第五章材料的变形和再结晶

1、第五章第五章 材料的变形和再结晶材料的变形和再结晶 5.1 5.1 材料在静载下的力学行为材料在静载下的力学行为一、概述一、概述金属的应力金属的应力应变曲线应变曲线 金属在外力作用下一般经历金属在外力作用下一般经历弹性变形（弹性变形（elastic deformationelastic deformation）弹塑性变形（弹塑性变形（plastic deformationplastic deformation）断裂（断裂（fracturefracture）三个阶三个阶段段 1.1.工程应力一应变曲线工程应力一应变曲线 工程应力一应变（工程应力一应变（）曲线：）曲线： 式中：式中： P作用在试样

2、上的载荷；作用在试样上的载荷； A0试样的原始横截面积；试样的原始横截面积； l0试样的原始标距部分长度；试样的原始标距部分长度； l试样变形后标距部分长度。试样变形后标距部分长度。0AP00lll 静拉伸示意图静拉伸示意图载荷伸长曲线载荷伸长曲线工程应力应变示意图工程应力应变示意图 真应力真应力-真应变曲线真应变曲线 低碳钢低碳钢曲线的特点曲线的特点 (1)(1) e e 弹性变形阶段弹性变形阶段（elastic deformationelastic deformation） 线线性阶段性阶段 该阶段符合虎克定律该阶段符合虎克定律 = E= E或或 = G = G E E、G G为为弹性模量

3、、剪切模量弹性模量、剪切模量：表示金属材料抵抗：表示金属材料抵抗弹性变形的能力。为弹性变形的能力。为曲线上斜率曲线上斜率 ee：材料弹性极限：材料弹性极限, ,是材料保持弹性的最大应力。是材料保持弹性的最大应力。单位：单位：MPaMPa（2 2）eess 微量塑性变形开始阶段微量塑性变形开始阶段 ss：材料屈服极限：材料屈服极限, ,是开始发生塑性变形的最小应力，是开始发生塑性变形的最小应力，表示材料对开始微量塑性变形的抗力。表示材料对开始微量塑性变形的抗力。（3 3）sb sb 均匀塑性变形均匀塑性变形 、 b b：抗拉强度：抗拉强度, , 表示材料最大均匀塑性变表示材料最大均匀塑性变形的抗

4、力。形的抗力。 （4 4）bk bb b 试样开始发生不均匀塑性变形并形试样开始发生不均匀塑性变形并形 成缩颈成缩颈 kk：条件断裂强度。表示材料对塑性变形：条件断裂强度。表示材料对塑性变形 的极限抗力。的极限抗力。 塑性断裂塑性断裂: :产生一定量塑性变形后的断裂。产生一定量塑性变形后的断裂。 不同材料，其应力应变曲线不同，如：二、材料的弹性变形二、材料的弹性变形(elastic deformation(elastic deformation） 1 1 弹性变形的本质弹性变形的本质 弹性变形（弹性变形（elastic deformationelastic deformation） 弹性变形的

5、原因：弹性变形的原因： 2 2 弹性变形的特征和弹性模量弹性变形的特征和弹性模量 弹性变形的特征弹性变形的特征 (1) (1) 理想的弹性变形是可逆变形理想的弹性变形是可逆变形 (2)(2) 在弹性变形范围内，应力和应变间服从虎克定律。在弹性变形范围内，应力和应变间服从虎克定律。 = = EE = = GG G = E /2 G = E /2（1 1） K = E /3(1 K = E /3(12) 2) 式中式中、分别为切应力、切应变，分别为切应力、切应变， KK体弹性模量、体弹性模量、 vv泊松比泊松比 (3) (3) 弹性变形量随材料的不同而异。弹性变形量随材料的不同而异。 试件产生弹性

6、变形试件产生弹性变形 注：此图表示材料受外力拉伸后伸长，虚线部分表示拉伸前试件的尺寸和形状。注：此图表示材料受外力拉伸后伸长，虚线部分表示拉伸前试件的尺寸和形状。 弹性模量弹性模量(E)(E) (1)(1)弹性模量（弹性模量（modulus of elasticitymodulus of elasticity）E E代表代表着使原子离开平衡位置的难易程度，是表征晶体中着使原子离开平衡位置的难易程度，是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量。原子间结合力强弱的物理量。 (2) E(2) E是组织不敏感参数。是组织不敏感参数。 (3) (3) 对晶体而言，对晶体而言，E E是各向异性的。在单晶体中，是

