金属在冷和热塑性加工过程中组织和性能变化规律之回复和再结晶

1、金属在冷和热塑性加工过程中组织金属在冷和热塑性加工过程中组织和性能的变化规律和性能的变化规律报告人：吴毅报告人：吴毅报告时间：报告时间：20152015年年1111月月2 2日日一、回复一、回复二、再结晶二、再结晶三、晶粒长大三、晶粒长大具体内容：具体内容：1/27观察在不同加热温度下变化的特点，可将观察在不同加热温度下变化的特点，可将退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。个阶段。（1）回复：回复：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；（2）再结晶再结晶：是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程；（3）晶粒长大：晶粒长大：是指

2、再结晶结束之后晶粒的继续长大。2/27冷变形金属在退火过程中显微组织的变化冷变形金属在退火过程中显微组织的变化3/27冷变形金属退火时某些性能和能量的变化冷变形金属退火时某些性能和能量的变化性能及其他指标性能及其他指标加热温度加热温度04/27同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，屈服强度的回复动力学曲线屈服强度的回复动力学曲线剩余应变硬化分数（剩余应变硬化分数（1-R）时间时间/min5/27这种回复特征可用一级反应方程式来表达：这种回复特征可用一级反应方程式来表达：cxtxddc值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点，可值与温度的关系具有典型的热

3、激活过程的特点，可由由Arrhenius方程来描述：方程来描述：)/(0RTQecc最终得到最终得到lnt1/T的关系式为：的关系式为：RTQAtln6/272.回复机制回复机制 （1）低温回复（）低温回复（0.10.3Tm）：主要与点缺陷的迁移有关。（2）中温回复（）中温回复（0.30.5Tm）：主要与位错的滑移有关。（3）高温回复（）高温回复（0.5Tm）：高温时，刃型位错可获得足够的能量产生攀移。7/27（a）多变化前刃型位错散乱分布）多变化前刃型位错散乱分布（b）多变化后刃型位错排列成位错壁）多变化后刃型位错排列成位错壁 因此，回复退火主要是用作去应力退火，使冷加因此，回复退火主要是用

4、作去应力退火，使冷加工的金属在基本上保持加工硬化状态的条件下降低其工的金属在基本上保持加工硬化状态的条件下降低其内应力，以避免变形并改善工件的耐蚀性。内应力，以避免变形并改善工件的耐蚀性。8/27二、再结晶二、再结晶 与回复不同，再结晶是一个显微组织重新改组与回复不同，再结晶是一个显微组织重新改组的过程，驱动力是变形金属经回复后未被释放的储的过程，驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能。存能。1.再结晶过程：形核和长大再结晶过程：形核和长大 晶界弓出形核晶界弓出形核形核形核 亚晶形核亚晶形核 亚晶合并机制亚晶合并机制亚晶迁移机制亚晶迁移机制9/27长大：再结晶晶核形成后，借助界面的移动向周围

5、畸长大：再结晶晶核形成后，借助界面的移动向周围畸变区域长大，直到全部形成无畸变的等轴晶为止。变区域长大，直到全部形成无畸变的等轴晶为止。（1）晶界弓出形核）晶界弓出形核具有亚晶粒组织晶粒间的凸出形核示意图具有亚晶粒组织晶粒间的凸出形核示意图晶界弓出形核模型示意图晶界弓出形核模型示意图10/27（2）亚晶合并机制亚晶合并机制亚晶粒合并形核示意图亚晶粒合并形核示意图11/27（3）亚晶迁移机制）亚晶迁移机制亚晶粒迁移长大示意图亚晶粒迁移长大示意图12/272.再结晶动力学再结晶动力学（1）再结晶速度与温度的关系：）再结晶速度与温度的关系：（2）特点：再结晶过程有一孕育期，开始速度慢，）特点：再结晶

6、过程有一孕育期，开始速度慢，然后逐渐增大，在体积分数为然后逐渐增大，在体积分数为50%最大，然后减慢。最大，然后减慢。)/exp(RTQAv经经98%冷轧的纯铜（质量分数为冷轧的纯铜（质量分数为Cu=99.999%）在不同温度下的等温再结晶曲线）在不同温度下的等温再结晶曲线再结晶的体积分数再结晶的体积分数/%时间时间/min13/27作作1/Tlgt图，直线的斜率为图，直线的斜率为2.3R/QtQRAQRTlg3 . 2lg3 . 21（3）动力学方程表达式）动力学方程表达式（1/T）/10-3K-1经经98%冷轧的纯铜（质量分数为冷轧的纯铜（质量分数为Cu=99.999%）在不同）在不同温度

