增殖速率增殖速率和和消亡速率消亡速率平衡平衡，應(yīng)力，應(yīng)力- -應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)為應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)為水平的穩(wěn)態(tài)流變階段水平的穩(wěn)態(tài)流變階段。49（二）動態(tài)再結(jié)晶（二）動態(tài)再結(jié)晶 u1. 動態(tài)再結(jié)晶的應(yīng)力動態(tài)再結(jié)晶的應(yīng)力u金屬在一定溫度下以不同應(yīng)變速率變形金屬在一定溫度下以不同應(yīng)變速率變形 并發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的曲線，并發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的曲線

46、，三個階段三個階段：u第一階段第一階段-加工硬化階段加工硬化階段：應(yīng)力隨應(yīng)變上升很快，金屬出現(xiàn)：應(yīng)力隨應(yīng)變上升很快，金屬出現(xiàn)加工硬化（加工硬化（0max，動態(tài)再結(jié)晶的軟化作用超過加工硬化，應(yīng)力隨應(yīng)變增加而動態(tài)再結(jié)晶的軟化作用超過加工硬化，應(yīng)力隨應(yīng)變增加而下降（下降（c s）。）。u第三階段第三階段-穩(wěn)定流變階段穩(wěn)定流變階段：隨真應(yīng)變的增加，加工硬化和動：隨真應(yīng)變的增加，加工硬化和動態(tài)再結(jié)晶引起的軟化趨于平衡，流變應(yīng)力趨于恒定。但當(dāng)態(tài)再結(jié)晶引起的軟化趨于平衡，流變應(yīng)力趨于恒定。但當(dāng)以低速率進行時，曲線出現(xiàn)波動，其原因主要是位錯密以低速率進行時，曲線出現(xiàn)波動，其原因主要是位錯密度變化慢引起。度變化

47、慢引起。502.2.動態(tài)再結(jié)晶的機制動態(tài)再結(jié)晶的機制 動態(tài)再結(jié)晶通過動態(tài)再結(jié)晶通過形核形核和和長大長大完成。完成。 應(yīng)變速率較低應(yīng)變速率較低時，動態(tài)再結(jié)晶通過原晶界的時，動態(tài)再結(jié)晶通過原晶界的弓弓出機制出機制形核；形核； 應(yīng)變速率較高應(yīng)變速率較高時，通過亞晶時，通過亞晶聚集長大方式聚集長大方式進行。進行。515.4.2 5.4.2 熱加工對組織和性能的影響熱加工對組織和性能的影響 自學(xué)了解自學(xué)了解5.4.3 蠕變早期，人們對金屬材料強度的認識不足，設(shè)計金屬構(gòu)件早期，人們對金屬材料強度的認識不足，設(shè)計金屬構(gòu)件時僅以時僅以短時強度短時強度作為設(shè)計依據(jù)。作為設(shè)計依據(jù)。不少構(gòu)件，即使使用應(yīng)力低于彈性極

48、限，使用一段時間不少構(gòu)件，即使使用應(yīng)力低于彈性極限，使用一段時間后仍然會發(fā)生因后仍然會發(fā)生因塑性受形而失效塑性受形而失效或因破斷而失效的現(xiàn)象?；蛞蚱茢喽У默F(xiàn)象。隨著金屬材料的隨著金屬材料的使用溫度逐步提高使用溫度逐步提高，這就使人們進一步，這就使人們進一步認識到認識到材料強度材料強度與與使用期限使用期限之間尚有密切的聯(lián)系，從而之間尚有密切的聯(lián)系，從而相繼開拓了相繼開拓了蠕變、蠕變斷裂、松弛、疲勞、斷裂力學(xué)等蠕變、蠕變斷裂、松弛、疲勞、斷裂力學(xué)等長時強度長時強度研究領(lǐng)域研究領(lǐng)域。蠕變?nèi)渥儎t是其中研究最早、內(nèi)容較豐富而成果較顯著的一則是其中研究最早、內(nèi)容較豐富而成果較顯著的一個領(lǐng)域，成為其他幾

