第六章回复与再结晶

1、第六章第六章 金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶2第一节第一节 形变金属与合金在退火过程中的变化形变金属与合金在退火过程中的变化 金属和合金经塑性变形后，内部组织结构与各项金属和合金经塑性变形后，内部组织结构与各项性能均发生相应变化，并产生大量晶体缺陷（位错、性能均发生相应变化，并产生大量晶体缺陷（位错、空位等），变形金属中还储存了相当数量的弹性畸变空位等），变形金属中还储存了相当数量的弹性畸变能，使其处于热力学不稳定的高自由能状态。因此，能，使其处于热力学不稳定的高自由能状态。因此，经塑性变形的材料具有自发恢复到变形前低自由能状经塑性变形的材料具有自发恢复到变形前低自由能状态的

2、趋势。当冷变形金属加热时会发生态的趋势。当冷变形金属加热时会发生回复回复、再结晶再结晶和和晶粒长大晶粒长大等过程。等过程。3一、显微组织的变化一、显微组织的变化45二、储存能及内应力的变化二、储存能及内应力的变化加热过程中变形金属的性能变化加热过程中变形金属的性能变化 回复阶段释放的储回复阶段释放的储存能较少，再结晶晶存能较少，再结晶晶粒出现的温度对应于粒出现的温度对应于储能释放曲线的高峰。储能释放曲线的高峰。 在回复阶段，大部在回复阶段，大部分或全部的宏观内应分或全部的宏观内应力可以消除，而微观力可以消除，而微观内应力只有通过再结内应力只有通过再结晶方可全部消除。晶方可全部消除。6 金属在塑

3、性变形过程中，外力所作的功大部分转化为热能，金属在塑性变形过程中，外力所作的功大部分转化为热能，但尚有一小部分（约占总变形功的但尚有一小部分（约占总变形功的10）保留在金属内部，形成）保留在金属内部，形成残余内应力和点阵畸变。残余内应力和点阵畸变。1. 宏观内应力（第一类内应力） 由于金属工件或材料各部分的不均匀变形所引起的，它是整个由于金属工件或材料各部分的不均匀变形所引起的，它是整个物体范围内处于平衡的力。物体范围内处于平衡的力。2. 微观内应力（第二类内应力） 由于晶粒或亚晶粒变形不均匀而引起的，它是在晶粒或亚晶粒由于晶粒或亚晶粒变形不均匀而引起的，它是在晶粒或亚晶粒范围内处于平衡的力。

4、范围内处于平衡的力。3. 点阵畸变（第三类内应力） 由于工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原由于工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等）引起的。只在晶界、滑移面等附近不多的原子群范子、位错等）引起的。只在晶界、滑移面等附近不多的原子群范围内维持平衡，作用范围是几十至几百纳米。围内维持平衡，作用范围是几十至几百纳米。7 由于杂质原子和由于杂质原子和合金元素阻碍再结合金元素阻碍再结晶的形核和长大，晶的形核和长大，推迟再结晶过程，推迟再结晶过程，从而使不纯金属和从而使不纯金属和合金中的储能在再合金中的储能在再结晶开始以前能通结晶开始以前能通过回复而较多地释过回复而

5、较多地释放出来。放出来。A 纯金属纯金属B 不纯金属不纯金属C 合合 金金8三、性能及其他指标的变化三、性能及其他指标的变化加热过程中变形金属的性能变化加热过程中变形金属的性能变化9第二节第二节 回回 复复 回复（回复（recovery）是指冷塑性变形的金属在加热时，是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。所产生的某些亚结构和性能的变化过程。 冷变形金属在回复阶段，金属的变形晶粒形态并未冷变形金属在回复阶段，金属的变形晶粒形态并未发生任何变化，但是金属的一些性能如内应力、密

