材料形變和再結(jié)晶

1、關(guān)于材料的形變和再結(jié)晶第一張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、單晶體塑形變形（三種方式）：滑移、孿生、扭折。 1、滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定晶面和晶向，相對(duì)于另一部分發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。晶體塑性變形的不均勻性：滑移只是集中發(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，只是彼此作相對(duì)位移 ?；葡担阂粋€(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向合起來叫做一個(gè)滑移系。5,2 晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧 2第二張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月只有當(dāng)外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力達(dá)到一定臨界值時(shí)，該滑移系方可發(fā)生滑移，該分切應(yīng)力稱為滑移的臨界分切應(yīng)力。晶體滑移并不是

2、晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是借助位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)逐步進(jìn)行。 位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)遇到點(diǎn)陣阻力，又稱為派-納（P-N）力：5,2 晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧 3第三張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定晶面（孿晶面）和一定的晶向（孿生方向）相對(duì)于另一部分作均勻的切變、形成孿晶所產(chǎn)生的變形。 孿生的特點(diǎn)及與滑移的異同點(diǎn)。相同點(diǎn)：都是在切應(yīng)力作用下產(chǎn)生的剪切應(yīng)變過程。都不改變晶體結(jié)構(gòu)。都存在臨界分切應(yīng)力。都是晶體中的一部分相對(duì)于另一部分沿一定的晶面和晶向的平移。5,2 晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧 4第四張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2

3、022年6月孿生的特點(diǎn)及與滑移的不同點(diǎn)：對(duì)塑性變形的貢獻(xiàn)小，但是可以改變位向，進(jìn)一步誘發(fā)滑移。孿晶的兩部分晶體形成鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系?；频臋C(jī)制是位錯(cuò)的產(chǎn)生和移動(dòng)，而孿生是孿生區(qū)內(nèi)的原子沿滑移方向的均勻切變，不全位錯(cuò)參與。 孿生的臨界分切應(yīng)力大。晶體對(duì)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。5,2 晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧 5第五張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3、扭折：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(shí)晶體將會(huì)產(chǎn)生局部彎曲，這種變形方式稱為扭折，變形區(qū)域則稱為扭折帶。 二、多晶體的塑性變形：多晶體中每個(gè)晶粒變形的基本方式與單晶體相同，

4、但由于相鄰晶粒之間取向不同，以及晶界的存在，因而多晶體的變形既需克服晶界的阻礙。1、晶粒取向的影響：各晶粒變形過程中的相互制約和協(xié)調(diào)性；多晶體塑性變形時(shí)要求每個(gè)晶粒至少能在5個(gè)獨(dú)立的滑移系上進(jìn)行滑移。65,2 晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧 第六張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、晶界的影響：晶界對(duì)滑移具有阻礙效應(yīng) 。在變形過程中位錯(cuò)難以通過晶界，被堵塞在晶界附近。這種在晶界附近產(chǎn)生的位錯(cuò)塞積群會(huì)對(duì)晶內(nèi)的位錯(cuò)源產(chǎn)生一反作用力。此反作用力隨位錯(cuò)塞積的數(shù)目n而增大。多晶體的強(qiáng)度隨其晶粒細(xì)化而提高。多晶體的屈服強(qiáng)度s與晶粒平均直徑d的關(guān)系可用著名的霍爾佩奇（Hall-Petch）公式表示在多晶體

5、材料中往往存在一“等強(qiáng)溫度TE”，低于TE時(shí)，晶界強(qiáng)度高于晶粒內(nèi)部的；高于TE時(shí)則得到相反的結(jié)果。75,2 晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧 第七張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、合金的塑形變形：按合金組成相不同，主要可分為單相固溶體合金和多相合金。 1、單相固溶體合金的塑性變形：溶質(zhì)原子對(duì)合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在（1）固溶強(qiáng)化作用；（2）提高了塑性變形的阻力；（3）有些固溶體會(huì)出現(xiàn)明顯的屈服點(diǎn)和應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。85,2 晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧 第八張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月屈服現(xiàn)象本質(zhì)：（1）Cottrell氣團(tuán)理論：在固溶體合金中，溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子可以與位錯(cuò)交互作

