材料科学基础-第十章_ppt课件

Materials Science第十章 回复、再结晶和金属热加工Date 1Introduction to Material ScienceMaterials Science第一节 冷变形金属在退火时的一般变化冷金属在退火时包含如下的一些变化： 显微组织的变化 性能的变化 力学性能的变化 物理性能的变化 储存能的释放Date 2Introduction to Material ScienceMaterials Science显微组织的变化1. 回复阶段显微组织几乎不发生任何变化，晶粒仍然保持为冷变形状态的纤维状形态；2 再结晶阶段变形态的晶粒通过形核和长大过程，完全改变称为新的等轴晶粒。当等轴晶粒边界互相接触，变形晶粒完全消失时，再结晶阶段结束。（ 再结晶过程虽然也是形核与长大的过程，但完全是同一相的组织形态发生转变 纤维状 等轴状 ，而不是相的转变。 ）3 晶粒长大阶段再结晶完成后的晶粒粗化阶段。Date 3Introduction to Material ScienceMaterials Science力学性能的变化 回复阶段位错密度降低较少，硬度和强度降低不多。即在回复阶段，冷变形强化效果仍然能大部分被保留。 再结晶阶段位错密度大大减小，强度、硬度显著降低，塑性提高，冷变形强化效果消失，金属软化。Date 4Introduction to Material ScienceMaterials Science物理性能 电阻率再回复阶段显著降低（因为点缺陷浓度显著降低） 密度再回复阶段有所升高（因为空位浓度降低）；在再结晶阶段显著增大（因为位错密度显著减小）。 内应力 回复阶段：消除大部分宏观内应力和一部分微观内应力； 再结晶阶段：消除全部的内应力；Date 5Introduction to Material ScienceMaterials ScienceMaterials ScienceMaterials Science回复机制与过程 回复机制空位和位错通过热激活改变了它们的组态分布和数量的过程。 分类根据加热温度的高低可分为： 低温回复 中温回复 高温回复Date 8Introduction to Material ScienceMaterials Science低温回复 定义在低温范围内（ 1.0 0.3Tm) 内加热时，发生低温回复； 机制主要是空位的运动（温度较低，原子活动能力有限，仅能发生点缺陷的运动）Date 9Introduction to Material ScienceMaterials Science中温回复 定义在较高温度范围（ 0.3 0.5Tm)内加热时，发生中温回复； 机制位错再度滑移和交滑移；Date 10Introduction to Material ScienceMaterials Science高温回复 定义在更高温度（ 0.5Tm) 加热时，发生高温回复； 机制温度足够高时，发生包括攀移在内的位错运动和多边化，主要机制是多变化。 多变化冷变形后在滑移面上塞积的同号刃型位错通过攀移和滑移，使同号刃型位错沿垂直于滑移面的方向排列成小角度亚晶界（位错墙）的过程。 多边化的驱动力多边化的驱动力是应变能的降低。Date 11Introduction to Material ScienceMaterials Science第三节 再结晶 再结晶冷变形金属加热到回复温度之上后，在原变形组织中产生新的无畸变再结晶形核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织，该过程称为再结晶。 特点变形金属发生再结晶时，力学性能发生显著变化，金属恢复到软化状态，变形储能得到充分释放，新的无畸变等轴晶完全取代了原畸变晶粒，但是晶体结构不变。因此，再结晶不是相变。Date 12Introduction to Material ScienceMaterials Science再结晶的形核方式再结晶的形核方式主要有以下三种： 亚晶合并 亚晶迁移 晶界弓出形核（凸出形核）Date 13Introduction to Material ScienceMaterials Science亚晶合并 定义两亚晶之间的亚晶界消失，使相邻的两晶粒合并而生长； 产生条件冷变形较大或层错能高的金属，容易以亚晶合并的方式形成再结晶核心；Date 14Introduction to Material ScienceMaterials Science亚晶迁移 定义通过亚晶界的迁移，吞并相邻的形变基体和亚晶而生长； 产生条件冷变形量很大或层错能低的金属中容易亚晶迁移；Date 15Introduction to Material ScienceMaterials Science晶界弓出形核（凸出形核） 定义冷变形量较小的金属，一般是利用变形晶粒的现成大角度晶界的迁移形成再结晶核心，称为晶界弓出或凸出形核机制； 产生条件设界面能为，晶界两侧晶粒单位体积储存能差为，弓出晶界从位置 I 迁移到位置 II 必须满足条件，即并非任意一段大角度晶界都能弓出形成再结晶晶核，必须当晶界两侧晶粒中的单位体积储存能之差大到一定程度后才能发生弓出形核过程。