工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制

1、結(jié)束放映下一頁本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁 第一章 緒論材料科學與工程（ MSE ）四要素合成與制備材料特性成分與組織結(jié)構(gòu)服役行為與壽命1結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁 第一章 緒論核心關(guān)系貫穿全課程的“綱”2結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 對材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認識水平：宏觀、微觀。廣義的講，它括了成分、相、組織、結(jié)構(gòu)等概念材料的結(jié)構(gòu)表明材

2、料的組元及其排列和運動方式。3結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁 第一章 緒論What? “組織結(jié)構(gòu)”相：凡是化學成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開的均勻組成部分。元素不一定單一。組織：用肉眼或顯微鏡的觀察到的材料的微觀形貌，它可以是單相的，也可以是由一定數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式的多種相組成。4結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁2.1 材料的結(jié)構(gòu)(crystallography)一、理想晶體 1晶體與非晶體 晶體材料的原子（離子、分子）在三維空間呈

3、規(guī)則，周期性排列。非晶體材料的原子（離子、分子）無規(guī)則堆積，和液體相似，亦稱為“過冷液體”或“無定形體”。(a)、是否具有周期性、對稱性(b)、是否長程有序(c)、是否有確定的熔點(d)、是否各向異性區(qū) 別第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 5結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁2晶體結(jié)構(gòu)的描述 .理想晶體實際晶體的理想化三維空間無限延續(xù)，無邊界嚴格按周期性規(guī)劃排列。是完整的、無缺陷原子在其平衡位置靜止不動晶體結(jié)構(gòu)描述了晶體中原子（離子、分子）的排列方式。第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 6結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engi

4、neering Materials MAT,SWJTU教程首頁 空間規(guī)則排列的原子剛球模型晶格(crystal lattice)（剛球抽象為晶格結(jié)點，構(gòu)成空間格架）晶胞( unit cell )（具有周期性最小組成單元，or能完全反映晶格特征的最小幾何單元)。. 理想晶體的晶體學抽象第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 7結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁3晶胞的描述 晶體學參數(shù)：a,b,c,晶格常數(shù)：a,b,c七個晶系：晶格常數(shù) ( lattice constant ) cXZYOba第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 8布拉菲空

5、間點陣晶胞結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁9晶向(crystal direction): 在晶格中,任意兩原子之間的連線所指的方向。晶向指數(shù): 用密勒(Miller)指數(shù)對晶格中某一原子排列在空間的位向進行標定。確定方法:設(shè)置坐標;求投影坐標;取最小整數(shù)。10晶面(crystal face): 在晶格中由一系列原子所構(gòu)成的平面稱為晶面。晶面指數(shù)(indices of crystallographic plane):用密勒(Miller)指數(shù)對晶格中 某一晶面進行標定。確定方法: 設(shè)置坐標;求截距;取倒數(shù)。11結(jié)束放映下一頁上

6、一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁4三種典型的金屬晶體晶胞(圖) 屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬有：堿金屬、難溶金屬（V、Nb、Ta、Cr、Mo、W）a-Fe等 屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬的有：Al、貴重金屬、-Fe、Ni、Pb、Pd、Pt以及奧氏體不銹鋼等。 屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬有： Mg、Zn、 a-Be、a-Ti、a-Zr、a-Hf、a-Co等。體心立方晶胞bcc面心立方晶胞fcc密排六方晶胞hcp第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 1213結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁晶胞原子數(shù)：是指在

7、一個晶胞中所含的原子數(shù)目。1+81/8=2 原子半徑：是指晶胞中原子密度最大的方向上相鄰兩原子間平衡距離的一半，或晶胞中相距最近的兩個原子間距的一半。體心立方晶胞：r= (a) 1/3/4配位數(shù)：是指晶格中與任一原子最鄰近且等距離的原子數(shù)目。8致密度：是指晶胞中原子本身所占有的體積百分數(shù)，也稱密排系數(shù)。致密度=晶胞中原子所占有的體積/晶胞的體積100%。68%第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 14結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁1、體心立方晶胞BCC Body-Centered Cube 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 1

