第七章：回复与再结晶.ppt

第七章 回复与再结晶 冷变形金属 内能高 亚稳状态室温下 原子难以扩散 形变组织保持 保持加工硬化 残余内应力等 加热 原子扩散增强 亚稳 稳态 冷变形金属加热 相继发生回复 再结晶 晶粒长大 加热后性能变化 消除加工硬化 强度 硬度降低 塑性 韧性提高 第七章 回复与再结晶 7 1形变金属及合金在退火过程中的变化 冷变形金属 随加热T 或加热到T 0 5T熔后保温 组织变化如图 第七章 回复与再结晶 7 1形变金属及合金在退火过程中的变化 7 1 1显微组织的变化 再结晶后组织恢复到变形前的程度 性能也恢复到变形前的程度 晶粒长大 新晶粒逐渐相互合并长大 第七章 回复与再结晶 7 1形变金属及合金在退火过程中的变化 7 1 2储存能与内应力变化 随T 储存能逐渐释放 再结晶后 形变储存能全部释放 再结晶 内应力全部消除 第七章 回复与再结晶 7 1形变金属及合金在退火过程中的变化 7 1 3性能变化 晶粒长大 力学性能降低 第七章 回复与再结晶 7 2回复 1 概念 冷变形金属在加热温度不高时 仅因金属中的一些点缺陷和位错迁移而引起亚结构和某些性能变化 晶粒外形无明显变化 2 组织和性能变化 空位浓度降低 位错密度减少 保留破碎拉长的晶粒外形 保留部分加工硬化 内应力降低 耐腐蚀性提高 电阻率降低 第七章 回复与再结晶 7 2回复 7 2 1回复机理 回复是点缺陷和位错运动的结果 1 低温回复点缺陷运动 空位 2 中 高温回复 产生位错运动 使位错密度降低 异号位错相互合并消失 缠结的位错重新组合 位错滑移和攀移 亚晶规整化 机理 位错多边化 冷变形金属在回复退火过程中 通过位错的滑移和攀移 使同号韧型位错垂直于滑移面方向 排列形成小角度晶界 这一过程称为多边化 攀移 位错垂直于滑移面方向运动 热运动 第七章 回复与再结晶 7 2回复 7 2 1回复退火的应用回复退火 称为去应力退火 例 冷卷弹簧钢 成型后经过250 300 去应力退火 既消除了大部分内应力 又提高强度 保留部分加工硬化 第七章 回复与再结晶 7 3再结晶 recrystallization 1 概念 冷变形金属加热到一定温度后 T 0 4T熔 在原来变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒 性能恢复到完全软化状态 冷变形前的状态 这一过程称为再结晶 2 组织变化 破碎拉长晶粒变为新的等轴晶粒 位错 亚晶恢复到变形前的程度 3 性能变化 加工硬化消除 4 与重结晶的异同点 第七章 回复与再结晶 7 3再结晶 recrystallization 7 3 1再结晶的形核与长大 再结晶示意图 再结晶是形核和晶核长大的过程 在畸变的晶体中形成无畸变的晶核 晶核不断的长大 再结晶完成后 获得等轴晶粒 第七章 回复与再结晶 7 3再结晶 recrystallization 7 3 1再结晶的形核与长大 再结晶示意图 1 形核机制 1 晶界弓出形核 见图7 7 小变形量时 各晶粒形变不均匀 变形小的晶粒向变形度大的亚晶粒一侧弓出 形成无畸变晶核 2 亚晶合并变形大时 多边形化的亚晶合并为再结晶晶核 3 亚晶蚕食变形大时 低密度位错的亚晶蚕食途中遇到的位错 2 长大再结晶晶核形成后 自发长大 形成无畸变的新等轴晶粒 第七章 回复与再结晶 7 3再结晶 recrystallization 7 3 2影响再结晶的因素 再结晶温度 经过严重冷变形的金属 在一个小时的退火保温时间内 能完成再结晶的最低温度 T再 对纯金属T再 0 4T熔再结晶速度 V再若T再低 V再快 则再结晶易进行 影响再结晶的因素如下 1 加热温度 退火 退火温度越高 原子扩散越容易进行 V再 完成再结晶时间短 2 预先变形量变形度越大 则T再越低 储存能大 再结晶驱动力大 第七章 回复与再结晶 7 3再结晶 recrystallization 7 3 2影响再结晶的因素 3 溶质原子溶质原子 使T再 偏聚在晶界处 阻碍位错运动和晶界迁移 