6、度、发生任何变化，但是金属的一些性能如内应力、密度、电阻率等则有明显的变化。这是由于在比晶粒更微观电阻率等则有明显的变化。这是由于在比晶粒更微观的结构层次上与这些性能相关的的结构层次上与这些性能相关的点阵缺陷密度和组态点阵缺陷密度和组态变化变化的结果。的结果。10一、退火温度和时间对回复过程的影响一、退火温度和时间对回复过程的影响 回复过程是回复过程是原子的迁移扩原子的迁移扩散过程。散过程。11二、回复机制二、回复机制 一般认为，回复是空位和位错在退火过程中发生运一般认为，回复是空位和位错在退火过程中发生运动，从而改变了它们的数量和组态的过程。动，从而改变了它们的数量和组态的过程。 回复阶段的

7、加热温度不同，冷变形金属的回复机制回复阶段的加热温度不同，冷变形金属的回复机制各异。各异。1. 低温回复低温回复 低温回复主要与点缺陷（空位和间隙原子）的迁移低温回复主要与点缺陷（空位和间隙原子）的迁移有关。有关。 点缺陷运动的结果，使点缺陷密度明显下降。点缺陷运动的结果，使点缺陷密度明显下降。122. 中温回复中温回复 加热温度稍高时，会发生位错运动和重新分布。回复的加热温度稍高时，会发生位错运动和重新分布。回复的机制主要与位错的滑移有关，同一滑移面上的异号位错可机制主要与位错的滑移有关，同一滑移面上的异号位错可以相互吸引而抵消。以相互吸引而抵消。3. 高温回复高温回复 高温时，刃型位错可获

8、得足够能量产生攀移，发生多边高温时，刃型位错可获得足够能量产生攀移，发生多边化（或多边形化）。化（或多边形化）。多边化多边化：冷变形金属加热时，原来处在滑移面上的位错通：冷变形金属加热时，原来处在滑移面上的位错通过攀移和滑移，形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。过攀移和滑移，形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。多边化的驱动力多边化的驱动力：弹性应变能的降低。：弹性应变能的降低。1314三、亚结构的变化三、亚结构的变化15四、回复退火的应用四、回复退火的应用 回复退火回复退火在工程上称之为在工程上称之为去应力退火去应力退火，使冷加工，使冷加工的金属件在基本保持加工硬化状态的条件下降低其的金属件在基本保持

9、加工硬化状态的条件下降低其内应力（主要是第一类内应力），以避免或减轻变内应力（主要是第一类内应力），以避免或减轻变形并改善工件的耐蚀性。形并改善工件的耐蚀性。16第三节第三节 再再 结结 晶晶 冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，位错密度显著降低，性能也发生显著变化，并恢复位错密度显著降低，性能也发生显著变化，并恢复到 冷 变 形 前 的 水 平 ， 这 个 过 程 称 为到 冷 变 形 前 的 水 平 ， 这 个 过 程 称 为 再 结 晶再 结 晶（rec

10、rystallization）。再结晶的再结晶的驱动力驱动力：储存能的降低（与回复的驱动力：储存能的降低（与回复的驱动力相同）。相同）。171819 变形金属发生再结晶时，力学性能发生显著变变形金属发生再结晶时，力学性能发生显著变化，金属恢复到软化状态；变形储存能得到充分化，金属恢复到软化状态；变形储存能得到充分释放；新的无畸变等轴晶完全取代了原畸变晶粒，释放；新的无畸变等轴晶完全取代了原畸变晶粒，但是但是再结晶前后晶格类型不变再结晶前后晶格类型不变，因此，因此再结晶不是再结晶不是相变相变。20一、再结晶晶核的形成与长大一、再结晶晶核的形成与长大（一）形（一）形 核核1. 亚晶长大形核机制 一