Date 16Introduction to Material ScienceMaterials Science再结晶晶核的长大 晶核的长大过程再结晶晶核的长大是通过晶界迁移实现的，晶界背离其曲率中心，向周围变形基体中迁移。界面迁移的驱动力是储存能，随着晶核的长大，储存能不断释放。 再结晶过程动力学再结晶过程的快慢与再结晶形核率（ N）和晶核长大速率（ G）有关。凡是能影响 N和 G的因素都会影响再结晶的快慢。Date 17Introduction to Material ScienceMaterials Science再结晶温度 理论再结晶温度 实际再结晶温度 影响再结晶温度的因素Date 18Introduction to Material ScienceMaterials Science理论再结晶温度 定义冷变形金属中能够发生再结晶形核及长大的最低温度。 测试方法 金相法以显微镜中观察到第一个新的无畸变新晶粒生成或晶界迁移出现锯齿状边缘的退火温度，确定为再结晶的开始温度。 硬度法将变形金属硬度与退火温度关系曲线上硬度开始明显降低的为温度，确定为再结晶开始温度。Date 19Introduction to Material ScienceMaterials Science实际再结晶温度 定义规定：经较大冷变形（变形量 70%)的金属，再 1h 退火时间内能够完成再结晶（或 95%体积分数的再结晶）的最低退火温度，称为实际再结晶温度。一般所说的再结晶温度常指的就是实际再结晶温度。 再结晶温度与熔点的关系对于工业纯金属，在较大冷变形量条件下，若完成再结晶的时间为 0.51h，则再结晶温度（ T再 ）与熔点（ Tm)的经验关系：T再 （ 0.35 0.40)Tm (K)（注：此式不适用于合金和高纯（纯度 99.99%）金属。）Date 20Introduction to Material ScienceMaterials Science影响再结晶温度的因素影响再结晶温度的因素包括：1. 变形程度2. 杂质及合金元素3. 第二相粒子4. 原始晶粒的大小5. 形变温度6. 加热时间7. 加热速度Date 21Introduction to Material ScienceMaterials Science再结晶后晶粒的大小 再结晶后晶粒尺寸 d与 和 之间存在下列关系： 影响因素 变形程度 退火温度与保温时间 加热温度 原始晶粒大小 合金元素及第二相式中， 常数该式表明， 降低，则 d 降低。所以能够使 值发生变化的因素都可能引起再结晶晶粒的变化。Date 22Introduction to Material ScienceMaterials Science变形程度 当冷变形量 2/l），极低，再结晶完成后晶粒极为粗大。 c后，随着 ，储存能 ， ，再结晶晶粒随之变细。当 0时，再结晶晶粒要细与原始晶粒。 适当的冷变形加再结晶是细化晶粒的有效方法之一。Date 23Introduction to Material ScienceMaterials Science退火温度与保温时间 当变形程度和保温时间都一定时，退火温度越高，则得到的晶粒越粗大。如果在不同温度退火控制不同的保温时间，使之刚好完成再结晶后就停止退火，则所获得的晶粒大小差别不大。Date 24Introduction to Material ScienceMaterials Science加热温度 如果退火时加热速度很慢，则变形金属在升温过程中发生回复，储存能降低，降低，故晶粒粗化； 反之，若提高加热速度则可获得细的再结晶晶粒。Date 25Introduction to Material ScienceMaterials Science原始晶粒大小 原始晶粒越细，再结晶后的晶粒大小越细小；Date 26Introduction to Material ScienceMaterials Science合金元素及第二相 微量的溶质或杂质固溶在纯金属中，产生一定的固溶强化效果，提高变形抗力，提高储存能，提高 ；同时微量溶质或杂质会降低界面能动性，从而降低晶核长大速度（ ） 合金元素和第二相有利于再结晶晶粒的细化，固溶体合金再结晶后的晶粒比相应纯金属的细小。Date 27Introduction to Material ScienceMaterials Science第四节 再结晶后晶粒大小 正常长大大多数晶粒长大速率相差不多，几乎同时长大（均匀长大）； 异常长大（二次再结晶）少数晶粒突发性的、不均匀地长大（非均匀长大）； 说明：一些晶粒地长大必然伴随着一些晶粒的缩小，即长大与缩小同时存在。所以晶粒长大也是由于一些晶粒缩小和消失的结果，并非指所有的晶粒都在长大。Date 28Introduction to Material ScienceMaterials Science正常长大主要内容： 正常长