8、5結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁2、面心立方晶胞FCC Face-Centered Cube第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 16結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁3、密排六方晶胞HCP Hexagonal Close-Packed 晶胞 晶體學參數(shù) 原子半徑 晶胞原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 HCP a=bc,c/a=1.633, a=b=90o,g =120o a/2 6 12 74% 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 17結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 E

9、ngineering Materials MAT,SWJTU教程首頁BCC、FCC、HCP晶胞的重要參數(shù) 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 18結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁密排面與密排方向 110, (111) 111,(110) 底面, 底面上任 意相鄰原子的連線第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 19結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁二實際晶體 理想晶體+晶體缺陷實際晶體 實際晶體單晶體和多晶體單晶體：內(nèi)部晶格位向完全一致各自異性多晶體：由許多位向各不

10、相同的單晶體塊組成各自同性 1晶體缺陷( crystal defect ) ： 實際晶體中存在著偏離（破壞）晶格周期性和規(guī)則性的部分 。 a、 點缺陷 b、 線缺陷（位錯） c、 面缺陷 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 20結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁a、 點缺陷( point defect ) 晶格結(jié)點處或間隙處，產(chǎn)生偏離理想晶體的變化 空位( vacancy ) ： 晶格結(jié)點處無原子 置換原子( gap atom ) ： 晶格結(jié)點處為其它原子占據(jù) 間隙原子( substitutional atom ) ： 原子占據(jù)

11、晶格間隙 間隙原子、置換原子示意圖 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 21結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁晶格畸變置換原子引起的晶格畸變空位引起的晶格畸變第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 22結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁B、 線缺陷( line defect ) 位錯( dislocation ) ： 二維尺度很小，另一維尺度很大的原子錯排 刃型位錯( screw dislocation ) 螺型位錯 ( blade dislocation )第二章

12、工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 23結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁c、 面缺陷( surface-defect ) 一維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯排區(qū)域 晶界( grain boundary ) :晶粒與晶粒之間的界面。亞晶界( sub-boundary ):相鄰晶粒位向很小(一般12)的小角度晶界。表面（surface）等 區(qū)域：大角度晶界-晶界小角度晶界-亞晶界第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 24 Cu-Ni 合金中的亞結(jié)構(gòu)25結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJ

13、TU教程首頁三、晶體中的擴散(自學、不做重點要求) 擴散原子在晶體中移動距離超過其平均原子間距的遷移現(xiàn)象 1、概念擴散熱激活過程（以克服晶格約束）第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 26結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁2影響擴散的因素： (1)溫度 原子能量提高 （最主要因素） D=Doexp(-Q/RT） Do擴散系數(shù)(cm2/s), Q擴散激活能(2)晶體結(jié)構(gòu)致密度小克服的能壘小擴散容易(3)表面及晶體缺陷晶格畸變高能態(tài)原子激活能?。w擴散的0.6-0.7）擴散快100-1000倍Do，Q與溫度無關(guān)，決定于晶體的成分和結(jié)構(gòu)

14、；溫度提高10-15度，D提高一倍。第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 27結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁四、純金屬的結(jié)晶及其組織 1結(jié)晶與凝固的區(qū)別 凝固：LS S可以是非晶 物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程。結(jié)晶：一種原子排列狀態(tài)（晶態(tài)或非晶態(tài)）過渡為另一種原子規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）的轉(zhuǎn)變過程 or物質(zhì)中的原子由近程有序列向長有序排列的過程。 一次結(jié)晶：LS晶態(tài) 二次結(jié)晶：SS晶態(tài)近程有序長程有序第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 28純金屬結(jié)晶時的冷卻曲線TmT時間溫度理論冷卻曲線實際冷卻曲線結(jié)晶平臺(是由結(jié)晶潛熱導致)2. 過

15、冷現(xiàn)象與過冷度過冷現(xiàn)象 ( supercooling )過冷度 ( degree of supercooling ) T = Tm T過冷是結(jié)晶的必要條件。Why? 29結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁結(jié)晶驅(qū)動力G0自然界的自發(fā)過程進行的熱力學條件都是自由能0體系中各種能量的總和叫做內(nèi)能，其中可以對外做功或向外釋放的能量叫自由能3結(jié)晶熱力學a 當溫度TTm時，F(xiàn)sFL, 液相穩(wěn)定b當溫度TTm時，F(xiàn)sL+( ac+e )-(ac+e )- ( af + bII ) + ( g +aII )共晶恒溫析出第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與

