1、 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 1 第八章第八章 材料的變形與斷裂（三）材料的變形與斷裂（三） 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 2七、七、 合金的變形與強化合金的變形與強化 合金在形成單相固溶體后，變形時的臨界切應力都高于純金合金在形成單相固溶體后，變形時的臨界切應力都高于純金屬屬即固溶強化，但固溶強化對具體合金來說，表現(xiàn)出的規(guī)即固溶強化，但固溶強化對具體合金來說，表現(xiàn)出的規(guī)律可能不一樣。律可能不一樣。（1）無限互溶的無限互溶的Cu-Ni合金、合金、Ag-Au合金，其強化隨溶質濃度合金，其強化隨溶質濃度成

2、拋物線關系在成拋物線關系在B 等于約等于約50時強化有極大值時強化有極大值（2）對多數(shù)合金，因溶解度有限，強化與溶質濃度成線性關系對多數(shù)合金，因溶解度有限，強化與溶質濃度成線性關系1、單相合金的變形與強化、單相合金的變形與強化 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 3（3）對于置換式的溶質原子，普遍被接對于置換式的溶質原子，普遍被接受的強化理論是，溶質與溶劑原子的尺受的強化理論是，溶質與溶劑原子的尺寸差別，兩者原子尺寸差別越大，溶解寸差別，兩者原子尺寸差別越大，溶解度越小，而強化效果越大度越小，而強化效果越大 固溶強化除了考慮原子尺寸差之外，對一些合金還要

3、考慮彈性模固溶強化除了考慮原子尺寸差之外，對一些合金還要考慮彈性模量的差別，當兩者有模量差時，位錯在溶劑原子附近和在溶質原子附量的差別，當兩者有模量差時，位錯在溶劑原子附近和在溶質原子附近的應力是不同的。近的應力是不同的。原因：原因： 原子尺寸差別（即錯配）所引起的原子尺寸差別（即錯配）所引起的晶格畸變，會產(chǎn)生一內應力場，位錯在晶格畸變，會產(chǎn)生一內應力場，位錯在內應力場中運動受到阻力，如上圖所顯內應力場中運動受到阻力，如上圖所顯示的鐵中加入不同合金元素所引起的強示的鐵中加入不同合金元素所引起的強化效果與原子錯配度的關系?；Чc原子錯配度的關系。溶質原子的切變模量較大，對位錯有斥力溶質原子的切

4、變模量較大，對位錯有斥力 反之切變模量較小時則有吸力反之切變模量較小時則有吸力兩種情況對位錯的運動都要額外作功 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 4 從前圖和右表可看出，從前圖和右表可看出，銅合金的屈服強度與溶質銅合金的屈服強度與溶質原子半徑的差別大小有明原子半徑的差別大小有明顯相互關系顯相互關系 兩者半徑差別越大，銅兩者半徑差別越大，銅合金的強化效果越顯著合金的強化效果越顯著 原子尺寸小的元素如原子尺寸小的元素如Be、Si的強化效果比原子的強化效果比原子尺寸大的元素如尺寸大的元素如Sn、Al的強化效果大的強化效果大 由此說明固溶強化時原由此說明固溶強

5、化時原子尺寸的影響十分重要子尺寸的影響十分重要 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 5(4) 對于間隙式的的溶質原子，當其固溶對于間隙式的的溶質原子，當其固溶于體心立方如于體心立方如 Fe中，會造成不對稱畸中，會造成不對稱畸變，形成體心正方，正方度變，形成體心正方，正方度 c / a 隨含碳隨含碳量增加而增加量增加而增加 原因：原因： 因為螺型位錯的應力場只有切應力，當溶質因為螺型位錯的應力場只有切應力，當溶質原子（如置換式溶質原子）引起的晶格畸變是原子（如置換式溶質原子）引起的晶格畸變是對稱時，則和螺型位錯無交互作用，強化效果對稱時，則和螺型位錯無交互

