1、 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 1 第八章第八章 材料的变形与断裂（二）材料的变形与断裂（二） 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 2七、七、 合金的变形与强化合金的变形与强化 合金在形成单相固溶体后，变形时的临界切应力都高于纯金合金在形成单相固溶体后，变形时的临界切应力都高于纯金属属即固溶强化，但固溶强化对具体合金来说，表现出的规即固溶强化，但固溶强化对具体合金来说，表现出的规律可能不一样。律可能不一样。（1）无限互溶的无限互溶的Cu-Ni合金、合金、Ag-Au合金，其强化随溶质浓度合金，其强化随溶质浓度成
2、抛物线关系在成抛物线关系在B 等于约等于约50时强化有极大值时强化有极大值（2）对多数合金，因溶解度有限，强化与溶质浓度成线性关系对多数合金，因溶解度有限，强化与溶质浓度成线性关系1、单相合金的变形与强化、单相合金的变形与强化 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 3（3）对于置换式的溶质原子，普遍被接对于置换式的溶质原子，普遍被接受的强化理论是，溶质与溶剂原子的尺受的强化理论是，溶质与溶剂原子的尺寸差别，两者原子尺寸差别越大，溶解寸差别，两者原子尺寸差别越大，溶解度越小，而强化效果越大度越小，而强化效果越大 固溶强化除了考虑原子尺寸差之外，对一些合金还要
3、考虑弹性模固溶强化除了考虑原子尺寸差之外，对一些合金还要考虑弹性模量的差别，当两者有模量差时，位错在溶剂原子附近和在溶质原子附量的差别，当两者有模量差时，位错在溶剂原子附近和在溶质原子附近的应力是不同的。近的应力是不同的。原因：原因： 原子尺寸差别（即错配）所引起的原子尺寸差别（即错配）所引起的晶格畸变，会产生一内应力场，位错在晶格畸变，会产生一内应力场，位错在内应力场中运动受到阻力，如上图所显内应力场中运动受到阻力，如上图所显示的铁中加入不同合金元素所引起的强示的铁中加入不同合金元素所引起的强化效果与原子错配度的关系。化效果与原子错配度的关系。溶质原子的切变模量较大，对位错有斥力溶质原子的切
4、变模量较大，对位错有斥力 反之切变模量较小时则有吸力反之切变模量较小时则有吸力两种情况对位错的运动都要额外作功 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 4 从前图和右表可看出，从前图和右表可看出，铜合金的屈服强度与溶质铜合金的屈服强度与溶质原子半径的差别大小有明原子半径的差别大小有明显相互关系显相互关系 两者半径差别越大，铜两者半径差别越大，铜合金的强化效果越显著合金的强化效果越显著 原子尺寸小的元素如原子尺寸小的元素如Be、Si的强化效果比原子的强化效果比原子尺寸大的元素如尺寸大的元素如Sn、Al的强化效果大的强化效果大 由此说明固溶强化时原由此说明固溶强
5、化时原子尺寸的影响十分重要子尺寸的影响十分重要 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 5(4) 对于间隙式的的溶质原子，当其固溶对于间隙式的的溶质原子，当其固溶于体心立方如于体心立方如 Fe中，会造成不对称畸中，会造成不对称畸变，形成体心正方，正方度变，形成体心正方，正方度 c / a 随含碳随含碳量增加而增加量增加而增加 原因：原因： 因为螺型位错的应力场只有切应力，当溶质因为螺型位错的应力场只有切应力，当溶质原子（如置换式溶质原子）引起的晶格畸变是原子（如置换式溶质原子）引起的晶格畸变是对称时，则和螺型位错无交互作用，强化效果对称时，则和螺型位错无交互
6、作用，强化效果就弱就弱 而碳原子当被强制地（如急剧冷却）固溶于而碳原子当被强制地（如急剧冷却）固溶于 Fe中，形成所谓马氏体时，会造成显著的中，形成所谓马氏体时，会造成显著的晶格不对称畸变，这时碳原子不仅和刃型位错，晶格不对称畸变，这时碳原子不仅和刃型位错，也和螺型位错有强烈的交互作用，因而产生很也和螺型位错有强烈的交互作用，因而产生很强的固溶强化效果强的固溶强化效果热处理中淬火工艺（强热处理中淬火工艺（强化）化） 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 6右图为低碳钢拉伸时的应力应变曲线右图为低碳钢拉伸时的应力应变曲线低碳钢在上屈服点开始塑性变形，达到屈服
