回复与再结晶

1第八章回复与再结晶SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E2第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化一回复与再结晶回复：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。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。第八章第一节加热时的变化3第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化二显微组织变化（示意图）回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化；再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。第八章第一节加热时的变化4第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化二显微组织变化（示意图）第八章第一节加热时的变化SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E5第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化三性能变化1力学性能（示意图）回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降,塑性继续提高，粗化严重时下降。2物理性能密度:在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；电阻：电阻在回复阶段可明显下降。第八章第一节加热时的变化6第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化三性能变化第八章第一节加热时的变化SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E7第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化四储存能变化（示意图）1储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分（～10％）变形功。弹性应变能（3～12％）2存在形式位错（80～90％）驱动力点缺陷3储存能的释放：原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放。第八章第一节加热时的变化回复再结晶8第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化五内应力变化回复阶段：大部分或全部消除第一类内应力，部分消除第二、三类内应力；再结晶阶段：内应力可完全消除。第八章第一节加热时的变化9第二节回复一回复动力学（示意图）1加工硬化残留率与退火温度和时间的关系ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT)x0–原始加工硬化残留率；x－退火时加工硬化残留率；c0－比例常数；t－加热时间；T－加热温度。第八章第二节回复10第二节回复一回复动力学（示意图）2动力学曲线特点（1）没有孕育期；（2）开始变化快，随后变慢；（3）长时间处理后，性能趋于一平衡值。第八章第二节回复11第二节回复二回复机理1低温回复（0.1－0.3Tm）移至晶界、位错处点缺陷运动空位＋间隙原子消失缺陷密度降低空位聚集（空位群、对）第八章第二节回复12第二节回复二回复机理2中温回复（0.3－0.5Tm）异号位错相遇而抵销位错滑移位错密度降低位错缠结重新排列第八章第二节回复13第二节回复二回复机理3高温回复（0.5Tm）位错攀移（＋滑移）位错垂直排列（亚晶界）多边化（亚晶粒）弹性畸变能降低。第八章第二节回复14第二节回复二回复机理第八章第二节回复SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E15第二节回复三回复退火的应用1回复机制与性能的关系内应力降低:弹性应变基本消除;硬度、强度下降不多：位错密度降低不明显，亚晶较细；电阻率明显下降：空位减少，位错应变能降低。2去应力退火降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、开裂，提高耐蚀性。第八章第二节回复2h16第三节再结晶一再结晶的形核与长大1形核亚晶长大形核机制（变形量较大时）亚晶合并形核亚晶界移动(长大)形核(吞并其它亚晶或变形部分)凸出形核晶核伸向小位错胞晶粒(畸变能较高区域)内.第八章第三节再结晶17第三节再结晶一再结晶的形核与长大1形核第八章第三节再结晶18第三节再结晶一再结晶的形核与长大晶界凸出形核（变形量较小时,20%）晶界弓出形核，凸向亚晶粒小的方向.第八章第三节再结晶19第三节再结晶一再结晶的形核与长大驱动力：畸变能差2长大方式:晶核向畸变晶粒扩展,至新晶粒相互接触。注：再结晶不是相变过程。第八章第三节再结晶20第三节再结晶二再结晶动力学（1）再结晶速度与温度的关系v再＝Aexp(-QR/RT)（2）规律有孕育期;温度越高,变形量越大孕育期越短;在体积分数为0.5时速率最大，然后减慢。第八章第三节再结晶21第三节再结晶三再结晶温度1再结晶温度：经严重冷变形（变形量70%）的金属或合金，在1h内能够完成再结晶的（再结晶体积分数95%）最低温度。高纯金属：T再＝(0.25~0.35)Tm。2经验公式工业纯金属：T再＝(0.35~0.45)Tm。合金：T再＝(0.4~0.9)Tm。注：再结晶退火温度一般比上述温度高100～200℃。第八章第三节再结晶22第三节再结晶三再结晶温度3影响因素变形量越大，驱动力越大，再结晶温度越低；纯度越高，再结晶温度越低；加热速度太低或太高，再结晶温度提高。