材料的形变反应和再结晶过程

1、第五章第五章 材料的形变和再结晶（材料的形变和再结晶（4） Chapter 5 Deformation and re- crystallization of materials 材料的形变反应和再结晶过程 本节主要内容 多晶体的塑性变形 合金的塑性变形 塑性变形对材料组织与性能的影响 细晶强化 固溶强化 弥散强化 加工硬化 屈服现象 应变时效 柯氏气团 形变织构 重要理论和概念 材料的形变反应和再结晶过程 Questions? 为什么工程上很少用纯金属？为什么工程上很少用纯金属？ 合金加工或应用中存在哪些问题？合金加工或应用中存在哪些问题？ 织构是如何产生的？织构是如何产生的？ 如何提高金属的

2、强度？如何提高金属的强度？ 材料的形变反应和再结晶过程 为什么钻戒不用纯金而是用白金作为托架？ Mens Wedding Rings Materials p A grooms wedding band（结婚戒指）（结婚戒指） will be made of platinum, white gold, yellow gold, titanium, stainless steel or, lead. Platinum and white gold are, at present, the most popular materials. p White gold（白金）（白金） is an allo

3、y of gold (i.e., it is gold and silver or palladium（钯）（钯）. This is where the concept of Karat (开，克拉开，克拉) comes in. Karat is a measure of the purity of the material. 材料的形变反应和再结晶过程 p An 18K gold ring has 75% pure gold (the element). The higher the karat, the softer the ring and the more easily it will

4、 get scratched and dented. p Accordingly, 18K is considered the optimal karat (with pure gold coming in at 24 karats). 材料的形变反应和再结晶过程 单晶与多晶有何区别？单晶与多晶有何区别？ 晶界晶界 多晶体存在多晶体存在 大量晶界。大量晶界。 二、多晶体的塑性变形二、多晶体的塑性变形 材料的形变反应和再结晶过程 单晶与多晶性能比较单晶与多晶性能比较 单晶金属材料因其消除了普通多晶金属材料中的晶单晶金属材料因其消除了普通多晶金属材料中的晶 界使材料性能有了质的飞跃界使材料性能有了

5、质的飞跃 1.1.普通的金属材料都是多晶状态的，它由许多微小的普通的金属材料都是多晶状态的，它由许多微小的 晶粒组成，晶粒与晶粒之间通过晶界连结。因为晶晶粒组成，晶粒与晶粒之间通过晶界连结。因为晶 界是成形过程中最后凝固形成的，是杂质和缺陷的界是成形过程中最后凝固形成的，是杂质和缺陷的 聚集带。聚集带。 材料的形变反应和再结晶过程 晶界对金属材料性能的晶界对金属材料性能的 影响影响 疲劳性能：晶界往往是疲劳裂纹源，晶界显著降低疲劳性能：晶界往往是疲劳裂纹源，晶界显著降低 材料的疲劳性能；材料的疲劳性能； 力学性能：晶界阻碍材料塑性变形，显著降低材料力学性能：晶界阻碍材料塑性变形，显著降低材料

6、的塑性；的塑性； 腐蚀性能：金属沿晶界产生晶间腐蚀；腐蚀性能：金属沿晶界产生晶间腐蚀； 蠕变性能：金属材料首先由晶界开始熔化，晶界限蠕变性能：金属材料首先由晶界开始熔化，晶界限 制了材料的最高工作温度；制了材料的最高工作温度； 电学性能：在直流电信号传输中，晶界是电阻，对电学性能：在直流电信号传输中，晶界是电阻，对 电信号的传输起歪曲和衰减的作用。电信号的传输起歪曲和衰减的作用。 材料的形变反应和再结晶过程 单晶材料的获得成为突破现有材料极限的有效方法单晶材料的获得成为突破现有材料极限的有效方法 先进航空发动机叶片采用无晶界的单晶高温合金可先进航空发动机叶片采用无晶界的单晶高温合金可 以提高工