7、各向异性的。在单晶体中，沿原子密排面沿原子密排面E E最高，沿原子排列最疏的晶向最高，沿原子排列最疏的晶向E E最低。最低。多晶体中，多晶体中，E E各向同性。各向同性。 (4) (4) 工程上，工程上，E E是材料刚度的度量。是材料刚度的度量。3 3 弹性的不完整性弹性的不完整性 弹性的不完整性包括：弹性的不完整性包括： a.a. 包申格效应包申格效应 b.b. 弹性后效弹性后效 c.c. 弹性滞后弹性滞后 内耗（滞弹性内耗（滞弹性 anelasticityanelasticity）：）： 5.2 晶体的塑性变形单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形合金的塑性变形合

8、金的塑性变形塑性变形对材料组织和性能的影响塑性变形对材料组织和性能的影响5.2.15.2.1单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形常温下塑性变形的主要方式：常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生、滑移、孪生、扭折。扭折。一一 滑移滑移1 1 滑移：在切应力作用下，晶体的一滑移：在切应力作用下，晶体的一 部分相对于另一部分沿着一部分相对于另一部分沿着一 定的晶面（定的晶面（滑移面滑移面）和晶向）和晶向 （滑移方向滑移方向）产生相对位移，）产生相对位移， 且不破坏晶体内部原子排列且不破坏晶体内部原子排列 规律性的塑变方式。规律性的塑变方式。一一 滑移滑移 光镜下：滑移带（无重现性）。光镜下：滑移带（无重现

9、性）。（1） 滑移的表象学滑移的表象学 电境下：滑移线。电境下：滑移线。 滑移带形成示意图滑移带形成示意图 滑移面滑移面 （密排面）（密排面） 几何要素几何要素 滑移方向（密排方向）滑移方向（密排方向） 滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 滑移系的个数滑移系的个数:(:(滑移面个数）滑移面个数）（每个面上所具有的滑移（每个面上所具有的滑移方向的个数）方向的个数）(2)滑移系滑移系面心立方晶体中的滑移系面心立方晶体中的滑移系 （3 3）滑移的临界分切应力（）滑移的临界分切应力（ s s） s s：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力

10、。：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。 ( (外力在滑移方向上的分解外力在滑移方向上的分解) 或或 90 时，时， s ； s的取值的取值 ， 45 时，时， s最小，最小， 晶体易滑移；晶体易滑移； 软取向：值大；软取向：值大；取向因子：取向因子：cos cos 硬取向：值小。硬取向：值小。coscoscoscoscoscosAFAFcoscosss分切应力图分切应力图(4) (4) 滑移时晶体的转动滑移时晶体的转动（1 1）位向和晶面的变化）位向和晶面的变化 拉伸时拉伸时, ,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向; ; 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压

11、力轴线。压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。 几何硬化：几何硬化： ， 远离远离4545 ，滑移变得困难；，滑移变得困难；（2 2）取向因子的变化）取向因子的变化 几何软化；几何软化； ， 接近接近4545 ，滑移变得容易。，滑移变得容易。(a) 拉伸拉伸 (b) 压缩压缩滑移时晶面的转动滑移时晶面的转动(5 )(5 )多滑移多滑移 滑移的分类滑移的分类 多滑移：在多个（多滑移：在多个（22）滑移系上同时或交替进行的滑移。）滑移系上同时或交替进行的滑移。 双滑移：双滑移： 单滑移：单滑移： 交滑移系：两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向交滑移系：两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向 同时或

12、交替滑移。同时或交替滑移。 (6)(6)滑移的位错机制滑移的位错机制 实验数据表明晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另实验数据表明晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移面作刚性整体位移，而是一部分沿着滑移面作刚性整体位移，而是借助位错在滑移借助位错在滑移面上运动来逐步地进行的。面上运动来逐步地进行的。 位错运动的阻力主要包含以下几方面：位错运动的阻力主要包含以下几方面： 位错运动的阻力首先来自于点阵阻力，位错运动的阻力首先来自于点阵阻力， 与其它位错的交互作用阻力；与其它位错的交互作用阻力； 位错交割后形成的割阶与扭折；位错交割后形成的割阶与扭折； 位错与一些缺陷发生交互作用。表明位错