第八章第三节再结晶23第三节再结晶四影响再结晶的因素1退火温度。温度越高，再结晶速度越大。2变形量。变形量越大，再结晶温度越低；随变形量增大，再结晶温度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。3原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。4微量溶质元素。阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。5第二分散相。间距和直径都较大时，提高畸变能，并可作为形核核心，促进再结晶；直径和间距很小时，提高畸变能，但阻碍晶界迁移，阻碍再结晶。第八章第三节再结晶24第三节再结晶五再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图）再结晶晶粒的平均直径d=k[G/N]1/4第八章第三节再结晶25第三节再结晶五再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图）1变形量（图）。存在临界变形量，生产中应避免临界变形量。2原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，使晶粒细化。3合金元素和杂质。增加储存能，阻碍晶界移动，有利于晶粒细化。4温度。变形温度越高，回复程度越大，储存能减小，晶粒粗化；退火温度越高，临界变形度越小，晶粒粗大。第八章第三节再结晶26第三节再结晶六再结晶的应用恢复变形能力改善显微组织再结晶退火消除各向异性提高组织稳定性再结晶温度：T再＋100～200℃。第八章第三节再结晶4h27第四节晶粒长大驱动力：界面能差.长大方式：正常长大；异常长大（二次再结晶）.第八章第四节晶粒长大28第四节晶粒长大一晶粒的正常长大1正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长大。2驱动力：界面能差。界面能越大，曲率半径越小，驱动力越大。(长大方向是指向曲率中心,而再结晶晶核的长大方向相反.)第八章第四节晶粒长大29第四节晶粒长大一晶粒的正常长大晶界趋于平直;3晶粒的稳定形状晶界夹角趋于120℃;二维坐标中晶粒边数趋于6.第八章第四节晶粒长大30第四节晶粒长大一晶粒的正常长大4影响晶粒长大的因素(1)温度。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。(2)分散相粒子。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。一般有晶粒稳定尺寸d和第二相质点半径r、体积分数的关系：d=4r/3(3)杂质与合金元素。“气团作”钉扎晶界,不利于晶界移动。(4)晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者的移动速率低于后者。第八章第四节晶粒长大31第四节晶粒长大二晶粒的异常长大1异常长大:少数再结晶晶粒的急剧长大现象。(二次再结晶）2基本条件:正常晶粒长大过程被(第二分散相微粒、织构）强烈阻碍。3驱动力：界面能变化。（不是重新形核）第八章第四节晶粒长大32第四节晶粒长大二晶粒的异常长大钉扎晶界的第二相溶于基体.4机制再结晶织构中位向一致晶粒的合并.大晶粒吞并小晶粒.各向异性织构明显优化磁导率5对组织和性能的影响晶粒大小不均性能不均降低强度和塑韧性晶粒粗大提高表面粗糙度第八章第四节晶粒长大33第四节晶粒长大三再结晶退火的组织1再结晶图。退火温度、变形量与晶粒大小的关系图。2再结晶织构:再结晶退火后形成的织构。退火可将形变织构消除，也可形成新织构。择优形核（沿袭形变织构）择优生长（特殊位向的再结晶晶核快速长大）3退火孪晶:再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程中因晶界迁移出现层错形成的。第八章第四节晶粒长大34第五节金属的热变形一动态回复与动态再结晶1动态回复：在塑变过程中发生的回复。（静态…)2动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。（静态…)特点反复形核，有限长大，晶粒较细。包含亚晶粒，位错密度较高,强度硬度高。应用：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、快的冷却速度可获得细小晶粒。第八章第五节热变形35第五节金属的热变形二金属的热加工1加工的分类冷加工：在再结晶温度以下的加工过程。发生加工硬化。热加工：在再结晶温度以上的加工过程。（硬化、回复、再结晶。）2热加工温度：T再T热加工T固－100～200℃。第八章第五节热变形36第五节金属的热变形二金属的热加工3热加工后的组织与性能（1）改善铸锭组织。气泡焊合、破碎碳化物、细化晶粒、降低偏析。提高强度、塑性、韧性。（2）形成纤维组织（流线）。组织：枝晶、偏析、夹杂物沿变形方向呈纤维状分布。性能：各向异性。沿流线方向塑性和韧性提高明显。第八章第五节热变形37第五节金属的热变形二金属的热加工3热加工后的组织与性能（3）形成带状组织形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。影响：各向异性。类似于流线组织。消除：避免在两相区变形、减少夹杂元素含量、采用高温扩散退火或正火。第八章第五节热变形38第五节金属的热变形二金属的热加工4热加工的优点（1）可持续大变形量加工。（2）动力消耗小。（3）提高材料质量和性能第八章第五节热变形39第五节金属的热变形三超塑性1超塑性：某些材料在特定变形条件下呈现的特别大的延伸率。2条件：晶粒细小、温度范围（0.5~0.65Tm）、应变速率小（1～0.01%/s）。3本质：多数观点认为是由晶界的滑动和晶粒的转动所致。4应用：复杂零件的精密成形；难于热变形材料的加工。第八章第五节热变形6h