金属的形变及其恢复机制

金属的形变，一般可分为三个阶段，即弹性形变、塑性形变和断裂。

（一）弹性形变

当材料受到外力拉伸时，材料就产生应力，在应力小时，晶格只发生简单的弹性扭曲或拉长与原来外形不一致现象，当应力消除后，晶格恢复到原来状态，材料也就恢复原形，此种形变称为弹性形变。（图22）

图22　晶格受正应力时的变形示意图

A.变形前　B.弹性变形　C.塑性变形

（二）塑性形变

当应力继续增加，超过材料的弹性极限时，即使除去外力，材料也不能完全恢复原形，而发生永久变形这种形变称为塑性形变。

金属塑性形变的基本特征，是晶内平面产生滑移，并伴晶粒间的移动和转动（晶间变形）。（图23）

室温条件下使金属发生塑性形变，塑性降低应变硬化的过程，称为冷加工。包括轧压、伸拉、碾磙、锤击等方法。冷加工后，一般塑性下降，硬度，强度增大，延性，展性降低，电阻增大，导磁性、导热性和耐腐蚀性等降低。

图22　晶格受正应力时的变形示意图

A.变形前　B.弹性变形　C.塑性变形

（二）塑性形变

当应力继续增加，超过材料的弹性极限时，即使除去外力，材料也不能完全恢复原形，而发生永久变形这种形变称为塑性形变。

金属塑性形变的基本特征，是晶内平面产生滑移，并伴晶粒间的移动和转动（晶间变形）。（图23）

室温条件下使金属发生塑性形变，塑性降低应变硬化的过程，称为冷加工。包括轧压、伸拉、碾磙、锤击等方法。冷加工后，一般塑性下降，硬度，强度增大，延性，展性降低，电阻增大，导磁性、导热性和耐腐蚀性等降低。

图23　滑移面示意图

（三）断裂

若应力持续不断增加，变形量也将不断增大，当达到材料的断裂拉力时，材料的整体连续性受到破坏，此时称为材料断裂。

（四）回复和再结晶

加热可以增加金属原子的活动能力，并发生一系列的组织与性能的变化。当加热温度不高时，冷变形金属中微观内应力显著降低，金属的强度、硬度稍下降，塑性，韧性稍有上升，金属的晶粒外形虽无明显变化，然而某些物理、化学性能，如电阻和抗应力腐蚀等性能则显著减小，这种变化过程称为回复。若温度继续升高，冷变形金属的组织和性能全部恢复。这种由于加热的结果引起的结构还原和性能恢复的过程，称为再结晶。能使金属进行再结晶的温度，称为再结晶温度。再结晶温度一般为该金属绝对熔点的0.35～0.5倍。（表10）如铜熔点为1084℃，再结晶温度为270℃。冷加工所造成的塑性形变是不稳定的，存在趋向结构稳定的状态。然而在常温下，由于原子的活动能力小，此趋向不可能实现，只有通过加热来实现。原子因为热振动而使结构还原（图24），金属强度、硬度再度降低，塑性、韧性增大。这种利用加热和冷却的方法来改变金属的内部组织结构，从而改善和提高其性能的操作工艺，称为热处理。热处理操作由加热、保温和冷却三个阶段组成。（图25）(www.xing528.com)

表10　金属的再结晶温度

图23　滑移面示意图

（三）断裂

若应力持续不断增加，变形量也将不断增大，当达到材料的断裂拉力时，材料的整体连续性受到破坏，此时称为材料断裂。

（四）回复和再结晶

加热可以增加金属原子的活动能力，并发生一系列的组织与性能的变化。当加热温度不高时，冷变形金属中微观内应力显著降低，金属的强度、硬度稍下降，塑性，韧性稍有上升，金属的晶粒外形虽无明显变化，然而某些物理、化学性能，如电阻和抗应力腐蚀等性能则显著减小，这种变化过程称为回复。若温度继续升高，冷变形金属的组织和性能全部恢复。这种由于加热的结果引起的结构还原和性能恢复的过程，称为再结晶。能使金属进行再结晶的温度，称为再结晶温度。再结晶温度一般为该金属绝对熔点的0.35～0.5倍。（表10）如铜熔点为1084℃，再结晶温度为270℃。冷加工所造成的塑性形变是不稳定的，存在趋向结构稳定的状态。然而在常温下，由于原子的活动能力小，此趋向不可能实现，只有通过加热来实现。原子因为热振动而使结构还原（图24），金属强度、硬度再度降低，塑性、韧性增大。这种利用加热和冷却的方法来改变金属的内部组织结构，从而改善和提高其性能的操作工艺，称为热处理。热处理操作由加热、保温和冷却三个阶段组成。（图25）

表10　金属的再结晶温度

根据使用方法和应用范围的不同，热处理又分为退火、正火、淬火、回火和表面热处理。

当金属在高于再结晶的温度下进行加工，同样也产生滑移，引起塑性形变，但不产生应变硬化。这种在高于再结晶的温度下使金属塑性形变的过程，称为热加工。一般应低于熔点200℃左右。如铜热锻温度范围在950～800℃之间。

根据使用方法和应用范围的不同，热处理又分为退火、正火、淬火、回火和表面热处理。

当金属在高于再结晶的温度下进行加工，同样也产生滑移，引起塑性形变，但不产生应变硬化。这种在高于再结晶的温度下使金属塑性形变的过程，称为热加工。一般应低于熔点200℃左右。如铜热锻温度范围在950～800℃之间。

图24　加热温度对冷变形金属的结构与性能的影响

图24　加热温度对冷变形金属的结构与性能的影响

图25　金属的热处理工艺曲线

1.升温　2.保温　3.冷却　4.临界点

由于纯金属的性能在很多方面不能达到口腔修复的要求，故口腔修复所用的金属材料，主要是合金。

图25　金属的热处理工艺曲线

1.升温　2.保温　3.冷却　4.临界点

由于纯金属的性能在很多方面不能达到口腔修复的要求，故口腔修复所用的金属材料，主要是合金。