第5章 材料的形变和再结晶4
steel or, lead. Platinum and white gold are, at present, the most popular materials.
White gold（白金） is an alloy of gold (i.e., it is gold and silver or palladium（钯）. This is where the concept of Karat (开，克拉) comes in. Karat is a measure of the purity of the material.
2. 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； 晶界多，裂纹不易传播，在断裂过程中可吸收较 多能量,表现出高韧性。
晶界在塑性变形中的作用
协调作用：协调相邻晶粒变形
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 起裂作用：晶界阻碍滑移晶界应力集中
Strength or elongation
Cu
回答：为什么钻戒不用纯金而是用白金作为托 架的问题？
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。
4）屈服现象与应变时效
①屈服现象
上屈服点：试样开始屈服时对应的应力
下屈服点：载荷首次降低的最低载荷 屈服伸长：试样在此恒定应力下的伸长
拉伸试验时， p 接近于恒定。
m'
塑形变性前，ρm很低，v很大，τ 很大；这就是上屈服点 高的原因。
3. 弥散强化 4. 加工硬化
6. 应变时效
7. 柯氏气团 8. 形变织构
Questions?
1. 为什么工程上很少用纯金属？
2. 合金加工或应用中存在哪些问题？ 3. 织构是如何产生的？
4. 如何提高金属的强度？
为什么钻戒不用纯金而是用白金作为托架？
Men's Wedding Rings Materials A groom‘s wedding band（结婚戒指） will be made of platinum, white gold, yellow gold, titanium, stainless
溶质原子尺寸的影响
Metal Atomic radius (0.1nm) Cu 1.278 Zn 1.332 Al 1.432 Sn 1.509 Ni 1.243 Si 1.176 Be 1.143 [(r-rcu)/rcu] ×100%
0 +4.2 +12.1
Zn
+18.1 -2.7 -8.0 -10.6
晶粒之间变形的协调性
（ 1 ）原因：各晶粒之间变形 具有非同时性。
（ 2 ）要求：各晶粒之间变形 相互协调。 （独立变形会导致晶体分裂） （ 3 ）条件：独立滑移系 5 个。 （保证晶粒形状的自由变化）
2、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
反作用力。此反作用力随位错塞积的数目n而增大：
吕德斯带
概念：在发生屈服延伸阶段，
试样的应变是不均匀的，在试
样表面可观察到与纵轴约呈45º 交角的应变痕迹，称为吕德斯 （Lüders）带。 现象：吕德斯带会造成拉伸
和深冲过程中工件表面不平。
吕德斯带造成铝 合金板材表面不 平整
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 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。 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。
单晶材料的获得成为突破现有材料极限的有效方法 1. 先进航空发动机叶片采用无晶界的单晶高温合金可 以提高工作温度和寿命； 2. 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； 3. 单晶制品优异的塑性加工 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 机以及电子仪器、音像设备所需的高级材料； 4. 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 用。
k 0 L n Gb 式中，τ0为作用于滑移 面上的外加分切应力， L为位错源至晶界之距 离，κ为系数，螺型位 错κ=1，刃型位错κ=1-ν。
位错在晶界塞积→应力集中→相邻晶粒位错源开动→相 邻晶粒变形→塑性变形
3、晶界对变形的阻碍作用
（1）晶界的特点： 原子排列不规则、分布有大量缺陷。 （2）晶界对变形的影响: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 晶界,极少穿过。
s = 0 + kd-1/2
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， 利用位错群在晶界附近引起的塞积模型导出。
细晶强化
霍尔-佩奇公式的应用解释镁合金AZ61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) 463–467