6、作用，強化效果就弱就弱 而碳原子當被強制地（如急劇冷卻）固溶于而碳原子當被強制地（如急劇冷卻）固溶于 Fe中，形成所謂馬氏體時，會造成顯著的中，形成所謂馬氏體時，會造成顯著的晶格不對稱畸變，這時碳原子不僅和刃型位錯，晶格不對稱畸變，這時碳原子不僅和刃型位錯，也和螺型位錯有強烈的交互作用，因而產(chǎn)生很也和螺型位錯有強烈的交互作用，因而產(chǎn)生很強的固溶強化效果強的固溶強化效果熱處理中淬火工藝（強熱處理中淬火工藝（強化）化） 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 6右圖為低碳鋼拉伸時的應力應變曲線右圖為低碳鋼拉伸時的應力應變曲線低碳鋼在上屈服點開始塑性變形，達到屈服

7、低碳鋼在上屈服點開始塑性變形，達到屈服點后開始應力下降，在下屈服點發(fā)生連續(xù)變點后開始應力下降，在下屈服點發(fā)生連續(xù)變形而不需增加應力形而不需增加應力屈服平臺屈服平臺在屈服平臺范圍內，試樣的變形先從兩端開在屈服平臺范圍內，試樣的變形先從兩端開始，向中間延伸，在表面變形完成之后再始，向中間延伸，在表面變形完成之后再擴展至心部擴展至心部在預先磨光拋光的拉伸試樣上，可清晰看到在預先磨光拋光的拉伸試樣上，可清晰看到與外力成一定角度的變形條紋與外力成一定角度的變形條紋呂德斯帶呂德斯帶屈服平臺之后產(chǎn)生明顯的加工硬化屈服平臺之后產(chǎn)生明顯的加工硬化2、碳鋼的屈服和應變時效、碳鋼的屈服和應變時效 材料科學基礎材料科

8、學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 7呂德斯帶的延伸和擴展過程。呂德斯帶的延伸和擴展過程。屈服平臺的長短與鋼的含碳量有關屈服平臺的長短與鋼的含碳量有關含碳含碳量增大，平臺縮短乃至消失。量增大，平臺縮短乃至消失。屈服平臺：屈服平臺：此乃因為碳（氮）原子和位錯的交互作用形成柯氏氣團以及位錯增此乃因為碳（氮）原子和位錯的交互作用形成柯氏氣團以及位錯增值這兩個因素共同作用的結果。值這兩個因素共同作用的結果。 柯氏氣團柯氏氣團碳原子偏聚于刃型位錯的下方，碳原子有釘扎位錯作碳原子偏聚于刃型位錯的下方，碳原子有釘扎位錯作用，位錯要運動，只有先從氣團掙脫出來，擺脫碳原子的釘扎，從而形用，

9、位錯要運動，只有先從氣團掙脫出來，擺脫碳原子的釘扎，從而形成了上屈服點。而一旦掙脫之后位錯的運動就比較容易，應力降落出現(xiàn)成了上屈服點。而一旦掙脫之后位錯的運動就比較容易，應力降落出現(xiàn)下屈服點和水平臺。下屈服點和水平臺。低碳鋼拉伸變形的特點低碳鋼拉伸變形的特點有上下屈有上下屈服點和屈服平臺（即變形的不連續(xù)）服點和屈服平臺（即變形的不連續(xù)） 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 8吉爾曼約翰遜位錯增值理論：吉爾曼約翰遜位錯增值理論：晶體開始變形之后，即引起大量的位錯增值，比如通過雙交滑移模型的增值方式，當位錯大量增值后，在維持一定的應變速率時，流變應力就要降低

10、，就會造成屈服應力降落。 柯氏氣團還能很好地解釋低碳鋼的應變時效，低碳鋼經(jīng)過少量的預備變形可以不出現(xiàn)明顯的屈服點（右圖曲線2），這是卸載后立即加載的情況。 但如變形后在室溫下放置一較長時間或在低溫經(jīng)過短時間加熱，再進行拉伸，則屈服點又復出現(xiàn)（線3）低碳鋼的應變時效。 這一過程很可能與碳（氮）原子重新擴散到位錯周圍形成氣團有關。 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 9鍋爐鋼板在卷板成型后焊接或使用時，相當于經(jīng)歷一個人鍋爐鋼板在卷板成型后焊接或使用時，相當于經(jīng)歷一個人工或自然時效過程低碳鋼板的應變時效常使鋼的韌性降低，工或自然時效過程低碳鋼板的應變時效常使鋼