6、用而形成溶質(zhì)原子氣團(tuán)，即所謂的Cottrell氣團(tuán)。上屈服點(diǎn)：掙脫Cottrel氣團(tuán)，需要較大的應(yīng)力下屈服點(diǎn)：掙脫以后位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)就容易，應(yīng)力下降（2）位錯(cuò)增殖理論9由位錯(cuò)理論得位錯(cuò)的平均運(yùn)動(dòng)速度5,2 晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧 第九張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、多相合金的塑性變形：根據(jù)尺寸大小分為聚合型相差不多彌散型細(xì)?。?）聚合型合金的塑性變形：10（2）彌散分布型合金的塑性變形：1）不可變形粒子的強(qiáng)化作用2）可變形微粒的強(qiáng)化作用5,2 晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧 第十張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、塑性變形對(duì)材料組織與性能的影響：1、顯微組織的變化：晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)

7、出現(xiàn)大量的滑移帶或?qū)\晶帶；晶粒外觀結(jié)構(gòu)將逐漸沿其變形方向伸長(zhǎng)；當(dāng)變形量很大時(shí)，出現(xiàn)纖維組織。2、亞結(jié)構(gòu)的變化：隨著變形度的增大，晶體中的位錯(cuò)密度迅速提高，出現(xiàn)胞狀亞結(jié)構(gòu)。3、性能的變化：加工硬化及其他物理化學(xué)性能的變化。4、形變織構(gòu)：晶面轉(zhuǎn)動(dòng)使多晶體中原來取向互不相同的各個(gè)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，這種組織狀態(tài)則稱為形變織構(gòu)。 絲織構(gòu)；板織構(gòu)。由于取向，造成了材料性能的各向異性。115,2 晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧 第十一張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5殘余應(yīng)力（儲(chǔ)存能）：外力做的功中一部分儲(chǔ)存在材料內(nèi)部。根據(jù)范圍大小，分三種：宏觀殘余應(yīng)力：各部分

8、宏觀變形不均勻引起占總的儲(chǔ)存能很少，約0.1%；微觀殘余應(yīng)力：晶?；騺喚ЯＶg的變形不均勻引起，可能引起微裂紋；點(diǎn)陣畸變：作用范圍是幾十至幾百納米，由于工件在塑性變形中形成的大量點(diǎn)陣缺陷（如空位、間隙原子、位錯(cuò)等）引起的，占儲(chǔ)存能的絕大部分（80-90%）。125,2 晶體的塑形變形 內(nèi)容回顧 第十二張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月13本章 章節(jié)結(jié)構(gòu)5.1彈性和粘彈性 5.2晶體的塑性變形 5.3回復(fù)和再結(jié)晶 5.4熱變形與動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶5.5陶瓷材料變形的特點(diǎn)5.6高聚物的塑性變形 第十三張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.3 回復(fù)和再結(jié)晶金屬經(jīng)過一定程度冷塑性變形后，

9、組織和性能都發(fā)生了明顯的變化，由于各種缺陷及內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，導(dǎo)致金屬晶體在熱力學(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(shì)。通過適當(dāng)?shù)募訜岷捅剡^程，這種趨勢(shì)就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。這種變化的表現(xiàn)就是一系列組織、性能的變化。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(gè)階段：回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。14第十四張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.3.1 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化1.顯微組織變化回復(fù)（recovery):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，在金相顯微鏡中無明顯變化；再結(jié)晶：指出現(xiàn)無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程；晶粒長(zhǎng)大：指再結(jié)晶結(jié)束后晶粒的長(zhǎng)

10、大過程。15第十五張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月加熱時(shí)冷變形金屬顯微組織發(fā)生變化16第十六張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月性能變化 冷變形金屬在退火過程中的性能和能量變化：17第十七張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.力學(xué)性能(1) 硬度（hardness）和強(qiáng)度（strength）:回復(fù)階段,變化不大,再結(jié)晶下降較大。(2) 塑性:回復(fù)階段,變化不大; 再結(jié)晶階段上升；粗化后下降。 2. 物理性能(1) 電阻（resistance）:回復(fù)階段，電阻率明顯下降。(2) 密度（density）:回復(fù)階段變化不大，再結(jié)晶階段上升。18第十八張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作

