回复与再结晶新PPT学习教案

1、会计学1回复与再结晶新回复与再结晶新7.1 形变金属及合金在退火过程中的变化形变金属及合金在退火过程中的变化u回复，再结晶只是针对经过冷塑变的材料而言；回复，再结晶只是针对经过冷塑变的材料而言；u再结晶过程没有发生真正意义的相变，再结晶与重结晶完全不同；再结晶过程没有发生真正意义的相变，再结晶与重结晶完全不同；u动力形变的储存能；动力形变的储存能；u再结晶过程，其形变织构仍然存在再结晶过程，其形变织构仍然存在或保留原织或保留原织构构或形成新的织构退火织构或形成新的织构退火织构将冷塑性变形的金属材料加热到将冷塑性变形的金属材料加热到0.5T熔熔温度附近，进行保温，随时间温度附近，进行保温，随时间

2、的延长。第一阶段显微组织无变化，晶粒仍是冷变形后的纤维状，称的延长。第一阶段显微组织无变化，晶粒仍是冷变形后的纤维状，称为回复阶段。第二阶段完全变成新的等轴晶粒，称为再结晶阶段。第为回复阶段。第二阶段完全变成新的等轴晶粒，称为再结晶阶段。第三阶段称为晶粒长大阶段。三阶段称为晶粒长大阶段。显微组织的变化显微组织的变化第1页/共22页储存能的释放与性能变化储存能的释放与性能变化1 1 储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分（储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分（1010）变形功。）变形功。 弹性应变能（弹性应变能（3 31212） 2 2 存在形式存在形式 位错（位错（80809090） 点缺陷

3、点缺陷 3 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。释放。第2页/共22页回复、再结晶及晶粒长大阶段中性能的变化情况回复、再结晶及晶粒长大阶段中性能的变化情况（1 1）力学性能）力学性能 回复阶段回复阶段：强度、硬度略有下降，塑：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。性略有提高。 再结晶阶段再结晶阶段：强度、硬度明显下降，：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。塑性明显提高。 晶粒长大阶段晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，塑性继续提高, ,粗化严重时下降。粗化严重时下降。 （2 2）

4、物理性能）物理性能 密度：在回复阶段变化不大，在再结密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；晶阶段急剧升高； 电阻：电阻在回复阶段可明显下降。电阻：电阻在回复阶段可明显下降。第3页/共22页7.2 回复回复回复过程回复过程3阶段阶段（储存能在回复阶段三个峰值所对应的）（储存能在回复阶段三个峰值所对应的）约化温度：约化温度：表征加热温度的高低表征加热温度的高低，用绝对温标表示的加热温度与其用绝对温标表示的加热温度与其熔点温度之比，熔点温度之比， TH =T/Tm。回复机理回复机理（1）低温回复（）低温回复（TH在在0.10.3Tm） 低温回复主要涉及点缺陷的运动。空位或间隙原子移动到晶界

5、或低温回复主要涉及点缺陷的运动。空位或间隙原子移动到晶界或位错处消失，空位与间隙原子的相遇复合，空位集结形成空位对或空位错处消失，空位与间隙原子的相遇复合，空位集结形成空位对或空位片，使点缺陷密度大大下降。主要发生电阻和应力回复。位片，使点缺陷密度大大下降。主要发生电阻和应力回复。（2）中温回复（）中温回复（ TH在在0.30.5Tm） 中温回复时，随温度升高，原子活动能力增强，位错可以在滑移中温回复时，随温度升高，原子活动能力增强，位错可以在滑移面上滑移或交滑移，使异号位错相遇相消，位错密度下降，位错缠面上滑移或交滑移，使异号位错相遇相消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使亚晶规整化

6、。结内部重新排列组合，使亚晶规整化。第4页/共22页（3）高温回复（）高温回复（ TH 0.5Tm） 高温回复，原子活动能力进一步增强，位错除滑移外，还可攀移。高温回复，原子活动能力进一步增强，位错除滑移外，还可攀移。主要机制是主要机制是。冷变形后由于同号刃型位错在滑移面上塞积而导。冷变形后由于同号刃型位错在滑移面上塞积而导致点阵弯曲，在退火过程中通过刃型位错的攀移和滑移，使同号刃型致点阵弯曲，在退火过程中通过刃型位错的攀移和滑移，使同号刃型位错沿垂直于滑移面的方向排列成小角的亚晶界，这个过程称为多边位错沿垂直于滑移面的方向排列成小角的亚晶界，这个过程称为多边化。其驱动力来自应变能的下降。化。