11、般在大的变形度下发生。可能有两种方式：一般在大的变形度下发生。可能有两种方式： （1）亚晶合并形核（）亚晶合并形核（适于高层错能金属适于高层错能金属） （2）亚晶界移动形核）亚晶界移动形核（适于低层错能金属）（适于低层错能金属） 两种方式都是通过消耗周围的高能量区长大成为两种方式都是通过消耗周围的高能量区长大成为再结晶晶核。因此，随着变形度的增大，会产生更再结晶晶核。因此，随着变形度的增大，会产生更多的高能量区，从而有利于再结晶晶核的形成。多的高能量区，从而有利于再结晶晶核的形成。层错能：产生单位面层错能：产生单位面积层错所需的能量。积层错所需的能量。21222. 晶界凸出形核机制 对于变形程

12、度较小（约小于对于变形程度较小（约小于40%）的金属，其再结晶）的金属，其再结晶晶核常以晶界凸出方式形成，即应变诱导晶界移动或称晶核常以晶界凸出方式形成，即应变诱导晶界移动或称为晶界弓出形核机制。为晶界弓出形核机制。晶界凸出形核晶界凸出形核23 再结晶退火时，晶界中的某一段向亚晶粒细小、位再结晶退火时，晶界中的某一段向亚晶粒细小、位错密度高的一侧弓出。错密度高的一侧弓出。24（二）长（二）长 大大 再结晶晶核形成之后，它就借界面的移动而向周再结晶晶核形成之后，它就借界面的移动而向周围畸变区域长大。围畸变区域长大。 界面迁移的驱动力界面迁移的驱动力是无畸变的新晶粒与周围畸变是无畸变的新晶粒与周围

13、畸变的母体（即旧晶粒）之间的应变能差。的母体（即旧晶粒）之间的应变能差。 界面移动的方向界面移动的方向总是总是背离界面曲率中心背离界面曲率中心，向着畸，向着畸变区域推进。直到全部形成无畸变的等轴晶粒为止，变区域推进。直到全部形成无畸变的等轴晶粒为止，再结晶即告完成。再结晶即告完成。25二、再结晶温度及其影响因素二、再结晶温度及其影响因素再结晶温度：再结晶温度：经过严重冷变形（变形度在经过严重冷变形（变形度在70%以上）的金以上）的金属，在约属，在约1h的保温时间内能够完成再结晶（的保温时间内能够完成再结晶（95%转变量）转变量）的温度。的温度。 再结晶不是相变，没有一个恒定的转变温度。因此再结

14、再结晶不是相变，没有一个恒定的转变温度。因此再结晶温度不是一个物理常数，而是随条件的不同（如变形程晶温度不是一个物理常数，而是随条件的不同（如变形程度、材料纯度、退火时间等），可以在一个较宽的范围内度、材料纯度、退火时间等），可以在一个较宽的范围内变化。变化。 金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在经验关系：金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在经验关系：T再再 Tm (K) 对于工业纯金属，对于工业纯金属， 值为值为 0.350.4； 对于高纯金属，对于高纯金属， 值为值为 0.250.35 甚至更低。甚至更低。261. 变形程度变形程度 随着冷变形程度的增加，储能也增多，再结晶的驱动力随着冷变

15、形程度的增加，储能也增多，再结晶的驱动力越大，再结晶温度越低。但当变形量增大到一定程度后，越大，再结晶温度越低。但当变形量增大到一定程度后，再结晶温度基本上稳定不变了。再结晶温度基本上稳定不变了。 在给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量（临界变在给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量（临界变形度）。低于此变形度，不发生再结晶。形度）。低于此变形度，不发生再结晶。2. 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸 在其他条件相同的情况下，原始晶粒越细小，冷变形时在其他条件相同的情况下，原始晶粒越细小，冷变形时加工硬化率大，储能高，再结晶温度则较低。此外，晶界加工硬化率大，储能高，再结晶温度则较低。此外，晶界往往是

