第五章 回复及再结晶

1、1 冷加工变形：冷加工变形：加工硬化加工硬化，可使位错数量增加，可使位错数量增加，金属的强度和硬度增加金属的强度和硬度增加冷加工缺点：冷加工缺点：内应力内应力，这种，这种残余应力残余应力在金属零在金属零件进一步加工和使用过程中往往会产生件进一步加工和使用过程中往往会产生不应有的变不应有的变形形，使用中也会由于大气环境与内应力的共同作用，使用中也会由于大气环境与内应力的共同作用，造成零件的造成零件的应力腐蚀应力腐蚀；冷加工也可能使；冷加工也可能使电阻率增加电阻率增加等等。这时金属处于。这时金属处于一种不稳定状态一种不稳定状态。4th 2发生应力腐蚀奥氏发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁体不锈钢管道

2、内壁应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环境体系环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含Cl的介质中发生，裂纹为树枝状。的介质中发生，裂纹为树枝状。3第五章第五章 回复与再结晶回复与再结晶Recovery and recrystallization 消除的方法消除的方法 退火处理退火处理。退火可使原子扩散能力增加，金属将依次发生退火可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大回复、再结晶和晶粒长大过程。过程。4加热温度加热温度 黄铜黄铜recove

3、ryrecrystallizationgrain growth5.1 冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织变化冷变形金属在加热时的组织变化5冷变形金属在加热时的组织变化冷变形金属在加热时的组织变化 回复回复recovery是指新的无畸变晶粒出现前所产是指新的无畸变晶粒出现前所产生的亚结构和性能变化的阶段，在金相显微镜生的亚结构和性能变化的阶段，在金相显微镜中无明显变化，仍保持原有的变形晶粒形貌，中无明显变化，仍保持原有的变形晶粒形貌，若通过若通过TEM，则可观察到位错组态或亚结构已，则可观察到位错组态或亚结构已开始发生变化。开始发生变化。

4、 recoveryrecrystallizationgrain growth6冷变形金属在加热时的组织变化冷变形金属在加热时的组织变化recoveryrecrystallizationgrain growth 再结晶再结晶recrystallization是指出现无畸变的等轴新是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。晶粒逐步取代变形晶粒的过程。 在开始阶段，在畸变较大的区域里产生新的无畸在开始阶段，在畸变较大的区域里产生新的无畸变的晶粒核心，即再结晶的形核过程；然后通过变的晶粒核心，即再结晶的形核过程；然后通过逐渐消耗周围变形晶粒而长大，转变成为新的等逐渐消耗周围变形晶粒而长大，转变

5、成为新的等轴晶，直至冷变形晶粒完全消失。轴晶，直至冷变形晶粒完全消失。7冷变形金属在加热时的组织变化冷变形金属在加热时的组织变化recoveryrecrystallizationgrain growth 晶粒长大晶粒长大grain growth是指再结晶结束后晶粒的是指再结晶结束后晶粒的长大过程，在晶界界面能的驱动下，新晶粒会发长大过程，在晶界界面能的驱动下，新晶粒会发生合并长大，最终达到一个相对稳定的尺寸。生合并长大，最终达到一个相对稳定的尺寸。8冷变形金属在加热时的性能变化冷变形金属在加热时的性能变化A：强度、硬度和塑性：强度、硬度和塑性 strength, hardness and du

6、ctility：回复阶段变化非常小，再结晶时硬度降低，塑性升高，晶回复阶段变化非常小，再结晶时硬度降低，塑性升高，晶粒长大后趋于缓慢粒长大后趋于缓慢。9B：电阻率：电阻率resistivity：其大小与点阵其大小与点阵中的点缺陷密切相关，随温度升高，中的点缺陷密切相关，随温度升高，空位浓度下降，故电阻率呈现连续空位浓度下降，故电阻率呈现连续下降趋势下降趋势。C：内应力：内应力inner stress：回复之后，回复之后，宏观内应力基本消除，微观内应力宏观内应力基本消除，微观内应力部分消除；再结晶后，冷变形造成部分消除；再结晶后，冷变形造成的内应力全部消除的内应力全部消除。D：密度：密度dens