7、作温度和寿命；以提高工作温度和寿命； 采用无晶界的单晶耐蚀合金无缝管，可防止因晶间采用无晶界的单晶耐蚀合金无缝管，可防止因晶间 腐蚀而泄漏；腐蚀而泄漏； 单晶制品优异的塑性加工单晶制品优异的塑性加工 性能，使之可以加工成超性能，使之可以加工成超 细的线和超薄的箔，作为生产集成电路、大型计算细的线和超薄的箔，作为生产集成电路、大型计算 机以及电子仪器、音像设备所需的高级材料；机以及电子仪器、音像设备所需的高级材料； 单晶材料高的残留电阻比大大提高了信号传输的保单晶材料高的残留电阻比大大提高了信号传输的保 真度，在日本单晶连铸铜线在音像设备中已获得应真度，在日本单晶连铸铜线在音像设备中已获得应 用

8、。用。 材料的形变反应和再结晶过程 多晶体与单晶体塑性变形比多晶体与单晶体塑性变形比 较较 相同之处：相同之处： 同样以滑移和孪生为塑性变形的基本方式同样以滑移和孪生为塑性变形的基本方式 不同之处不同之处： 1 1、多晶体的塑性变形受到晶粒取向和晶界阻碍的影响；、多晶体的塑性变形受到晶粒取向和晶界阻碍的影响； 2 2、任何一个晶粒的塑性变形都不是处于独立的自由变、任何一个晶粒的塑性变形都不是处于独立的自由变 形状态，需要其周围的晶粒同时发生相适应的变形形状态，需要其周围的晶粒同时发生相适应的变形 来配合。来配合。 材料的形变反应和再结晶过程 1. 1. 晶粒取向的影响晶粒取向的影响 晶粒取向对

9、多晶体塑性变形的影响，主要表现在各晶粒 变形过程中的相互制约和协调性。 多晶体塑性变形过程如同绑腿比赛 鲍威尔与特奥运动员赵曾曾二人三足跑 , 三人四足绑腿跑 材料的形变反应和再结晶过程 l 绑腿人数越多，制约性越多，协调性更困难。 l 同理，晶粒越细小，晶粒越多，制约性更强， 塑性变形将变得更为不易。 材料的形变反应和再结晶过程 理论分析指出，多晶体塑性变形要求至少能在理论分析指出，多晶体塑性变形要求至少能在5 5个独立个独立 的滑移系上进行滑移。的滑移系上进行滑移。 多晶体的塑性变形是通过各晶粒的多系滑移来保证相互多晶体的塑性变形是通过各晶粒的多系滑移来保证相互 间协调的，即：一个多晶粒是

10、否能塑性变形，决定于它间协调的，即：一个多晶粒是否能塑性变形，决定于它 是否具备是否具备5 5个独立的滑移系来满足各晶粒变形时相互协个独立的滑移系来满足各晶粒变形时相互协 调的要求。调的要求。 这与晶体的结构类型有关：面心立方和体心立方晶体分这与晶体的结构类型有关：面心立方和体心立方晶体分 别有别有1212个和个和4848个滑移系，故它们的多晶体具有很好的塑个滑移系，故它们的多晶体具有很好的塑 性；而密排六方晶体只有性；而密排六方晶体只有3 3个滑移系，其塑性变形能力个滑移系，其塑性变形能力 较差。较差。 材料的形变反应和再结晶过程 晶粒之间变形的协调性晶粒之间变形的协调性 （1 1）原因：各

11、晶粒之间变形）原因：各晶粒之间变形 具有非同时性。具有非同时性。 （2 2）要求：各晶粒之间变形）要求：各晶粒之间变形 相互协调。相互协调。 （独立变形会导致晶体分裂）（独立变形会导致晶体分裂） （3 3）条件：独立滑移系）条件：独立滑移系 5 5个。个。 （保证晶粒形状的自由变化）（保证晶粒形状的自由变化） 材料的形变反应和再结晶过程 2 2、晶界的影响、晶界的影响 晶界附近产生的位错塞积群会对晶内的位错源产生一晶界附近产生的位错塞积群会对晶内的位错源产生一 反作用力。此反作用力随位错塞积的数目反作用力。此反作用力随位错塞积的数目n而增大：而增大： 0 kL n Gb 式中，0为作用于滑移

