第六章资料的塑性变形与再结晶

何谓滑移和孪生

滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向发生滑动 孪生：晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向作均匀切变

指出三种典型结构金属晶体的滑移面和滑移方向 1.

面心立方金属：密排面密排晶向个滑移系，塑性较好{ }1111101234=?2.

体心立方金属：密排面密排晶向个滑移系，塑性较好{ }1101111226=?3.

密排六方金属：室温时密排晶向塑性较差{ }00012011331=?并比较其滑移难易程度 1.

当其他条件相同时，金属晶体中的滑移系越多，则滑移时可供采用的空间

位向也多，塑性也越好 2.

面心立方晶格的金属晶体的滑移系为12个，密排立方结构的金属晶体的滑

移系为3个，所以面心立方晶格的金属晶体更易发生滑移 ()2011,00013.

从此可以看出，面心立方和体心立方金属的塑性较好，而密排六方金属的

塑性较差 4.

金属塑性的好坏，不只是取决于滑移系的多少，还与滑移面上原子的密排

程度和滑移方向的数目有关

5.

例如，它的滑移方向不及面心立方金属多，其滑移面上原子密排程

Fe -α度也比面心立方金属低，因此它的滑移面间距较小，原子间结合力较大，

必须在较大的应力作用下才开始滑移，所以它的塑性要比铜铝金银等面心

立方金属差些

为何晶体的滑移通常沿着其最密晶面和最密晶向进行

1.在晶体原子密度最大的晶面上，原子间的结合力最强，而面与面之间的距

离却最大，即密排面之间的原子间结合力最小，滑移阻力最小，最易于滑移

2.沿最密晶向滑移的步长最小，这种滑移所需要的切应力最小 何谓加工硬化

金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象

运用位错理论说明细化晶粒可以提高材料强度的原因

通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。故工业上将通过细化晶粒以提高材料强度的方法称为细晶强化

运用位错理论说明细化晶粒可以提高材料强度的原因 来自69页北京工业大学2009细晶强化的位错理论

1.金属多晶体材料塑性变形时，粗大晶粒的晶界处塞积的位错数目多，形成

较大的应力场，能够使相邻晶粒内的位错源启动，使变形继续

2.相反，细小晶粒的晶界处塞积的位错数目少，要使变形继续，必须施加更

大的外加作用力以激活相邻晶粒内的位错源

3.因此，细晶材料要发生塑性变形需要更大外部作用力，即晶粒越细小晶体

强度越高

单相固溶体合金的强度均高于纯溶剂组元的强度，试用位错理论分析之

120页西北工业2009固溶强化机制 131页西北工业2008合金强化机制 真题答案已经整理

何谓弥散强化，用位错理论说明其原因

160页西安理工2009第二相粒子的位错理论强化 以下是百科里的弥散强化

1.弥散强化指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段。

是指用不溶于基体金属的超细第二相(强化相)强化的金属材料。为了使第二相在基体金属中分布均匀，通常用粉末冶金方法制造。第二相一般为高熔点的氧化物或碳化物、氮化物，其强化作用可保持到较高温度。弥散强化是强化效果较大的一种强化合金的方法，很有发展前途。

2.强化相弥散强化的实质是利用弥散的超细微粒阻碍位错的运动，从而提高

材料在高温下的力学性能。为此，对弥散强化微粒有如下要求：微粒尺寸要尽可能小(0.01～0.05μm)，微粒的间距要达到最佳程度（0.1～0.5μm）,在基体中分布要均匀；此外，微粒与基体金属不相互作用，在高温下微粒相互集聚的倾向性要小。这样就能使材料在直至接近熔点的高温下，即采用合金化和热处理已难起强化作用的情况下，仍能保持一定强度。弥散强化相含量一般小于10％。

教材上的

1.根据两者相互作用的方式两种强化机制：位错绕过第二相粒子即弥散强化

和切过第二相粒子即沉淀强化

2.滑移面上运动的位错遇到第二相发生弯曲，随外加应力增加弯曲加剧，最

后围绕第二相粒子的位错线相遇，正负号位错抵消形成包围粒子的位错环，其余部分位错恢复直线继续前进

合金化是提高材料强度的一种有效途经，试运用所学理论分析合金化可以提高材料强度的原因

120页西北工业2009固溶强化机制 131页西北工业2008合金强化机制 真题答案已经整理 何谓回复

1.冷变形金属在低温加热时，其显微组织无可见变化，但其物理、力学性能

却部分恢复到冷变形以前的过程

2.回复是冷变形材料在退火时发生组织和性能变化的早期阶段，它实质上是

一种通过加热使晶体内部的点缺陷和位错发生运动，从而改变缺陷分布和减少缺陷数量的过程

何谓再结晶

冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程

冷变形金属加热时发生再结晶的驱动力是什么 驱动力：预先冷变形所产生的储存能的降低 冷变形金属加热时发生再结晶的标志是什么 冷变形金属在加热时发生回复的机制

1.回复是冷变形材料在退火时发生组织和性能变化的早期阶段，它实质上是

一种通过加热使晶体内部的点缺陷和位错发生运动，从而改变缺

陷分布和

减少缺陷数量的过程。2.

