回复与再结晶

1、多练岀技巧巧思出硕果回复与再结晶1冷变形金属在加热时的组织和性能的变化 2回复过程3再结晶过程4晶粒长大过程5.热加工对金属组织和性能的影响 1组织和性能的变化回复与再结晶回复：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1 .也料氐犬1r1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，而使形变一 |. 巧Tj加鴉说度戒低爼时间一强化效应完全消 除的过程n显微组织变化回复阶段：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

2、界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸"加热诅度或保温用闾冋夏!再结晶|1晶料长大r"1r!r*1力学性能变化(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.晶粒长丸阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降.liiernin irmprmUxn! *7!回蚩冉牯晶一邑独氏光(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"多练出技巧巧思出硕果储存能变化(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

3、变能(3 12% )(2 )存在形式”位错(80 - 90 % )-驱动力匚点缺陷丄(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4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。多练岀技巧巧思岀硕果二、回复肩s¥f 竺？r-r=一科缺陷密度降低L回复过程的特征(1) 组织不发生变化，仍保持 变形状态伸长的晶粒；(2) 变形引起的宏观一类应力 全部消失，微观二类应力大部分 消除；(3) 一般力学性能变化不大； 某些物理性能有较大变化，电阻 率显著降低，密度增大.(4) 变形储存能在回复阶部 分释放。2

4、*回复机理(1 )低温回复(0.1-037)移至晶界.位错处二 点缺陷运动空位斗间隙原子 t肖失l 空位聚集(空位群.对)J(2)中温回复(03七5几):异号位错相遇而抵销 位错滑移卜位错密度降低位错缠结重新排列丄（3）高温回复（0.57m ）位错攀移（十滑移）-位错垂直排列（亚晶界）-多边化 （亚晶粒）-弹性畸变能降低.a)b)图多边化前.后刃型位错的排列情况a多边化前b）多边化后回复退火（1 ）回复机制与性能的关系内应力降低：弾性应变基本消除；硬度、强度下降不多：位错密度降低不明显，亚聶较细; 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

5、变形.开裂, 提高耐蚀性。再结晶形核和长大 不是生成新相(1)形核高能区域，以多边化形成的亚晶为基础 晶界弓出形核(变形度较小的20% )A:变形小，位错密度小，能量低B:变形大，位错密度丸能量高需要降低系统能量， A中的某些亚晶通过 晶界弓出迸入B,吞 食B中亚晶。 亚晶形核大的变形度下发生以多边化亚晶为基础* 分为：(i)亚晶转动合并机制；(ii)亚晶迁移机制。(i)亚晶转动合并机制变形量大，高层错能的金属a位错网络向邻近亚晶界转移消失，亚晶转动合并与相邻亚晶位向差会逐渐转为大角晶界，并且达到临界尺 寸后，机制结束°成为稳定的再结晶核心。(11)亚晶迁移机制变形度大，低层错能的金

6、属。变形度大，位错密度高，亚晶界能量也高，易于迁移，淸 除并吸收扫过区的位错等缺陷。与相邻亚晶位向差逐渐转为大角晶界，并且达到临界尺寸 后，成为稳定的再结晶核心°再结晶形核地点有什么特点或特征？哪些地点可能是优先的形核地点？再结晶形核现存于局部高能区域，以多边化形成亚晶为基础形核,有两种形核机制 优先形核地点：i原始晶粒处2亚晶形核时，在形变形成的大角晶界处或通过亚晶长大而逐步形成的大角晶界处3第二相粒子附近(2)长大由于成核中心超过临界尺寸后晶界总会背离曲率中心，向着畸变区推迸；直到再结晶晶粒 相碰，变形区消失。再结晶温度及其影响因素(1)再结晶温度 冷变形金属开始进行再结晶的最低