49、個研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)。個領(lǐng)域，成為其他幾個研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)。52在一定溫度下，金屬受持續(xù)應(yīng)力的作用而產(chǎn)在一定溫度下，金屬受持續(xù)應(yīng)力的作用而產(chǎn)生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象稱為生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象稱為金屬的蠕變金屬的蠕變。引起蠕變的這一應(yīng)力稱引起蠕變的這一應(yīng)力稱蠕變應(yīng)力蠕變應(yīng)力。在這種持續(xù)應(yīng)力作用下，蠕變變形逐漸增加，在這種持續(xù)應(yīng)力作用下，蠕變變形逐漸增加，最終可以導(dǎo)致斷裂，這種斷裂稱最終可以導(dǎo)致斷裂，這種斷裂稱蠕變斷裂。蠕變斷裂。 53n1.蠕變曲線蠕變曲線n在恒定溫度下，一個受單向恒定載荷在恒定溫度下，一個受單向恒定載荷(拉或壓拉或壓)作用的試樣，作用的試樣，其變形其變形與時間與時間t的關(guān)系可用典型的蠕

50、變曲線表示，斜率表的關(guān)系可用典型的蠕變曲線表示，斜率表示示蠕變速率蠕變速率，曲線可分下列幾個階段：，曲線可分下列幾個階段：n第第I階段：階段：減速蠕變階段減速蠕變階段(圖中圖中ab段段)，在加載的瞬間產(chǎn)生，在加載的瞬間產(chǎn)生了的彈性變形了的彈性變形0，以后隨加載時間的延續(xù)，變形連續(xù)進行，以后隨加載時間的延續(xù)，變形連續(xù)進行，但變形速率不斷降低；但變形速率不斷降低；n第第II階段：階段：恒定蠕變階段恒定蠕變階段，曲線，曲線bc段，此階段蠕變變形速段，此階段蠕變變形速率隨加載時間的延續(xù)而保持恒定，且為最小蠕變速率；率隨加載時間的延續(xù)而保持恒定，且為最小蠕變速率；n第第III階段：曲線上從階段：曲線上從

51、c點到點到d點斷裂為止，也稱點斷裂為止，也稱加速蠕變加速蠕變階段階段，隨蠕變過程的進行，蠕變速率顯著增加，直至最終，隨蠕變過程的進行，蠕變速率顯著增加，直至最終產(chǎn)生蠕變斷裂。產(chǎn)生蠕變斷裂。54v2.蠕變機制蠕變機制v蠕變主要形變機理有蠕變主要形變機理有3種：種：v（1）位錯蠕變位錯蠕變：一般情況，滑移面上的位錯運動受阻產(chǎn)：一般情況，滑移面上的位錯運動受阻產(chǎn)生塞積，生塞積，滑移受阻滑移受阻，只有在，只有在更大的切應(yīng)力更大的切應(yīng)力才能使才能使位錯重新位錯重新開動增殖開動增殖。高溫下高溫下，刃型位錯刃型位錯借助熱激活借助熱激活攀移攀移到鄰近的滑到鄰近的滑移面而繼續(xù)滑移，攀移減小了位錯塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集

52、中，移面而繼續(xù)滑移，攀移減小了位錯塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集中，使加工硬化減弱了，回復(fù)過程得以進行，當(dāng)使加工硬化減弱了，回復(fù)過程得以進行，當(dāng)蠕變引起的加蠕變引起的加工硬化速率工硬化速率和和高溫回復(fù)的軟化速率高溫回復(fù)的軟化速率相等時相等時-蠕變第二階段蠕變第二階段；v（2）擴散蠕變擴散蠕變：當(dāng)溫度很高和應(yīng)力很低時，蠕變是靠：當(dāng)溫度很高和應(yīng)力很低時，蠕變是靠空空位的移動位的移動造成的；造成的；v（3）晶界滑動蠕變晶界滑動蠕變：在高溫蠕變條件下，：在高溫蠕變條件下，晶界上的原子晶界上的原子易于擴散易于擴散，受力后易于產(chǎn)生，受力后易于產(chǎn)生滑動滑動，故促進蠕變進行。，故促進蠕變進行。555.4.45.4.4 超塑

