材料的变形与再结晶

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1、材料科学基础FundamentalsofMaterialsScience主讲教师：王亚男第7章材料的变形与再结晶Chapter7Deformationandrecrystallizationofmaterials7.1弹性变形7.2晶体塑性变形7.3回复和再结晶7.4金属的热加工小结思考题2021/9/172材料的变形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。不同材料变形时其应力-应变曲线和试样形貌不同。如：普碳钢和灰铸铁。变形可分为三个阶段：弹性变形、塑性变形和断裂。2021/9/1737.1弹性变形1.弹性变形特征(

2、1)变形是可逆的；(2)应力与应变保持单值线性函数关系，服从Hooke定律：σ＝Eε，τ＝Gγ。(3)弹性变形量随材料的不同而异。多数金属材料的弹性变形量小，而橡胶类高分子材料的弹性变形量大。2021/9/174工程上应用的材料为多晶体，内部存在各种类型的缺陷，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现象，称为弹性的不完整性，包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后等。2.弹性的不完整性2021/9/175(1)包申格效应材料经预先加载产生少量塑性变形，然后同向加载则σe升高，反向加载则σe降低的现象,称为包申格效应。退火轧制黄铜在不同载荷下弹性极限的

3、变化。可见：B、C为同向加载，σe↑；C、D为反向加载，σe↓。2021/9/176理想晶体（2）弹性后效加载卸载εσtε随时间不变加力去力2021/9/177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称为弹性后效。实际金属εσOCaH加载不加应力也应变去应力后降低随时间延续回到Otε随时间延续回到OcdabO滞弹性应变ε0εan2021/9/178(3)弹性滞后由于应变落后于应力，在σ－ε曲线上使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，称为弹性滞后。弹性滞后表明：加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称为内耗，

4、大小＝弹性滞后环面积。实际应用的金属材料有的要求高内耗，有的要求低内耗，如制作钟、乐器的材料，要求低内耗，消振能力低，声音好听；制作机座、汽轮机叶片的材料，要求高内耗，以消除振动。2021/9/179单向加载弹性滞后2021/9/17107.2.1单晶体的塑性变形1.滑移在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定晶面（滑移面）和一定晶向（滑移方向）相对另一部分发生相对位移的现象。在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过滑移、孪生和扭折等方式进行。7.2晶体的塑性变形2021/9/1711切应力作用下晶体滑移示意图（微观）ττ2021/9/1712滑移线（小台阶）滑移量滑移块滑移带（

5、一组小台阶）滑移的特点：1)滑移后，晶体的点阵类型不变；2)晶体内部各部分位向不变；3)滑移量是滑移方向上原子间距的整数倍；4)滑移后，在晶体表面出现一系列台阶，见图6.4。2021/9/1713滑移系一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来称为一个滑移系，可用{hkl}来表示，见图6.5。(110)(111)BCC{110}×6<111>×2滑移系数＝6×2＝12FCC{111}×4<110>×3滑移系数＝4×3＝122021/9/1714判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并说明原因。BCC中(110)[111]、。FCC中(111)[110]、。FCCBCC202

6、1/9/1715实验表明：滑移系越多，滑移越容易，塑性越好。BCC与FCC的滑移系数相同，但滑移方向对塑性变形的作用比滑移面大，所以FCC的塑性比BCC的塑性好。如Cu的塑性比α-Fe好。可知，构成滑移系必须满足两条：1)必须是密排面和密排方向；2)向一定在面上。2021/9/1716滑移的临界分切应力不是有切应力作用就能产生滑移，只有在滑移面上沿滑移方向的分切应力达到一定值时，才能发生滑移。能引起滑移的最小分切应力称为临界分切应力，用τk表示。以单晶体拉伸为例，求τk＝？面法向滑移方向FфλFAA/cosφ计算分切应力分析图设单晶体中只有一组滑移面,试样横截面积为A,轴心拉

7、力为F,滑移面的法线与F夹角为φ,滑移方向与F的夹角为λ,滑移面面积A’＝A/cosφ.2021/9/1717外力在滑移面上沿滑移方向的切向分力为：Fτ＝Fcosλ外力在滑移方向上的分切应力：τ=Fτ/Aˊ=Fcosλ/(A/cosφ)=Fcosλcosφ/AF/A＝σ，当滑移系中的分切应力达到其临界分切应力值而开始滑移时，σ＝σS，此时τ＝τk，所以τk＝σScosλcosφcosλcosφ称为取向因子。2021/9/1718见图镁单晶拉伸时屈服应力与晶体取向的关系。由图可见：当外力与滑移面平行（φ＝