Z6回复与再结晶.

第六章金属及合金的回复与再结晶本章目的：1揭示形变金属在加热过程中组织和性能变化的规律；2揭示再结晶的实质3说明热加工与冷加工的本质区别以及热加工的特点。（1）回复与再结晶的概念和应用；（2）临界变形度的概念；（3）再结晶晶粒度的控制；（4）热加工与冷加工的区别；本章重点：§6-1形变金属与合金在退火过程中的变化一退火概念1定义：将金属加热到某温度保温一定时间，而后缓慢冷至室温，通过组织结构的变化使材料热力学稳定性得以提高的热处理工艺。根据退火温度不同(或Ac1)可分为：高温退火和低温退火形变金属的退火——低温退火2金属加热中组织转变的原因——驱动力问题退火TAc1时：驱动力为相变中两相的体积自由能之差退火TAc1时：对形变金属而言驱动力为形变储存能(其中晶格畸变能占80~90%)┗不稳定组织铁碳相图LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDC%FeTJA1Fe3C4.32.111148℃727℃0.770.02186.691495℃L+δ0.00080.531538℃912℃二形变金属在退火过程中的变化根据组织变化不同，分为三个阶段：回复再结晶晶粒长大组织变化性能变化§6-2回复一回复的定义及特点1定义：冷变形后的金属在加热温度不高时，其光学组织未发生明显改变时所产生的某些亚结构和性能的变化过程。2特点：①加热T低：T回=(0.25~0.3)T熔；②显微组织无明显变化：仍保留拉长、畸变的晶粒③晶粒内部亚结构发生变化：Ⅰ点缺陷↓↓；Ⅱ位错密度↓异号位错的合并；同号位错的规整化：形成回复亚晶，——“多边形化”（概念见P203）└仍保留高位错密度回复亚晶的形成——“多边形化”过程回复0.1h回复50h回复300h冷加工态缠结位错位错伸直位错网络大的位错网格④性能变化：HB、σ略↓，δ、ψ略↑；R↓↓；耐腐蚀性提高原因：晶格畸变↓⑤内应力↓↓总体：力性变化不大，加工硬化基本保持；理、化性能变化较大。二回复的应用└去应力退火目的：保持强硬度水平;消除内应力，防止变形、开裂;恢复物理、化学性能。冷成形、焊接、铸造钢件：250~650℃例如：P204一战中黄铜子弹的季裂现象等1再结晶定义:冷变形金属在低于Ac1的较高温度下，通过新晶核的形成与长大，由畸变晶粒变为相同晶格类型等轴晶粒的过程。一再结晶定义及特点§6-3再结晶及晶粒长大重结晶：由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。如：钢在1000℃热轧，及轧后冷却到室温发生铁素体→奥氏体奥氏体→铁素体均为重结晶再结晶：无晶格类型转变冷变形后再结晶退火中：畸变铁素体→无畸变铁素体又如钢在1000℃热轧过程中：畸变奥氏体→无畸变奥氏体比较再结晶与重结晶的差别：2特点：①加热温度较高：TT再T再≈0.4T熔；实际:+100~200℃②显微组织显著变化：转变为等轴无畸变新晶粒③亚结构：位错密度大大降低；④性能显著变化：HB、σ↓↓；δ、ψ↑↑⑤内应力完全消除。3再结晶形核机制(1)亚晶合并相邻亚晶界中位错通过攀移和滑移消失(2)亚晶界移动(3)晶界突出形核变形度较小，40%时4影响T再的因素T再：指开始出现再结晶现象时的最低温度①T熔：T熔↑，T再↑如：Fe:1538℃→450℃;Pb(Sn):300℃(200℃)→0℃;W:3300℃→1100~1200℃原因：原子间结合力强，难扩散②纯度：纯度↓，杂质%↑，T再↑如：高纯铝(99.999%)：T再＝80℃；工业纯铝(99.9%)：T再＝290℃原因：阻碍原子扩散与晶界迁移又：纯铁：T再＝450℃；碳钢：T再＝500～650℃③变形程度：变形程度↑，T再↓原因：储存能↑，驱动力↑当ε40%,影响显著；当ε60%,趋于稳定；当ε↓↓，T再↑↑；→无再结晶过程最低再结晶温度故——生产上通常规定经过大变形量(70%)后的金属在保温时间1h内完成再结晶(转变量95％)的温度为(最低)再结晶温度。二晶粒长大随T↑，t↑，晶粒长大1驱动力——界面能①界面多少：细晶→粗晶；②界面形态：界面能∝界面曲率┗直晶界最稳定120°120°120°2长大方式：①“大吃小”；②晶界拉直:120°，近六边形三影响再结晶晶粒度的因素d=K·(G/N)1/4；（1）再结晶加热温度T↑，d↑原因：原子扩散能力强、晶界易迁移（2）预先变形量：ε=10~90%：ε↑,d↓ε=2~10%：异常长大ε90%：异常长大原因：驱动力因素形核因素形变织构因素关键——形变均匀度（3）合金元素、杂质及第二相质点均阻碍晶界运动→细化；第二相愈弥散、细小、量愈多→细化效果愈明显注意：分布须均匀，否则可能引起二次再结晶其它因素：原始晶粒尺寸、变形温度等二次再结晶：形变量很大时(90~95%)或在较高温度下某些晶粒的异常长大过程。