12、面上的外加分切应力， L为位错源至晶界之距 离，为系数，螺型位 错=1，刃型位错=1-。 位错在晶界塞积位错在晶界塞积应力集中应力集中相邻晶粒位错源开动相邻晶粒位错源开动相相 邻晶粒变形邻晶粒变形塑性变形塑性变形 材料的形变反应和再结晶过程 3 3、晶界对变形的阻碍、晶界对变形的阻碍 作用作用 （1 1）晶界的特点：）晶界的特点： 原子排列不规则、分布有大量缺陷。原子排列不规则、分布有大量缺陷。 （2 2）晶界对变形的影响）晶界对变形的影响: :多晶体塑性变形后，每一晶粒多晶体塑性变形后，每一晶粒 中的滑移带都终止在晶界附近。滑移、孪生多终止于中的滑移带都终止在晶界附近。滑移、孪生多终止于 晶

13、界晶界, ,极少穿过。极少穿过。 R. Zeng et al. / Journal of Alloys and Compounds 509 (2011) 44624469 R. Zeng et al. / International Journal of Fatigue 32 (2010) 411419 材料的形变反应和再结晶过程 4 4、多晶体塑性变形的特点、多晶体塑性变形的特点 各晶粒变形的不同时性；各晶粒变形的不同时性； 各晶粒变形的相互协调性；各晶粒变形的相互协调性； 多晶体塑性变形的不均匀性；多晶体塑性变形的不均匀性； 材料的形变反应和再结晶过程 5 5、细晶强化、细晶强化 (Str

14、engthening by grain size reduction)(Strengthening by grain size reduction) 晶界数量直接取决于晶粒的大小晶界数量直接取决于晶粒的大小 多晶体的强度随其晶粒细化而提高。多晶体的强度随其晶粒细化而提高。 多晶体的屈服强度多晶体的屈服强度s与晶粒平均晶粒直径与晶粒平均晶粒直径d d的关系的关系. . 由霍尔由霍尔- -配奇（配奇（Hall-PetchHall-Petch）公式）公式, ,可知可知 s = 0 + kd-1/2 材料的形变反应和再结晶过程 细晶强化细晶强化 霍尔-佩奇公式最初是一经验公式，但也可根据位错理论， 利

15、用位错群在晶界附近引起的塞积模型导出。 材料的形变反应和再结晶过程 细晶强化细晶强化 材料的形变反应和再结晶过程 霍尔霍尔-佩奇公式的应用佩奇公式的应用- 解释镁合金解释镁合金AZ61疲劳裂纹形成机理疲劳裂纹形成机理 ? ? 二次裂纹是如何 产生的？ R.C. Zeng et al. / International Journal of Fatigue 31 (2009) 463467 材料的形变反应和再结晶过程 二次疲劳裂纹产生的原因二次疲劳裂纹产生的原因 已知：s=187.0 Mpa， k = 0.22 MPa m1/2，0=146.8MPa 那么 对于细晶粒，d 1= 10 m， s1

16、= 216.4 MPa 对于粗晶粒，d 2= 250 m， s2 = 160.7 Mpa 显然， s = s1 -s2 =55.7 Mpa 粗晶粒和细晶粒屈服强度之间存在巨大的差异，粗晶 粒优先发生塑性变形。 1/2 0s kd 霍尔佩奇公式： R.C. Zeng et al. / International Journal of Fatigue 31 (2009) 463467 材料的形变反应和再结晶过程 细晶强化：细晶强化： 晶粒越细，强度越高晶粒越细，强度越高细晶强化理论细晶强化理论 晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。 （有尺寸限制）晶粒越多

17、，变形均匀性提高，由应力（有尺寸限制）晶粒越多，变形均匀性提高，由应力 集中导致的开裂机会减少，可承受更大的变形量，表集中导致的开裂机会减少，可承受更大的变形量，表 现出现出高塑性高塑性。 材料的形变反应和再结晶过程 2.2. 晶粒越细，塑韧性提高晶粒越细，塑韧性提高 细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易萌生；细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易萌生； 晶界多，裂纹不易传播，在断裂过程中可吸收较晶界多，裂纹不易传播，在断裂过程中可吸收较 多能量多能量, ,表现出表现出高韧性高韧性。 材料的形变反应和再结晶过程 晶界在塑性变形中的作用晶界在塑性变形中的作用 协调作用：协调相邻晶粒变形协调作用：协调相

