形变金属与合金在退火过程

第一节形变金属与合金在退火过程中的变化第二节回复第七章金属及合金的回复与再结晶第五节金属的热加工第三节再结晶第四节晶粒长大第一节形变金属与合金在退火过程中的变化将塑性变形后的金属材料加热到0.5Tm温度附近，进行保温，随着时间的延长，金属的组织将发生一系列的变化，这种变化可以分为三个阶段，如图7-1所示。一、显微组织的变化图7-1回复、再结晶、晶粒长大过程示意图显微组织的变化第一阶段为0～1，在这段时间内从显微组织上几乎看不出任何变化，晶粒仍保持伸长的纤维状，称之为回复阶段；第二阶段为1～2，从1开始，在变形的晶粒内部开始出现新的小晶粒，随着时间的延长，新晶粒不断出现并长大，这个过程一直进行到塑性变形后的纤维状晶粒完全改组为新的等轴晶粒为止，称之为再结晶阶段；第三阶段为2～3，新的晶粒逐步相互吞并而长大，直到3，晶粒长大到一个较为稳定的尺寸，称之为晶粒长大阶段。若将保温时间确定不变，而使加热温度由低温逐步升高时，也可以得到相似的三个阶段，0～T1为回复阶段，T1～T2为再结晶阶段，T2～T3为晶粒长大阶段。在加热过程中，由于原子具备了足够的活动能力，偏离平衡位置大、能量较高的原子，将向能量较低的平衡位置迁移，使内应力得以松弛，储存能也将逐渐释放出来。根据材料种类的不同，储存能释放曲线有图7-2所示的1、2、3三种形式，其中1代表纯金属的，而2、3分别代表非纯金属和合金的。它们的共同特点是每一曲线都出现一个高峰，高峰开始出现的地方（如图中箭头所示）对应于第一批再结晶晶粒出现的温度。在此温度之前，只发生回复，不发生再结晶。二、储存能及内应力的变化储存能及内应力的变化在回复阶段，大部分甚至全部第一类内应力可以得以消除，第二类或第三类内应力只能消除一部分，经再结晶之后，因塑性变形而造成的内应力可以完全被消除。储存能及内应力的变化图7-2退火过程中能量的释放从图7-3中的硬度变化曲线可以看出，在回复阶段，硬度值略有下降，但数值变化很小，而塑性有所提高。强度一般是和硬度成正比例的一个性能指标，所以由此可以推知，回复过程中强度的变化也应该与硬度的变化相似。在再结晶阶段，硬度与强度均显著下降，塑性大大提高。如前所述，金属与合金因塑性变形所引起的硬度和强度的增加与位错密度的增加有关，由此可以推知，在回复阶段，位错密度的减少有限，只有在再结晶阶段，位错密度才会显著下降。三、力学性能的变化力学性能的变化图7-3冷拉伸变形后的工业纯铜在以6℃/min的速度加热到不同温度后的硬度HV、电阻变化率ΔR/R、密度变化率Δρ/ρ和功率差ΔP与力学性能的变化不同，电阻在回复阶段发生了较显著的变化，这种变化与再结晶过程中的电阻变化相差无几，随着加热温度的升高，电阻不断下降（见图7-3）。金属的电阻与晶体中点缺陷的密度相关，点缺陷所引起的晶格畸变会使电子产生散射，提高电阻率，它的散射作用比位错所引起的更为强烈。由此可知，在回复阶段，形变金属中的点缺陷密度将有明显的降低。此外，点缺陷密度的降低，还将使金属的密度不断增加，应力腐蚀倾向显著减小。四、其他性能的变化其他性能的变化图7-3冷拉伸变形后的工业纯铜在以6℃/min的速度加热到不同温度后的硬度HV、电阻变化率ΔR/R、密度变化率Δρ/ρ和功率差ΔP在回复阶段的前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶温度时，亚晶粒尺寸显著增大。五、亚晶粒尺寸