An 18K gold ring has 75% pure gold (the element). The higher the karat, the softer the ring and the more easily it will get scratched and dented. Accordingly, 18K is considered the optimal karat
三、固溶强化 （SOLID-SOLUTION STRENGTHENING）
1、单相固溶体合金的塑性变形 塑性变形阻力↑ 固溶强化
明显的屈服点和应变时效现象
固溶强化
1）概念：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度
提高而塑性下降的现象。
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 加工硬化速率。
第五章 材料的形变和再结晶（4）
Chapter 5 Deformation and re-crystallization of materials
曾荣昌
本节主要内容
1. 多晶体的塑性变形 2. 合金的塑性变形 3. 塑性变形对材料组织与性能的影响
重要理论和概念
1. 细晶强化 5. 屈服现象
2. 固溶强化
R. Zeng et al. / Journal of Alloys and Compounds 509 (2011) 4462–4469 R. Zeng et al. / International Journal of Fatigue 32 (2010) 411–419
4、多晶体塑性变形的特点
多晶体与单晶体塑性变形比较
相同之处： 同样以滑移和孪生为塑性变形的基本方式 不同之处： 1、多晶体的塑性变形受到晶粒取向和晶界阻碍的影响； 2、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 来配合。
1. 晶粒取向的影响
晶粒取向对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
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 聚集带。
晶界对金属材料性能的影响
1. 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； 2. 力学性能：晶界阻碍材料塑性变形，显著降低材料 的塑性； 3. 腐蚀性能：金属沿晶界产生晶间腐蚀； 4. 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； 5. 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。
3）固溶强化机制
①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 静电交互作用
②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 或偏聚形式存在的分布状态， →↑系统能量，↑滑移变形的阻力
固溶强化对性能的影响
1. 合金的拉伸强度、屈服强 度、硬度都大于纯金属；
2. 合金的韧性都低于纯金属 ； 3. 合金的电导率远远低于纯 金属； 4. 固溶强化提高了蠕变阻力 。
R.C. Zeng et al. / International Journal of Fatigue 31 (2009) 463–467
细晶强化：
1. 晶粒越细，强度越高—细晶强化理论 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，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 现出高塑性。
二次疲劳裂纹产生的原因
霍尔佩奇公式：
s 0 kd
1/ 2
已知：σs=187.0 Mpa， k = 0.22 MPa m1/2，σ0=146.8MPa 那么 对于细晶粒，d 1= 10 μm， σs1 = 216.4 MPa 对于粗晶粒，d 2= 250 μm， σs2 = 160.7 Mpa 显然， Δσs = σs1 -σs2 =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。
• 比溶剂原子尺 寸大的臵换溶 质原子
间隙原子C、N
压应力
滑移面
拉应力
位错增值理论
材料塑形变形的应变速率
p m v b
ρm-可动位错密度
v-位错的平均运动速度 b-位错的伯氏矢量。
（ 1）
位错的平均运动速度V又与应力密切相关：
v （2） 0 τ0-位错作单位速度运动所需的应力，τ-位错受到的有效切 应力，m’-应力敏感指数
(with pure gold coming in at 24 karats).
材料科学基础_第五章材料的形变和再结晶
材料科学基础_第五章材料的形变和再结晶材料的形变是指材料在外力作用下发生的形状、尺寸及结构的变化。
形变可以分为弹性变形和塑性变形两种形式。