7、ity：密度在再结晶阶段急剧增加，主要是密度在再结晶阶段急剧增加，主要是由于此时位错密度显著降低造成的由于此时位错密度显著降低造成的。E：储能的释放：储能的释放energy release：当加热到足以引起应力松当加热到足以引起应力松弛的温度时，储能就释放出来，再结晶阶段储能释放最弛的温度时，储能就释放出来，再结晶阶段储能释放最多，达到峰值多，达到峰值。10黄铜的回复、再结晶和晶粒长大黄铜的回复、再结晶和晶粒长大(a) (b)(c)(d)(e) (f)（a）是黄铜冷加工变形量达到）是黄铜冷加工变形量达到38后的组织，可见粗大晶粒内的滑移线。后的组织，可见粗大晶粒内的滑移线。（b）经过）经过58

8、0C保温保温3秒后，试样上秒后，试样上开始出现白色小的颗粒，即再结晶出开始出现白色小的颗粒，即再结晶出的新的晶粒。的新的晶粒。（c）是在）是在580C保温保温4秒后，显示有秒后，显示有更多新的晶粒出现。更多新的晶粒出现。（d）在）在580C保温保温8秒后，粗大的带秒后，粗大的带有滑移线的晶粒已完全被细小的新晶有滑移线的晶粒已完全被细小的新晶粒所取代，即完成了再结晶。粒所取代，即完成了再结晶。（e）是保温）是保温15分后的金相组织。晶分后的金相组织。晶粒已有所长大。粒已有所长大。（f）则是在）则是在700C保温保温10分后晶粒长分后晶粒长大的情形。大的情形。11退火温度与黄铜退火温度与黄铜强度、

9、塑性和晶强度、塑性和晶粒大小的关系粒大小的关系拉伸强度拉伸强度延展性延展性退火温度退火温度晶粒大小晶粒大小拉伸强度拉伸强度退火温度愈高晶退火温度愈高晶粒长得愈大，拉粒长得愈大，拉伸强度下降得愈伸强度下降得愈多，塑性则增加多，塑性则增加得愈多。得愈多。12 回复回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位与其他缺错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使缺陷数陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使缺陷数量减少等。量减少等。l由于位错运动使其由冷塑性变由于位错

10、运动使其由冷塑性变形时的无序状态变为垂直分布，形时的无序状态变为垂直分布，形成亚晶界，这一过程称形成亚晶界，这一过程称多边多边形化形化 polygonization。5.2 回复回复recovery13回复机理回复机理 recovery mechanism 移至晶界、位错处移至晶界、位错处点缺陷运动点缺陷运动 空位间隙原子空位间隙原子 消失消失 缺陷密度降低缺陷密度降低 空位聚集（空位群、对）空位聚集（空位群、对）1 1 低温回复机制低温回复机制 点缺陷的运动！点缺陷的运动！14 异号位错相遇而抵销异号位错相遇而抵销 位错密度降低位错密度降低位错滑移位错滑移 位错缠结重新排列位错缠结重新排列

11、亚晶规整化亚晶规整化2 2 中温回复机制中温回复机制 位错滑移！位错滑移！15位错攀移位错攀移（滑移）（滑移） 位错垂直排列（亚晶界）位错垂直排列（亚晶界） 多边化（亚晶粒）多边化（亚晶粒） 弹性畸变能降低。弹性畸变能降低。3 3 高温回复机制高温回复机制 位错攀移和滑移！位错攀移和滑移！16回回 复复 动动 力力 学学 recovery kineticsR 屈服强度回复率屈服强度回复率 m 变形后屈服强度变形后屈服强度 r 回复后屈服强度回复后屈服强度 0 原始态的屈服强度原始态的屈服强度0mrmR（1-R）愈小，即）愈小，即R 愈大，则回复程度愈大；愈大，则回复程度愈大； 回复过程无孕育期

12、，加热立刻开始回复；回复过程无孕育期，加热立刻开始回复； 初期的回复速率大，随后逐渐变慢；初期的回复速率大，随后逐渐变慢； 长时间退火后，性能出现一平衡值；长时间退火后，性能出现一平衡值； 预变形量愈大，起始回复速率愈大。预变形量愈大，起始回复速率愈大。1.00.80.60.40.20100200300400500oC450oC400oC350oC300oC时间时间/min./min.剩余应变硬化分数（剩余应变硬化分数（1-R1-R）同一变形度的同一变形度的Fe在不同温度下的回复在不同温度下的回复 回复是一个驰豫过程回复是一个驰豫过程( (relaxation process)17 在回复阶段