13、与一些缺陷发生交互作用。表明二、孪生（1）孪生的变形过程）孪生的变形过程 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分 沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取 向的镜面对称关系。向的镜面对称关系。 a. 变形前变形前 b. 滑移滑移 c. 孪生孪生晶体滑移和孪生变形后的结构与外形变化示意图晶体滑移和孪生变形后的结构与外形变化示意图(a)孪晶面与孪生方向孪晶面与孪生方向 (b)孪生变形时晶面移动情况孪生变形时晶面移动情况 面心立方晶体孪生变形示意图面心立方晶体孪生变形示意图（2 2）滑移和孪生的比较

14、）滑移和孪生的比较1) 相同点：相同点：宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形；宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形；微观上，都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体的一部微观上，都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程；分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程；两者都不会改变晶体结构；两者都不会改变晶体结构； 从机制上看，都是位错运动结果。从机制上看，都是位错运动结果。 2) 不同点：不同点： 滑移不改变晶体的位相，孪生改变了晶体位向；滑移不改变晶体的位相，孪生改变了晶体位向； 滑移是全位错运动的结果，而孪生是不全位错运动的结果；滑移是全位错运动的结果，而

15、孪生是不全位错运动的结果； 滑移是不均匀切变过程，而孪生是均匀切变过程；滑移是不均匀切变过程，而孪生是均匀切变过程； 滑移比较平缓，应力应变曲线较光滑、连续，孪生则呈锯齿状；滑移比较平缓，应力应变曲线较光滑、连续，孪生则呈锯齿状； 两者发生的条件不同，孪生所需临界分切应力值远大于滑移，因两者发生的条件不同，孪生所需临界分切应力值远大于滑移，因此只有在滑移受阻情况下晶体才以孪生方式形变。；此只有在滑移受阻情况下晶体才以孪生方式形变。； 滑移产生的切变较大（取决于晶体的塑性），而孪生切变较小，滑移产生的切变较大（取决于晶体的塑性），而孪生切变较小，取决于晶体结构。取决于晶体结构。（3 3）孪晶的形

16、成）孪晶的形成 （1 1）形成方式）形成方式 形变孪晶：通过机械变形而产生的孪晶。形变孪晶：通过机械变形而产生的孪晶。 生长孪晶：晶体自气态、液态或固体中长大时形生长孪晶：晶体自气态、液态或固体中长大时形 成的孪晶。成的孪晶。 退火孪晶：变形金属在其再结晶退火过程中形成退火孪晶：变形金属在其再结晶退火过程中形成 的孪晶。的孪晶。（2 2）生长方式）生长方式 形核形核 长大长大（4 4）孪生的位错机制）孪生的位错机制孪生的极轴机制孪生的极轴机制三、晶体的扭折三、晶体的扭折 当受力的晶体处于不能进行滑移或孪生的某种取向时，它当受力的晶体处于不能进行滑移或孪生的某种取向时，它可能通过不均匀的局部塑性

17、变形来适应所作用的外力。可能通过不均匀的局部塑性变形来适应所作用的外力。 晶体的扭折示意图晶体的扭折示意图 伴随着孪生的扭折现象伴随着孪生的扭折现象 5.2.25.2.2多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形1. 1. 晶粒之间变形的协调性晶粒之间变形的协调性 （1 1）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 （2 2）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导 致晶体分裂）致晶体分裂） （3 3）条件：独立滑移系）条件：独立滑移系 5 5个。（保证晶粒形状的自由变个。（保证晶粒形状的自由变 化）化） 2. 2.晶界的影

18、响晶界的影响 晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷。晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷。晶界对变形的影响晶界对变形的影响: :滑移、孪生多终止于晶界滑移、孪生多终止于晶界, ,极少穿过。极少穿过。 双晶拉伸双晶拉伸（2 2）晶界的影响）晶界的影响晶粒大小与性能的关系晶粒大小与性能的关系 a a 晶粒越细，强度越高晶粒越细，强度越高( (细晶强化细晶强化：霍尔配奇公式：霍尔配奇公式) ) s s= = 0 0+kd+kd-1/2-1/2 原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。 （有尺寸限制）（有尺寸限制） 晶粒越多，变形均匀性提