11、的韌性降低，為此，生產(chǎn)中常在鋼中加入為此，生產(chǎn)中常在鋼中加入WAl0.05%，使其與碳、氮原使其與碳、氮原子結合，減小鋼的應變時效傾向。子結合，減小鋼的應變時效傾向。低碳鋼應變時效的實際意義：低碳鋼應變時效的實際意義：深沖低碳鋼板時，為避免出現(xiàn)不連續(xù)屈服，致使表面粗深沖低碳鋼板時，為避免出現(xiàn)不連續(xù)屈服，致使表面粗糙不平或皺折，常先將鋼板在深沖前進行一道光整冷扎工糙不平或皺折，常先將鋼板在深沖前進行一道光整冷扎工序，壓下量為序，壓下量為0.5%2%，如此就是預變形消除不連續(xù)屈服。，如此就是預變形消除不連續(xù)屈服。 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 103、

12、 第二相對合金變形的影響第二相對合金變形的影響合金所含有的第二相，對位錯的運動來說，可有兩種情況：合金所含有的第二相，對位錯的運動來說，可有兩種情況：第二相可以變形，位錯通過第二相時可以切過它們第二相可以變形，位錯通過第二相時可以切過它們第二相不能變形，位錯只能繞過它們向前運動第二相不能變形，位錯只能繞過它們向前運動 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 11位錯能否切過第二相，由第二相的本性和尺寸而定位錯能否切過第二相，由第二相的本性和尺寸而定當?shù)诙嗟某叽巛^小并與其基體保持共格時，能被位錯切過，切過時因增加表當?shù)诙嗟某叽巛^小并與其基體保持共格時，能被

13、位錯切過，切過時因增加表面能、通過共格應變場等因素使合金強化（如面能、通過共格應變場等因素使合金強化（如Al-Cu、Al-Zn、Al-Li等鋁基合等鋁基合金）金）當?shù)诙喑叽缭龃螅ㄔ跁r效或回火溫度較高時）與基體失去共格后，位錯常不當?shù)诙喑叽缭龃螅ㄔ跁r效或回火溫度較高時）與基體失去共格后，位錯常不能切過，而只能繞過了（對鋼中的碳化物、氮化物，彌散強化合金中的氧化能切過，而只能繞過了（對鋼中的碳化物、氮化物，彌散強化合金中的氧化物，一般不能變形，位錯只能繞過它們）。物，一般不能變形，位錯只能繞過它們）。GbL此式表明，間距越小，強度越高，此式表明，間距越小，強度越高，但如質點間距太小，致使位錯不

14、能但如質點間距太小，致使位錯不能繞過第二相繞過第二相位錯繞過所需克服的阻力是可以簡單計算的，阻力與第二相的本性無關，而只位錯繞過所需克服的阻力是可以簡單計算的，阻力與第二相的本性無關，而只決定于第二相的間距決定于第二相的間距 L，即有：，即有：由圖可知，峰值強度大體相當于位錯由圖可知，峰值強度大體相當于位錯可繞過第二相的最小質點間距可繞過第二相的最小質點間距 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 12八、八、 冷變形金屬的組織與性能冷變形金屬的組織與性能金屬的強化變形的有利面金屬的強化變形的有利面：保證了各種冷：保證了各種冷加工成型工藝的順利進行，沒有材料

15、的變形加工成型工藝的順利進行，沒有材料的變形強化，這些工藝就無法實施強化，這些工藝就無法實施金屬的強化變形的不利面：隨著變形的增加，金屬的屈服強度和抗拉強度在不斷提高，特別是屈服強度升高得很快，導致屈服比增大，塑性降低，其性能變化決定了冷加工工藝如拉絲的拉拔次數(shù)，最終拉拔道次的拉拔力如拉絲的拉拔次數(shù)，最終拉拔道次的拉拔力必須大于材料的屈服強度，又要小于材料的必須大于材料的屈服強度，又要小于材料的抗拉強度抗拉強度這時材料的屈服強度已經(jīng)十分接近抗拉強度，這時材料的屈服強度已經(jīng)十分接近抗拉強度，便容易拉斷金屬絲（見右圖）便容易拉斷金屬絲（見右圖） 此外，變形強化與其他強化方法此外，變形強化與其他強化

