《材料科学基础》课程教学课件（PPT讲稿）材料的形变和再结晶 5.2.3 合金的塑性变形 5.2.4 塑性变形对材料组织和性能的影响

5.2.3合金的塑性变形单相固溶体合金单相固溶体合金塑性变形多相合金多相合金塑性变形二，多相合金的塑性变形多相合金的组织由多相混合物组成：基体相+第二相·合金基体的性质·第二相的性质、形态、大小、数量和分布有关聚合型两相合金：两相尺寸同一数量级、性能相近多相合金弥散型两相合金：两相尺寸、性能相差大

5.2.3 合金的塑性变形 单相固溶体合金 多相合金 单相固溶体合金塑性变形 多相合金塑性变形 二. 多相合金的塑性变形 多相合金的组织由多相混合物组成：基体相 + 第二相 • 合金基体的性质 • 第二相的性质、形态、大小、数量和分布有关 聚合型两相合金：两相尺寸同一数量级、性能相近 弥散型两相合金：两相尺寸、性能相差大 多相合金

聚合型两相合金·两相的塑性都较好：两相性能接近，合金的变形阻力取决于两相的体积分数，按强度分数相加计算P,= pl= J91=P:=0.591=92=0.5包4率2 =1P2=应变应变(b)(a)复合型两相合金等应变（a）与等应力（b）情况下的应力-应变曲线塑性变形首先发生在较软的相中一→第二相是较强相，且体积分数>30%一→强化作用·第二相为硬脆相相对含量+脆性相的形状和分布：·连续网状第二相：合金塑形变差，强度降低·层片状第二相：强度提高·粗颗粒状第二相：强度降低，塑性、韧性改善排5-共拆明球化晨火1500X服5-线其折片状接光体500X球状球光体（参银体歌权分市在铁家体基体上）

聚合型两相合金 • 两相的塑性都较好： 两相性能接近，合金的变形阻力取决于两相的体积分数，按强度分数相加计算 塑性变形首先发生在较软的相中 → 第二相是较强相，且体积分数>30% → 强化作用 • 第二相为硬脆相 相对含量 + 脆性相的形状和分布： • 连续网状第二相：合金塑形变差，强度降低 • 层片状第二相：强度提高 • 粗颗粒状第二相：强度降低，塑性、韧性改善

弥散型两相合金(1）不可变形微粒的强化作用位错绕过机制：在粒子周围留下位错环，其余部分则越过粒子继续运动位错线位错环第二项粒子形成位错环一位错线弯曲到曲率半径R一需要一定的切应力一反比于曲率半径R~弥散性微粒间距·体积分数个·微粒尺寸（体积分数一定）

弥散型两相合金 (1) 不可变形微粒的强化作用 位错绕过机制：在粒子周围留下位错环，其余部分则越过粒子继续运动 形成位错环 →位错线弯曲到曲率半径R →需要一定的切应力 →反比于曲率半径R≈弥散性微粒间距 • 体积分数↑ • 微粒尺寸↓(体积分数一定)

(2）可变形微粒的强化作用位错切过机制：第二相粒子在位错切过粒子时随同基体一起变形滑移面第二相粒子生成表面·体积分数第二相强度·基体相晶体结构差距（半共格、非共格）·比体积差·滑移面取向差异0.lμm

(2) 可变形微粒的强化作用 位错切过机制：第二相粒子在位错切过粒子时随同基体一起变形 • 体积分数 • 第二相强度 • 基体相晶体结构差距(半共格、非共格) • 比体积差 • 滑移面取向差异

5.2.4塑性变形对材料组织和性能的影响、塑性变形对金属组织的影响外形发生变化，内部的晶粒也相应地被拉长或压扁大变形量下，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清位错密度增加，晶粒破碎为亚晶粒正火态变形40%变形80%5%冷变形位错网

5.2.4 塑性变形对材料组织和性能的影响 一、塑性变形对金属组织的影响 • 外形发生变化，内部的晶粒也相应地被拉长或压扁 • 大变形量下，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清 • 位错密度增加，晶粒破碎为亚晶粒 5%冷变形位错网 正火态 变形80% 变形40%

二、塑性变形对性能的影响1.对力学性能的影响随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降加工硬化：ObOsCe应力Ebk应变·强化阶段s-b均匀的塑性变形若使试样的应变增大，则须增加应力值一塑性变形抗力不断增加（加工硬化）