7、下等温再结晶时的温度下等温再结晶时的1/Tlgt图图t(R为为50%所需的时间所需的时间)/min14/273.再结晶温度及其影响因素再结晶温度及其影响因素（1）定义）定义：冷变形金属开始进行再结晶的最冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。低温度。 高纯金属：高纯金属：T再再=0.250.35Tm经验公式经验公式 工业纯金属：工业纯金属：T再再=0.350.45Tm 合金：合金：T再再=0.40.9Tm 注：再结晶退火温度一般比上述温度高注：再结晶退火温度一般比上述温度高10020015/27a. 变形量变形量（2）再结晶温度的影响因素）再结晶温度的影响因素开始再结晶温度开始再结晶温度/变形度变

8、形度/%a电解铁电解铁 b铝铝16/27b.原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸c.微量溶质原子微量溶质原子d.第二相粒子第二相粒子e.再结晶退火工艺参数，如加热速度、加热温度与再结晶退火工艺参数，如加热速度、加热温度与保温时间等。保温时间等。再结晶温度再结晶温度退火时间退火时间17/274.再结晶后的晶粒大小及其影响因素再结晶后的晶粒大小及其影响因素（1）利用约翰逊）利用约翰逊-梅厄方程，可得再结晶后晶粒尺梅厄方程，可得再结晶后晶粒尺寸寸d的表达式为：的表达式为：（2）影响因素）影响因素a.变形度的影响变形度的影响41)(NGkd 18/27低碳钢（低碳钢（C=0.06%）变形度及退）变形度及退火温度对

9、再结晶后晶粒大小的影响火温度对再结晶后晶粒大小的影响 此外，原始晶粒大小、杂质含量，以及形变温此外，原始晶粒大小、杂质含量，以及形变温度等均对再结晶后的晶粒大小也有影响。度等均对再结晶后的晶粒大小也有影响。b.退火温度的影响退火温度的影响放大放大100倍时每倍时每6.45cm2中晶粒数中晶粒数变形度变形度/%19/27三、晶粒长大三、晶粒长大驱动力：界面能差。驱动力：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）20/27（1）定义：）定义：再结晶后晶粒的均匀连续长大。（2）驱动力：）驱动力：界面能差。界面能越大，曲率半径越小，驱动力越大。(长大方向是

10、指向曲率中心,而再结晶晶核的长大方向相反.)注：由于晶粒长大是通过大角度晶界的迁注：由于晶粒长大是通过大角度晶界的迁移来进行的，因而所有影响晶界迁移的因移来进行的，因而所有影响晶界迁移的因素均对晶粒长大有影响。素均对晶粒长大有影响。1.正常长大正常长大21/27a.温度温度（3）影响晶粒长大的因素）影响晶粒长大的因素Dt/108cm2时间时间/min黄铜在恒温下的晶粒长大曲线黄铜在恒温下的晶粒长大曲线22/27b.分散相粒子：分散相粒子：一般有晶粒稳定尺寸一般有晶粒稳定尺寸d d和第二相质和第二相质点半径点半径r r、体积分数、体积分数 的关系：的关系： 34limrD移动中的晶界与分散相粒子

11、的交互作用示意图移动中的晶界与分散相粒子的交互作用示意图23/27c.晶粒间的位向差：晶粒间的位向差：小角度晶界的界面能小于大角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。度晶界，因而前者的移动速率低于后者。d.杂质与合金元素：降低界面能，不利于晶界移动。杂质与合金元素：降低界面能，不利于晶界移动。300时，微量锡对区域提纯的高纯铅的晶界迁移速度的影响时，微量锡对区域提纯的高纯铅的晶界迁移速度的影响晶界迁移速度晶界迁移速度/mmmin-1(Sn)/%24/272、异常长大、异常长大（1）定义：少数再结晶晶粒的急剧长大现象。）定义：少数再结晶晶粒的急剧长大现象。（2）机制）机制a.钉扎晶界的第二相溶于基体钉扎晶界的第二相溶于基体b.再结晶织构中位向一致晶粒的合并再结晶织构中位向一致晶粒的合并c.大晶粒吞并小晶粒大晶粒吞并小晶粒 25/27（3）对组织和性能的影响）对组织和性能的影响织构明显织构明显各向异性各向异性优化磁导率优化磁导率晶粒大小不均晶粒大小不均 性能不均性能不均晶粒粗大晶粒粗大降低强度和塑韧性降低强度和塑韧性提高表面粗糙度提高表面粗糙度纯的和含纯的和含MnS的的Fe-3Si合金（冷轧到合金（冷轧到0.35mm厚，厚，=50%）在不同温度退火）在不同温度退火1h的晶粒尺寸的晶