7、温度称为再结晶温 度，它可用金相法或硬度法测定，即以显微镜中出现第一 颗新晶粒时的温度或以硬度下降50%所对应的温度，定为 再结晶温度n 工业中通常以经过大变形量(>70%)的冷变形金属， 经lh退火能完成再结晶(>95%)所对应的温度。再结晶温度的影响因素从推动力上去理鮮 变形程度变形t、储能f >驱动力t > Tl T不会总I ,而有一个稳定值(僅350.4几)另外一种说法每一T都有一个临界变形量 原始晶粒尺寸尺寸J >变形抵抗力t ,储能t , Tl尺寸J ,晶界数量f 、形核区域T, TI 微量溶质原子溶质原子越多，T .原因：钉扎晶界和依错口不同溶质原子

8、对F的影响程度不同，与原子与位错的 相互作用强弱和其扩散系数有关。 第二相粒子具有两重性。变形过程中，第二相阻碍位错，引起位 错塞积，储能増加，n .再结晶过程中，也会阻碍 位错的重排和迁移，从而阻碍再结晶，7T .如果粒子大小和间距都大，容易在第二相粒子表面上 再结晶，则后一种影响是次要前，Tl o反之，Tt . 再结晶退火工艺参数加热速度、加热温度与保温时间等退火工艺参数 加热速度j ,有时间回复，储能j , rt加热速度过快，也会导致来不及再结晶，T退火时间f , F J ,但不会无限减小.4. 影响再结晶的因素(1) 退火温度口温度越向，再结晶速度越大(2 )变形量口变形量越大，再结晶

9、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，驱动力越丸；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 结聶*(5) 第二分散相口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。5. 再结晶晶粒大小的控制再结晶晶粒的平均直径：d=kG/Nl/4 其中&为长大速率，N为形核率.临界变形度：对应于再结晶后得到特别粗大晶粒的变形程度通过增大N，减小G,来细化晶粒。原始品粒尺寸H、r忖叱誌審略界变形盘6. 再结晶全图

10、看着书上讲解。再结晶全图 将变形程度*退火温 度与再结晶后晶粒大 小的关系（保温时间 一定）裹示在一个立 体图上而构成口10*10110:10i旷I1O"1临界变形区二次再结晶区7VVVlv"II dq 3 Q 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1QO 变形程度，变形程度，退火温度，再结晶后晶粒大小关系曲线图图为铝的再结晶全图，晶粒度有两个极大值，临界变形度和二次再结晶变形度超过临界变形度后， 变形越大，再结晶晶粒越细；某些金属，变形很大时也会出现反常长大，如铝。退火温度越高，晶粒越粗大。 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。

11、 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n这两条都是根据减小比值来细化晶粒。控制退火保温时间和提高加热速度，可防止晶粒长大。以上即为细化再结晶晶粒的方法。讲到这里，结合材料科学基础及热处理知识讲一下，细化晶粒方法。1. 从液固相变的角度分析。*控制过冷度。*变质处理，促进形成大量非均匀晶核来细化晶粒。*振动搅拌，使枝晶破裂，形核数目增多。2. 固态相变角度分析。*热处理。降低加热温度，使晶粒长大速率降低，或者采用球化退火、正火等工艺。*热加工。锻造或轧制方法。室温多向锻造和高温退火，利用变形孪晶和退火孪晶细化晶粒。大塑性变形来细化晶粒。3. 再结晶角度分析。即以上讲到部分。例

12、题：为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形 5%后于650C退火1h, 组织反而粗化，增大冷变形量至 80%再于650C退火1h,仍然 得到粗大晶粒。试分析其原因，指出上述工艺的不合理处， 并制 定一种合理的晶粒细化工艺。再结晶退火后晶粒大小主要取决于预先变形度和退火温度。变形度太小，N小，G大，即d大，同时看图上。二次再结晶，反常长大，同样看图。工艺：增大变形度，适当提高退火温度。讲下结晶，再结晶，固态相变一些区别。再结晶一一组织变化，没有结构变化结晶结构变化固态相变一一成分结构、有序化程度都发生变化自由能差值小于0,末态能量越低，越稳定。自由能减小的过程凝固驱动力液固两相自由能差扩散一一元素的化学