——实质并非再结晶过程，而为再结晶后的晶粒长大:“大吃小”ε=2~10%：再结晶晶粒少、细小、被吃ε90%：含织构且较多的杂质时——避开过大、过小的临界变形量2~10%、90%高纯Fe-Si箔材于1200℃真空退火时所产生的二次再结晶现象四再结晶应用——再结晶退火目的：①中间退火：消除加工硬化；冷拔铁铬铝电阻丝生产中：氢气保护再结晶退火②无相变金属的细晶强化(如Al、Cu等)：冷塑变+再结晶退火→细化的再结晶晶粒再结晶全图的应用——指导塑性加工与再结晶退火工艺加热温度、预变形度、再结晶晶粒度§6-4金属的热加工主要内容：（1）热加工与冷加工区别（2）热加工对组织与性能影响一金属热加工与冷加工的概念热加工：TT再；冷加工：TT再；实质：有否再结晶软化过程衡量依据：T再例：W在1000℃非热加工；Sn、Pb在室温为热加工；二热加工对组织、性能的影响热加工：钢材的热锻与热轧1消除铸态组织缺陷：（1）气孔、疏松、微裂纹的焊合；——宏观组织致密化；（2）破碎粗大的铸态晶粒；再结晶过程——晶粒、组织的细化；（3）减轻枝晶偏析实际热加工温度远高于再结晶温度——成分均匀化└塑韧性↑，热加工组织优于铸态2改善第二相、夹杂的分布纤维组织（流线）：铸态组织的枝晶偏析、夹杂物分布沿加工方向细碎延伸形成的组织。——使流线与力性方向分布合理3缺陷：存在带状组织与纤维组织带状组织：复相合金中各个相沿热加工方向交替呈带或层状组织。纤维组织：晶粒、区域偏析(成分偏析、夹杂物分布)沿加工方向延伸形成的组织。——力性的各向异性铁素体珠光体三、热加工与冷加工的应用热加工优点：改善组织塑性好，变形抗力小；缺陷：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低、应用:（1）室温下硬度、脆性较大的金属；（2）截面尺寸大、精度低、变形量大；冷加工：（1）用于塑性好的金属；（2）截面小，精度与表面质量要求高；第六章习题与思考题1名词解释：回复多边形化再结晶临界变形度2指出下列名词的区别：结晶再结晶重结晶热加工与冷加工去应力退火与再结晶退火3举例说明回复、再结晶退火在工业上的应用。4金属经冷变形、热加工后组织与性能各有何变化。5试述位错对金属材料强度与塑性的作用。1何谓加工硬化？产生的原因及消除的方法是什么？加工硬化有何意义？答：塑性变形中随变形程度增加，金属强硬度增加而塑韧性下降的现象称为加工硬化；加工硬化产生的原因：塑性变形引起的位错密度的增加，导致大量位错间交互作用，互为阻碍，使位错运动阻力增大，变形抗力增加；消除方法：再结晶退火加工硬化的意义：强化机制；使塑性变形均匀2、（1）列举4种强化金属和合金的方法；（2）指出晶粒大小对材料的机械性能影响的特殊性？如何获得细小的再结晶晶粒？答：(1)固溶强化、位错强化、晶界强化、第二相强化(2)在常温条件下，晶粒愈细小，金属的强硬度愈高，塑韧性亦愈好。但高温下晶界强度低于晶内，晶粒细小强度反而下降，但晶粒过于粗大会降低塑性，故须采取适当粗的晶粒度。细化再结晶晶粒：(1)控制变形度：首先须避开临界变形度，临界变形度之外，变形度越大晶粒越细；（2）控制变形温度：变形温度越低，晶粒越细小；（3）细化原始晶粒尺寸；（4）原始组织中保留一定量合金元素或杂质原子等。3拉制半成品铜丝的过程如图所示，试绘出不同阶段的组织与性能变化示意图，并加以解释。δHBσb4金属Ag经大变形量(70％)冷加工后，试样一端浸入冰水中，一端加热至0.9Tm，过程持续1小时，然后将试样冷至室温。试画出沿试样长度的组织与硬度分布曲线，并简要说明之。Ⅰ.温度TT再，仅回复，硬度略有下降；II.随T↑，再结晶，硬度大大↓，且随T↑，再结晶的体积％↑，HB↓；Ⅲ.随温度↑，晶粒长大，晶界对位错运动阻碍↓，故HB进—步↓。T0℃0.9TmT再HRCⅠⅡⅢδ5、低碳钢(0．1％C)板经大变形量冷轧后，进行了再结晶退火，对其进行拉伸实验，拉伸至延伸率为8％时卸载，若：(1)卸载后立即拉伸；(2)卸载后室温下放置10天后拉伸；(3)卸载后700℃退火1小时，空冷至室温后再拉伸；(4)卸载后在900℃退火保温10分钟，空冷至室温后再拉伸。试分别画出上述4种情况下的应力一应变曲线，并简要说明之。εσ(1)(2)(3)(4)εσ(1)(2)(3)(4)（1）卸载后立即拉伸，溶质原子来不及在位错附近聚集，故无钉扎作用，所以无上、下屈服点；且因加工硬化的作用，屈服强度较第一次拉伸时有所提高；（2）经过室温时效，溶质原子在位错附近聚集又形成气团，钉扎位错，需要在较高应力下才能屈服；一旦溶质原子脱钉，应力将下降，所以有上、下屈服点。同样，由于加工硬化的作用，屈服强度较第一次拉伸时有所提高；（3）对低碳钢，ε＝8％接近临界变形量，因此在700℃(高于再结晶温度)退火后晶粒粗大，强度较低；（4）900℃保温时发生重结晶，冷却后晶粒细小，因此强化提高。