二、塑性变形对性能的影响 1. 对力学性能的影响 加工硬化：随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降 • 强化阶段 s-b 均匀的塑性变形 若使试样的应变增大，则须增加应力值→塑性变形抗力不断增加(加工硬化)

00110066990621晶粒尺寸0.11mm8055280抗拉强度70483多晶体6041460（%）率0.53mm屈服强度3455040斗电2764020730单晶体20138F20伸长率1069+1102040300020406080100相对应变/10-2冷加工变量（%）图6-50铝单晶体和多晶体的应力一应变曲线加工硬化原因：位错密度增加，位错之间的交互作用使变形抗力增加亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍作用空位密度增加2.对其他性能的影响·化学活性增·电阻率增大·电阻温度系数下降大

加工硬化原因： • 位错密度增加，位错之间的交互作用使变形抗力增加 • 亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍作用 • 空位密度增加 2. 对其他性能的影响 ▪ 电阻率增大 ▪ 电阻温度系数下降 ▪ 化学活性增 大

三、塑性变形对织构的影响大变形量下，晶粒将被拉长一→各晶粒滑移系向变形方向转动，各晶粒空间取向呈一定规律性一→择优取向、形变织构四、残余应力：塑性变形后部分能量以畸变能的形式储存在材料内部热能>90%宏观残余应力0.1%塑性变形做功不同部分的宏观变形不均匀性微观残余应力残余应力晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性产生点阵畸变~90%点阵缺陷

三、塑性变形对织构的影响 大变形量下，晶粒将被拉长 → 各晶粒滑移系向变形方向转动，各晶粒空间取向呈一定规律性 → 择优取向、形变织构 四、残余应力：塑性变形后部分能量以畸变能的形式储存在材料内部 塑性变形做功 热能 >90% 残余应力 宏观残余应力 0.1% 不同部分的宏观变形不均匀性 微观残余应力 晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性产生 点阵畸变 ≈90% 点阵缺陷

5.3回复与再结晶，金属经冷变形后，组织处于不稳定状态，常温下，原子扩散能力小，不稳定状态可长时间维持·加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大回复再结晶晶粒长大新细晶互相吞食长大晶粒保持变形态大畸变区域产生新晶时形状，无组织核，消耗晶体形成（变化等轴)细晶3T2S加热准度或保温时间

• 金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态 • 常温下，原子扩散能力小，不稳定状态可长时间维持 • 加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大 回复 晶粒保持变形态 时形状，无组织 变化 再结晶 大畸变区域产生新晶 核，消耗晶体形成( 等轴)细晶 晶粒长大 新细晶互相吞食长大 5.3 回复与再结晶

>回复·点缺陷及位错近距离迁移，空位与其他缺陷合并·组织变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑性略有回复再结品，晶粒长大提高内应力·利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化一去应力退火1硬度>再结晶电阻率·显微组织重新改组，性能显著变化的过程·破碎拉长晶粒变为完整的等轴晶粒。亚品粒尺寸·再结晶后，金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失密度>晶粒长大储能释放·晶粒长大是自发过程，驱动力来自总的界面能的降低·晶界迁移进行的，大晶粒吞并小晶粒的过程温度·晶粒长大会使金属的强度降低·硬度、亚晶粒尺寸、密度明显变化起于再结晶阶段·电阻率自回复阶段表现出明显下降·宏观应力消除一回复阶段，微观应力消除一再结晶阶段·储能释放高峰一再结晶阶段

• 硬度、亚晶粒尺寸、密度明显变化起于再结晶阶段 • 电阻率自回复阶段表现出明显下降 • 宏观应力消除→回复阶段，微观应力消除→再结晶阶段 • 储能释放高峰→再结晶阶段 ➢ 回复 • 点缺陷及位错近距离迁移，空位与其他缺陷合并 • 组织变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑性略有 提高 • 利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又 保留加工硬化——去应力退火 ➢ 再结晶 • 显微组织重新改组，性能显著变化的过程 • 破碎拉长晶粒变为完整的等轴晶粒。 • 再结晶后，金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高， 加工硬化消失 ➢ 晶粒长大 • 晶粒长大是自发过程，驱动力来自总的界面能的降低 • 晶界迁移进行的，大晶粒吞并小晶粒的过程 • 晶粒长大会使金属的强度降低