18、邻晶粒变形 障碍作用：阻碍滑移的进行障碍作用：阻碍滑移的进行 促进作用：高温变形时两相邻晶粒沿晶界滑动促进作用：高温变形时两相邻晶粒沿晶界滑动 起裂作用：晶界阻碍滑移起裂作用：晶界阻碍滑移晶界应力集中晶界应力集中 材料的形变反应和再结晶过程 三、固溶强化三、固溶强化 （SOLID-SOLUTION STRENGTHENING） 1 1、单相固溶体合金的塑性变形、单相固溶体合金的塑性变形 固溶强化固溶强化 明显的屈服点和应变时效现象明显的屈服点和应变时效现象 塑性变形阻力塑性变形阻力 材料的形变反应和再结晶过程 固溶强化固溶强化 1 1）概念：）概念：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度固溶体材

19、料随溶质含量提高其强度、硬度 提高而塑性下降的现象提高而塑性下降的现象。 溶质原子的加入提高了应力溶质原子的加入提高了应力- -应变曲线的水平，提高了合金的应变曲线的水平，提高了合金的 加工硬化速率。加工硬化速率。 材料的形变反应和再结晶过程 2）影响固溶强化的因素）影响固溶强化的因素 溶质原子含量溶质原子含量: :溶质原子的溶质原子的原子数分数原子数分数越高，强化越高，强化 作用也越大；作用也越大； 原子尺寸原子尺寸: :溶质原子与基体金属的溶质原子与基体金属的原子尺寸原子尺寸相差越相差越 大，强化作用也越大；大，强化作用也越大； 固溶体类型固溶体类型：间隙型溶质原子比置换原子具有较：间隙型

20、溶质原子比置换原子具有较 大的固溶强化效果；大的固溶强化效果； 价电子数：价电子数：溶质原子与基体金属的溶质原子与基体金属的价电子数价电子数相差相差 越大，固溶强化作用越显著。越大，固溶强化作用越显著。 材料的形变反应和再结晶过程 溶质原子尺寸的影响溶质原子尺寸的影响 Metal Atomic radius (0.1nm) (r-rcu)/rcu 100% Cu1.2780 Zn1.332+4.2 Al1.432+12.1 Sn1.509+18.1 Ni1.243-2.7 Si1.176-8.0 Be1.143-10.6 Zn 材料的形变反应和再结晶过程 3）固溶强化机制）固溶强化机制 晶格畸

21、变，阻碍位错运动；晶格畸变，阻碍位错运动； 溶质原子与位错的弹性交互作用、化学交互作用和溶质原子与位错的弹性交互作用、化学交互作用和 静电交互作用静电交互作用 柯氏气团强化。柯氏气团强化。 位错运动改变了溶质原子在固溶体结构中以短程有序位错运动改变了溶质原子在固溶体结构中以短程有序 或偏聚形式存在的分布状态，或偏聚形式存在的分布状态， 系统能量，系统能量，滑移变形的阻力滑移变形的阻力 材料的形变反应和再结晶过程 固溶强化对性能的影响固溶强化对性能的影响 Strength or elongation Cu 合金的拉伸强度、屈服强合金的拉伸强度、屈服强 度、硬度都大于纯金属；度、硬度都大于纯金属；

22、 合金的韧性都低于纯金属；合金的韧性都低于纯金属； 合金的电导率远远低于纯合金的电导率远远低于纯 金属；金属； 固溶强化提高了蠕变阻力。固溶强化提高了蠕变阻力。 材料的形变反应和再结晶过程 利用合金固溶强化理论，白金的硬度显然比纯金的高，利用合金固溶强化理论，白金的硬度显然比纯金的高， 以保证钻石不会从戒指中脱落。以保证钻石不会从戒指中脱落。 回答：为什么钻戒不用纯金而是用白金作为托回答：为什么钻戒不用纯金而是用白金作为托 架的问题？架的问题？ 材料的形变反应和再结晶过程 4 4）屈服现象与应变时效）屈服现象与应变时效 屈服现象屈服现象 p上屈服点：试样开始屈服时对应的应力上屈服点：试样开始屈

23、服时对应的应力 p下屈服点：载荷首次降低的最低载荷下屈服点：载荷首次降低的最低载荷 p屈服伸长：试样在此恒定应力下的伸长屈服伸长：试样在此恒定应力下的伸长 材料的形变反应和再结晶过程 吕德斯带吕德斯带 u概念：在发生屈服延伸阶段，概念：在发生屈服延伸阶段， 试样的应变是不均匀的，在试试样的应变是不均匀的，在试 样表面可观察到与纵轴约呈样表面可观察到与纵轴约呈4545 交角的应变痕迹，称为交角的应变痕迹，称为吕德斯吕德斯 （L L dersders）带）带。 u现象：吕德斯带会造成拉伸现象：吕德斯带会造成拉伸 和深冲过程中工件表面不平。和深冲过程中工件表面不平。 吕德斯带造成铝吕德斯带造成铝 合