11、于2022年6月3. 內(nèi)應(yīng)力:回復(fù)階段基本消除宏觀應(yīng)力,而微觀應(yīng)力消除需再結(jié)晶后才能完成；4. 亞晶粒尺寸：回復(fù)前期變化不大，后期顯著增大；5. 儲(chǔ)存能釋放（release of stored energy）。19第十九張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.3.2 回復(fù)（一）回復(fù)動(dòng)力學(xué) 在回復(fù)階段，材料性能的變化是隨溫度和時(shí)間的變化而變化，相同變形程度多晶體鐵在不同溫度下的回復(fù)動(dòng)力學(xué)曲線。縱坐標(biāo)為余應(yīng)變硬化率(1R)。R為屈服強(qiáng)度回復(fù)率， m、 r和0分別代表變形后、回復(fù)后和完全退火后的屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度回復(fù)程度R愈大，則剩余應(yīng)變硬化率(1R)越小。 20第二十張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)

12、作于2022年6月 回復(fù)過程是一個(gè)馳豫過程，具有以下特點(diǎn)：回復(fù)過程在加熱后立刻開始，沒有孕育期；回復(fù)開始的速率很大，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸降低，直至趨于零；加熱溫度越高，最終回復(fù)程度也越高；變形量越大，初始晶粒尺寸越小，都有助于加快回復(fù)速率。21第二十一張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 回復(fù)特征通?？捎靡患?jí)反應(yīng)方程來表達(dá)，即： （1） 式中t為恒溫下的加熱時(shí)間，x為冷變形導(dǎo)致的性能增量經(jīng)加熱后的殘留分?jǐn)?shù)，c為與材料和溫度有關(guān)的比例常數(shù)，c值與溫度的關(guān)系具有典型的熱激活過程的特點(diǎn)： （2） 式中Q為激活能，R為氣體常數(shù)(8.3110-3J/kgmolK)，c0為比例常數(shù)，T為絕對(duì)溫度。將

13、式（2）代入方程（1）中并積分，以x0表示開始時(shí)性能增量的殘留分?jǐn)?shù)，則得： 22第二十二張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 在不同溫度下如以回復(fù)到相同程度作比較，即上式左邊為常數(shù)，這樣對(duì)兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)： 于是，通過作圖所得到的直線關(guān)系，由其斜率即可求出回復(fù)過程的激活能Q。 鐵的回復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，短時(shí)間回復(fù)時(shí)，其激活能與空位遷移激活能相近，長(zhǎng)時(shí)間回復(fù)時(shí)，其激活能與鐵的自擴(kuò)散激活能相近。因此對(duì)于冷變形金屬的回復(fù)不能用單一機(jī)制描述。 23第二十三張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二) 回復(fù)機(jī)制 （1）低溫回復(fù) 溫度較低，原子活動(dòng)能力有限，一般局限于點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)，通過空位遷移至晶界、位錯(cuò)

14、或與間隙原子結(jié)合而消失，使冷變形過程中形成的過飽和空位濃度下降。對(duì)點(diǎn)缺陷敏感的電阻率此時(shí)發(fā)生明顯下降。（2）中溫回復(fù) 溫度升高，原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，除點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)外，位錯(cuò)也被激活，在內(nèi)應(yīng)力作用下開始滑移，部分異號(hào)位錯(cuò)發(fā)生抵消，位錯(cuò)密度略有降低。（3）高溫回復(fù) 變形金屬在較高溫（0.3Tm）下，變形金屬的回復(fù)機(jī)制主要與位錯(cuò)的攀移運(yùn)動(dòng)有關(guān)。這時(shí)同一滑移面上的同號(hào)刃型位錯(cuò)在本身彈性應(yīng)力場(chǎng)作用下，還可能發(fā)生攀移運(yùn)動(dòng)，最終通過滑移和攀移使得這些位錯(cuò)從同一滑移面變?yōu)樵诓煌泼嫔县Q直排列的位錯(cuò)墻以降低總畸變能，并產(chǎn)生亞晶（多邊化結(jié)構(gòu)）。24第二十四張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 多邊化過程的驅(qū)動(dòng)力

15、主要來自應(yīng)變能的下降，產(chǎn)生的條件:(1) 塑性變形使晶體點(diǎn)陣發(fā)生彎曲。(2) 在滑移面上有塞積的同號(hào)刃型位錯(cuò)。(3) 需加熱到較高溫度使刃型位錯(cuò)能產(chǎn)生攀移運(yùn)動(dòng)。 多邊化前后刃型位錯(cuò)的排列情況下圖所示：25第二十五張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.3.3 再結(jié)晶 再結(jié)晶是指經(jīng)冷變形金屬加熱到一定溫度時(shí)，通過形成新的等軸晶粒并逐步取代變形晶粒的過程。與回復(fù)過程主要區(qū)別：再結(jié)晶是一個(gè)光學(xué)顯微組織完全改變的過程，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，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。26第二十六張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(一) 再結(jié)晶過程 再結(jié)晶過程是形