7、低碳钢在上屈服点开始塑性变形，达到屈服点后开始应力下降，在下屈服点发生连续变点后开始应力下降，在下屈服点发生连续变形而不需增加应力形而不需增加应力屈服平台屈服平台在屈服平台范围内，试样的变形先从两端开在屈服平台范围内，试样的变形先从两端开始，向中间延伸，在表面变形完成之后再始，向中间延伸，在表面变形完成之后再扩展至心部扩展至心部在预先磨光抛光的拉伸试样上，可清晰看到在预先磨光抛光的拉伸试样上，可清晰看到与外力成一定角度的变形条纹与外力成一定角度的变形条纹吕德斯带吕德斯带屈服平台之后产生明显的加工硬化屈服平台之后产生明显的加工硬化2、碳钢的屈服和应变时效、碳钢的屈服和应变时效 材料科学基础材料科
8、学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 7吕德斯带的延伸和扩展过程。吕德斯带的延伸和扩展过程。屈服平台的长短与钢的含碳量有关屈服平台的长短与钢的含碳量有关含碳含碳量增大，平台缩短乃至消失。量增大，平台缩短乃至消失。屈服平台：屈服平台：此乃因为碳（氮）原子和位错的交互作用形成柯氏气团以及位错增此乃因为碳（氮）原子和位错的交互作用形成柯氏气团以及位错增值这两个因素共同作用的结果。值这两个因素共同作用的结果。 柯氏气团柯氏气团碳原子偏聚于刃型位错的下方，碳原子有钉扎位错作碳原子偏聚于刃型位错的下方，碳原子有钉扎位错作用，位错要运动，只有先从气团挣脱出来，摆脱碳原子的钉扎，从而形用，
9、位错要运动，只有先从气团挣脱出来，摆脱碳原子的钉扎，从而形成了上屈服点。而一旦挣脱之后位错的运动就比较容易，应力降落出现成了上屈服点。而一旦挣脱之后位错的运动就比较容易，应力降落出现下屈服点和水平台。下屈服点和水平台。低碳钢拉伸变形的特点低碳钢拉伸变形的特点有上下屈有上下屈服点和屈服平台（即变形的不连续）服点和屈服平台（即变形的不连续） 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 8吉尔曼约翰逊位错增值理论：吉尔曼约翰逊位错增值理论：晶体开始变形之后，即引起大量的位错增值，比如通过双交滑移模型的增值方式，当位错大量增值后，在维持一定的应变速率时，流变应力就要降低
10、，就会造成屈服应力降落。 柯氏气团还能很好地解释低碳钢的应变时效，低碳钢经过少量的预备变形可以不出现明显的屈服点（右图曲线2），这是卸载后立即加载的情况。 但如变形后在室温下放置一较长时间或在低温经过短时间加热，再进行拉伸，则屈服点又复出现（线3）低碳钢的应变时效。 这一过程很可能与碳（氮）原子重新扩散到位错周围形成气团有关。 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 9锅炉钢板在卷板成型后焊接或使用时，相当于经历一个人锅炉钢板在卷板成型后焊接或使用时，相当于经历一个人工或自然时效过程低碳钢板的应变时效常使钢的韧性降低，工或自然时效过程低碳钢板的应变时效常使钢
11、的韧性降低，为此，生产中常在钢中加入为此，生产中常在钢中加入WAl0.05%，使其与碳、氮原使其与碳、氮原子结合，减小钢的应变时效倾向。子结合，减小钢的应变时效倾向。低碳钢应变时效的实际意义：低碳钢应变时效的实际意义：深冲低碳钢板时，为避免出现不连续屈服，致使表面粗深冲低碳钢板时，为避免出现不连续屈服，致使表面粗糙不平或皱折，常先将钢板在深冲前进行一道光整冷扎工糙不平或皱折，常先将钢板在深冲前进行一道光整冷扎工序，压下量为序，压下量为0.5%2%，如此就是预变形消除不连续屈服。，如此就是预变形消除不连续屈服。 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 103、