低温回复时点缺陷的运动：移至晶界位错处消失；空位和间隙()m T 3.0~1.0原子相遇而消失；空位聚集起来形成空位对和空位群，点缺陷密度降低

3.

中温回复时位错的滑移：异号位错相遇而抵消，位错缠结重新()m T 5.0~3.0排列，位错密度降低4.

高温回复时位错的攀移：位错垂直排列形成亚晶界，多变化形成 ()m T 5.0>亚晶粒，弹性畸变能降低冷变形金属在加热时发生再结晶的相应机制

1.

再结晶形核一个复杂问题：

a)再结晶的形核是一个复杂问题，存在着很多不同的看法。 b)最初有人用经典的结晶形核理论来处理再结晶的形核问题，但计算得到

的临界晶核半径过大，与实验结果不符。

c)大量的实验结果表明，再结晶晶核总是在塑性变形引起的最大畸变处形成，并且回复阶段发生的多边形化是为再结晶形核所作的必要准备。2.

随着高倍率透射电镜技术的发展，人们根据对不同冷变形度的不同金属材料发生再结晶时的实验观察，提出了不同的再结晶形核机制：亚晶长大形核机制；晶界突出形核机制

3.

亚晶长大形核机制

()A a)亚晶长大形核一般在大的变形度下发生

b)亚晶长大形核的亚晶：前面曾经指出，在回复阶段，塑性变形所形成的

胞状组织经多边形化后转变为亚晶，其中有些亚晶粒会逐渐长大，发展

成为再结晶的晶核。

c)大量的实验观察证明这种亚晶长大成为再结晶晶核的方式可能有两种

d)其一为亚晶合并形核，即相邻亚晶粒的某些边界上的位错，通过攀移和

滑移，转移到周围的晶界或亚晶界上，导致原来亚晶界的消失，然后通

过原子扩散和位置的凋整，终于使两个或更多个亚晶粒的取向变为一致，合并成为一个大的亚晶粒，成为再结晶的晶核，如图7.10A所示，图中

的ABC三个亚晶粒合并成一个再结晶晶核

e)其二为亚晶界移动形核见图7.10B，它是依靠某些局部位错密度很高的

亚晶界的移动，吞并相邻的变形基体和亚晶而成长为再结晶晶核的

4.再结晶形核时的高能量区：

a)无论是亚晶合并形核，还是亚晶界移动形核，它们都是依靠消粍周围的

高能量区才能长大成为再结晶晶核的

b)因此，随着变形度的增大，就会产生更多的高能量区，从而有利于再结

品晶核的形成 ()B

5.晶界突出形核的变形量以及原理图7.10 a)晶界凸出形核又称为晶界弓出形核

b)当金属材料的变形量较小（约小于40%）时，再结晶晶核常以这种方式

形成

c)由于变形度小，所以金属的变形很不均匀，有的晶粒变形度大，位错密

度也大；有的晶粒变形度小，位错密度也小 d)回复退火后，它们的亚晶粒大小也不同。

e)当再结晶退火时，在显微镜下可以直接观察到，晶界中的某一段就会向

亚晶粒细小位错密度度髙的一侧弓出，被这段晶界扫过的区域，位错密

度下降，成为无畸变的晶体，这就是再结品晶核 f)此处的结构：前面讲位错密度不同晶粒大小不同后面讲 判断题来自西北工业大学第七章

1.不对。对于冷变形(较大变形量)后的金属，才能通过适当的再结晶退火细化

晶粒。

2.不对。有些金属的再结晶温度低于室温，因此在室温下的变形也是热变形，

也会发生动态再结晶。

3.不对。多边化过程中，空位浓度下降、位错重新组合，致使异号位错互相

抵消，位错密度下降，使点阵畸变减轻。

4.不对。如果在临界变形度下变形的金属，再结晶退火后，晶粒反而粗化。

5.不对。再结晶不是相变。因此，它可以在一个较宽的温度范围内变化。

6.不对。微量熔质原子的存在(20#钢中WC＝0.002)，会阻碍金属的再结晶，

从而提高其再结晶温度。

7.不对。只有再结晶过程才是形核及核长大过程，其驱动力是储存能。

8.不对。金属的冷变形度较小时，相邻晶粒中才易于出现变形不均匀的情况，

即位错密度不同，越容易出现晶界弓出形核机制。

9.不对。晶粒正常长大，是在界面曲率作用下发生的均匀长大；反常长大才

是大晶粒吞食小晶粒的不均匀长大。

10.不对。合金中的第二相粒子一般可阻碍再结晶，也会阻止晶粒长大。

11.不对。再结晶织构是冷变形金属在再结晶(一次，二次)过程中形成的织构。

它是在形变织构的基础上形成的，有两种情况，一是保持原有形变织构，二是原有形变织构消失，而代之以新的再结晶织构。

12.不对。正常晶粒长大是在再结晶完成后继续加热或保温过程中，晶粒发生

均匀长大的过程，而反常晶粒长大是在一定条件下(即再结晶后的晶粒稳定、存在少数有利长大的晶粒和高温加热)，继晶粒正常长大后发生的晶粒不均匀长大过程。

13.不对。再结晶虽然是形核—长大过程，但晶体点阵类型并未改变，故不是

相变过程。