19、高，由应力晶粒越多，变形均匀性提高，由应力 集中导致的开裂机会减少，可承受集中导致的开裂机会减少，可承受 更大的变形量，表现出更大的变形量，表现出高塑性高塑性。 b b 晶粒越细，塑韧性提高晶粒越细，塑韧性提高 细晶粒材料中，应力集中小，裂纹细晶粒材料中，应力集中小，裂纹 不易萌生；晶界多，裂纹不易传不易萌生；晶界多，裂纹不易传 播，在断裂过程中可吸收较多能量播，在断裂过程中可吸收较多能量, , 表现表现高高韧性韧性。5.2.3合金的塑性变形一、一、 单项固溶体合金的塑性变形单项固溶体合金的塑性变形1 1 固溶强化固溶强化 （1 1）固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度）固溶强化：固

20、溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度 提高而塑性、韧性下降的现象。提高而塑性、韧性下降的现象。 （2 2）影响固溶强化的因素：（见影响固溶强化的因素：（见P183P183）铜镍合金相图及其固溶体性能与成分的关系铜镍合金相图及其固溶体性能与成分的关系（3 3）屈服和应变时效）屈服和应变时效 屈服现象：上下屈服点、屈服延伸（吕德斯带扩展）。屈服现象：上下屈服点、屈服延伸（吕德斯带扩展）。 应变时效应变时效：去载后立即加载不出现屈服现象；去载后放置：去载后立即加载不出现屈服现象；去载后放置一段时间或一段时间或200200加热后再加载出现屈服。加热后再加载出现屈服。 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成

21、。原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。低碳钢的屈服现低碳钢的屈服现 低碳钢应变时效低碳钢应变时效 二、二、 多相合金的塑性变形多相合金的塑性变形1. 1. 结构：基体第二相结构：基体第二相2. 2. 分类：分类：聚合型两相合金的塑性变形聚合型两相合金的塑性变形 弥散分布型合金的塑性变形弥散分布型合金的塑性变形聚合型合金组织聚合型合金组织Al青铜青铜 弥散型第二相合金组织铁黄铜弥散型第二相合金组织铁黄铜聚合型两相合金的塑性变形聚合型两相合金的塑性变形、两相性能接近：按强度分数相加计算。、两相性能接近：按强度分数相加计算。、如果两个相中一个是塑性相，而另一个是脆性相如果两个相中一个是塑性相，而另

22、一个是脆性相 时，则合金的塑性特征不仅取决于两相比例，而时，则合金的塑性特征不仅取决于两相比例，而 且与硬脆相的形状、尺寸和分布相关。且与硬脆相的形状、尺寸和分布相关。 弥散分布型合金的塑性变形弥散分布型合金的塑性变形、不可变形颗粒的强化作用：位错绕过第二相粒子、不可变形颗粒的强化作用：位错绕过第二相粒子( (粒子、粒子、 位错环阻碍位错运动位错环阻碍位错运动) )、可变形颗粒的强化作用：位错切过第二相粒子（表面能、可变形颗粒的强化作用：位错切过第二相粒子（表面能、 错排能、粒子阻碍位错运动）错排能、粒子阻碍位错运动）位错切过颗粒机制位错切过颗粒机制位错绕过第二相粒子的示意图位错绕过第二相粒子

23、的示意图5.2.45.2.4塑性变形对材料组织和性能的影响塑性变形对材料组织和性能的影响一一 、显微组织的变化显微组织的变化 晶粒拉长晶粒拉长; ; 形成纤维组织形成纤维组织 杂质呈细带状或链状分布。杂质呈细带状或链状分布。二、亚结构的变化二、亚结构的变化 形成位错胞形成位错胞 变形量变形量 位错缠结位错缠结 位错胞位错胞 （大量位错缠结在胞壁，胞内位错密度低。（大量位错缠结在胞壁，胞内位错密度低。) )三、性能的变化（1 1）加工硬化）加工硬化: :金属材料在再结晶温度以下塑性变形时，随变形金属材料在再结晶温度以下塑性变形时，随变形量的增加，材料的强度、硬度升高而塑韧性下降的现象量的增加，材