13、，金属组织变化在回复阶段，金属组织变化不明显，其强度、硬度略有不明显，其强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内下降，塑性略有提高，但内应力、电阻率等显著下降。应力、电阻率等显著下降。 工业上，常利用回复现象将工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称种热处理方法称去应力退火去应力退火relief annealing。18 回复阶段退火的作用：回复阶段退火的作用： 提高扩散提高扩散 促进位错运动促进位错运动 释放内应变能释放内应变能回复退火产生的结果：回复退火产生的结果： 电阻率下降电阻率下降硬度、强度下

14、降不多硬度、强度下降不多 降低内应力降低内应力19 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状：晶粒的形状：破碎拉长的晶粒破碎拉长的晶粒 等轴晶粒等轴晶粒。 这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶再结晶。 再结晶是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。5.3 再结晶再结晶 recrystallization20 由于再结晶后组织的复

15、原，因而金属的强度、硬由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。驱动力：驱动力：变形金属经回复后未被变形金属经回复后未被释放的储存能（相当于变形总储释放的储存能（相当于变形总储能的能的90%）。）。新晶粒长大通过短程扩散，再结晶程度依赖于新晶粒长大通过短程扩散，再结晶程度依赖于温度和时间。温度和时间。再结晶的驱动力？再结晶的驱动力？21铁素体变形铁素体变形80%670加热加热650加热加热22新晶粒的形核新晶粒的形核形核：形核：是在现存的局部高能区域内，以多边化形成是在现存的局部高能区域内，以多边化形成 的的亚晶亚晶为

16、基础形核为基础形核变形程度较小变形程度较小 时（小于时（小于20%20%），），各晶粒间由于变形不均匀而引起各晶粒间由于变形不均匀而引起位错密度不同，相应亚晶尺寸不位错密度不同，相应亚晶尺寸不同，为降低系统的自由能，位错同，为降低系统的自由能，位错密度小的晶粒中的亚晶通过晶界密度小的晶粒中的亚晶通过晶界凸入另外晶粒中，以吞食方式开凸入另外晶粒中，以吞食方式开始形成无畸变的再结晶晶核。始形成无畸变的再结晶晶核。1. 晶界弓出形核（应变诱导晶界移动、凸出形核）晶界弓出形核（应变诱导晶界移动、凸出形核）形核机制形核机制232. 亚晶形核：变形程度较大时发生此机制，又分为两种亚晶形核：变形程度较大时发

17、生此机制，又分为两种（a）亚晶合并机制亚晶合并机制：相邻亚晶界上的相邻亚晶界上的位错网络通过解离、拆散、位错网络通过解离、拆散、位错的攀移、滑移位错的攀移、滑移，逐渐转移到周围其它亚晶界上，导致，逐渐转移到周围其它亚晶界上，导致亚晶亚晶合并合并。（b）亚晶迁移机制：亚晶迁移机制：位错密度较大的位错密度较大的亚晶界亚晶界，向位向差较大的，向位向差较大的周围亚晶方向周围亚晶方向迁移迁移，并逐渐转化为，并逐渐转化为大角晶界大角晶界，成为形核中心并，成为形核中心并长大。长大。（a）（b）24再结晶的形核率和长大速率再结晶的形核率和长大速率再结晶的形核率再结晶的形核率是指单位时间、单位体积内形成的是指单

18、位时间、单位体积内形成的再结晶核心的数目，一般用再结晶核心的数目，一般用N表示；晶核一旦形成便表示；晶核一旦形成便会继续长大至相邻晶粒彼此相遇，会继续长大至相邻晶粒彼此相遇，长大速率长大速率用用G表示。表示。25 变形程度变形程度的影响：的影响：冷变形越大，储能越多，驱动力越大，冷变形越大，储能越多，驱动力越大， 长大越快，长大越快，T T再再越低越低 再再 结结 晶的形核与长大都受到晶的形核与长大都受到储存能的驱动储存能的驱动，主要影，主要影响因素有：响因素有：原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸：晶粒越细，变形抗力越大，变形后的储：晶粒越细，变形抗力越大，变形后的储能越高，能越高，T T再再越低；越低