7、其驱动力来自应变能的下降。多边化前后位错的排列情况多边化前后位错的排列情况(a)多边化前多边化前 (b)多边化后多边化后刃型位错的滑移和攀移过程刃型位错的滑移和攀移过程第5页/共22页回复动力学回复动力学 研究回复动力学，可以了解冷变形金属在回复过程中的性能、回复研究回复动力学，可以了解冷变形金属在回复过程中的性能、回复程度与时间的关系，从而更好的控制回复过程程度与时间的关系，从而更好的控制回复过程。经拉伸变形的纯铁在不同温度下加热时，屈服强度的回复动力学曲线经拉伸变形的纯铁在不同温度下加热时，屈服强度的回复动力学曲线如何解释图中的现象？如何解释图中的现象？第6页/共22页回复退火回复退火去应

8、力退火去应力退火1.概念：将变形金属加热到一个较低温度保温，以消除内应力，又称去概念：将变形金属加热到一个较低温度保温，以消除内应力，又称去 应力退火。应力退火。2.应用：回复退火主要用来除去内应力，冷变形后金属中存在的内应力应用：回复退火主要用来除去内应力，冷变形后金属中存在的内应力 通常是有害的。通常是有害的。 如：黄铜弹壳，为消除晶间应力腐蚀开裂，可用如：黄铜弹壳，为消除晶间应力腐蚀开裂，可用260退火去应力。退火去应力。 回复退火后，晶粒形状及回复退火后，晶粒形状及 HV都无明显变化，只是内应力消除，都无明显变化，只是内应力消除，电阻率下降。电阻率下降。第7页/共22页7.3 再结晶形

9、核和长大过程再结晶形核和长大过程定义：定义：冷变形金属加热到一定温度后，在变形基体中重新生成无冷变形金属加热到一定温度后，在变形基体中重新生成无畸变的新晶粒，性能恢复到原来的软化状态，这一过程称为再结畸变的新晶粒，性能恢复到原来的软化状态，这一过程称为再结晶晶. 驱动力：驱动力：变形金属经回复后未被释放的储存能（相当于变形总储变形金属经回复后未被释放的储存能（相当于变形总储能的能的90）。）。再结晶再结晶的形核的形核与长大与长大过程过程第8页/共22页再结晶的形核再结晶的形核形核机制：形核机制：晶界弓出形核晶界弓出形核和和亚晶形核亚晶形核。（1）小变形量的弓出形核机制）小变形量的弓出形核机制

10、小变形量时小变形量时,各晶粒形变不均匀各晶粒形变不均匀, 相邻晶粒的位错密度相差很大，相邻晶粒的位错密度相差很大，变形小的晶粒向变形度大的亚晶粒一侧弓出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。形成无畸变晶核。弓出形核机制示意图弓出形核机制示意图第9页/共22页(2）亚晶合并机制）亚晶合并机制 当形变量比较大时，当形变量比较大时，高层错能金属高层错能金属存在很多亚晶，易交滑移。存在很多亚晶，易交滑移。亚晶合并机制示意图亚晶合并机制示意图过程：过程： 多边化。亚晶的多边化。亚晶的“Y”过程过程 相邻晶粒转动使小亚晶合并为大亚晶。相邻晶粒转动使小亚晶合并为大亚晶。 亚晶尺寸增大形成大角

11、晶界。亚晶尺寸增大形成大角晶界。 大角晶界弓出形成再结晶核心。大角晶界弓出形成再结晶核心。第10页/共22页（3）亚晶蚕食机制）亚晶蚕食机制 一般变形量很大的一般变形量很大的低层错能金属低层错能金属扩展位错宽度大，不易束集，交滑移扩展位错宽度大，不易束集，交滑移困难，位错密度很高。困难，位错密度很高。亚晶蚕食机制示意图亚晶蚕食机制示意图过程：过程： 很大的小区域位错攀移重分布，使位错运动到相邻晶粒，很大的小区域位错攀移重分布，使位错运动到相邻晶粒， 形成一个形成一个低的小区域。低的小区域。 低的区域逐渐扩大，其与周围区域的位向角增大。低的区域逐渐扩大，其与周围区域的位向角增大。 当小区域扩大到