12、 第二相对合金变形的影响第二相对合金变形的影响合金所含有的第二相，对位错的运动来说，可有两种情况：合金所含有的第二相，对位错的运动来说，可有两种情况：第二相可以变形，位错通过第二相时可以切过它们第二相可以变形，位错通过第二相时可以切过它们第二相不能变形，位错只能绕过它们向前运动第二相不能变形，位错只能绕过它们向前运动 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 11位错能否切过第二相，由第二相的本性和尺寸而定位错能否切过第二相，由第二相的本性和尺寸而定当第二相的尺寸较小并与其基体保持共格时，能被位错切过，切过时因增加表当第二相的尺寸较小并与其基体保持共格时，能被
13、位错切过，切过时因增加表面能、通过共格应变场等因素使合金强化（如面能、通过共格应变场等因素使合金强化（如Al-Cu、Al-Zn、Al-Li等铝基合等铝基合金）金）当第二相尺寸增大（在时效或回火温度较高时）与基体失去共格后，位错常不当第二相尺寸增大（在时效或回火温度较高时）与基体失去共格后，位错常不能切过，而只能绕过了（对钢中的碳化物、氮化物，弥散强化合金中的氧化能切过，而只能绕过了（对钢中的碳化物、氮化物，弥散强化合金中的氧化物，一般不能变形，位错只能绕过它们）。物，一般不能变形，位错只能绕过它们）。GbL此式表明，间距越小，强度越高，此式表明，间距越小，强度越高，但如质点间距太小，致使位错不
14、能但如质点间距太小，致使位错不能绕过第二相绕过第二相位错绕过所需克服的阻力是可以简单计算的，阻力与第二相的本性无关，而只位错绕过所需克服的阻力是可以简单计算的，阻力与第二相的本性无关，而只决定于第二相的间距决定于第二相的间距 L，即有：，即有：由图可知，峰值强度大体相当于位错由图可知，峰值强度大体相当于位错可绕过第二相的最小质点间距可绕过第二相的最小质点间距 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 12八、八、 冷变形金属的组织与性能冷变形金属的组织与性能金属的强化变形的有利面金属的强化变形的有利面：保证了各种冷：保证了各种冷加工成型工艺的顺利进行，没有材料
15、的变形加工成型工艺的顺利进行，没有材料的变形强化，这些工艺就无法实施强化，这些工艺就无法实施金属的强化变形的不利面：随着变形的增加，金属的屈服强度和抗拉强度在不断提高，特别是屈服强度升高得很快，导致屈服比增大，塑性降低，其性能变化决定了冷加工工艺如拉丝的拉拔次数，最终拉拔道次的拉拔力如拉丝的拉拔次数，最终拉拔道次的拉拔力必须大于材料的屈服强度，又要小于材料的必须大于材料的屈服强度，又要小于材料的抗拉强度抗拉强度这时材料的屈服强度已经十分接近抗拉强度，这时材料的屈服强度已经十分接近抗拉强度，便容易拉断金属丝（见右图）便容易拉断金属丝（见右图） 此外，变形强化与其他强化方法此外，变形强化与其他强化
16、方法相比，虽然能最有效地地提高强度，相比，虽然能最有效地地提高强度，但塑性和韧性也降低得最多但塑性和韧性也降低得最多1、冷变形金属的性能 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 13(1) 退火态的纯金属或单相金属，原来晶粒为等轴状，经过拉拔和冷扎之后，晶粒沿着拉拔和冷扎方向伸长，变形量很大时，晶界可变得模糊不清(2) 当金属中含有可变形的夹杂物或第二相如 MnSMnS、MnOMnO、FeOFeO等时，可随晶粒一起沿受力方向伸展(3) 另有一类夹杂物如AlAl2 2O O3 3、硅酸盐，不能随晶粒一起变形，但因为晶粒伸长了，这些夹杂物也呈带状分布。 以上两种
17、情况，其夹杂物、第二相都称为纤维组织 性能：性能：材料顺着纤维方向的强度较强，垂直于纤维方向的强度较低材料性能的各向异性2、 冷变形金属的组织冷变形金属的组织 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 14概念：概念： 金属变形时，晶体的滑移面会转动，使滑移层逐渐转向与拉力轴金属变形时，晶体的滑移面会转动，使滑移层逐渐转向与拉力轴平行，各个晶粒的某个相同滑移系（指数相同的晶面和晶向）在变形平行，各个晶粒的某个相同滑移系（指数相同的晶面和晶向）在变形量较大时都逐渐转向趋于与拉力轴平行，即原来的各个晶粒是任意取量较大时都逐渐转向趋于与拉力轴平行，即原来的各个晶粒是