弹性变形是指物质在外力作用下只发生形状的改变，而不发生组织内部结构的改变，当外力消失时，物质能恢复到原来的形状。
塑性变形是指物质在外力作用下发生形状和内部结构的改变，当外力消失时，物质不能恢复到原来的形状。
形变过程中，材料的内部晶粒会发生滑移、动晶界和晶界迁移等变化，这些变化有助于减小材料中的位错密度，同时也能影响晶粒的尺寸、形状和分布。
当形变达到一定程度时，晶粒内部会产生高密度的位错，这会导致晶体的韧性下降，同时也容易引起晶粒的断裂和开裂。
因此，形变过程中产生的位错对材料的性能具有重要影响。
再结晶是指在材料的形变过程中，通过退火处理使晶粒重新长大，去除或减小形变过程中产生的位错和晶界等缺陷，从而改善材料的力学性能和其他性能。
再结晶的发生与材料的种类、成分、形变方式等因素有关。
再结晶可以通过两种方式实现：显微再结晶和亚显微再结晶。
显微再结晶是指晶粒在正常晶界上长大，形成新的晶粒；亚显微再结晶是指材料中的一些晶粒发生部分再结晶，形成较大的再结晶晶粒。
再结晶的发生和发展受到晶粒的尺寸、形状和分布的影响。
晶粒尺寸越小，再结晶发生越容易，且再结晶晶粒的尺寸也越小。
再结晶晶粒的尺寸和分布对材料的性能影响很大。
晶粒尺寸较小的材料通常具有优良的力学性能和高韧性，且易于加工。
因此，控制再结晶晶粒的尺寸和分布对材料的性能优化和加工有重要意义。
总之，材料的形变和再结晶是材料科学中重要的研究领域。
通过研究形变和再结晶的机制和规律，可以优化材料的性能和加工过程，从而推动材料科学的发展和应用。
第五章 金属的塑性变形及再结晶
四、金属的热加工
1．热变形加工与冷变形加工的区别
从金属学的观点来看，热加工和冷加工的区别是以再结晶温 度为界限。在再结晶温度之下进行的变形加工，在变形的同时没 有发生再结晶，这种变形加工称之为冷变形加工。而金属在再结 晶温度以上进行塑性变形就称为热加工。
2．热变形加工对金属组织与性能的影响
（1）改善铸态组织 热变形加工可以使金属铸锭中的组织缺陷显 著减少，如气孔、显微裂纹等，从而提高材料的致密度，使金属 的力学性能得到提高。
在工业上常利用回复现象将冷变形金属低温加热既消除应为去应力退火力稳定组织同时又保留了加工硬化性能这种热处理方法称1再结晶过程变形后的金属在较高温度加热时原子活动能力较强时会在变形随着原子的扩散移动新晶核的边界面不断向变形的原晶粒中推进使新晶核不断消耗原晶粒而长大
金属材料及热处理
第五章 金属的塑性变形及再结晶
二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
2．冷塑性变形对组织结构的影响 1）产生“纤维组织”
塑性变形使金属的晶粒形状发生了变化，即随着金属外形的 压扁或拉长。当变形量较大时，各晶粒将被拉长成细条状或纤维 状，晶界变得模糊不清，形成所谓的“纤维组织”。
2）产生变形织构
由于在滑移过程中晶体的转动和旋转，当塑性变形量很大时， 各晶粒某一位向，大体上趋于一致了，这种现象称择优取向。 这种由于塑性变形引起的各个晶粒的晶格位向趋于一致的晶粒 结构称为变形织构。
二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
3．产生残余内应力
经过塑性变形，外力对金属所做的功，约90%以上在使金属变 形的过程中变成了热，使金属的温度升高，随后散掉；部分功转 化为内应力残留于金属中，使金属的内能增加。残余的内应力就 是指平衡于金属内部的应力，它主要是金属在外力的作用下所产 生的内部变形不均匀而引起的。 第一类内应力，又称宏观内应力。它是由于金属材料各部分变形 不均匀而造成的宏观范围内的残余应力。 第二类内应力，又称微观残余应力。它是平衡于晶粒之间的内应 力或亚晶粒之间的内应力。 第三类内应力，又称晶格畸变内应力。其作用范围很小，只是在 晶界、滑移面等附近不多的原子群范围内维持平衡。
材料的形变与再结晶
第五部分 材料的形变和再结晶概述：材料经变形后，不仅其外形和尺寸发生变化，还会使其内部组织和有关性能发生变化，使其处在自由焓较高的状态；分析研究材料在外力作用下的塑性变形过程、机理、组织结构与性能的影响规律，各种内外因对变形的影响及变形材料在加热过程中产生回复和再结晶现象，不仅对正确选择控制材料的加工工艺，保证产品质量是十分必要的，而且对合理使用材料，研制和发展新材料也是很重要的。
第一节 材料受力情况下的力学行为材料受力后要发生变形，外力较小时发生弹性变形，外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会产生断裂，右图为碳钢在单向拉伸时 的应力（σ）—应变（ε）曲线。
σe：弹性极限；)(2.0σσs：屈服强度；σb：抗拉强度（断裂强度）。
材料的变形形式有：弹性变形、塑性变形、黏性流动。
第二节 弹性变形和黏弹性 1.弹性变形弹性变形指外力去除后能够完全恢复的那部分变形；其本质是原子间的相互作用在平衡位置附近的体现。
弹性变形的主要特征：①理想的弹性变形是可逆变形；②在弹性变形范围内，其应力与应变之间都保持单值线性函数关系，即服从胡克定律； ③材料的最大弹性变形量随材料不同而异。