16、核和長(zhǎng)大,但無晶格類型變化。 1. 形核 實(shí)驗(yàn)表明，再結(jié)晶通常在變形金屬中能量較高的局部區(qū)域優(yōu)先形成無畸變的再結(jié)晶晶核，其形核機(jī)制有： (1) 晶界弓出形核(凸出形核機(jī)制) 對(duì)于變形度較?。?0%）的金屬；27第二十七張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月假設(shè)弓出形核核心為球冠型，球冠半徑為L(zhǎng)，晶界界面能為，冷變形金屬中單位體積儲(chǔ)存能為Es，若界面由I推進(jìn)至II，其掃過的體積為dV，界面的面積為dA，若dV體積內(nèi)全部?jī)?chǔ)存能都被釋放，則此過程中的自由能變化為： 28第二十八張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月若晶界為球面，設(shè)其半徑為r，則 若晶界弓出段兩端a、b固定，且值恒定，則開始階

17、段隨ab弓出彎曲，r逐漸減小、G值增大。當(dāng)r達(dá)到最小值(rab/2L)時(shí)，G將達(dá)到最大值。若繼續(xù)弓出，r的增大使G減小，晶界將自發(fā)地向前推移。因此，一般段長(zhǎng)為2L的晶界，其弓出形核的能量條件為 G rc便會(huì)借助于界面向高畸變區(qū)域長(zhǎng)大。以亞晶遷移機(jī)制形成的晶核，一旦形成大角度晶界就可迅速移動(dòng),掃除其遇到的位錯(cuò),留下無應(yīng)變的晶體。晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力為新、舊晶粒之間的自由能差。遷移方向總是背向曲率中心，向著畸變區(qū)推進(jìn)，直到完全形成無畸變晶粒。32第三十二張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二) 再結(jié)晶動(dòng)力學(xué) 再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)：取決于形核率N和長(zhǎng)大速率G的大小?？v坐標(biāo)表示已再結(jié)晶晶粒分?jǐn)?shù)，橫坐標(biāo)表示

18、保溫時(shí)間。其特點(diǎn)： (1)恒溫動(dòng)力學(xué)曲線呈“S”形 (2)有一孕育期 (3)等溫下,再結(jié)晶速度呈現(xiàn)“慢、快、慢”的特點(diǎn)33第三十三張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(三) 再結(jié)晶溫度 再結(jié)晶溫度：冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶最低溫度。測(cè)定方法：金相法：顯微鏡中出現(xiàn)第一顆新晶粒溫度 硬度法：硬度下降50%時(shí)的溫度 一般工業(yè)上所說的再結(jié)晶溫度是指經(jīng)較大冷變形量（70%）的金屬，在1h完成再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)95%所對(duì)應(yīng)的溫度。 實(shí)際生產(chǎn)上確定方法： 一般TR = （0.350.40）Tm34第三十四張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一些金屬的再結(jié)晶溫度35第三十五張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于

19、2022年6月影響再結(jié)晶的因素 1.變形程度：變形度增大、開始TR下降，等溫退火再結(jié)晶速度越快，而大到一定程度，TR趨于穩(wěn)定。2.原始晶粒尺寸：其它條件相同時(shí)，金屬原始晶粒細(xì)小，則變形抗力大，形變儲(chǔ)存能高，則TR越低，同時(shí)形核率和長(zhǎng)大速度均增加，有利于再結(jié)晶。3. 微量溶質(zhì)原子：溶質(zhì)原子偏聚于位錯(cuò)和晶界處，起阻礙作用，使TR提高。36第三十六張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4.第二相粒子：其作用是兩方面的,這主要取決于分散相粒子大小與分布。第二相粒子尺寸較大,間距較寬（1微米），促進(jìn)再結(jié)晶。第二相粒子尺寸較小且又密集分布時(shí)阻礙再結(jié)晶形成。5.退火工藝參數(shù)：加熱速度過于緩慢或極快時(shí)，T