24、金板材表面不合金板材表面不 平整平整 材料的形变反应和再结晶过程 吕德斯带与滑移带比较吕德斯带与滑移带比较 吕德斯带是许多晶粒协调变形的结果，它穿过了试吕德斯带是许多晶粒协调变形的结果，它穿过了试 样横截面上的每个晶粒，而其中每个晶粒内部则仍样横截面上的每个晶粒，而其中每个晶粒内部则仍 按各自滑移系进行滑移变形。按各自滑移系进行滑移变形。 滑移带是抛光试样表面经过塑性变形产生的高低不滑移带是抛光试样表面经过塑性变形产生的高低不 同的台阶所造成的一条条细线。同的台阶所造成的一条条细线。 材料的形变反应和再结晶过程 屈服现象的物理本质屈服现象的物理本质 a a、柯氏理论：、柯氏理论：柯氏气团柯氏气

25、团的形成；的形成； b b、位错增值理论：位错运动与增殖的结果。、位错增值理论：位错运动与增殖的结果。 柯氏气团柯氏气团：在固溶体合金中，溶质原子或杂质原：在固溶体合金中，溶质原子或杂质原 子可以与位错交互作用而形成的溶质原子气团。子可以与位错交互作用而形成的溶质原子气团。 材料的形变反应和再结晶过程 柯垂尔（柯垂尔（COTTRELL）气团）气团 与位错交互作用偏聚于刃与位错交互作用偏聚于刃 位错的下方，以抵消部分位错的下方，以抵消部分 或全部的张应力，或全部的张应力，弹性应弹性应 变能，位错趋于稳定，不变能，位错趋于稳定，不 易运动，对位错具有易运动，对位错具有“钉钉 扎作用扎作用”。 比溶

26、剂原子尺比溶剂原子尺 寸大的置换溶寸大的置换溶 质原子质原子 间隙原子间隙原子C C、N N 压应力压应力 拉应力拉应力 滑移面滑移面 材料的形变反应和再结晶过程 位错增值理论位错增值理论 材料塑形变形的应变速率材料塑形变形的应变速率 （1） m-可动位错密度可动位错密度 v-位错的平均运动速度位错的平均运动速度 b-位错的伯氏矢量。位错的伯氏矢量。 p m v b 材料的形变反应和再结晶过程 位错的平均运动速度位错的平均运动速度V又与应力密切相关：又与应力密切相关： （2） 0-位错作单位速度运动所需的应力，位错作单位速度运动所需的应力，-位错受到的有效切位错受到的有效切 应力，应力，m-应

27、力敏感指数应力敏感指数 拉伸试验时，拉伸试验时， 接近于恒定。接近于恒定。 塑形变性前，塑形变性前，m很低，很低，v很大，很大， 很大；这就是上屈服点很大；这就是上屈服点 高的原因。高的原因。 变性后，变性后， m很高，很高，v变小，变小， 很小。这就是下屈服点较很小。这就是下屈服点较 低的原因。低的原因。 0 m v p 材料的形变反应和再结晶过程 应变时效应变时效 概念：概念： l 预塑性变形试样去载预塑性变形试样去载 后立即加载不出现屈后立即加载不出现屈 服现象；服现象； l 去载后放置一段时间去载后放置一段时间 或或200200加热后再加载加热后再加载 出现屈服。出现屈服。 机理：柯氏

28、气团理论机理：柯氏气团理论 材料的形变反应和再结晶过程 结构：基体结构：基体+ +第二相第二相 按第二相粒子的尺寸大小进行分类按第二相粒子的尺寸大小进行分类 一、聚合型合金的塑性变形一、聚合型合金的塑性变形 两相均为塑性相两相均为塑性相 合金的变形能力取决于两相的体积分数合金的变形能力取决于两相的体积分数 塑性相（基体相）脆性相塑性相（基体相）脆性相 取决于第二相的相对数量、形状、大小和分布取决于第二相的相对数量、形状、大小和分布 聚合型两相合金聚合型两相合金 弥散分布型两相合金弥散分布型两相合金 2、多相合金的塑性变形、多相合金的塑性变形 材料的形变反应和再结晶过程 材料的形变反应和再结晶过