16、再结晶形核的有利区域，故再结晶形核率和长大速往往是再结晶形核的有利区域，故再结晶形核率和长大速率均增加，再结晶温度也被降低。率均增加，再结晶温度也被降低。273. 微量溶质原子微量溶质原子 微量溶质原子的存在能显著提高再结晶温度。微量溶质原子的存在能显著提高再结晶温度。284. 第二相第二相 弥散的第二相能提高再结晶温度。弥散度愈大，效弥散的第二相能提高再结晶温度。弥散度愈大，效果愈好。如果第二相数量不多而且弥散度不大时，有果愈好。如果第二相数量不多而且弥散度不大时，有可能使再结晶温度降低。可能使再结晶温度降低。5. 加热速度与保温时间加热速度与保温时间 加热速度过于缓慢时，再结晶温度上升。但

17、是，极加热速度过于缓慢时，再结晶温度上升。但是，极快的加热速度也会因在各温度下停留时间过短而来不快的加热速度也会因在各温度下停留时间过短而来不及形核与长大，也会致使再结晶温度升高。及形核与长大，也会致使再结晶温度升高。 在一定范围内延长保温时间会降低再结晶温度。在一定范围内延长保温时间会降低再结晶温度。 在烧结铝中加入在烧结铝中加入5%的的Al2O3，可使再结晶温度提高到可使再结晶温度提高到500。 29三、再结晶晶粒大小的控制三、再结晶晶粒大小的控制再结晶晶粒的平均直径再结晶晶粒的平均直径d可用下式表达：可用下式表达：41)NG(Kd 式中，式中， N为形核率；为形核率；G为长大线速度；为长

18、大线速度；K为比例常数。为比例常数。由上式可知，再结晶后的晶粒大小决定于由上式可知，再结晶后的晶粒大小决定于 NG的比值。的比值。30（一）变形度（一）变形度 当变形量很小时，晶粒尺寸当变形量很小时，晶粒尺寸即为变形前原始晶粒的尺寸。即为变形前原始晶粒的尺寸。 当变形量增大到某一数值当变形量增大到某一数值（一般金属在（一般金属在2%10%范围范围内）时，再结晶后的晶粒特别内）时，再结晶后的晶粒特别粗大。通常把对应于得到特别粗大。通常把对应于得到特别粗大晶粒的变形度称为粗大晶粒的变形度称为临界变临界变形度形度。31 当变形度超过临界变形当变形度超过临界变形度后，则变形度越大，晶度后，则变形度越大

19、，晶粒越细小。粒越细小。 当变形度达到一定程度当变形度达到一定程度后，再结晶晶粒大小基本后，再结晶晶粒大小基本保持不变。保持不变。3233（二）再结晶退火温度（二）再结晶退火温度 当变形程度和保温时当变形程度和保温时间一定时，提高再结晶间一定时，提高再结晶退火温度，不仅使再结退火温度，不仅使再结晶后的晶粒变得更粗大，晶后的晶粒变得更粗大，而且还减小临界变形度而且还减小临界变形度的具体值。的具体值。34（三）原始晶粒尺寸（三）原始晶粒尺寸 当变形度一定时，当变形度一定时，原始晶粒越细，金属原始晶粒越细，金属中晶界面积越大，形中晶界面积越大，形成再结晶晶核的部位成再结晶晶核的部位也越多，造成形核率

20、也越多，造成形核率增大，则再结晶后的增大，则再结晶后的晶粒也越细。晶粒也越细。35 溶于基体中的合金元素及杂质，一方面增加变形溶于基体中的合金元素及杂质，一方面增加变形金属的储存能，另一方面阻碍晶界的运动，一般均金属的储存能，另一方面阻碍晶界的运动，一般均起细化晶粒的作用。起细化晶粒的作用。（四）合金元素及杂质（四）合金元素及杂质36第四节第四节 晶晶 粒粒 长长 大大 再结晶刚结束时，再结晶组织为细小的等轴晶粒。再结晶刚结束时，再结晶组织为细小的等轴晶粒。若继续提高加热温度或延长保温时间，则再结晶晶若继续提高加热温度或延长保温时间，则再结晶晶粒将通过晶界的迁移使一部分晶粒尺寸增大，而另粒将通