16、性能控制 52結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁室溫下：相組成物， 組織組成物：（+）共晶體（+）%=100% 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 53結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁合金III：（ 亞共晶合金） L-L+a初-L+a初+（ ac+e)- a初+（ ac+e)-a +II+（ a+） 亞共晶合金組織 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 54結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁室溫下

17、：相組成物， 組織相對量： 在共晶溫度時： 室溫下：a初-+II LM+fg第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 55結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁組織標注相圖 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 56結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁四、合金性能與相圖的關(guān)系 1、合金的使用性能與相圖的關(guān)系第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 57結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁 溶質(zhì)元素晶格畸變大強度、硬度，（

18、50%最大） 復(fù)相組織區(qū)域內(nèi)（如共晶轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)），合金的強度和硬度隨成分的變化呈直線關(guān)系，大致是兩相性能的算術(shù)平均值。HB=HBa * a% + HB * % 對組織較敏感的性能強度，與組成相或組織組成物的形態(tài)有很大關(guān)系。組成相或組織組成物越細密，強度越高（共晶點處，共晶組織呈細小、均勻細密的復(fù)相組織，強度可達最高值。）1、合金的使用性能與相圖的關(guān)系第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 58結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁2、合金的工藝性能 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 59結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineeri

19、ng Materials MAT,SWJTU教程首頁a. 鑄造性能液態(tài)合金的流動性以及產(chǎn)生縮孔，裂紋的傾向性等。液固相線距離愈小，結(jié)晶溫度范圍愈小合金的流動性好有利于澆注。 液固相線距離大枝晶偏析傾向愈大，合金流動性也愈差，形成分散縮孔的傾向也愈大，使鑄造性能惡化，所以鑄造合金的成分常取共晶成分和接近共晶成分或選擇結(jié)晶溫度間隙最小的成分。 b.鍛造、軋制性能單相固溶體合金單相組織變形抗力小，變形均勻，不易開裂，塑性好2、合金的工藝性能 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 60結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁2.3 金屬的塑性變

20、形本節(jié)要點塑性變形（滑移變形）的微觀機制？金屬塑性變形（主要是滑移變形）的特點？塑性變形對金屬組織、性能的影響（特別是加工硬化）？第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 61結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁學習思路以：化學成分組織結(jié)構(gòu)性能應(yīng)用加工工藝為綱，加深理解本章內(nèi)容第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 62結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁一、靜載單向靜拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線(低碳鋼 )四階段 簡單回顧第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 63結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首

21、頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁一 、 金屬材料的塑性變形變形是工程材料在外力作用下會發(fā)生的最基本的失效方式，變形通常包括彈性變形與塑性變形兩種。 抵抗塑性變形是一般工程構(gòu)件的基本要求，不希望結(jié)構(gòu)件在承載時產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形； 塑性變形是金屬材料的一種重要加工成形方法，在材料加工過程中，人們希望它易于加工變形。 塑性變形還可改變材料內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)并影響其宏觀性能。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 64結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(一）、單晶體的塑性變形單晶體變形規(guī)律：滑移晶體

22、學多晶的變形是各個晶粒的變形的總和。（A）塑性變形方式：滑移. 塑性變形方式滑移和孿生 在外加切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面（滑移面）上的一定方向（滑移方向）發(fā)生相對的滑動第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 65結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁外力P在滑移面上的分解正應(yīng)力：僅使晶格產(chǎn)生彈性伸長，當超過原子間結(jié)合力時，使將晶體拉斷；切應(yīng)力 ：使晶格產(chǎn)生彈性歪扭，在超過滑移抗力時引起滑移面兩側(cè)的晶體發(fā)生相對滑動。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 66結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Mat

23、erials MAT,SWJTU教程首頁Why? 滑移面（方向）最大密排面（晶向）自然過程的發(fā)生總是沿著阻力最小的方式進行！第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 67結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁滑移系：滑移面和該面上的一個滑移方向 金屬三種常見晶格的滑移系第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 68結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁Why? 體心立方（-Fe）和面心立方金屬（Cu、Al）滑移系數(shù)目相同，但面心立方金屬的塑性變形能力更好?Then， 晶體的滑移就是晶