16、方法相比，雖然能最有效地地提高強度，相比，雖然能最有效地地提高強度，但塑性和韌性也降低得最多但塑性和韌性也降低得最多1、冷變形金屬的性能 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 13(1) 退火態(tài)的純金屬或單相金屬，原來晶粒為等軸狀，經(jīng)過拉拔和冷扎之后，晶粒沿著拉拔和冷扎方向伸長，變形量很大時，晶界可變得模糊不清(2) 當金屬中含有可變形的夾雜物或第二相如 MnSMnS、MnOMnO、FeOFeO等時，可隨晶粒一起沿受力方向伸展(3) 另有一類夾雜物如AlAl2 2O O3 3、硅酸鹽，不能隨晶粒一起變形，但因為晶粒伸長了，這些夾雜物也呈帶狀分布。 以上兩種

17、情況，其夾雜物、第二相都稱為纖維組織 性能：性能：材料順著纖維方向的強度較強，垂直于纖維方向的強度較低材料性能的各向異性2、 冷變形金屬的組織冷變形金屬的組織 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 14概念：概念： 金屬變形時，晶體的滑移面會轉動，使滑移層逐漸轉向與拉力軸金屬變形時，晶體的滑移面會轉動，使滑移層逐漸轉向與拉力軸平行，各個晶粒的某個相同滑移系（指數(shù)相同的晶面和晶向）在變形平行，各個晶粒的某個相同滑移系（指數(shù)相同的晶面和晶向）在變形量較大時都逐漸轉向趨于與拉力軸平行，即原來的各個晶粒是任意取量較大時都逐漸轉向趨于與拉力軸平行，即原來的各個晶粒是

18、任意取向的，如今則隨晶粒的轉動使各個晶粒的取向趨于一致，即形成了晶向的，如今則隨晶粒的轉動使各個晶粒的取向趨于一致，即形成了晶粒的擇優(yōu)取向粒的擇優(yōu)取向變形織構變形織構變形量越大，擇優(yōu)取向程度越大，表現(xiàn)出織構越強變形量越大，擇優(yōu)取向程度越大，表現(xiàn)出織構越強3、 形變織構形變織構變形織構對材料的的力學性能和物理性能有重要影響變形織構對材料的的力學性能和物理性能有重要影響織構的形成會使材料具有強烈的各向異性織構的形成會使材料具有強烈的各向異性生產(chǎn)上有時希望產(chǎn)生一定方向的織構，一滿足特定用途的需要生產(chǎn)上有時希望產(chǎn)生一定方向的織構，一滿足特定用途的需要 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變

19、形與斷裂材料的變形與斷裂 15 由于金屬變形時各個部分的變形程度不同，變形后就會在金屬內部由于金屬變形時各個部分的變形程度不同，變形后就會在金屬內部殘存應力（拉應力，壓應力），可以在整個金屬板材（線材、零件）的殘存應力（拉應力，壓應力），可以在整個金屬板材（線材、零件）的體積范圍內平衡體積范圍內平衡宏觀應力；也可以在顯微體積范圍內平衡宏觀應力；也可以在顯微體積范圍內平衡顯微顯微應力應力殘余應力的作用：殘余應力的作用：殘余應力為拉應力時，會降低材料強度殘余應力為拉應力時，會降低材料強度殘余應力為壓應力時，可抵消工作載荷下部分的拉應力，有效提高材殘余應力為壓應力時，可抵消工作載荷下部分的拉應力，有

20、效提高材料表面的耐疲勞強度料表面的耐疲勞強度4、 殘余應力殘余應力當變形金屬產(chǎn)生殘余應力時，要通過低溫退火以消除內應力當變形金屬產(chǎn)生殘余應力時，要通過低溫退火以消除內應力冷變形金屬除了產(chǎn)生上述的組織與性能變化之外，還會使一些物理和化冷變形金屬除了產(chǎn)生上述的組織與性能變化之外，還會使一些物理和化學性能變化，如令金屬電導率和耐腐蝕性下降，但遠不如合金成分的影學性能變化，如令金屬電導率和耐腐蝕性下降，但遠不如合金成分的影響那么顯著響那么顯著消除：消除： 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 16九、九、 金屬的斷裂金屬的斷裂 用原子間結合力模型，可求出金屬的理論