21、过晶界的迁移使一部分晶粒尺寸增大，而另一部分晶粒尺寸减小直至消失，这一现象称之为一部分晶粒尺寸减小直至消失，这一现象称之为晶晶粒长大粒长大。l 正常长大：晶粒均匀连续地长大。正常长大：晶粒均匀连续地长大。l 反常长大（二次再结晶）：晶粒不均匀不连续地反常长大（二次再结晶）：晶粒不均匀不连续地长大。长大。37一、晶粒的正常长大一、晶粒的正常长大 晶体中有许多晶粒获得长大条件，晶粒的长大是连续晶体中有许多晶粒获得长大条件，晶粒的长大是连续地、均匀地进行，晶粒长大过程中晶粒的尺寸是比较均地、均匀地进行，晶粒长大过程中晶粒的尺寸是比较均匀的，晶粒平均尺寸的增大也是连续的。匀的，晶粒平均尺寸的增大也是连

22、续的。（一）晶粒长大的驱动力（一）晶粒长大的驱动力 晶粒长大的晶粒长大的驱动力是总的界面能的降低，即晶粒长大驱动力是总的界面能的降低，即晶粒长大前后总的界面能差。前后总的界面能差。 细晶粒长大成为粗晶粒是使金属自由能下降的自发过细晶粒长大成为粗晶粒是使金属自由能下降的自发过程。晶界的界面能越大，曲率半径越小（或曲率越大），程。晶界的界面能越大，曲率半径越小（或曲率越大），则晶界移动的驱动力越大。则晶界移动的驱动力越大。38 晶粒长大时，弯曲的晶界晶粒长大时，弯曲的晶界总是趋向于平直化，即总是趋向于平直化，即向晶向晶界的曲率中心方向移动界的曲率中心方向移动以减以减少界面积。这与再结晶时晶少界面积

23、。这与再结晶时晶界移动的方向正好相反。界移动的方向正好相反。39因晶界为大角度晶界，其因晶界为大角度晶界，其晶界能为常数，故晶界能为常数，故 12 = 13 = 23 因此三个相邻晶粒晶界相因此三个相邻晶粒晶界相交点力学平衡条件为：交点力学平衡条件为： 12 = 13 = 23 = 120 所有三晶界相交而相互间所有三晶界相交而相互间夹角不是夹角不是120 的将通过晶界的将通过晶界迁移趋向迁移趋向120 。（二）晶粒的稳定形状（二）晶粒的稳定形状232313131212sinsinsin 4041 晶粒稳定形状的晶粒稳定形状的两个必备条件（缺两个必备条件（缺一不可）：一不可）：（1）所有的晶界

24、均）所有的晶界均为直线；为直线；（2）晶界间的夹角）晶界间的夹角均为均为120 。42l 六边形晶粒满足晶界夹角应为六边形晶粒满足晶界夹角应为120 的力学平衡要求并可保的力学平衡要求并可保持晶界平直，故最为稳定。持晶界平直，故最为稳定。l 边数小于边数小于6的晶粒为满足的晶粒为满足120 晶间夹角要求而具有外凸的晶间夹角要求而具有外凸的晶界，而外凸的晶界将向曲率中心迁移使晶粒缩小。晶界，而外凸的晶界将向曲率中心迁移使晶粒缩小。l 边数大于边数大于6的晶粒为满足的晶粒为满足120 晶间夹角要求则具有内凹的晶间夹角要求则具有内凹的晶界，内凹晶界迁移的结果使晶粒长大。晶界，内凹晶界迁移的结果使晶粒

