【正文】 5 材料的形變和再結晶 材料在加工制備過程中或是制成零部件后的工作運行中都要受到外力的作用。材料受力后要發(fā)生變形，外力較小時產(chǎn)生彈性變形；外力較大時產(chǎn)生塑性變形，而當外力過大時就會發(fā)生斷裂。因此研究材料的變形規(guī)律及其微觀機制，分析了解各種內外因素對變形的影響，以及研究討論冷變形材料在回復再結晶過程中組織、結構和性能的變化規(guī)律，具有十分重要的理論和實際意義。 本章講授的主要內容 晶體的塑性變形 ?單晶體的塑性變形 ?多晶體的塑性變形 ?合金的塑性變形 ?塑性變形對材料組織與性能的影響 回復和再結晶 ?冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 ?回復 ?再結晶 ?晶粒長大 ?再結晶織構與退火孿晶 晶體的塑性變形 塑性加工 ?金屬材料獲得鑄錠后，可通過塑性加工的方法獲得一定形狀、尺寸和機械性能的型材、板材、管材或線材。 ?塑性加工包括鍛壓、軋制、擠壓、拉拔、沖壓等方法。 ?金屬在承受塑性加工時，當應力超過彈性極限后，會產(chǎn)生塑性變形，這對金屬的結構和性能會產(chǎn)生重要的影響。 單晶體的塑性變形 在常溫和低溫下 ， 單晶體的塑性變形主要通過滑移方式進行的 ， 此外 ， 尚有孿生和扭折等方式 。 (1)滑移 滑移是晶體在切應力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面 (滑移面 ) 的一定方向 (滑移方向 )相對于另一部分發(fā)生滑動。大量的層片間滑動的累積就構成晶體的宏觀塑性變形。 滑移的特點 ?滑移線與滑移帶 為了觀察滑移現(xiàn)象，可將經(jīng)良好拋光的單晶體金屬棒試樣進行適當拉伸，使之產(chǎn)生一定的塑性變形，即可在金屬棒表面見到一條條的細線，通常稱為 滑移線 ，這是由于晶體的滑移變形使試樣的拋光表面上產(chǎn)生高低不一的臺階所造成的。高倍分析發(fā)現(xiàn)：在宏觀及金相觀察中看到的滑移帶并不是單一條線，而是由一系列相互平行的更細的線所組成的，稱為 滑移帶 ?；凭€之間的距離僅約～ 100個原子問距左右，而沿每一滑移線的滑移量可達～ 1000個原子間距左右。對滑移線的觀察也表明了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，而滑移帶或滑移線之間的晶體層片則未產(chǎn)生變形，只是彼此之間作相對位移而已。 滑移的特點 ?滑移是晶體內部位錯在切應力作用下運動的結果 滑移并非是晶體兩部分沿滑移面作整體的相對滑動，而是通過位錯的運動來實現(xiàn)的。在切應力作用下，一個多余半原子面從晶體一側到另一側運動．即位錯自左向右移動時，晶體產(chǎn)生滑移。由于位錯每移出晶體一次即造成一個原子間距的變形量，因此晶體發(fā)生的總變形量一定是這個方向上的原子間距的整數(shù)倍。 位錯在運動時會遇到點陣阻力。由于派爾斯和納巴羅首先估算了這一阻力，故又稱為派 納力。 由派一納力公式可知，位錯寬度越大，則派一納力越小，這是因為位錯寬度表示了位錯所導致的點陣嚴重畸變區(qū)的范圍．寬度大則位錯周圍的原子就能比較接近于平衡位臵，點陣的彈性畸變能低，故位錯移動時其他原子所作相應移動的距離較小，產(chǎn)生的阻力也較小。 位錯運動的阻力除點陣阻力外，位錯與位錯的交互作用產(chǎn)生的阻力；運動位錯交截后形成的扭折和割階，尤其是螺型位錯的割階將對位錯起釘扎作用，致使位錯運動的阻力增加；位錯與其他晶體缺陷如點缺陷，其他位錯、晶界和第二相質點等交互作用產(chǎn)生的阻力，對位錯運動均會產(chǎn)生阻力，導致晶體強化。 滑移的特點 ?滑移系 塑性變形時位錯只沿著一定的晶面和晶向運動，這些晶面和晶向分別稱為 “ 滑移面 ” 和 “ 滑移方向 ” 。一個滑移面和此面上的一個滑移方向合起來叫做一個滑移系。 晶體結構不同，其滑移面和滑移方向也不同。 