53、性超塑性n材料在一定條件下進行熱變形，可獲得延伸率材料在一定條件下進行熱變形，可獲得延伸率達到達到500%500%2000%2000%的均勻塑性變形，且的均勻塑性變形，且不發(fā)生不發(fā)生縮頸現(xiàn)象縮頸現(xiàn)象，材料的這種特性，稱為，材料的這種特性，稱為超塑性。超塑性。 561.產(chǎn)生超塑性的條件：產(chǎn)生超塑性的條件：n材料具有材料具有等軸細小的組織等軸細小的組織，晶粒直徑小于，晶粒直徑小于10m，而且在超塑性變形過程中晶粒不顯著，而且在超塑性變形過程中晶粒不顯著長大；長大；n超塑性超塑性變形溫度范圍在變形溫度范圍在(0.50.65)Tm范圍內(nèi)范圍內(nèi)進行。進行。n低應(yīng)變速率低應(yīng)變速率，一般在，一般在10-21

54、0-4s-1范圍內(nèi)，以范圍內(nèi)，以保證晶界擴散過程順利進行。保證晶界擴散過程順利進行。57v2.2.超塑性的特征超塑性的特征v 在高溫下，材料的在高溫下，材料的流變應(yīng)力流變應(yīng)力不僅是不僅是應(yīng)變應(yīng)變和和溫度溫度T T的的函數(shù)，而且對函數(shù)，而且對應(yīng)變速率應(yīng)變速率也很敏感。存在以下關(guān)系：也很敏感。存在以下關(guān)系：v ( (，T)=KT)=Km mv K K為常數(shù)，為常數(shù)，m m為應(yīng)變速率敏感指數(shù)，金屬要具備超為應(yīng)變速率敏感指數(shù)，金屬要具備超塑性，塑性，m m一般在一般在0.30.3以上；以上；v 晶粒越細，晶粒越細，m m值越大，在超塑性材料中獲得值越大，在超塑性材料中獲得微晶微晶是是關(guān)鍵。關(guān)鍵。58n

55、3.超塑性的本質(zhì)超塑性的本質(zhì) 關(guān)于超塑性的本質(zhì)，多數(shù)觀點認為系由關(guān)于超塑性的本質(zhì)，多數(shù)觀點認為系由晶界轉(zhuǎn)動晶界轉(zhuǎn)動與與晶晶粒轉(zhuǎn)動粒轉(zhuǎn)動所致。如下圖所示：所致。如下圖所示：59超塑性組織結(jié)構(gòu)變化具有以下特征超塑性組織結(jié)構(gòu)變化具有以下特征：（1 1）超塑性變形時，）超塑性變形時，沒有晶內(nèi)滑移沒有晶內(nèi)滑移也也沒有位錯密度增高沒有位錯密度增高；（2 2）由于超塑性變形在高溫下長時間進行，因此）由于超塑性變形在高溫下長時間進行，因此晶粒會晶粒會長大長大；（3 3）盡管變形量很大，但）盡管變形量很大，但晶粒形狀始終保持等軸晶粒形狀始終保持等軸；（4 4）原來兩相呈）原來兩相呈帶狀分布的合金帶狀分布的合金，超塑性變形后變?yōu)?，超塑性變形后變?yōu)榫鶆蚍植紕蚍植迹唬? 5）利用冷變形和再結(jié)晶方法制取）利用冷變形和再結(jié)晶方法制取超細晶粒合金超細晶粒合金，如果，如果合金有合金有織構(gòu)織構(gòu)，則在，則在超塑性變形后消失超塑性變形后消失。604. 超塑性的應(yīng)用超塑性的應(yīng)用高變形能力的應(yīng)用高變形能力的應(yīng)用q超塑成形工藝按成形介質(zhì)可分為氣壓成形、液壓成超塑成形工藝按成形介質(zhì)可分為氣壓成形、液壓成形、無模成形、無模拉拔。在航