4 原始晶粒大小 5 分散相粒子大尺寸 间距大的粒子 促进再结晶小尺寸 间距小的粒子 阻碍再结晶 第七章 回复与再结晶 7 3再结晶 recrystallization 7 3 4再结晶后晶粒大小的控制 晶粒细 力学性能高 希望再结晶后晶粒细小 影响再结晶后晶粒大小的因素如下 1 预先变形度 临界变形度造成晶粒粗大的原因 各晶粒变形不均匀 加热时大晶粒吞并小晶粒 塑变时 应尽量避免此变形度 超过临界变形度 随 再结晶后晶粒细化 第七章 回复与再结晶 7 3再结晶 recrystallization 7 3 4再结晶后晶粒大小的控制 晶粒细 力学性能高 希望再结晶后晶粒细小 影响再结晶后晶粒大小的因素如下 1 预先变形度 对某些金属合金 当 90 时 再结晶后晶粒粗大 反常长大二次再结晶 第七章 回复与再结晶 7 3再结晶 recrystallization 7 3 4再结晶后晶粒大小的控制 2 退火温度 退火温度高 晶粒长大 临界变形度 第七章 回复与再结晶 7 4晶粒长大 再结晶完成初期 获得细小等轴晶粒 第七章 回复与再结晶 7 4晶粒长大 7 4 1晶粒的正常长大 1 晶粒长大驱动力 高温下晶粒自发长大 晶界向曲率中心方向移动 见图 晶粒长大是大晶粒吞并小晶粒 第七章 回复与再结晶 7 4晶粒长大 7 4 1晶粒的正常长大 2 晶粒的稳定形状球状晶粒界面能最低 但晶粒不能为球状 有空隙 第七章 回复与再结晶 7 4晶粒长大 7 4 1晶粒的正常长大 2 晶粒的稳定形状 1 若晶粒小于六边 小晶粒 若为直线 夹角 120度若满足120度 晶界必向外凸 小晶粒只能逐渐缩小 直至消失 2 若晶粒大于六边若为直线 夹角大于120度若满足120度 晶界必向内凹 晶粒长大规律是大晶粒吞并小晶粒 第七章 回复与再结晶 7 4晶粒长大 7 4 1晶粒的正常长大 3 影响晶粒长大的因素晶粒长大 是通过晶界处的原子扩散迁移实现 1 温度随T 晶粒长大温度一定 晶粒达到一定尺寸后不再长大 2 杂质与合金元素异类原子吸附晶界处 降低晶界能 减少驱动力 阻碍晶粒长大 第七章 回复与再结晶 7 4晶粒长大 7 4 1晶粒的正常长大 3 影响晶粒长大的因素晶粒长大 是通过晶界处的原子扩散迁移实现 3 第二相质点第二相粒子越细小 数量越多 则阻碍晶粒长大能力越强 4 相邻晶粒位向差位向差越大 则晶面能越高 驱动力越大 晶界移动快 第七章 回复与再结晶 7 4晶粒长大 7 4 2晶粒反常长大 二次再结晶 个别一些晶粒过分长大 使材料内晶粒大小相差悬殊 第七章 回复与再结晶 7 5金属的热加工 变形 热加工 在再结晶温度以上进行塑性变形称为热加工 如高温下 锻造 轧制 拉拔 挤压等 冷加工 在再结晶温度以下进行塑性变形称为冷加工 特点 1 产生加工硬化 2 表面光洁度高 尺寸精度高 如 FeT再 450 在450 以下成型为冷加工 PbT再 室温 在室温成型为热加工 第七章 回复与再结晶 7 5金属的热加工 变形 7 5 1动态回复与动态再结晶动态回复 加工硬化 回复交替进行 冷却后可保持部分加工硬化 动态再结晶 加工硬化随时被再结晶消除 第七章 回复与再结晶 7 5金属的热加工 变形 7 5 2热加工后的组织与性能 热加工对组织和性能有如下影响 1 改善铸锭组织和性能 1 焊合气孔 疏松 使材料密度升高 2 细化组织 打碎粗大树枝晶 柱状晶 块状碳化物 3 消除偏析 从而使性能提高 2 使纤维组织分布合理热加工时 枝晶偏析 夹杂物 第二相沿变形方向被拉长 呈纤维状 第七章 回复与再结晶 7 5金属的热加工 变形 7 5 2热加工后的组织与性能 热加工对组织和性能有如下影响 3 产生带状组织 第七章 回复与再结晶 7 5金属的热加工 变形 7 5 3超塑性某些金属在高温下拉伸时 具有极大的延伸率 可达200 1000 这种性能称为超塑性 获得超塑性的条件是 1 变形一般在0 5 0 65T熔进行 2 应变速率应加以控制 通常1 0 01 s 1 3 在超塑性变形温度下