21、斷用原子間結合力模型，可求出金屬的理論斷裂強度裂強度 如右圖，縱軸大于如右圖，縱軸大于0時為吸力，小于時為吸力，小于0時為斥時為斥力，原子間距為力，原子間距為a時為平衡距離，相應的原子間時為平衡距離，相應的原子間結合力為零結合力為零 在在 m處，吸力達到最大，在正弦周期之半處，吸力達到最大，在正弦周期之半 2時，原子結合力為零，即此時原子的鍵合已時，原子結合力為零，即此時原子的鍵合已完全被破壞而相互分離。完全被破壞而相互分離。理論斷裂強度理論斷裂強度 c應克服應克服 m位置時的最大引力位置時的最大引力計算方程為：計算方程為：E為彈性模量，為彈性模量， 為分離時為分離時形成兩個新斷面的表面能形成

22、兩個新斷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. 理論斷裂強度理論斷裂強度 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 17（1）金屬的實際斷裂強度比理論斷裂強度要低很多，至少低一個數(shù)量級，）金屬的實際斷裂強度比理論斷裂強度要低很多，至少低一個數(shù)量級，（3）金屬材料內部存在裂紋的原因是：）金屬材料內部存在裂紋的原因是：多半是由變形的不均勻和變形受到阻礙（如晶界、第二相等），產(chǎn)生多半是由變形的不均勻和變形受到阻礙（如晶界、第二相等），產(chǎn)生了很大的應力集中，當

23、應力集中達到了理論斷裂強度才開始萌生裂紋了很大的應力集中，當應力集中達到了理論斷裂強度才開始萌生裂紋生產(chǎn)上的制造工藝缺陷，特別是焊接工藝，在焊縫區(qū)域總認為是已有生產(chǎn)上的制造工藝缺陷，特別是焊接工藝，在焊縫區(qū)域總認為是已有裂紋存在裂紋存在 1100E即：即：2 、實際斷裂強度、實際斷裂強度（2）實際強度遠遠低于理論強度的原因是：）實際強度遠遠低于理論強度的原因是： 材料內部存在材料內部存在裂紋裂紋 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 18十、十、 冷變形金屬的回復階段冷變形金屬的回復階段冷變形金屬冷變形金屬, ,內能高內能高, ,亞穩(wěn)狀態(tài)亞穩(wěn)狀態(tài)室溫下室溫

24、下: :原子難以擴散原子難以擴散, ,形變組織保持形變組織保持, ,保持加工硬化保持加工硬化、殘余內應力等。、殘余內應力等。加熱加熱: :原子擴散增強原子擴散增強, ,亞穩(wěn)亞穩(wěn)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài). .冷變形金屬加熱冷變形金屬加熱: :相繼發(fā)生相繼發(fā)生回復回復, ,再結晶再結晶, ,晶粒長大晶粒長大. .加熱后性能變化加熱后性能變化：消除加工硬化，強度、硬度降低消除加工硬化，強度、硬度降低，塑性、韌性提高，塑性、韌性提高 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 * *形變金屬及合金在退火過程中的變化形變金屬及合金在退火過程中的變化冷變形金屬冷變形金屬: :隨加熱隨加熱T

25、,T,或加熱到或加熱到T0.5TT0.5T熔熔后保溫后保溫, ,組織變化如圖組織變化如圖: : 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 * *形變金屬及合金在退火過程中的變化形變金屬及合金在退火過程中的變化( (顯微組織的變化顯微組織的變化) )再結晶后組織恢復到變形前的程度，性能也恢復到變形前的程度再結晶后組織恢復到變形前的程度，性能也恢復到變形前的程度晶粒長大晶粒長大: :新晶粒逐漸相互合并長大新晶粒逐漸相互合并長大. . 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 ( (儲存能與內應力變化儲存能與內應力變化) )隨隨T,