25、长大。4344晶界迁移总是朝向晶界的曲晶界迁移总是朝向晶界的曲率中心方向；随着晶界迁移，小晶粒（晶粒边数小于率中心方向；随着晶界迁移，小晶粒（晶粒边数小于6）逐渐被吞并到相邻的较大晶粒（晶粒边数大于逐渐被吞并到相邻的较大晶粒（晶粒边数大于6），晶界），晶界本身趋于平直化；三个晶粒的晶界交角趋于本身趋于平直化；三个晶粒的晶界交角趋于120 ，使晶，使晶界处于平衡状态。界处于平衡状态。45 晶粒长大是通过晶界迁移实现的，所有影响晶界迁移晶粒长大是通过晶界迁移实现的，所有影响晶界迁移的因素都会影响晶粒长大。的因素都会影响晶粒长大。1. 温温 度度 温度越高，晶粒长大速度越快。通常在一定温度下晶温度越

26、高，晶粒长大速度越快。通常在一定温度下晶粒长大到一定尺寸后就不再长大，但升高温度后晶粒又粒长大到一定尺寸后就不再长大，但升高温度后晶粒又会继续长大。会继续长大。2. 杂质及合金元素杂质及合金元素 一般认为被吸附在晶界的溶质会降低晶界的界面能，一般认为被吸附在晶界的溶质会降低晶界的界面能，从而降低界面移动的驱动力，使晶界不易移动，降低晶从而降低界面移动的驱动力，使晶界不易移动，降低晶粒长大速度。粒长大速度。（三）影响晶粒长大的因素（三）影响晶粒长大的因素463. 第二相质点第二相质点 弥散分布的第二相质点阻碍晶界的移动，使晶粒长大受到弥散分布的第二相质点阻碍晶界的移动，使晶粒长大受到抑制。抑制。

27、 稳定晶粒尺寸稳定晶粒尺寸d = 4r/3 。式中，式中，r为第二相质点半径，为第二相质点半径， 为为第二相质点的体积分数。第二相质点的体积分数。 第二相质点越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大的能力越第二相质点越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大的能力越强，晶粒越细小。强，晶粒越细小。4. 相邻晶粒的位向差相邻晶粒的位向差 晶界的界面能与相邻晶粒的位向差有关。与大角度晶界相晶界的界面能与相邻晶粒的位向差有关。与大角度晶界相比，小角度晶界的界面能低，故界面移动的驱动力小，晶界比，小角度晶界的界面能低，故界面移动的驱动力小，晶界移动速度低。所以大角度晶界的移动速度大于小角度晶界。移动速度低。所以大角度晶

28、界的移动速度大于小角度晶界。47二、晶粒的反常长大二、晶粒的反常长大 将再结晶完成后的金属继续加热至某一温度以将再结晶完成后的金属继续加热至某一温度以上，或更长时间地保温，会有少数晶粒优先长大，上，或更长时间地保温，会有少数晶粒优先长大，成为特别粗大的晶粒，而其周围较细的晶粒则逐成为特别粗大的晶粒，而其周围较细的晶粒则逐渐被吞食掉，整个金属由少数比再结晶后晶粒要渐被吞食掉，整个金属由少数比再结晶后晶粒要大几十倍甚至几百倍的特大晶粒组成，又称为大几十倍甚至几百倍的特大晶粒组成，又称为不不连续晶粒长大连续晶粒长大或或二次再结晶二次再结晶。4849 二次再结晶的二次再结晶的驱动力驱动力来自来自界面能

29、的降低界面能的降低，与正常，与正常长大的驱动力相同。长大的驱动力相同。 严格说来，二次再结晶是严格说来，二次再结晶是在特殊条件下的晶粒长在特殊条件下的晶粒长大现象大现象，并非是再结晶。，并非是再结晶。 发生晶粒反常长大的发生晶粒反常长大的基本条件基本条件是晶粒的正常长大是晶粒的正常长大过程被弥散的夹杂物、第二相粒子或织构等强烈地过程被弥散的夹杂物、第二相粒子或织构等强烈地阻碍。阻碍。50 二次再结晶导致二次再结晶导致晶粒粗大，降低材晶粒粗大，降低材料的强度、塑性和料的强度、塑性和韧性，对产品的性韧性，对产品的性能非常有害。因此，能非常有害。因此，在制订材料的再结在制订材料的再结晶退火工艺时，一