24、體滑移面兩側(cè)部分作整體的相對移動（剛性移動）？How?第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 69結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁滑移的位錯機制位錯滑移塑性變形 How?切應(yīng)力作用下，晶體中的位錯沿著滑移面逐步移動，最后移出表面，留下一個大小等于該位錯矢量模的臺階。 大量位錯（原子距）移出晶體滑移線（1000原子距）滑移帶第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 70結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁滑移的位錯機制：晶體的滑移是通過位錯在滑移面上的動動來實現(xiàn)的，而勿需使晶

25、體的兩部分作整體相對移動。 滑移的實現(xiàn) 借助于位錯運動。（剛性滑移模型計算出的臨界切應(yīng)力值實測值）金屬計算值 (MN/m2)實測值 (MN/m2)計算值與實測值之比銅銀金鎳鎂鋅64004500450011000300048001.00.50.925.80.830.94640090004900190036005100自然過程的發(fā)生總是沿著阻力最小的方式進行！第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 71結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁滑移系數(shù)目，材料塑性；滑移方向，材料塑性,（滑移方向的作用大于滑移面的作用）FCC和BCC的滑移系為1

26、2個，HCP為3個；FCC的滑移方向多于BCC。金屬塑性：Cu（FCC）Fe（BCC）Zn（HCP）。 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 72結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁晶體的一切分相對于另一部分沿一定晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變。金屬晶體中變形部分與未變形部分在孿生面兩側(cè)形成鏡面對稱關(guān)系。發(fā)生孿生的部分（切變部分）稱為孿生帶或?qū)\晶。（B）塑性變形方式 ：孿生為什么發(fā)生孿生變形？何種情況下才易發(fā)生？特點：均勻切變，切變部分位向改變，但點陣結(jié)構(gòu)不變；發(fā)生孿生時各原子移動的距離是不相等的。臨界分切應(yīng)力滑移分切應(yīng)力

27、；形變量很?。恍巫兯俣瓤?，接近聲速。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 73結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁孿生僅會在滑移不易產(chǎn)生的情況下發(fā)生：. FCC金屬一般不發(fā)生孿生，少數(shù)（Cu、Ag、Au）在極低溫度下發(fā)生。. BCC金屬僅在室溫或受沖擊時發(fā)生。. HCP金屬較容易發(fā)生孿生。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 74結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(C）滑移和孿生滑移和孿生均在切應(yīng)力作用下，沿一定晶面的一定晶向進行，產(chǎn)生塑性變形。 孿生借助于切變進行，所

28、需切應(yīng)力大，速度快，在滑移較難進行時發(fā)生 滑移原子移動的相對位移是原子間距的整數(shù)值不引起晶格位向的變化；孿生原子移動的相對位移是原子間距的分數(shù)值孿晶晶格位向改變促進滑移 孿生產(chǎn)生的塑性變形量小（滑移變形量的10）， 但引起的晶格畸變大。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 75結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(二）、實際金屬（多晶）的塑性變形主要影響因素：晶界、晶粒和位向（A）晶界： .滑移的主要障礙：原子混亂排列區(qū)，較不規(guī)則缺陷、雜質(zhì)集中。滑移不能從一個晶粒直接延續(xù)到另一個晶粒中去。.協(xié)調(diào)變形：晶界自身變形以維持相鄰晶粒變形保

29、持連續(xù)。位錯塞積位錯運動到晶界附近，受到晶界阻礙而堆積起來。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 76結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁（B）晶粒. Hall-Pitch關(guān)系：s=0+Kyd-1/2 .細晶強化：晶粒細化強度提高、塑性提高、韌性提高，硬度晶粒小晶界面積大變形抗力大強度大晶粒小單位體積晶粒多變形分散相鄰晶粒不同滑移系相互協(xié)調(diào)晶粒小晶界多不利于裂紋的傳播斷裂前承受較大的塑性變形細晶強化是金屬的一種非常重要的強韌化手段！第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 77結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Mate