12、一定体积，与周围晶粒之晶界变为大角晶界当小区域扩大到一定体积，与周围晶粒之晶界变为大角晶界。 大角晶界弓出形成核心。大角晶界弓出形成核心。三种形核机制都是大角度晶界的突然迁移，所不同的是获得大角度晶界的途径不同。三种形核机制都是大角度晶界的突然迁移，所不同的是获得大角度晶界的途径不同。第11页/共22页再结晶动力学再结晶动力学影响再结晶的因素影响再结晶的因素1.温度温度 加热温度加热温度越高越高，再结晶转变速度越快，完成再结晶所需的时间，再结晶转变速度越快，完成再结晶所需的时间也也越短越短。再结晶温度再结晶温度：通常是指金属经较大塑性变形后加热：通常是指金属经较大塑性变形后加热1小时，发生再结

13、小时，发生再结晶体积达晶体积达95%所需的温度。一般将发生所需的温度。一般将发生5%再结晶时的温度称为开始再结晶时的温度称为开始再结晶温度。再结晶温度。纯金属：纯金属：T再再=（0.350.45）Tm2.变形程度变形程度 变形程度变形程度越大越大，存储能也越多，再结晶驱动力也越大，因此再结晶，存储能也越多，再结晶驱动力也越大，因此再结晶温度也越低，同时再结晶速度也越快。温度也越低，同时再结晶速度也越快。第12页/共22页3.微量溶质原子微量溶质原子 微量的溶质原子的微量的溶质原子的存在存在对再结晶有巨大的影响。溶质或杂质原子与对再结晶有巨大的影响。溶质或杂质原子与位错，晶界有交互作用，偏聚在位

14、错及晶界处，对位错的运动及晶界位错，晶界有交互作用，偏聚在位错及晶界处，对位错的运动及晶界的迁移起的迁移起阻碍作用阻碍作用，因此不利于再结晶的形核与长大，阻碍再结晶，因此不利于再结晶的形核与长大，阻碍再结晶，使使再结晶温度升高再结晶温度升高。4.原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸 其他条件相同情况下，晶粒其他条件相同情况下，晶粒越细越细，变形抗力越大，冷变形后存储能变形抗力越大，冷变形后存储能越多，越多，再结晶温度越低再结晶温度越低。相同变形度，晶粒。相同变形度，晶粒越细越细，晶界总面积越大，晶界总面积越大，可供形核场所较多，生核率也增大，可供形核场所较多，生核率也增大，再结晶速度加快再结晶速度加快。5

15、.分散相粒子分散相粒子 分散相粒子分散相粒子直径较大直径较大，离子间距较大的情况下，离子间距较大的情况下，再结晶被促进再结晶被促进；而；而小的粒子尺寸和小的粒子间距，再结晶被阻碍。小的粒子尺寸和小的粒子间距，再结晶被阻碍。 原因？原因？第13页/共22页再结晶后晶粒大小再结晶后晶粒大小（1）变形度的影响）变形度的影响不能相变细化的金属，可以再结晶细化。不能相变细化的金属，可以再结晶细化。避免临界变形度避免临界变形度(2）退火温度）退火温度 提高退火温度，不仅使再结晶的晶粒长大，而且使临界提高退火温度，不仅使再结晶的晶粒长大，而且使临界变形度小，临界变形度越小，再结晶后的晶粒也越粗大变形度小，临

16、界变形度越小，再结晶后的晶粒也越粗大。低碳钢（低碳钢（0.06%.C）变形度及退火温度对再结晶晶粒大小的影响）变形度及退火温度对再结晶晶粒大小的影响回复退火：去应力（回复退火：去应力（1，2类）退火，类）退火，电阻率降；电阻率降；再结晶退火：除织构外，所有性能都再结晶退火：除织构外，所有性能都恢复。恢复。第14页/共22页7.4 晶粒长大晶粒长大驱动力驱动力：长大，使总的界面能降低，是热力学自发过程。长大，使总的界面能降低，是热力学自发过程。 驱动力表现为由晶界曲率产生的张力驱动力表现为由晶界曲率产生的张力。说明：说明：晶粒长大的驱动力是晶界总能量的下降，具体表现为晶界曲率变晶粒长大的驱动力是