13、势差晶粒长大 界面能差回复再结晶一一塑性变形的储能再结晶织构塑性变形形成形变织构，变形织构金属在再结晶退火后织构也难 以消除，可能还会产生再结晶织构。晶粒长大正常长大图具有亚晶組纠时晶阿占出形樓示感圏图晶粒艮大时晶界移动方向反常长大（二次再结晶）（1）异常长丸：少数再结晶晶粒的急剧长丸现象.（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。（不是重新形核硅铁二阮再结临的反常晶住硅钢片退火lh额晶粒尺寸的变优L钉扎晶界的笫二相溶于基体(4 )机制T再结晶织构中位向一致晶粒的合并大晶粒吞并小晶粒r各向异性:优化磁导率(5)对组织和 性能的影

14、响Y百曰目粒大小不均T一性能不均-降低强度和塑韧性晶粒粗大提高表面粗糙度一般要避免但有时也可利用，如：硅钢片生产，要获得粗大晶粒。有时需要制备单晶热加工再结晶温度以上的加工。匚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口(2 )动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶(欝态回复与再结晶：在无外力作用下发生)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:来用低的变形终止温度、大的置终变形量s快的冷却速 度可获得细小晶粒"(3)热加工后的组织与性能 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“

15、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. 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。不利影响：加工的温度过高，晶粒粗大；若温度过 低，引起加工硬化.残余内应力等；形成带状组织使性 能变坏"动态回复与动态再结晶应力-应变曲线看着书上讲解。402 403面a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(0.5-0.65入)、应变速率小(10.01%/s)

16、.(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。一些真题层错能对金属热塑性变形的影响。高层错能金属热塑性变形主要通过回复软化低层错能金属热塑性变形主要通过再结晶软化。20XX 年七、（10分）户外用的架空铜导线要求一定的强度）和户内电灯用花线， 在加工之后可否采用相同的最终热处理工艺？为什么？七、不能釆用相同的最终热处理工艺，户外用的架空铜导线要求较高的强 度I 一般用回复退火消除应力同时保留一定强度，户内电灯用花线需要易于变形 和高的导电性能，可以釆用再结晶退火使之软化，获得高的导电性能。20XX 年十一、（15分）工业纯铜

17、的熔点为1083C,在剧烈冷变形后的工业纯铜板上 取三个试样，第一个试样加热到200兀，第二个试样加热到500弋、第三个试样 加热到800T,各保温一小时，然后空冷。试画出各试样热处理后的显微组织示 意图，说明它们在强度和塑性方面的区别及原因°十试样热处理后的显微组织示意图（略，分别为纤维组织、再结晶组织 和晶粒长大组织）；200乞加热试样强度高，塑性低，500加热试样强度低魏 性好，800X加热试样强度更低，造成强度和塑性差别的主要原因是剧烈冷变形 后的工业纯铜板在随后的加热中温度不同，分别经受回复、再结晶和晶粒长大的 过程。20XX年8题8. （2&分低层错能的工业纯铜铸

18、锭采用T = Qg点温度热加工开坯轧制。（!）画出该材料分别在高、低应变速率下热加工时的真应力r真应变曲线示 意图，并说明影响曲线变化的各种作用机制口（2）开坯后该金属在室温下继续进行轧制，画岀此时的真应力真应变曲线 示意图，并说明影响曲线变化的机制。G）开坯后该金属要获得硬态、半硬态和软态制品，最后工序中可采用哪些 方法，为什么？8（1）该材料热加工时的真应力真应变曲线禾意图（略儿（注意曲线中均应 有应力峰值，在高应变速率下岀现应力峰值后曲线基本水平，在低应变速率下出 现应力峰值后曲线呈波浪J高应变速率下曲线分三个阶段：未发生动态再结晶的加工硬化阶段，动态再 结晶加剧阶段I完全动态再结晶阶段（此时加工硬化勾再结晶软化达到平衡，曲 线接近水平，达到稳态流变阶段儿低应变速率下完全动态再结晶阶段呈波浪形是反复动态再结晶软化加 工硬化动态再结晶软化交替进行