30、晶退火工艺时，一般应避免发生二次般应避免发生二次再结晶。再结晶。51三、再结晶退火后的组织三、再结晶退火后的组织 再结晶退火是将冷变形金属加热到规定温度，并再结晶退火是将冷变形金属加热到规定温度，并保温一定时间，然后缓慢冷却到室温的一种热处理保温一定时间，然后缓慢冷却到室温的一种热处理工艺。其目的是降低硬度，提高塑性，恢复并改善工艺。其目的是降低硬度，提高塑性，恢复并改善材料的性能。材料的性能。（一）再结晶图（一）再结晶图 通常将通常将再结晶后晶粒大小再结晶后晶粒大小、变形程度变形程度和和退火温度退火温度之间的关系（保温时间一定）绘制成立体图形，称之间的关系（保温时间一定）绘制成立体图形，称为

31、为“再结晶图再结晶图”。5253（二）再结晶织构和退火孪晶（二）再结晶织构和退火孪晶1. 再结晶织构 当变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各当变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒会逐渐调整其取向而彼此趋于一致，这一现个晶粒会逐渐调整其取向而彼此趋于一致，这一现象称为晶粒的象称为晶粒的择优取向择优取向。由于金属塑性变形使晶粒。由于金属塑性变形使晶粒具有择优取向的组织称为具有择优取向的组织称为形变织构形变织构。 具有形变织构的金属经再结晶后的新晶粒若仍具有形变织构的金属经再结晶后的新晶粒若仍具有择优取向，则称之为具有择优取向，则称之为再结晶织构再结晶织构或或退火织构退火织构。再结晶织构可

32、能和原来的形变织构一致，但更经常再结晶织构可能和原来的形变织构一致，但更经常和原来的形变织构完全不同。和原来的形变织构完全不同。54 变形度越大，退火温度越高，所产生的织构越显著。变形度越大，退火温度越高，所产生的织构越显著。 当出现织构后，多晶体金属显示出当出现织构后，多晶体金属显示出各向异性各向异性，对材料，对材料的性能和加工工艺有很大的影响。的性能和加工工艺有很大的影响。55深冲工件上的深冲工件上的“制耳制耳”562. 退火孪晶 具有镜面对称位向关系的两部分晶体称为具有镜面对称位向关系的两部分晶体称为孪晶孪晶，对称，对称晶面称为晶面称为孪晶面孪晶面。57形成孪晶的主要方式有三种：形成孪晶

33、的主要方式有三种： （1）形变孪晶（机械孪晶）：通过机械变形产生的）形变孪晶（机械孪晶）：通过机械变形产生的孪晶；孪晶； （2）生长孪晶：包括晶体自气态（如气相沉积）、）生长孪晶：包括晶体自气态（如气相沉积）、液态（液相凝固）或固体中长大时形成的孪晶；液态（液相凝固）或固体中长大时形成的孪晶； （3）退火孪晶（再结晶孪晶）：）退火孪晶（再结晶孪晶）：变形金属变形金属在其在其再结再结晶退火晶退火过程中形成的孪晶。过程中形成的孪晶。58第五节第五节 金属的热加工金属的热加工一、金属的热加工与冷加工一、金属的热加工与冷加工l 热加工：在热加工：在再结晶温度以上再结晶温度以上进行的加工过程。进行的加工

34、过程。l 冷加工：在冷加工：在再结晶温度以下再结晶温度以下进行的加工过程。进行的加工过程。 例如，低熔点金属（如例如，低熔点金属（如Pb、Sn等）的再结晶温度等）的再结晶温度低于室温，在室温下的加工实际上是热加工；高熔点低于室温，在室温下的加工实际上是热加工；高熔点金属，如金属，如W的再结晶温度约为的再结晶温度约为1200，因此即使在，因此即使在1000变形时仍会造成加工硬化，属于冷加工。变形时仍会造成加工硬化，属于冷加工。59 在热加工过程中，在金属内部同时进行着加工硬化在热加工过程中，在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反的过程。与回复再结晶软化两个相反的过程。l 动态回复动