18、任意取向的，如今则随晶粒的转动使各个晶粒的取向趋于一致，即形成了晶向的，如今则随晶粒的转动使各个晶粒的取向趋于一致，即形成了晶粒的择优取向粒的择优取向变形织构变形织构变形量越大，择优取向程度越大，表现出织构越强变形量越大，择优取向程度越大，表现出织构越强3、 形变织构形变织构变形织构对材料的的力学性能和物理性能有重要影响变形织构对材料的的力学性能和物理性能有重要影响织构的形成会使材料具有强烈的各向异性织构的形成会使材料具有强烈的各向异性生产上有时希望产生一定方向的织构，一满足特定用途的需要生产上有时希望产生一定方向的织构，一满足特定用途的需要 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变
19、形与断裂材料的变形与断裂 15 由于金属变形时各个部分的变形程度不同，变形后就会在金属内部由于金属变形时各个部分的变形程度不同，变形后就会在金属内部残存应力（拉应力，压应力），可以在整个金属板材（线材、零件）的残存应力（拉应力，压应力），可以在整个金属板材（线材、零件）的体积范围内平衡体积范围内平衡宏观应力；也可以在显微体积范围内平衡宏观应力；也可以在显微体积范围内平衡显微显微应力应力残余应力的作用：残余应力的作用：残余应力为拉应力时，会降低材料强度残余应力为拉应力时，会降低材料强度残余应力为压应力时，可抵消工作载荷下部分的拉应力，有效提高材残余应力为压应力时，可抵消工作载荷下部分的拉应力，有
20、效提高材料表面的耐疲劳强度料表面的耐疲劳强度4、 残余应力残余应力当变形金属产生残余应力时，要通过低温退火以消除内应力当变形金属产生残余应力时，要通过低温退火以消除内应力冷变形金属除了产生上述的组织与性能变化之外，还会使一些物理和化冷变形金属除了产生上述的组织与性能变化之外，还会使一些物理和化学性能变化，如令金属电导率和耐腐蚀性下降，但远不如合金成分的影学性能变化，如令金属电导率和耐腐蚀性下降，但远不如合金成分的影响那么显著响那么显著消除：消除： 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 16九、九、 金属的断裂金属的断裂 用原子间结合力模型，可求出金属的理论
21、断用原子间结合力模型，可求出金属的理论断裂强度裂强度 如右图，纵轴大于如右图，纵轴大于0时为吸力，小于时为吸力，小于0时为斥时为斥力，原子间距为力，原子间距为a时为平衡距离，相应的原子间时为平衡距离，相应的原子间结合力为零结合力为零 在在 m处，吸力达到最大，在正弦周期之半处，吸力达到最大，在正弦周期之半 2时，原子结合力为零，即此时原子的键合已时，原子结合力为零，即此时原子的键合已完全被破坏而相互分离。完全被破坏而相互分离。理论断裂强度理论断裂强度 c应克服应克服 m位置时的最大引力位置时的最大引力计算方程为：计算方程为：E为弹性模量，为弹性模量， 为分离时为分离时形成两个新断面的表面能形成
22、两个新断面的表面能如以如以 1.0 J/m J/m2 2, , a = 3.0 10 8cm代入，代入，可得可得 c E/ 10（ ）Ea1/2 c= 1. 理论断裂强度理论断裂强度 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 17（1）金属的实际断裂强度比理论断裂强度要低很多，至少低一个数量级，）金属的实际断裂强度比理论断裂强度要低很多，至少低一个数量级，（3）金属材料内部存在裂纹的原因是：）金属材料内部存在裂纹的原因是：多半是由变形的不均匀和变形受到阻碍（如晶界、第二相等），产生多半是由变形的不均匀和变形受到阻碍（如晶界、第二相等），产生了很大的应力集中，当