29、程 2、多相合金的塑性变形、多相合金的塑性变形 p 硬而脆的第二相呈连续网状分布在塑硬而脆的第二相呈连续网状分布在塑 性相的晶界上性相的晶界上 脆性相脆性相塑性、韧性塑性、韧性 过共析钢中的二次渗碳体过共析钢中的二次渗碳体 p 脆性第二相呈片状或层状分布在塑性脆性第二相呈片状或层状分布在塑性 相的基体上相的基体上 珠光体类组织：塑性变形主要发生在珠光体类组织：塑性变形主要发生在 铁素体中铁素体中 片间距越小，则强度越高且变形片间距越小，则强度越高且变形 越均匀，变形能力增加越均匀，变形能力增加 p 脆性相在塑性相中呈颗粒状分布脆性相在塑性相中呈颗粒状分布 材料的形变反应和再结晶过程 不可变形微

30、粒的强化作用不可变形微粒的强化作用 借助于粉末冶金方法加入的第二相粒子为不可变形的借助于粉末冶金方法加入的第二相粒子为不可变形的 粒子越多、间距越小粒子越多、间距越小强化作用强化作用 弥散强化弥散强化：当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相：当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相 中时而导致的显著的强化作用。中时而导致的显著的强化作用。 位错绕过第二相粒子的示意图（位错绕过第二相粒子的示意图（E. Orowan）-奥罗万机制奥罗万机制 二、弥散分布型合金的塑性变形二、弥散分布型合金的塑性变形 材料的形变反应和再结晶过程 p根据位错理论，迫根据位错理论，迫 使位错线弯曲到曲使位错线弯曲到曲

31、率半径为率半径为R所需的切所需的切 应力为应力为 p此时由于此时由于R=/2，所，所 以位错线弯曲到该以位错线弯曲到该 状态所需的切应力状态所需的切应力 为为 p物理意义：不可变物理意义：不可变 形粒子的强化作用形粒子的强化作用 与粒子间距成反比，与粒子间距成反比， 即粒子越多，间距即粒子越多，间距 越小，强化作用越越小，强化作用越 明显。明显。 2 Gb R Gb R 材料的形变反应和再结晶过程 多相合金的塑性变形 可变形微粒的强化作用可变形微粒的强化作用 沉淀相粒子（通过时效处理从过饱和固溶体沉淀相粒子（通过时效处理从过饱和固溶体 中析出）多为可变形的。中析出）多为可变形的。 强化作用取决

32、于粒子本身的性质及与基体的强化作用取决于粒子本身的性质及与基体的 联系联系 位错切割位错切割Al-Li合金中的合金中的Al3Li 相的电镜照片相的电镜照片 位错切割粒子的机制位错切割粒子的机制 材料的形变反应和再结晶过程 强化作用： p 位错切过粒子后产生新的界面，位错切过粒子后产生新的界面，界面能；界面能； p若共格的粒子是一种有序结构，位错切过之后，打乱若共格的粒子是一种有序结构，位错切过之后，打乱 了滑移面上下的有序排列，沿滑移面产生了滑移面上下的有序排列，沿滑移面产生反相畴界反相畴界， 能量能量 ； p由于粒子的点阵常数与基体不一样，粒子周围产生共由于粒子的点阵常数与基体不一样，粒子周

33、围产生共 格畸变，存在弹性应变场，应力场与位错交互作用，格畸变，存在弹性应变场，应力场与位错交互作用， 阻碍位错运动；阻碍位错运动； 材料的形变反应和再结晶过程 由于粒子的层错能与基体的不同，扩展位由于粒子的层错能与基体的不同，扩展位 错切过粒子时，其宽度会产生变化，引起错切过粒子时，其宽度会产生变化，引起 能量升高，从而强化；（能量升高，从而强化；（ ） 由于基体和粒子中滑移面的取向不一致，由于基体和粒子中滑移面的取向不一致， 螺型位错线切过粒子时必然产生一割阶，螺型位错线切过粒子时必然产生一割阶， 而割阶会妨碍整个位错线的移动；而割阶会妨碍整个位错线的移动； 粒子与基体的比体积差别且沉淀粒