26、T,儲存能逐漸釋放儲存能逐漸釋放. .再結晶后再結晶后, ,形變儲存能全部釋放形變儲存能全部釋放. .再結晶再結晶: :內應力全部消除內應力全部消除. .* *形變金屬及合金在退火過程中的變化形變金屬及合金在退火過程中的變化按照德國學者馬赫勞赫提出的分類方法，內應力分為三類： 第類內應力是存在于材料的較大區(qū)域（很多晶粒）內，并在整個物體各個截面保持平衡的內應力。當一個物體的第類內應力平衡和內力矩平衡被破壞時，物體會產(chǎn)生宏觀的尺寸變化。 第類內應力是存在于較小范圍（一個晶粒或晶粒內部的區(qū)域）的內應力。 第III類內應力是存在于極小范圍（幾個原子間距）的內應力。 在工程上通常所說的殘余應力就是第在

27、工程上通常所說的殘余應力就是第類內應力類內應力。到目前為止，第類內應力的測量技術最為完善，它們對材料性能和構件質量的影響也研究得最為透徹。 除了這樣的分類方法以外，工程界也習慣于按產(chǎn)生殘余應力的工藝過程來歸類和命名，例如鑄造應力、焊接應力、熱處理應力、磨削應力、噴丸應力等等，而且一般指的都是第類內應力。 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 ( (性能變化性能變化) )晶粒長大晶粒長大: :力學性能降低力學性能降低. .* *形變金屬及合金在退火過程中的變化形變金屬及合金在退火過程中的變化 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變

28、形與斷裂 23冷變形金屬在加熱時先后經(jīng)歷了冷變形金屬在加熱時先后經(jīng)歷了回復回復、再結晶再結晶、晶粒長大晶粒長大三個階段三個階段在再結晶階段在再結晶階段從組織上看是以產(chǎn)生無畸變的新晶核，然后在變形金屬基體內長大，形從組織上看是以產(chǎn)生無畸變的新晶核，然后在變形金屬基體內長大，形成大角度晶界的新晶粒為標志的；成大角度晶界的新晶粒為標志的；從性能上看是以力學性能（如強度、硬度）和物理性能（如電阻、儲存從性能上看是以力學性能（如強度、硬度）和物理性能（如電阻、儲存變形能的釋放）產(chǎn)生急劇的變化為標志的變形能的釋放）產(chǎn)生急劇的變化為標志的在再結晶過程在再結晶過程未進行之前未進行之前，一個相當寬的溫度一個相當

29、寬的溫度范圍都屬于回復階段范圍都屬于回復階段十、十、 冷變形金屬的回復階段冷變形金屬的回復階段冷變形金屬在內部儲存了較高的彈性畸變能，有高的位錯密度（退火態(tài)金冷變形金屬在內部儲存了較高的彈性畸變能，有高的位錯密度（退火態(tài)金屬的位錯密度約為屬的位錯密度約為108/cm2，強烈冷變形后可達，強烈冷變形后可達1012/cm2），且位錯纏結成），且位錯纏結成胞不規(guī)則分布，也伴有大量的空位胞不規(guī)則分布，也伴有大量的空位彈性畸變能的減小彈性畸變能的減小是回復和再結晶的驅動力，而晶粒長大則是力圖使界面是回復和再結晶的驅動力，而晶粒長大則是力圖使界面能減小的結果。能減小的結果。概念概念:冷變形金屬在加熱溫度不

30、高時冷變形金屬在加熱溫度不高時,僅因金屬中的一些點缺陷和位錯遷移而引僅因金屬中的一些點缺陷和位錯遷移而引起亞結構和某些性能變化起亞結構和某些性能變化.晶粒外形無明顯變化晶粒外形無明顯變化. 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 241 1、回復階段性能與組織的變化、回復階段性能與組織的變化在回復階段，可觀察到以下現(xiàn)象：在回復階段，可觀察到以下現(xiàn)象：（1 1）宏觀內應力經(jīng)過低溫加熱（一般在）宏觀內應力經(jīng)過低溫加熱（一般在200200250250）后，大部分去除，而）后，大部分去除，而微觀應力仍然殘存；微觀應力仍然殘存；（2 2）電阻率電阻率 / / 降低降低