23、应力集中达到了理论断裂强度才开始萌生裂纹了很大的应力集中，当应力集中达到了理论断裂强度才开始萌生裂纹生产上的制造工艺缺陷，特别是焊接工艺，在焊缝区域总认为是已有生产上的制造工艺缺陷，特别是焊接工艺，在焊缝区域总认为是已有裂纹存在裂纹存在 1100E即：即：2 、实际断裂强度、实际断裂强度（2）实际强度远远低于理论强度的原因是：）实际强度远远低于理论强度的原因是： 材料内部存在材料内部存在裂纹裂纹 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 18十、十、 冷变形金属的回复阶段冷变形金属的回复阶段冷变形金属冷变形金属, ,内能高内能高, ,亚稳状态亚稳状态室温下室温
24、下: :原子难以扩散原子难以扩散, ,形变组织保持形变组织保持, ,保持加工硬化保持加工硬化、残余内应力等。、残余内应力等。加热加热: :原子扩散增强原子扩散增强, ,亚稳亚稳稳态稳态. .冷变形金属加热冷变形金属加热: :相继发生相继发生回复回复, ,再结晶再结晶, ,晶粒长大晶粒长大. .加热后性能变化加热后性能变化：消除加工硬化，强度、硬度降低消除加工硬化，强度、硬度降低，塑性、韧性提高，塑性、韧性提高 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 * *形变金属及合金在退火过程中的变化形变金属及合金在退火过程中的变化冷变形金属冷变形金属: :随加热随加热T
25、,T,或加热到或加热到T0.5TT0.5T熔熔后保温后保温, ,组织变化如图组织变化如图: : 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 * *形变金属及合金在退火过程中的变化形变金属及合金在退火过程中的变化( (显微组织的变化显微组织的变化) )再结晶后组织恢复到变形前的程度，性能也恢复到变形前的程度再结晶后组织恢复到变形前的程度，性能也恢复到变形前的程度晶粒长大晶粒长大: :新晶粒逐渐相互合并长大新晶粒逐渐相互合并长大. . 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 ( (储存能与内应力变化储存能与内应力变化) )随随T,
26、T,储存能逐渐释放储存能逐渐释放. .再结晶后再结晶后, ,形变储存能全部释放形变储存能全部释放. .再结晶再结晶: :内应力全部消除内应力全部消除. .* *形变金属及合金在退火过程中的变化形变金属及合金在退火过程中的变化按照德国学者马赫劳赫提出的分类方法，内应力分为三类： 第类内应力是存在于材料的较大区域（很多晶粒）内，并在整个物体各个截面保持平衡的内应力。当一个物体的第类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时，物体会产生宏观的尺寸变化。 第类内应力是存在于较小范围（一个晶粒或晶粒内部的区域）的内应力。 第III类内应力是存在于极小范围（几个原子间距）的内应力。 在工程上通常所说的残余应力就是第在
27、工程上通常所说的残余应力就是第类内应力类内应力。到目前为止，第类内应力的测量技术最为完善，它们对材料性能和构件质量的影响也研究得最为透彻。 除了这样的分类方法以外，工程界也习惯于按产生残余应力的工艺过程来归类和命名，例如铸造应力、焊接应力、热处理应力、磨削应力、喷丸应力等等，而且一般指的都是第类内应力。 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 ( (性能变化性能变化) )晶粒长大晶粒长大: :力学性能降低力学性能降低. .* *形变金属及合金在退火过程中的变化形变金属及合金在退火过程中的变化 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变
28、形与断裂 23冷变形金属在加热时先后经历了冷变形金属在加热时先后经历了回复回复、再结晶再结晶、晶粒长大晶粒长大三个阶段三个阶段在再结晶阶段在再结晶阶段从组织上看是以产生无畸变的新晶核，然后在变形金属基体内长大，形从组织上看是以产生无畸变的新晶核，然后在变形金属基体内长大，形成大角度晶界的新晶粒为标志的；成大角度晶界的新晶粒为标志的；从性能上看是以力学性能（如强度、硬度）和物理性能（如电阻、储存从性能上看是以力学性能（如强度、硬度）和物理性能（如电阻、储存变形能的释放）产生急剧的变化为标志的变形能的释放）产生急剧的变化为标志的在再结晶过程在再结晶过程未进行之前未进行之前，一个相当宽的温度一个相当