19、；微量溶质原子微量溶质原子：易与位错交互作用，阻碍形核和长大，：易与位错交互作用，阻碍形核和长大，提提高高T T再再；第二相粒子第二相粒子：可提高、或降低再结晶温度；：可提高、或降低再结晶温度；退火工艺退火工艺：加热速度、加热温度、保温时间等工艺参数的：加热速度、加热温度、保温时间等工艺参数的影响。影响。26再结晶动力学再结晶动力学再结晶体积分数再结晶体积分数 vs. 时间时间长大速率。形核率；再结晶体积分数；)3exp(143GNtGNRR常数。常数；再结晶体积分数；)exp(1KBBtRKR约翰逊约翰逊-梅厄梅厄（Johnson-Mehl）方程：）方程：阿弗拉密阿弗拉密（Avrami）方程

20、：）方程：假定条件：假定条件：均匀成核、球形晶核，均匀成核、球形晶核，N、G不随时间改变、恒温不随时间改变、恒温假定条件：假定条件：均匀成核、球形晶核，均匀成核、球形晶核，N随时间指数衰减、恒温随时间指数衰减、恒温27再结晶再结晶 1) 1) 再结晶过程有孕育期；再结晶过程有孕育期；2) 再结晶刚开始速度慢，逐步加快，到再结晶分数再结晶刚开始速度慢，逐步加快，到再结晶分数为为50%时速度最快，随后逐渐变慢时速度最快，随后逐渐变慢 再结晶的特点再结晶的特点28再结晶再结晶 与与 固态相变固态相变 异同异同S型曲线型曲线转变率转变率 时间时间孕育期孕育期长大期长大期开始开始终了终了转变率转变率时间

21、（对数形式）时间（对数形式） 再结晶再结晶的晶核不是的晶核不是新相，晶体结构未变，新相，晶体结构未变，而而固态相变固态相变出现新相；出现新相； 固态相变固态相变倾向于晶倾向于晶界成核，而界成核，而再结晶再结晶以亚以亚晶为基础；晶为基础； 两者动力学过程相两者动力学过程相似。似。固态相变固态相变再结晶再结晶29再再 结结 晶晶 温温 度度recrystallization temperature定义定义1：冷变形金属开始进行再结晶的冷变形金属开始进行再结晶的最低温度最低温度。定义定义2：工业生产中，以经过工业生产中，以经过大变形量大变形量（70%以上）的变形以上）的变形金属，经金属，经1h退火后

22、完成退火后完成再结晶（再结晶（ R 95%）所所对应的温度对应的温度。 再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行的过程，在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶发生再结晶的最低温度称再结晶温度。的最低温度称再结晶温度。30T再再与与的关系的关系影响再结晶温度的因素：影响再结晶温度的因素： 1、金属的预先变形度：、金属的预先变形度：金属预先变形程度越大金属预先变形程度越大, 再结晶温度再结晶温度越低。越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低再结晶温度。称最

23、低再结晶温度。 纯金属的最低再结晶温度与其熔点之纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系间的近似关系: T再再(0.35-0.4)T熔熔， 其其中中T再再、T熔熔为绝对温度为绝对温度K. 金属熔点越高金属熔点越高, T再再也越高也越高.T再再 = (T熔熔+273)0.4273，如，如Fe的的T再再=(1538+273)0.4273=451Fe的再结晶温度？的再结晶温度？312、金属的纯度、金属的纯度 金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起阻碍扩金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起阻碍扩散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著提高散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著提高. eg. C

24、 加入到纯加入到纯Fe中变成低中变成低C钢，再结晶温度变为钢，再结晶温度变为540 。325、加热速度和保温时间、加热速度和保温时间 提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生, 延长加热时延长加热时间间, 使原子扩散充分使原子扩散充分, 再结晶温度降低。再结晶温度降低。 生产中，把消除加工硬化的热处理称为生产中，把消除加工硬化的热处理称为再结晶退火再结晶退火recrystallization annealing。再结晶退火温度比再结晶温再结晶退火温度比再结晶温度高度高100200。 3. 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸：晶粒越细，再结晶温度越低；：晶粒越细，再

25、结晶温度越低；4.第二相粒子第二相粒子：可提高、或降低再结晶温度；：可提高、或降低再结晶温度；33再结晶后晶粒的大小再结晶后晶粒的大小形核率长大速率常数;)(41NGNGd由约翰逊由约翰逊-梅厄方梅厄方程得再结晶晶粒程得再结晶晶粒尺寸尺寸d 为：为：（a）变形度的影响变形度的影响（b）温度的影响温度的影响影响因素影响因素34预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响.当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶.当变形达到当变形达到210%时，只有部分晶粒变形，变形极不均匀，再结晶晶粒大时，只有部分晶粒变