17、晶界总能量的下降，具体表现为晶界曲率变化产生的力化产生的力P；P总是与晶界能成正比，所以大角度晶界易于迁移，而小角度晶总是与晶界能成正比，所以大角度晶界易于迁移，而小角度晶界不可能迁移；界不可能迁移；P总是正比于总是正比于1/R，所以曲率增大，驱动力增大，平面的界面是，所以曲率增大，驱动力增大，平面的界面是不可能迁移的；不可能迁移的；P总是指向曲率中心的，所以晶界向曲率中心方向迁移。总是指向曲率中心的，所以晶界向曲率中心方向迁移。长大方式：长大方式：正常长大；正常长大； 异常长大（二次再结晶）异常长大（二次再结晶）.正常长大正常长大第15页/共22页晶粒的稳定形貌晶粒的稳定形貌影响晶粒长大的因

18、素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。但在某温度下，存在温度：温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。但在某温度下，存在极限。极限。(2)第二相质点：阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。一般有晶粒稳定第二相质点：阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。一般有晶粒稳定尺寸尺寸d和第二相质点半径和第二相质点半径r、体积分数、体积分数 的关系：的关系： d=4r/3 (3)杂质与合金元素：杂质与合金元素：“气团作气团作”钉扎晶界钉扎晶界,不利于晶界移动。不利于晶界移动。(4)相邻晶粒位向差：小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者相邻晶粒位向差：小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者

19、的移动速率低于后者。的移动速率低于后者。第16页/共22页晶粒的异常长大晶粒的异常长大1 异常长大异常长大: 少数再结晶晶粒的急剧长大现象少数再结晶晶粒的急剧长大现象 (二次再结晶）二次再结晶）2 基本条件基本条件:正常晶粒长大过程被正常晶粒长大过程被(第二分散相微粒、织构）强烈阻碍。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）驱动力：界面能变化（不是重新形核）4 原因：晶粒内部肯定存在大量的阻止晶粒长大的因素。原因：晶粒内部肯定存在大量的阻止晶粒长大的因素。 1）合金元素附集晶界，阻碍晶界迁移。）合金元素附集晶界，阻碍晶界迁移。 2）第二相粒子阻碍晶界运动。）第二相

20、粒子阻碍晶界运动。 3）薄板中的热蚀沟。）薄板中的热蚀沟。第17页/共22页7.5 金属的热变形金属的热变形n热变形或热加工指金属材料在热变形或热加工指金属材料在再结晶温度以上再结晶温度以上的加工变形。热加的加工变形。热加工过程中，在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个工过程中，在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反过程。相反过程。动态回复动态回复在塑变过程中发生的回复。在塑变过程中发生的回复。主要发生在主要发生在层错能高层错能高的金属材料的热变的金属材料的热变形过程中。形过程中。动态回复过程的热加工真应力动态回复过程的热加工真应力应变曲线：应变曲线：（1）形变开始时，

21、位错密度增加，应力增加，产生硬化。）形变开始时，位错密度增加，应力增加，产生硬化。（2）变形到一定程度，位错密度达稳定状态。）变形到一定程度，位错密度达稳定状态。（3）只发生动态回复的材料，热加工后仍保持长晶粒（但晶粒内部存在等轴状亚晶）只发生动态回复的材料，热加工后仍保持长晶粒（但晶粒内部存在等轴状亚晶胞状亚结构）胞状亚结构）（4）将动态回复的材料热加工后快冷可使强化部分保留下来。）将动态回复的材料热加工后快冷可使强化部分保留下来。第18页/共22页动态再结晶动态再结晶在塑变过程中发生的再结晶。在塑变过程中发生的再结晶。主要发生在低层错能的材料，产生扩展位错，难以进行交滑移和攀主要发生在低层错能的材料，产生扩展位错，难以进行交滑移和攀移，有很大的储存能。移，有很大的储存能。特点特点 反复形核，有限长大，晶粒较细。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。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。获得细小晶粒。动态再结晶的真应力动态再结晶的真应力应变曲线应变曲线 热加