20、R上升；當(dāng)變形程度和保溫時(shí)間一定，退火溫度越高，再結(jié)晶速度快；在一定范圍內(nèi)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，TR降低。37第三十七張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(四) 再結(jié)晶后晶粒大小 再結(jié)晶晶粒的平均直徑d與形核率N及長(zhǎng)大速度G之間的關(guān)系如下： d=常數(shù)（G/N）1/4 影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素： 1.變形程度的影響 變形度很小時(shí)，晶粒尺寸為原始晶粒尺寸； 臨界變形度c時(shí)，晶粒特別粗大，一般金屬c =28% ;當(dāng)變形度大于c時(shí)，隨變形度增加，晶粒逐漸細(xì)化。 38第三十八張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 退火溫度：對(duì)剛完成再結(jié)晶時(shí)的晶粒尺寸影響較小，若T升高，再結(jié)晶速度快，c值變小。再

21、結(jié)晶完成后，溫度越高，晶粒長(zhǎng)大越快，晶粒越粗。 3. 原始晶粒尺寸 當(dāng)變形度一定時(shí)，原始晶粒越細(xì)，D越小。39第三十九張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（六） 再結(jié)晶全圖 再結(jié)晶全圖是表示變形程度、退火溫度及再結(jié)晶后晶粒大小關(guān)系的立體圖形。 40第四十張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.3.4. 晶粒長(zhǎng)大 再結(jié)晶結(jié)束后，材料的晶粒一般比較細(xì)小(等軸晶)，若繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，晶粒會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)大。晶粒長(zhǎng)大是一個(gè)自發(fā)過程。晶粒長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力來自總的界面能的降低。 根據(jù)再結(jié)晶后晶粒長(zhǎng)大特點(diǎn)，分為: （1）正常晶粒長(zhǎng)大:均勻長(zhǎng)大 （2）異常晶粒長(zhǎng)大:不均勻長(zhǎng)大，又稱二次再結(jié)晶；把通常說的

22、再結(jié)晶稱為一次再結(jié)晶。41第四十一張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）晶粒正常長(zhǎng)大 1. 晶粒長(zhǎng)大的方式：長(zhǎng)大是通過大晶粒吞食小晶粒，晶界向曲率中心的方向移動(dòng)進(jìn)行的。2. 驅(qū)動(dòng)力：來源于晶界遷移后體系總的自由能的降低，即總的界面能的降低，即晶界凸側(cè)晶粒不斷長(zhǎng)大,凹側(cè)晶粒不斷縮小。3. 晶粒大小: 平均晶粒直徑與保溫時(shí)間關(guān)系: Dt=ct1/2 恒溫下發(fā)生正常晶粒長(zhǎng)大時(shí)，平均晶粒直徑隨保溫時(shí)間的平方根而增大。當(dāng)金屬中存在阻礙晶界遷移的因素(如雜質(zhì))時(shí), t的指數(shù)項(xiàng)小于1/2。42第四十二張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4. 影響因素 (1) 溫度 T 升高，晶粒長(zhǎng)大速度也越

23、快，越易粗化。 (2) 分散相微粒 當(dāng)合金中存在第二相微粒時(shí),粒子對(duì)晶界的阻礙作用使晶粒長(zhǎng)大速度降低。正常長(zhǎng)大停止時(shí)晶粒平均尺寸稱為極限平均晶粒尺寸，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體積分?jǐn)?shù)。當(dāng)一定、r越小時(shí), 極限平均晶粒尺寸越小。43第四十三張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（3）晶粒間位向差 一般小角度晶界或具有孿晶結(jié)構(gòu)的晶界遷移速度很??；大角度晶界遷移速度一般較快。（4）雜質(zhì)與微量元素 阻礙晶界的遷移。44第四十四張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二) 晶粒異常長(zhǎng)大晶粒異常長(zhǎng)大(二次再結(jié)晶、不連續(xù)晶粒長(zhǎng)大) ：1.驅(qū)動(dòng)力：