31、。CuCu、AgAg、AlAl線材預先在線材預先在90K90K下變形，在室溫下變形，在室溫（293K293K）下導電性能可逐漸恢復，相對原始變形態(tài)來說，電阻率下降）下導電性能可逐漸恢復，相對原始變形態(tài)來說，電阻率下降3030，而與此同時硬度和流變應力卻覺察不出有什么變化；而與此同時硬度和流變應力卻覺察不出有什么變化；（3 3）硬度和流變應力的變化隨金屬不同而異）硬度和流變應力的變化隨金屬不同而異 密排六方金屬密排六方金屬ZnZn、CdCd在室溫下就可絕大部分地去除冷變形產(chǎn)生的加工硬在室溫下就可絕大部分地去除冷變形產(chǎn)生的加工硬化；化； CuCu、 黃銅直到加熱至黃銅直到加熱至350350，其硬度

32、沒有明顯變化；，其硬度沒有明顯變化； 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）顯微組織至少在光學顯微鏡下）顯微組織至少在光學顯微鏡下看不出任何變化，看不出任何變化，在高溫回復時，在在高溫回復時，在電鏡下看到晶粒內的胞狀位錯結構轉變?yōu)閬喚щ婄R下看到晶粒內的胞狀位錯結構轉變?yōu)閬喚?材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 25在回復階段，對那些能察覺到有部分加工硬化去除的金屬，可研究溫度與時在回復階段，對那些能察覺到有部分加工硬化去除的金屬，可研究溫度與時間對硬化去除的影響間對硬化去除的影響如如Fe在在0經(jīng)過經(jīng)過5

33、預變形，然后在不同溫度下每隔一定時間測量其殘留應變預變形，然后在不同溫度下每隔一定時間測量其殘留應變硬化（見右圖），其中硬化（見右圖），其中1R為殘留應變硬化分數(shù)，為殘留應變硬化分數(shù)，R為回復部分為回復部分有：有：1R 0 m 式中式中 為回復退火后的流變應力；為回復退火后的流變應力； 0為完全退火后加工硬化能全部消除的流變應力；為完全退火后加工硬化能全部消除的流變應力； m為退火前即冷變形態(tài)的流變應力為退火前即冷變形態(tài)的流變應力。2、回復動力學、回復動力學圖中顯示，回復起始階段硬化去除程度較快，然后逐漸減圖中顯示，回復起始階段硬化去除程度較快，然后逐漸減慢；慢；預形變量越大，起始的回復速率也

34、越大預形變量越大，起始的回復速率也越大減小晶粒尺寸也會使回復加快減小晶粒尺寸也會使回復加快在每一恒定溫度下，回復的時間關系為：在每一恒定溫度下，回復的時間關系為：1Rbalnt材料在一定變材料在一定變形溫度、應變和形溫度、應變和應變速率下的屈應變速率下的屈服極限稱為其流服極限稱為其流變應力。變應力。 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂 26但但1R 按照一般的反應速率公式，可寫成：按照一般的反應速率公式，可寫成： 1RAeQ/RT，式中的，式中的Q為激活為激活能，對不同的反應過程能，對不同的反應過程Q有其特定的涵義有其特定的涵義在不同溫度下，如以回復到相

35、同程度作比較，即在固定在不同溫度下，如以回復到相同程度作比較，即在固定1R情況下，各回復時情況下，各回復時間自然不同，合并以上兩式，可得：間自然不同，合并以上兩式，可得：lnt常數(shù)常數(shù)+RQT1若以若以lnt 對對1/ T 作圖為一直線，則從其斜率可求出激活能作圖為一直線，則從其斜率可求出激活能Q，回復程度不同，有不同的激活能回復程度不同，有不同的激活能例如例如: R0.1，Q100kJ/ mol； R0.6，Q200kJ/ mol實際上，冷變形程度、回復程度、回復溫度、雜質原子及金屬的種類等實際上，冷變形程度、回復程度、回復溫度、雜質原子及金屬的種類等許多因素都會影響回復的物理過程。許多因素都會影響回復的物理過程。 材料科學基礎材料科學基礎 第第8 8章章 材料的變形與斷裂材料的變形與斷裂