26、形，变形极不均匀，再结晶晶粒大小相差悬殊，易互相吞并和长大小相差悬殊，易互相吞并和长大,再结晶后晶粒特别粗大，这个变形度称临再结晶后晶粒特别粗大，这个变形度称临界变形度。界变形度。1、预先变形度、预先变形度当超过临界变形度后，随变形当超过临界变形度后，随变形程度增加，变形越来越均匀，程度增加，变形越来越均匀，再结晶时形核量大而均匀，使再结晶时形核量大而均匀，使再结晶后晶粒细而均匀，达到再结晶后晶粒细而均匀，达到一定变形量之后，晶粒度基本一定变形量之后，晶粒度基本不变。对于某些金属，当变形不变。对于某些金属，当变形量相当大时量相当大时( 90%)，再结晶后，再结晶后晶粒又重新出现粗化现象，一晶粒

27、又重新出现粗化现象，一般认为这与形成织构有关般认为这与形成织构有关.预先变形度对再结晶晶粒度的影响预先变形度对再结晶晶粒度的影响再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小变形量关系图）再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小变形量关系图）352 2 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸: :晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，使晶粒细化。使晶粒细化。3 3 合金元素和杂质合金元素和杂质: : 增加储存能，阻碍晶界移动，有利于晶增加储存能，阻碍晶界移动，有利于晶粒细化。粒细化。4 4 温度温度: :退火温度越高，回复程度越大，储存能减小，晶粒退火温度越高，回复程度越大，储存能减小，晶粒粗化；同

28、时临界变形度越小，晶粒粗大。粗化；同时临界变形度越小，晶粒粗大。再结晶退火温度对晶粒度的影响再结晶退火温度对晶粒度的影响温度的影响温度的影响36再结晶全图再结晶全图 ：再结晶退火温度再结晶退火温度- -变形量变形量- -再结晶后晶粒尺寸关系再结晶后晶粒尺寸关系 临界变形区临界变形区37再结晶的应用再结晶的应用 恢复变形能力恢复变形能力 改善显微组织改善显微组织 再结晶退火再结晶退火 消除各向异性消除各向异性 提高组织稳定性提高组织稳定性 再结晶退火温度：再结晶退火温度：T再再100200。 38Plastic deformationWork hardeningResidual stress加热

29、温度加热温度 5th Annealing Recovery Recrystallization Grain growth39Recovery？Recrystallization？Influencing factorsDrivingRecrystallization temperatureNuclear5th回复退火产生的结果：回复退火产生的结果： 电阻率下降电阻率下降硬度、强度下降不多硬度、强度下降不多 降低内应力降低内应力回复退火产生的结果：回复退火产生的结果： 消除加工硬化消除加工硬化改善显微组织改善显微组织消除各向异性消除各向异性提高组织稳定性提高组织稳定性40黄铜再结晶后晶粒的长大黄铜

30、再结晶后晶粒的长大580C保温保温8秒后的组织秒后的组织580580C C保温保温1515分后的组织分后的组织700700C C保温保温1010分后的组织分后的组织5.4 再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大grain growth 再结晶完成后，若继续升高加热温度再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，或延长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。这是一个自发的过程。41 驱驱 动动 力：力：界面能差界面能差 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）42晶粒长大晶粒长大 Grain growth 正常长大正常长大

31、正常长大：正常长大：大多数晶粒几乎同时长大，晶粒长大的驱大多数晶粒几乎同时长大，晶粒长大的驱动力是降低其界面能，晶粒界面的动力是降低其界面能，晶粒界面的不同曲率不同曲率是造成界面是造成界面迁移的直接原因，界面总是迁移的直接原因，界面总是向曲率中心的方向移动向曲率中心的方向移动。晶界运动方向晶界运动方向原子扩散方向原子扩散方向晶粒长大示意图晶粒长大示意图43 晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。小晶粒的过程。 晶粒粗大会使金属的强度、尤其是塑性和韧性降低晶粒粗大会使金属的强度、尤其是塑性和韧性降低 。原子穿过原子穿过晶界扩散晶界扩

32、散晶界迁晶界迁移方向移方向44影响晶粒长大的因素影响晶粒长大的因素(1)(1)温度温度。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。(2)(2)分散相粒子分散相粒子。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。(3)(3)杂质与合金元素杂质与合金元素。“气团气团”作钉扎晶界作钉扎晶界, ,不利于晶界移动。不利于晶界移动。(4)(4)晶粒位向差晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，。小角度晶界的界面能小于大角度晶界， 因而前者的移动速率低于后者。因而前者的移动速率低于后者。45晶粒长大晶粒长大 Grain growth 异异常长大常长大 异常长