胡克定律：εσE =，γτG =，)1(2v EG +=，v 为泊松比，表征材料的侧向收缩能力，在拉伸试验中指材料的横向收缩率与纵向伸长率的比值，对于金属材料一般在0.25～0.35之间；弹性模量（E ）：表征原子间结合力强弱的物理量，是组织结构不敏感参数，添加少量合金元素或进行各种加工处理都不能对某种材料的弹性模量产生明显的影响。
工程上，弹性模量是材料刚度的度量。
2.弹性的不完整性☆弹性的不完整性：在弹性变形时，可能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有别于理想弹性变形特点的现象。
弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等。
包申格效应考察预变形对弹性极限的影响，常见于多晶金属材料；弹性后效（滞弹性）考察恒应力下的应变滞后现象(ξ—t);弹性滞后考察连续周期性应力下的应变滞后现象(σ—t)；加载时消耗于材料的变形功与卸载时材料恢复所释放的变形功的差值称“内耗”，其大小可用弹性滞后环的面积度量。
材料科学基础重点总结4 材料形变和再结晶
5 材料的形变和再结晶材料在加工制备过程中或是制成零部件后的工作运行中都要受到外力的作用。
材料受力后要发生变形，外力较小时产生弹性变形；外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会发生断裂。
本章主要内容：一．晶体的塑性变形单晶体的塑性变形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二．回复和再结晶冷变形金属在加热时的组织与性能变化回复再结晶晶粒长大再结晶织构与退火孪晶5.1 晶体的塑性变形塑性加工金属材料获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得一定形状、尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材。
塑性加工包括锻压、轧制、挤压、拉拔、冲压等方法。
金属在承受塑性加工时，当应力超过弹性极限后，会产生塑性变形，这对金属的结构和性能会产生重要的影响。
5.1.1 单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的两种方式：滑移孪生滑移:滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶向发生相对滑动。
滑移线：为了观察滑移现象，可将经良好抛光的单晶体金属棒试样进行适当拉伸，使之产生一定的塑性变形，即可在金属棒表面见到一条条的细线，通常称为滑移线.滑移带：在宏观及金相观察中看到的滑移带并不是单一条线，而是由一系列相互平行的更细的线所组成的，称为滑移带。
滑移系：塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。
一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系。
滑移的临界分切应力τk晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时，该滑移系方可以首先发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切应力。
滑移的特点晶体的滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分同时做整体的刚性的移动，而是通过位错在切应力作用下沿着滑移面逐步移动的结果，因此实际滑移的临界分切应力τk 比理论计算的低得多。
（滑移面为原子排列最密的面）单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，往往伴随着晶面的转动。
第五章-材料的形变和再结晶
— 应变角；
扭转变形情况与剪切相似
静载：转矩T；
应变：转角
精选2021版课件
5
拉伸实验 Tensile Test
测试仪器
标准样品
Tensile Strength
(抗拉强度)
Fracture
(断裂)
Necking
(颈缩)
精选2021版课件
6
拉伸实验 Tensile Test
不同而不同。
滑移带观察：试样预先抛光（不腐蚀），进行塑性变形，表面
上出现一个个台阶，即滑移带。
精选2021版课件
35
单晶体滑移特点
• 滑移变形是不均匀的，常集中在一部分晶面上，而
处于各滑移带之间的晶体没有产生滑移。
• 滑移带的发展过程，首先是出现细滑移线，后来才
发展成带，而且，滑移线的数目随应变程度的增大
循环韧性
若交变载荷中的最大应力超过金属的弹性极限，则可
得到塑性滞后环。
金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，叫
循环韧性。 循环韧性又称为消振性。
循环韧性不好测量，常用振动振幅衰减的自然对数来
表示循环韧性的大小。
循环韧性的应用
减振材料（机床床身、缸体等）；
乐器要求循环韧性小。
四、 黏弹性
弹性变形的特征
（1）可逆性：理想的弹性变形是加载时变形，卸载时变形
消失并恢复原状。
弹性变形量比较小，一般不超过0.5％～1％。
（2）在弹性变形范围内，其应力与应变之间保持线性函数
关系，即服从虎克(Hooke)定律：