29、宽的温度范围都属于回复阶段范围都属于回复阶段十、十、 冷变形金属的回复阶段冷变形金属的回复阶段冷变形金属在内部储存了较高的弹性畸变能，有高的位错密度（退火态金冷变形金属在内部储存了较高的弹性畸变能，有高的位错密度（退火态金属的位错密度约为属的位错密度约为108/cm2，强烈冷变形后可达，强烈冷变形后可达1012/cm2），且位错缠结成），且位错缠结成胞不规则分布，也伴有大量的空位胞不规则分布，也伴有大量的空位弹性畸变能的减小弹性畸变能的减小是回复和再结晶的驱动力，而晶粒长大则是力图使界面是回复和再结晶的驱动力，而晶粒长大则是力图使界面能减小的结果。能减小的结果。概念概念:冷变形金属在加热温度不
30、高时冷变形金属在加热温度不高时,仅因金属中的一些点缺陷和位错迁移而引仅因金属中的一些点缺陷和位错迁移而引起亚结构和某些性能变化起亚结构和某些性能变化.晶粒外形无明显变化晶粒外形无明显变化. 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 241 1、回复阶段性能与组织的变化、回复阶段性能与组织的变化在回复阶段，可观察到以下现象：在回复阶段，可观察到以下现象：（1 1）宏观内应力经过低温加热（一般在）宏观内应力经过低温加热（一般在200200250250）后，大部分去除，而）后，大部分去除，而微观应力仍然残存；微观应力仍然残存；（2 2）电阻率电阻率 / / 降低降低
31、。CuCu、AgAg、AlAl线材预先在线材预先在90K90K下变形，在室温下变形，在室温（293K293K）下导电性能可逐渐恢复，相对原始变形态来说，电阻率下降）下导电性能可逐渐恢复，相对原始变形态来说，电阻率下降3030，而与此同时硬度和流变应力却觉察不出有什么变化；而与此同时硬度和流变应力却觉察不出有什么变化；（3 3）硬度和流变应力的变化随金属不同而异）硬度和流变应力的变化随金属不同而异 密排六方金属密排六方金属ZnZn、CdCd在室温下就可绝大部分地去除冷变形产生的加工硬在室温下就可绝大部分地去除冷变形产生的加工硬化；化； CuCu、 黄铜直到加热至黄铜直到加热至350350，其硬度
32、没有明显变化；，其硬度没有明显变化； FeFe在在350350以上就看到部分加工硬化的去除。以上就看到部分加工硬化的去除。（4）显微组织至少在光学显微镜下）显微组织至少在光学显微镜下看不出任何变化，看不出任何变化，在高温回复时，在在高温回复时，在电镜下看到晶粒内的胞状位错结构转变为亚晶电镜下看到晶粒内的胞状位错结构转变为亚晶 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 25在回复阶段，对那些能察觉到有部分加工硬化去除的金属，可研究温度与时在回复阶段，对那些能察觉到有部分加工硬化去除的金属，可研究温度与时间对硬化去除的影响间对硬化去除的影响如如Fe在在0经过经过5
33、预变形，然后在不同温度下每隔一定时间测量其残留应变预变形，然后在不同温度下每隔一定时间测量其残留应变硬化（见右图），其中硬化（见右图），其中1R为残留应变硬化分数，为残留应变硬化分数，R为回复部分为回复部分有：有：1R 0 m 式中式中 为回复退火后的流变应力；为回复退火后的流变应力； 0为完全退火后加工硬化能全部消除的流变应力；为完全退火后加工硬化能全部消除的流变应力； m为退火前即冷变形态的流变应力为退火前即冷变形态的流变应力。2、回复动力学、回复动力学图中显示，回复起始阶段硬化去除程度较快，然后逐渐减图中显示，回复起始阶段硬化去除程度较快，然后逐渐减慢；慢；预形变量越大，起始的回复速率也