33、大（不连续晶粒长大、二次再结晶）：异常长大（不连续晶粒长大、二次再结晶）： 少数晶粒突发性不均匀长大少数晶粒突发性不均匀长大，使晶粒之间尺寸差别显著增，使晶粒之间尺寸差别显著增大，直至这些迅速长大的晶粒完全相互接触为止。大，直至这些迅速长大的晶粒完全相互接触为止。 形成条件：形成条件：正常晶粒长大过程被正常晶粒长大过程被分散相粒子分散相粒子、织构织构或或表面热蚀沟表面热蚀沟等等强烈阻强烈阻碍碍，能够长大的晶粒，能够长大的晶粒数目较少，致使晶粒数目较少，致使晶粒大小相差悬殊。大小相差悬殊。46 各向异性各向异性 织构明显织构明显 优化磁导率优化磁导率 对组织和性能的影响对组织和性能的影响 晶粒大

34、小不均晶粒大小不均 性能不均性能不均 降低强度和塑韧性降低强度和塑韧性 晶粒粗大晶粒粗大 提高表面粗糙度提高表面粗糙度47Mg-3Al-0.8ZnMg-3Al-0.8Zn合金退火组织合金退火组织 a a 正常再结晶，正常再结晶，b b 晶粒长大，晶粒长大，c c 二次再结晶二次再结晶 48再结晶退火的组织再结晶退火的组织1 1 再结晶织构再结晶织构: :对于变形织构的金属及合金，退火可对于变形织构的金属及合金，退火可将形变织构消除，也可形成新织构。将形变织构消除，也可形成新织构。 择优形核（沿袭形变织构）择优形核（沿袭形变织构） 择优生长（特殊位向的再结晶晶核快速长大）择优生长（特殊位向的再结

35、晶晶核快速长大）2 2 退火孪晶退火孪晶: :因晶界迁移出现层错形成的。因晶界迁移出现层错形成的。700700C C保温保温1010分后的组织分后的组织49轧制轧制模锻模锻拉拔拉拔自自由由锻锻热加工热加工505.5 金属的热加工金属的热加工1 冷加工与热加工的区别冷加工与热加工的区别低于低于再结晶温度再结晶温度的加工变形称为冷加工的加工变形称为冷加工高于高于再结晶温度再结晶温度的加工变形称为热加工的加工变形称为热加工热加工：热加工： 加工硬化加工硬化 动态回复与再结晶动态回复与再结晶 Fe 的再结晶温度为的再结晶温度为451，其在，其在400 以下仍为冷加工。以下仍为冷加工。 而而 Sn 的再

36、结晶温度为的再结晶温度为-71，则其在室温下为热加工。，则其在室温下为热加工。软化软化抵消抵消51金属的冷热加工金属的冷热加工模锻模锻自由锻自由锻轧制轧制正挤压正挤压反挤压反挤压拉拔拉拔冲压冲压52动态回复与动态再结晶动态回复与动态再结晶 1 1 动态回复：在塑变过程中发生的回复。动态回复：在塑变过程中发生的回复。 2 2 动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。 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、应

37、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。快的冷却速度可获得细小晶粒。532 热加工对金属组织和性能的影响热加工对金属组织和性能的影响 热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或拄状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力或拄状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。学性能提高。 热加工使铸态金属中的非金属夹杂热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成彼此平行的沿变形方向拉长，形成彼此平行的宏观条纹，称作宏观条纹，称作流线流线，由这种流线，由这种流线体现的组织称体现的组

38、织称纤维组织纤维组织。它使钢产它使钢产生各向异性，在制定加工工艺时，生各向异性，在制定加工工艺时，应使流线分布合理，尽量与拉应力应使流线分布合理，尽量与拉应力方向一致。方向一致。 吊钩中的纤维组织吊钩中的纤维组织54 在加工亚共析钢时，发现钢中的在加工亚共析钢时，发现钢中的F与与P呈带状分布，呈带状分布，这种组织称这种组织称带状组织带状组织。 带状组织与枝晶偏析被沿加工方向拉长有关。可通带状组织与枝晶偏析被沿加工方向拉长有关。可通过多次正火或扩散退火消除过多次正火或扩散退火消除.正火组织正火组织带状组织带状组织55晶粒大小的控制。热加工时动态再结晶的晶粒大小晶粒大小的控制。热加工时动态再结晶的