通常，滑移面和滑移方向往往是金屬晶體中原子排列最密的晶面和晶向。這是因為原子密度最大的晶面其面間距最大，點陣阻力最小，因而容易沿著這些面發(fā)生滑移；至于滑移方向為原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子間距最短，即位錯 b最小。 在其他條件相同時，晶體中的滑移系愈多，滑移過程可能采取的空間取向便愈多，滑移容易進行，它的塑性便愈好。 滑移方向對滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶格金屬比體心立方晶格金屬的塑性更好。 滑移的特點 ?滑移的臨界分切應力 晶體的滑移是在切應力作用下進行的，但其中許多滑移系并非同時參與滑移，而只有當外力在某一滑移系中的分切應力達到一定臨界值時，該滑移系方可以首先發(fā)生滑移，該分切應力稱為滑移的臨界分切應力。 滑移的臨界分切應力是一個真實反映單晶體受力起始屈服的物理量。其數(shù)值與晶體的類型、純度，以及溫度等因素有關，還與該晶體的加工和處理狀態(tài)、變形速度，以及滑移系類型等因素有關。 滑移的特點 ?滑移時晶面的轉動 單晶體滑移時，除滑移面發(fā)生相對位移外，往往伴隨著晶面的轉動，對于只有一組滑移面的 hcp，這種現(xiàn)象尤為明顯。 晶體受壓變形時也要發(fā)生晶面轉動，但轉動的結果是使滑移面逐漸趨于與壓力軸線相垂直。 滑移的特點 ?多系滑移 對于具有多組滑移系的晶體，滑移首先在取向最有利的滑移系（其分切應力最大）中進行，但由于變形時晶面轉動的結果，另一組滑移面上的分切應力也可能逐漸增加到足以發(fā)生滑移的臨界值以上，于是晶體的滑移就可能在兩組或更多的滑移面上同時進行或交替地進行，從而產(chǎn)生多系滑移。 （ 2）孿生 孿生是塑性變形的另一種重要形式，它常作為滑移不易進行時的補充。 ?孿生變形過程 當面心立方晶體在切應力作用下發(fā)生孿生變形時，晶體內局部地區(qū)的各個（ 111）晶面沿著方向 [112]產(chǎn)生彼此相對移動距離為 a/6[112]的均勻切變。這樣的切變并未使晶體的點陣類型發(fā)生變化，但它卻使均勻切變區(qū)中的晶體取向發(fā)生變更，變?yōu)榕c未切變區(qū)晶體呈鏡面對稱的取向。這一變形過程稱為孿生。變形與未變形兩部分晶體合稱為孿晶；均勻切變區(qū)與未切變區(qū)的分界面（即兩者的鏡面對稱面）稱為孿晶界；發(fā)生均勻切變的那組晶面稱為孿晶面；孿生面的移動方向稱為孿生方向。 ? 孿生的特點 （ 1）孿生變形也是在切應力作用下發(fā)生的，并通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應力集中區(qū)，因此，孿生所需的臨界切應力要比滑移時大得多。 （ 2）孿生是一種均勻切變，即切變區(qū)內與孿晶面平行的每一層原子面均相對于其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離，且每一層原子相對于孿生面的切變量跟它與孿生面的距離成正比。 （ 3）孿晶的兩部分晶體形成鏡面對稱的位向關系。 ?孿晶的形成 孿晶的主要方式有三種： 一是通過機械變形而產(chǎn)生的孿晶，也稱為“變形孿晶”或“機械孿晶”，它的特征通常呈透鏡狀或片狀； 二為“生長孿晶”，它包括晶體自氣態(tài)（如氣相沉積）、液態(tài)（液相凝固）或固體中長大時形成的孿晶； 三是變形金屬在其再結晶退火過程中形成的孿晶，也稱為“退火孿晶”，它往往以相互平行的孿晶面為界橫貫整個晶粒，是在再結晶過程中通過堆垛層錯的生長形成的。 通常，對稱性低、滑移系少的密排六方金屬如 Cd，Zn， Mg等往往容易出現(xiàn)孿生變形。 討論：滑移和孿生的比較 相同方面 ?從宏觀上看二者都是晶體在剪應力作用下發(fā)生的均勻剪切變形。 ?從微觀上看二者都是晶體塑性形變的基本方