式中，、分别为正应力和切应力；
、分别为正应变和切应变；
E，G分别为弹性模量和切变模量
材料的形变和再结晶(第五章-正式版)
24
26
5.2.1 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学
（2）滑移系
滑移系数目与材料塑性的关系 一般滑移系越多，塑性越好； 与滑移面密排程度和滑移方向个数有关； 与同时开动滑移系数目有关（c）。
27
3 滑移的晶体学 （3）滑移的临界分切应力（c）
c：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。
57
第 七 章 塑 性 变 形 第 五 节 组 织 性 能 变 化
5.2.4 塑性变形对材料组织和性能的影响
利
（2）利弊
弊
强化金属的重要途径； 提高材料使用安全性； 材料加工成型的保证。 变形阻力提高，动力消耗增大； 脆断危险性提高。
58
59
60
61
第 七 章 塑 性 变 形 第 五 节 组 织 性 能 变 化
第五章 材料的形变和再结晶
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
1
第五章 材料的形变和再结晶
纳米铜的室温超塑性
2
3
弹性极限、屈服强度、抗拉强度、断裂强度
4
弹性变形－塑性变形－断裂
72
第 八 章 第 一 节 加 热 时 的 变 化
4 内应力变化
回复阶段：大部分或全部消除第一类内应力，部分消
除第二、三类内应力；
再结晶阶段：内应力可完全消除。
Байду номын сангаас73
第 八 章 第 二 节 回 复
5.3.2 回复
一 回复动力学 1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系 ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT) x0 –原始加工硬化残留率；x－退火时加工硬化残留率； c0－与材料和温度有关的比例常数； t－恒温下的加热时间；T－加热温度；Q为激活能。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(名校考研真题 材料的形变和再结晶)【圣才出品】
4．形变织构的性质与变形金属的原始条件、_______、_______有关。[江苏大学 2005 研]
【答案】形变方式；形变程度
5．细化晶粒不但可以提高材料的________，同时还可以改善材料的________和 ________。[沈阳大学 2009 研]
【答案】强度；塑性；韧性
4．真实应力[重庆大学 2010 研] 答：真实应力是指拉伸（或压缩）试验时，变形力与当时实际截面积（而不是初始截 面积）之比。其数值是随变形量、温度与应变速率而变化的。
5．超塑性[燕山大学 2005 研] 答：超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异 常高的流变性能的现象。超塑性的特点有大延伸率，无缩颈，小应力，易成形。超塑性变 形时，应变速率敏感性指数 m 很大，m≈0.5，而一般金属材料仅为 0.01～0.04。
三、判断题
1．在室温下对金属进行塑性变形为冷加工。加热到室温以上对金属进行塑性变形为 热加工。（ ）[华中科技大学 2005 研]
【答案】× 【解析】将再结晶温度以上的加工为“热加工”，再结晶温度以下而又不加热的加工称 为冷加工。
2．金属铸件可以通过再结晶退火来达到细化晶粒的目的。（ 2007 研]
阻力。因此，在位错移动时，需要一个力克服晶格阻力，越过势垒，此力称为派纳力
3．动态再结晶[北京工业大学 2009 研] 答：动态再结晶是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。与热变形各道次之间以 及变形完毕后加热和冷却时所发生的静态再结晶相比，动态再结晶的特点是：动态再结晶 要达到临界变形量和在较高的变形温度下才能发生；与静态再结晶相似，动态再结晶易在 晶界及亚晶界形核；动态再结晶转变为静态再结晶时无需孕育期；动态再结晶所需的时间 随温度升高而缩短。
材料科学基础第五章 材料的变形与再结晶
ψ=（Fo－Fk）/ Fo×100%
2、塑性的实际意义
• 金属材料的塑性指标是安全力学性能指标；
• εf –材料均匀变形的能力。
此时，外力对两个滑移系的取向因子完全相同。
• 具有多滑移系的晶体，除多系滑移外, 还可发生交滑移
（cross-slip）
• bcc结构中最易发生交滑移。
（6）滑移中的位错机制
• 滑移是借助于位错在滑移面上运动来逐步进行的；
晶体的滑移必在一定外力作用下才能发生，说明位
错运动要克服阻力，该阻力来自点阵阻力，称为派
纳P—N力，其大小为： • ηP-N = 2Gexp(-2пW/b)/(1-ν) ηP-N与位错的宽度W 呈指数关系，滑移面间距d增大，w[=d /(1-ν)]增大， 或滑移方向上原子间距b减小，则ηP-N下降，滑移阻
力小, 滑移容易进行。
刃位错的滑移示意图
刃位错的滑移模型
螺位错的滑移模型
2.孪生
第五章 材料的变形和再结晶
概
一、 机械性能(力学性能)
述