34、越大预形变量越大，起始的回复速率也越大减小晶粒尺寸也会使回复加快减小晶粒尺寸也会使回复加快在每一恒定温度下，回复的时间关系为：在每一恒定温度下，回复的时间关系为：1Rbalnt材料在一定变材料在一定变形温度、应变和形温度、应变和应变速率下的屈应变速率下的屈服极限称为其流服极限称为其流变应力。变应力。 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 26但但1R 按照一般的反应速率公式，可写成：按照一般的反应速率公式，可写成： 1RAeQ/RT，式中的，式中的Q为激活为激活能，对不同的反应过程能，对不同的反应过程Q有其特定的涵义有其特定的涵义在不同温度下，如以回复到相
35、同程度作比较，即在固定在不同温度下，如以回复到相同程度作比较，即在固定1R情况下，各回复时情况下，各回复时间自然不同，合并以上两式，可得：间自然不同，合并以上两式，可得：lnt常数常数+RQT1若以若以lnt 对对1/ T 作图为一直线，则从其斜率可求出激活能作图为一直线，则从其斜率可求出激活能Q，回复程度不同，有不同的激活能回复程度不同，有不同的激活能例如例如: R0.1，Q100kJ/ mol； R0.6，Q200kJ/ mol实际上，冷变形程度、回复程度、回复温度、杂质原子及金属的种类等实际上，冷变形程度、回复程度、回复温度、杂质原子及金属的种类等许多因素都会影响回复的物理过程。许多因素
36、都会影响回复的物理过程。 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 273、 回复机制回复机制回复过程中金属内部发生的变化：回复过程中金属内部发生的变化：（2）温度较高时）温度较高时 会发生位错运动和重新分布。滑移面上位错相遇时，异号位错会消失；会发生位错运动和重新分布。滑移面上位错相遇时，异号位错会消失；如两个刃型位错会形成空位或间隙原子，位错密度也略有降低。如两个刃型位错会形成空位或间隙原子，位错密度也略有降低。（1）低温时）低温时 回复主要与点缺陷的迁移有关。原因主要是：点缺陷运动所需要热激回复主要与点缺陷的迁移有关。原因主要是：点缺陷运动所需要热激活能
37、较低，因而可以在室温或活能较低，因而可以在室温或0oC以下进行。此阶段，单个点缺陷运动到界以下进行。此阶段，单个点缺陷运动到界面面 处消失，单个空位可结合成空位对。处消失，单个空位可结合成空位对。机理机理位错多边化位错多边化:冷变形金属冷变形金属在回复退火过程中在回复退火过程中,通过位错的通过位错的滑移和攀移滑移和攀移,使同号韧型位错垂使同号韧型位错垂直于滑移面方向直于滑移面方向,排列形成小角排列形成小角度晶界度晶界,这一过程称为多边化这一过程称为多边化. 材料科学基础材料科学基础 第第8 8章章 材料的变形与断裂材料的变形与断裂 28（3）在高温回复（）在高温回复（ 0.3Tm） 刃型位错可
38、获得足够的能量产生攀移，其产生两个重要的后果：刃型位错可获得足够的能量产生攀移，其产生两个重要的后果：使滑移面上不规则的位错重新分布，刃型位错垂直排列成墙，其可显著降低位使滑移面上不规则的位错重新分布，刃型位错垂直排列成墙，其可显著降低位错的弹性畸变能，对应于此温度范围内，有较大的应变能释放；错的弹性畸变能，对应于此温度范围内，有较大的应变能释放； 在晶粒内部被这种位错墙分割成许多小的完善的晶体，这些小晶体称为在晶粒内部被这种位错墙分割成许多小的完善的晶体，这些小晶体称为亚晶亚晶 亚晶之间为小角度界面，它并不是一个纯倾侧亚晶界亚晶之间为小角度界面，它并不是一个纯倾侧亚晶界位错的攀移总是与吸收或
39、放出大量空位有关，而晶体内原子（置换式）的扩散位错的攀移总是与吸收或放出大量空位有关，而晶体内原子（置换式）的扩散是通过空位机制进行的。原子自扩散（对纯金属）的激活能空位形成能是通过空位机制进行的。原子自扩散（对纯金属）的激活能空位形成能空位迁移能空位迁移能 即位错的攀移和扩散过程，在温度较高时，两者是不可分割的，且互为因果即位错的攀移和扩散过程，在温度较高时，两者是不可分割的，且互为因果（4）位错反应形成亚晶）位错反应形成亚晶 亚晶除了可通过位错攀移直接形成外，还可通过位错在重新分布后，相互作用发生位错反应而形成。例如冷变形铁在高温回复时，有两组11112位错位错反应生成反应生成 100位错，即位错，即10012- -11111112