30、rials MAT,SWJTU教程首頁二、塑性變形對金屬組織與性能的影響(一）冷塑性變形對金屬組織性能的影響第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 78結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁晶粒形貌及結(jié)構(gòu)變化晶粒拉長，纖維組織各同異性a.纖維組織（組織）b. 亞結(jié)構(gòu)形成（晶內(nèi)結(jié)構(gòu)變化）形變 位錯密度（ -）位錯纏結(jié) 胞壁亞晶鋼的纖維組織（變形度80%第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 79滑移中晶體的轉(zhuǎn)動滑移面轉(zhuǎn)向與外加應(yīng)力方向一致滑移方向轉(zhuǎn)向與最大分切應(yīng)力方向一致80結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materia

31、ls MAT,SWJTU教程首頁織構(gòu)擇優(yōu)取向（組織）擇優(yōu)取向變形量足夠大時，原來處于不同位向的晶粒在空間位向上會呈現(xiàn)出一定程度的一致。 形變織構(gòu)金屬塑性變形到很大程度（70%）時，由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，使各晶粒的位向趨于一致，形成特殊的擇優(yōu)取向，這種有序化的結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)。有害：“制耳”現(xiàn)象有利：硅鋼片：電機、變壓器鐵芯81結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁. 加工硬化（形變硬化）（冷作硬化）（性能）加工硬化金屬在冷態(tài)下進行塑性變形時，隨著變形度的增加，其強度、硬度提高，塑性、韌性下降82結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engi

32、neering Materials MAT,SWJTU教程首頁加工硬化機理1）一種重要的強化手段，對不能用熱處理方法強化的合金尤其重要；2）冷加工成形得以順利進行；3）金屬具有較好的變形強化能力，具有防止短時超載斷裂能力，保證構(gòu)件安全性；4）塑性，切削性能不利：塑性變形困難中間退火消除塑性變形位錯移動位錯大量增殖相互作用運動阻力加大變形抗力彈度、硬度、塑性、韌性位錯強化：位錯密度強度、硬度意義83結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁4殘余內(nèi)應(yīng)力（性能）第一類內(nèi)應(yīng)力宏觀，表面和心部，塑性變形不均勻造成；第二類內(nèi)應(yīng)力微觀，晶粒間或晶

33、內(nèi)不同區(qū)域變形不均；第三類內(nèi)應(yīng)力超微觀，晶粒畸變（90%）。去除外力后殘留于且平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。84結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁重點掌握1. 金屬的塑性變形及其本質(zhì)；單晶體的塑性變形(滑移、孿生的概念以及孿生與滑移的區(qū)別)；. 多晶體的塑性變形(晶界的作用、晶粒位向差的的影響)；細晶強化；多晶體塑性變形的特點；3. 冷塑性變形對金屬組織、性能的影響：加工硬化的概念、實際意義；形變強化；殘余內(nèi)應(yīng)力；織構(gòu)。(二）金屬在加熱的條件下的塑性變形：85結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials

34、MAT,SWJTU教程首頁基本要求（ 1）熟悉金屬塑性變形（以滑移為主）的特點及其微觀機制； （ 2）掌握實際金屬（多晶）的塑性變形特點；（ 3）了解塑性變形對金屬組織與性能的影響，重點掌握加工硬化的定義、機理及在生產(chǎn)中的實際意義；（ 4）前期了解二種金屬材料強化的基本方式細晶強化、加工硬化。 86結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁1、塑性變形金屬在加熱時組織性能變化 87結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁2、回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大 1）回復(fù)原子擴散能力較小，物理化學性能恢復(fù)，內(nèi)應(yīng)力顯著降低，強度和硬度略有降低去應(yīng)力退火。驅(qū)動力：金屬變形儲存能（晶格畸變能）88結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁2）再結(jié)晶 新的形核一長大過程，無新相生成 加工硬化消除，力學性能恢復(fù)，顯微組織發(fā)生顯著變化等軸晶粒，強度大大下降再結(jié)晶退火：消除加工硬化的熱處理工藝再結(jié)晶溫度：純金屬 TR=0.4-0.35Tm(K) 合金：TR=0.5-0.7Tm(K) 驅(qū)動力：金屬變形儲存能（晶格畸變能）3）晶粒長大性能惡化，特別是塑性明顯下降