34、子与母粒子与基体的比体积差别且沉淀粒子与母 相保持共格或半共格结合，在粒子周围产相保持共格或半共格结合，在粒子周围产 生弹性应力场，此应力场与位错产生交互生弹性应力场，此应力场与位错产生交互 作用阻碍位错运动。作用阻碍位错运动。 （堆垛）层错（堆垛）层错- -密排面的正常堆垛顺序发生错排。密排面的正常堆垛顺序发生错排。 2 EGb 材料的形变反应和再结晶过程 材料的形变反应和再结晶过程 四、塑性变形对材料组织与性能的影响 、显微组织的变化显微组织的变化 大量滑移带和孪晶大量滑移带和孪晶 带；带； 晶粒沿变形方向变晶粒沿变形方向变 扁平扁平（elongated grains）。）。 2、特点：、

35、特点： 晶粒拉长；晶粒拉长； 杂质呈细带状（塑性杂质呈细带状（塑性 杂质）或链状分布（脆杂质）或链状分布（脆 性杂质）性杂质） 材料的形变反应和再结晶过程 Mg -1.0Li-0.5Ca -0.5Y挤压变形组织 Extrusion direction 材料的形变反应和再结晶过程 镁合金镁合金AM60AM60挤压态（左）、轧制态挤压态（左）、轧制态 （右）（右）3D3D组织组织 材料的形变反应和再结晶过程 挤压镁合金挤压镁合金AZ80AZ80、AZ61AZ61显微组织显微组织 材料的形变反应和再结晶过程 、亚结构的变化、亚结构的变化 变形量变形量位错缠结位错缠结变形胞（大量位错缠结变形胞（大量位

36、错缠结 在胞壁，胞内位错密度低）在胞壁，胞内位错密度低） 变形量变形量变形胞变形胞、尺寸、尺寸 层错能层错能易出现明显胞状结构易出现明显胞状结构 层错能层错能易出现位错塞积群，不易出现胞状易出现位错塞积群，不易出现胞状 结构结构 材料的形变反应和再结晶过程 、性能的变化、性能的变化 ）加工硬化（加工硬化（work hardeningwork hardening） 定义：金属材料经冷加工变形后，强度、硬度显著提定义：金属材料经冷加工变形后，强度、硬度显著提 高，而塑性、韧性明显下降的现象。高，而塑性、韧性明显下降的现象。 材料的形变反应和再结晶过程 材料的形变反应和再结晶过程 单晶体的加工硬化曲

37、线单晶体的加工硬化曲线 I.易滑移阶段：发生易滑移阶段：发生单滑移单滑移，位错，位错 移动和增殖所遇到的阻力很小，移动和增殖所遇到的阻力很小， I很低，约为很低，约为10-4G数量级。数量级。 II.线性硬化阶段：发生线性硬化阶段：发生多系滑移多系滑移， 位错运动困难，位错运动困难，II远大于远大于I ，约，约 为为 G/100G/300。 III.抛物线硬化阶段：与位错的多滑抛物线硬化阶段：与位错的多滑 移过程有关，移过程有关，III随应变增加而降随应变增加而降 低，应力应变曲线变为抛物线。低，应力应变曲线变为抛物线。 材料的形变反应和再结晶过程 材料的形变反应和再结晶过程 多晶体的加工硬化

38、多晶体的加工硬化 p 其应力其应力应变曲线不出现第一阶段，且加工硬化率应变曲线不出现第一阶段，且加工硬化率 明显高于单晶体明显高于单晶体; ; p 细晶粒的加工硬化率一般大于粗晶粒金属细晶粒的加工硬化率一般大于粗晶粒金属; ; p 合金比纯金属的加工硬化率要高，溶质原子的加入，合金比纯金属的加工硬化率要高，溶质原子的加入， 在大多数情况下增大加工硬化率。在大多数情况下增大加工硬化率。 材料的形变反应和再结晶过程 加工硬化的工程意义加工硬化的工程意义 加工硬化是强化材料的重要手段，尤其是对于那些加工硬化是强化材料的重要手段，尤其是对于那些 不能用热处理方法强化的金属材料。不能用热处理方法强化的金属材