35、态回复、动态再结晶动态再结晶：在热加工过程中同时出现：在热加工过程中同时出现的回复与再结晶。的回复与再结晶。l 静态回复静态回复、静态再结晶静态再结晶：变形中断或终止后的保温：变形中断或终止后的保温过程中，或者在随后的冷却过程中所发生的回复与再过程中，或者在随后的冷却过程中所发生的回复与再结晶。结晶。60二、动态回复与动态再结晶二、动态回复与动态再结晶对于层错能较高的金对于层错能较高的金属，如属，如Al、 -Fe、铁素、铁素体钢以及一些密排六方金体钢以及一些密排六方金属（属（Mg、Zn）等，交滑）等，交滑移容易进行，在热变形过移容易进行，在热变形过程中动态回复是软化的主程中动态回复是软化的主要

36、方式，其应力应变曲要方式，其应力应变曲线如左图所示。线如左图所示。（一）动态回复（一）动态回复61l 第第阶段：微应变阶段阶段：微应变阶段l 第第阶段：均匀变形阶段阶段：均匀变形阶段l 第第阶段：稳态流变阶段阶段：稳态流变阶段 达到稳态流变时应力值与变形温度、应变速率有达到稳态流变时应力值与变形温度、应变速率有关。升高变形温度或降低应变速率，都将使稳态流变关。升高变形温度或降低应变速率，都将使稳态流变应力降低。应力降低。62 动态回复的组织形态特点：动态回复的组织形态特点：在纤维状晶粒内有等在纤维状晶粒内有等轴状的亚晶粒。变形温度越低，应变速率越大，则轴状的亚晶粒。变形温度越低，应变速率越大，

37、则形成的亚晶尺寸越小。形成的亚晶尺寸越小。 动态回复的组织比较稳定，如果在热变形后迅速动态回复的组织比较稳定，如果在热变形后迅速冷却，亚晶组织便可以保留下来。冷却，亚晶组织便可以保留下来。 动态回复组织的强度远高于再结晶组织，因此可动态回复组织的强度远高于再结晶组织，因此可作为强化材料的一种途径。作为强化材料的一种途径。63 对具有低层错能的材料，对具有低层错能的材料，如如Cu、Au、Ni、Ag、Pd及其合金、及其合金、 -Fe、奥氏体不、奥氏体不锈钢和奥氏体合金以及高纯锈钢和奥氏体合金以及高纯度的度的 -Fe等，不易发生交滑等，不易发生交滑移和动态回复。此时，动态移和动态回复。此时，动态再结

38、晶成为动态软化的主要再结晶成为动态软化的主要方式。方式。 动态再结晶应力应变曲动态再结晶应力应变曲线的形状取决于应变速率。线的形状取决于应变速率。（二）动态再结晶（二）动态再结晶64l 第第阶段：加工硬化阶阶段：加工硬化阶段（段（0 C）l 第第阶段：动态再结晶阶段：动态再结晶开始阶段（开始阶段（ C S）l 第第阶段：稳态流变阶阶段：稳态流变阶段（段（ S） 动态再结晶的应力应变曲线受变形温度和应变速率的动态再结晶的应力应变曲线受变形温度和应变速率的影响明显。变形温度上升或应变速率下降都将使应力应影响明显。变形温度上升或应变速率下降都将使应力应变曲线向下方移动。变曲线向下方移动。65 动态再结晶的组织形态特点：动态再结晶的组织形态特点：在等轴晶内存在被在等轴晶内存在被缠结位错所分割的亚晶粒。动态再结晶的晶粒比静缠结位错所分割的亚晶粒。动态再结晶的晶粒比静态再结晶的细小。态再结晶的细小。 动态再结晶的晶粒大小决定于应变速率和变形温动态再结晶的晶粒大小决定于应变速率和变形温度。提高变形温度，降低应变速率，可得到较