24、來自界面能的降低。2.長(zhǎng)大方式：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，不需重新形核。3.條件：組織中存在使大多數(shù)晶粒邊界比較穩(wěn)定或被釘扎，而只有少數(shù)晶粒邊界易遷移的因素。455.3.5 再結(jié)晶退火后的組織 自學(xué)了解第四十五張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.4熱變形與動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶金屬的熱加工和冷加工冷加工：在再結(jié)晶溫度以下的變形加工.熱加工：在再結(jié)晶溫度以上的變形加工.46第四十六張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.4.1動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 若提高金屬變形的溫度,使金屬在熱變形的同時(shí)也發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，這種與金屬變形同時(shí)發(fā)生的回復(fù)與再結(jié)晶稱為動(dòng)態(tài)回復(fù)

25、(dynamic recovery)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(dynamic recrystallization)。47第四十七張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）動(dòng)態(tài)回復(fù) 1.動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)的真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線曲線分為三段：第階段微應(yīng)變階段:應(yīng)力增加很快,但應(yīng)變量不大(小于1%),加工硬化開始出現(xiàn)。第階段均勻變形階段:金屬材料開始均勻塑性變形，伴隨加工硬化作用的加強(qiáng),開始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)回復(fù)并逐漸加強(qiáng),其造成的軟化逐漸抵消加工硬化作用,使曲線的斜率下降并趨于水平。第階段穩(wěn)態(tài)流變階段:由變形產(chǎn)生的加工硬化與動(dòng)態(tài)回復(fù)產(chǎn)生的軟化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,流變應(yīng)力不再隨應(yīng)變的增加而增大,曲線保持水平狀態(tài)。達(dá)到穩(wěn)態(tài)流變時(shí)

26、應(yīng)力值與變形溫度和應(yīng)變速率有關(guān),增高變形溫度或降低應(yīng)變速率,都將使穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力降低。 48第四十八張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.動(dòng)態(tài)回復(fù)機(jī)制隨著應(yīng)變量的增加，位錯(cuò)通過增殖密度升高，形成位錯(cuò)纏結(jié)和胞狀亞結(jié)構(gòu)。熱變形溫度較高，為回復(fù)提供了熱激活條件。通過刃型位錯(cuò)的攀移、螺型位錯(cuò)的交滑移、位錯(cuò)結(jié)點(diǎn)的脫釘，異號(hào)位錯(cuò)的抵銷，位錯(cuò)密度不斷減小。位錯(cuò)的增殖速率和消亡速率平衡，應(yīng)力-應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)為水平的穩(wěn)態(tài)流變階段。49第四十九張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（二）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 1.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的應(yīng)力金屬在一定溫度下以不同應(yīng)變速率變形 并發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的曲線，三個(gè)階段：第一階段-加工硬化階

27、段：應(yīng)力隨應(yīng)變上升很快，金屬出現(xiàn)加工硬化（0max，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的軟化作用超過加工硬化，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣陆担╟ s）。第三階段-穩(wěn)定流變階段：隨真應(yīng)變的增加，加工硬化和動(dòng)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(jìn)行時(shí)，曲線出現(xiàn)波動(dòng)，其原因主要是位錯(cuò)密度變化慢引起。50第五十張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的機(jī)制 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶通過形核和長(zhǎng)大完成。 應(yīng)變速率較低時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶通過原晶界的弓出機(jī)制形核； 應(yīng)變速率較高時(shí)，通過亞晶聚集長(zhǎng)大方式進(jìn)行。515.4.2 熱加工對(duì)組織和性能的影響 自學(xué)了解第五十一張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.4.3 蠕變

28、早期，人們對(duì)金屬材料強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)不足，設(shè)計(jì)金屬構(gòu)件時(shí)僅以短時(shí)強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)依據(jù)。不少構(gòu)件，即使使用應(yīng)力低于彈性極限，使用一段時(shí)間后仍然會(huì)發(fā)生因塑性受形而失效或因破斷而失效的現(xiàn)象。隨著金屬材料的使用溫度逐步提高，這就使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到材料強(qiáng)度與使用期限之間尚有密切的聯(lián)系，從而相繼開拓了蠕變、蠕變斷裂、松弛、疲勞、斷裂力學(xué)等長(zhǎng)時(shí)強(qiáng)度研究領(lǐng)域。蠕變則是其中研究最早、內(nèi)容較豐富而成果較顯著的一個(gè)領(lǐng)域，成為其他幾個(gè)研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)。52第五十二張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在一定溫度下，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)象稱為金屬的蠕變。引起蠕變的這一應(yīng)力稱蠕變應(yīng)力。在這種持續(xù)應(yīng)力作用下