39、晶粒大小主要取决于变形时的流变应力，应力越大，晶粒越主要取决于变形时的流变应力，应力越大，晶粒越细小。添加微量的合金元素可抑制热加工后的静态细小。添加微量的合金元素可抑制热加工后的静态再结晶，热加工后的细晶材料具有较高的强韧性。再结晶，热加工后的细晶材料具有较高的强韧性。56 热加工能量消耗小，但钢材表面易氧化。一般热加工能量消耗小，但钢材表面易氧化。一般用于截面尺寸大用于截面尺寸大、变形量大、在室温下加工困难变形量大、在室温下加工困难的工件。的工件。 而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光洁度要求高的工件。精度及表面光洁度要求高的工件。5

40、73 3 超塑性超塑性 superplasticity超塑性：某些材料在特定变形条件下呈现的特别大的超塑性：某些材料在特定变形条件下呈现的特别大的 延伸率延伸率500-2000 %。条件：晶粒细小、温度范围（条件：晶粒细小、温度范围（0.50.65Tm）、应变速率小）、应变速率小 （10.01%/s）。）。本质：多数观点认为是由晶界的滑动和晶粒的转动所致。本质：多数观点认为是由晶界的滑动和晶粒的转动所致。应用：复杂零件的精密成形；难于热变形材料的加工。应用：复杂零件的精密成形；难于热变形材料的加工。 58 超塑性材料的组织结构特点：超塑性材料的组织结构特点：A 超塑性变形时尽管变形量很大，但晶

41、粒没有被拉长，超塑性变形时尽管变形量很大，但晶粒没有被拉长，仍保持等轴状；仍保持等轴状；B 超塑性变形没有晶内滑移和位错密度的变化；超塑性变形没有晶内滑移和位错密度的变化；C超塑性变形过程中晶粒有所长大，且形变量越大，超塑性变形过程中晶粒有所长大，且形变量越大，应变速率越小，晶粒长大越明显；应变速率越小，晶粒长大越明显；D超塑性变形时产生晶粒换位，使晶粒趋于无规则排超塑性变形时产生晶粒换位，使晶粒趋于无规则排列，可消除再结晶织构和带状组织。列，可消除再结晶织构和带状组织。59 超塑性合金材料种类：超塑性合金材料种类： 最常用的铝、镍、铜、铁、合金均有最常用的铝、镍、铜、铁、合金均有1015个牌

42、号，它们的延伸率在个牌号，它们的延伸率在2002000之之间。如铝锌共晶合金为间。如铝锌共晶合金为1000，铝铜共晶，铝铜共晶合金为合金为1150，纯铝高达，纯铝高达6000，碳和不，碳和不锈钢在锈钢在150800之间，钛合金在之间，钛合金在4501000之间。之间。 60金属经过塑性变形后金属经过塑性变形后回复回复加工硬化加工硬化残余应力残余应力 退化处理退化处理再结晶再结晶晶粒长大晶粒长大特点特点特点特点晶粒形核和长大晶粒形核和长大再结晶温度再结晶温度长大特点长大特点本章小结本章小结61Laws of recrystallizationThere are several, largely

43、empirical laws of recrystallization:Thermally activated. The rate of the microscopic mechanisms controlling the nucleation and growth of recrystallised grains depend on the annealing temperature. Arrhenius-type equations indicate an exponential relationship. 62Critical temperature. Following from th

44、e previous rule it is found that recrystallization requires a minimum temperature for the necessary atomic mechanisms to occur. This recrystallization temperature decreases with annealing time. Critical deformation. The prior deformation applied to the material must be adequate to provide nuclei and

45、 sufficient stored energy to drive their growth. 63Laws of recrystallization(cont)There are several, largely empirical laws of recrystallization:Deformation affects the critical temperature. Increasing the magnitude of prior deformation, or reducing the deformation temperature, will increase the sto

46、red energy and the number of potential nuclei. As a result the recrystallization temperature will decrease with increasing deformation. 64Initial grain size affects the critical temperature. Grain boundaries are good sites for nuclei to form. Since an increase in grain size results in fewer boundaries this results in a decrease in the nucleation rate and hence an increase in the recrystallization temperature Deformation affects the final grain size. Increasing