1. 定义:材料承受外力作用的能力。 2. 机械性能四大指标： 强度、硬度、塑性、韧性。 3.实验 通过实验可以测出相应的机械性能指标， 最常见的是拉伸实验、硬度实验和冲击实验。
二、拉伸试验
⑴ 实验设备
拉伸试验的现场录像
材料试验机。 ⑵ 拉伸试样 圆试样 长试样 扁试样 短试样 ⑶ 拉伸过程
• 根据拉伸试验研究表明，金属在外力作用下一般经历三个阶段：
弹性变形（elastic deformation） 塑性变形（plastic deformation） 断裂（fracture）
第五章材料的形变和再结晶
第五章材料的形变和再结晶材料的形变和再结晶是材料科学与工程领域中非常重要的一个方面。
在材料的加工过程中，材料会发生形变现象，并且随着形变的进行，材料的晶粒也会重新排列，从而形成新的晶粒结构，这就是再结晶现象。
形变和再结晶对材料的性能和性质有着重大的影响，因此研究材料的形变和再结晶是十分重要的。
首先，让我们来了解一下形变现象。
形变是指材料在外力的作用下，改变其形状、大小和位置的过程。
形变可以分为弹性形变和塑性形变。
弹性形变是材料在外力作用下发生的可恢复变形，当外力消失后可以恢复到原来的形状。
而塑性形变是材料在外力作用下发生的不可恢复变形，当外力消失后不能恢复到原来的形状。
塑性形变可以进一步细分为冷加工和热加工。
冷加工是指材料在常温下进行的变形，而热加工是指材料在高温下进行的变形。
形变的过程中，材料的晶粒也会发生重排，从而影响材料的性能。
然后，我们来了解一下再结晶现象。
再结晶是指材料在塑性变形过程中，晶界和晶内发生的晶粒重排，并产生新的晶粒结构的过程。
再结晶可以恢复材料的塑性，并调整材料的晶粒结构，从而改善材料的综合性能。
再结晶可以分为两种类型：动态再结晶和静态再结晶。
动态再结晶是在连续变形中发生的再结晶，晶粒较小，形成时的应变较大。
而静态再结晶是在停止变形后发生的再结晶，晶粒较大，形成时的应变较小。
再结晶的条件包括温度、应变速率、变形温度等因素。
形变和再结晶对材料性能的影响是非常重要的。
首先，形变可以提高材料的力学性能。
塑性变形可以提高材料的强度和韧性，使材料更加适用于工程应用。
其次，再结晶能够改善材料的综合性能。
再结晶可以调整材料的晶粒结构，消除变形过程中的组织缺陷，从而提高材料的强度、塑性和韧性。
此外，再结晶还能改善材料的晶界特性，提高材料的耐腐蚀性能。
最后，让我们来看一下材料的形变和再结晶在实际应用中的一些例子。
举个例子，对于金属材料，通过冷加工可以使其产生塑性变形，从而提高其强度。
但是过多的冷加工会使材料变脆，此时需要进行热处理来进行再结晶。
第五章 材料的形变和再结晶
第五章：材料的形变和再结晶5.1 弹性和粘弹性弹性变形：指外力去除后能够完全恢复的那部分变形主要特征：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：金属、陶瓷和部分高分子材料不论是加载还是卸载，只要在弹性变形范围内，其应力和应变之间遵循胡克定律。
弹性模量：代表着是原子离开平衡位置的难易程度，是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量。
弹性不完整的现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等。
包申格效应：材料经预先加载产生少量塑性变形（小于4%），而后同向加载则应力升高，反向加载则应力下降，此现象被称为包申格效应。
弹性后效：一些实际晶体，在加载或卸载时，应变不是瞬时达到其平衡值，而是通过一种弛豫过程来完成其变化的。
这种在弹性极限范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象，被称为弹性后效或滞弹性。
弹性滞后：由于应变落后于应力，在应力-应变曲线上使加载线或卸载线不重合而形成一封闭曲线。
黏性流动：是指非晶态固体和液体在很小外力作用下，会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不能恢复。
5.2金属的塑性变形5.2.1单晶体的塑性变形滑移滑移带：将良好抛光的单晶体金属棒试样进行适当的拉伸，使之产生一定的塑性变形，即可在金属棒表面见到一条条的细线，通常称为滑移带滑移带是由滑移线组成的滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。
原因是原子密排最大的晶面其晶面间距最大，点阵阻力最小因而最易发生滑移；最密排方向上的原子间距最短，即位错最小因而最易发生滑移。
滑移系：由一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成。
一般来说，在其他条件相同时，晶体中的滑移系越多，滑移过程可能采取的空间取向便越多，滑移便容易进行，塑性便越好。
（滑移系数目：面心立方12；体心立方48；密排六方3，因而hcp的塑性不如fcc或bcc）临界分切应力：当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时，该滑移系方可以首先发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切应力。