29、，蠕變變形逐漸增加，最終可以導(dǎo)致斷裂，這種斷裂稱蠕變斷裂。 53第五十三張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.蠕變曲線在恒定溫度下，一個(gè)受單向恒定載荷(拉或壓)作用的試樣，其變形與時(shí)間t的關(guān)系可用典型的蠕變曲線表示，斜率表示蠕變速率，曲線可分下列幾個(gè)階段：第I階段：減速蠕變階段(圖中ab段)，在加載的瞬間產(chǎn)生了的彈性變形0，以后隨加載時(shí)間的延續(xù)，變形連續(xù)進(jìn)行，但變形速率不斷降低；第II階段：恒定蠕變階段，曲線bc段，此階段蠕變變形速率隨加載時(shí)間的延續(xù)而保持恒定，且為最小蠕變速率；第III階段：曲線上從c點(diǎn)到d點(diǎn)斷裂為止，也稱加速蠕變階段，隨蠕變過程的進(jìn)行，蠕變速率顯著增加，直至最終產(chǎn)生

30、蠕變斷裂。54第五十四張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.蠕變機(jī)制蠕變主要形變機(jī)理有3種：（1）位錯(cuò)蠕變：一般情況，滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻產(chǎn)生塞積，滑移受阻，只有在更大的切應(yīng)力才能使位錯(cuò)重新開動(dòng)增殖。高溫下，刃型位錯(cuò)借助熱激活攀移到鄰近的滑移面而繼續(xù)滑移，攀移減小了位錯(cuò)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(jìn)行，當(dāng)蠕變引起的加工硬化速率和高溫回復(fù)的軟化速率相等時(shí)-蠕變第二階段；（2）擴(kuò)散蠕變：當(dāng)溫度很高和應(yīng)力很低時(shí)，蠕變是靠空位的移動(dòng)造成的；（3）晶界滑動(dòng)蠕變：在高溫蠕變條件下，晶界上的原子易于擴(kuò)散，受力后易于產(chǎn)生滑動(dòng)，故促進(jìn)蠕變進(jìn)行。55第五十五張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)

31、作于2022年6月5.4.4 超塑性材料在一定條件下進(jìn)行熱變形，可獲得延伸率達(dá)到500%2000%的均勻塑性變形，且不發(fā)生縮頸現(xiàn)象，材料的這種特性，稱為超塑性。 56第五十六張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.產(chǎn)生超塑性的條件：材料具有等軸細(xì)小的組織，晶粒直徑小于10m，而且在超塑性變形過程中晶粒不顯著長(zhǎng)大；超塑性變形溫度范圍在(0.50.65)Tm范圍內(nèi)進(jìn)行。低應(yīng)變速率，一般在10-210-4s-1范圍內(nèi)，以保證晶界擴(kuò)散過程順利進(jìn)行。57第五十七張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.超塑性的特征 在高溫下，材料的流變應(yīng)力不僅是應(yīng)變和溫度T的函數(shù)，而且對(duì)應(yīng)變速率也很敏感。存在

32、以下關(guān)系： (，T)=Km K為常數(shù)，m為應(yīng)變速率敏感指數(shù)，金屬要具備超塑性，m一般在0.3以上； 晶粒越細(xì)，m值越大，在超塑性材料中獲得微晶是關(guān)鍵。58第五十八張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.超塑性的本質(zhì) 關(guān)于超塑性的本質(zhì)，多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為系由晶界轉(zhuǎn)動(dòng)與晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)所致。如下圖所示：59第五十九張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月超塑性組織結(jié)構(gòu)變化具有以下特征：（1）超塑性變形時(shí)，沒有晶內(nèi)滑移也沒有位錯(cuò)密度增高；（2）由于超塑性變形在高溫下長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行，因此晶粒會(huì)長(zhǎng)大；（3）盡管變形量很大，但晶粒形狀始終保持等軸；（4）原來兩相呈帶狀分布的合金，超塑性變形后變?yōu)榫鶆蚍植?；?）利用冷變形和再結(jié)晶方法制取超細(xì)晶粒合金，如果合金有織構(gòu)，則在超塑性變形后消失。60第六十張，PPT共六十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4. 超塑性的應(yīng)用高變形能力的應(yīng)用超塑成形工藝按成形介質(zhì)可分為氣壓成形、液壓成