24、料的强度、硬度升高而塑韧性下降的现象（2 2）其它性能变化）其它性能变化 经塑性变形后的金属，由于点阵畸变、位错与空位等晶体经塑性变形后的金属，由于点阵畸变、位错与空位等晶体缺陷的增加，其物理性能和化学性能也会发生一定的变化。如缺陷的增加，其物理性能和化学性能也会发生一定的变化。如电阻率增加，电阻温度系数降低，磁滞与矫顽力略有增加而磁电阻率增加，电阻温度系数降低，磁滞与矫顽力略有增加而磁导率、热导率下降。此外，由于原子活动能力增大，还会使扩导率、热导率下降。此外，由于原子活动能力增大，还会使扩散加速，抗腐蚀性减弱。散加速，抗腐蚀性减弱。 四、形变织构（择优取向） （1 1）形变织构：多晶体材料

25、由塑性变形导致的各晶粒呈择优取向）形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈择优取向 的组织。的组织。 丝织构丝织构：某一晶向趋于与拔丝方向平行。（拉拔时形：某一晶向趋于与拔丝方向平行。（拉拔时形 成）成）（2 2）类型）类型 板织构板织构：某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于平：某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于平 行于主变形方向。（轧制时形成）行于主变形方向。（轧制时形成） 五、残余应力五、残余应力 第一类残余应力（第一类残余应力（ ）：宏观内应力，由整个物）：宏观内应力，由整个物 体变形不均匀引起。体变形不均匀引起。 1 1 分类分类 第二类残余应力（第二类残余应力（ ）：微观内应力，由

26、晶粒变）：微观内应力，由晶粒变 形不均匀引起。形不均匀引起。 第三类残余应力（第三类残余应力（ ）：点阵畸变，由位错、空）：点阵畸变，由位错、空 位等引起。位等引起。80-90%80-90%。5.3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，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。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：冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内部再结晶：冷变形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，而使形新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶

27、粒，而使形 变强化效应完全消除的过程。变强化效应完全消除的过程。5.3.1冷变形金属在加热时的组织与性能变化一、显微组织变化（示意图）一、显微组织变化（示意图） 回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化；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。畸变的等轴晶粒。 晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形 状和尺寸。状和尺寸。 冷变形金属退火晶粒形状大小变化冷变形金属退火晶粒形状大小变化二、二、 性能变化性能变化（1

28、1）强度与硬度的变化）强度与硬度的变化（2 2）电阻率的变化）电阻率的变化（3 3）内应力的变化）内应力的变化（4 4）亚晶粒尺寸的变化）亚晶粒尺寸的变化（5 5）密度的变化）密度的变化（6 6）储能的释放）储能的释放5.3.2 5.3.2 回复回复一、一、 回复动力学（示意图）回复动力学（示意图）1. 1. 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系加工硬化残留率与退火温度和时间的关系 ln(ln(x x0 0/x/x)=)=c c0 0t texp(exp(-Q/RT-Q/RT) )x x0 0 原始加工硬化残留率；原始加工硬化残留率；x x退火时加工硬化残留率；退火时加工硬化残留率；c c0

29、0比例常数；比例常数；t t加热时间；加热时间；T T加热温度。加热温度。2. 2. 动力学曲线特点动力学曲线特点 （1 1）没有孕育期；）没有孕育期； （2 2）开始变化快，）开始变化快， 随后变慢；随后变慢； （3 3）长时间处理后，）长时间处理后， 性能趋于一平衡值。性能趋于一平衡值。 同一变形度的同一变形度的Fe在不同温度等温退火后的性能变化曲线在不同温度等温退火后的性能变化曲线1. 1. 低温回复（低温回复（0.10.10.3Tm0.3Tm） 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 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

30、位群、对）2. 2. 中温回复中温回复 （0.30.30.5Tm0.5Tm） 异号位错相遇而抵销异号位错相遇而抵销位错滑移位错滑移 位错密度降低位错密度降低 位错缠结重新排列位错缠结重新排列二、二、 回复机理回复机理3. 3. 高温回复（高温回复（0.5Tm0.5Tm） 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。回复过程中的位错攀移与滑移回复过程中的位错攀移与滑移位错在多边化过程中重新分布位错在多边化过程中重新分布5.3.3 5.3.3 再结晶再结晶一一 再结晶过程再结晶过程1. 1. 形核

31、形核 晶界弓出形核晶界弓出形核( (形变量小时形变量小时) ) 晶界弓出形核，凸向亚晶粒小的方向晶界弓出形核，凸向亚晶粒小的方向. .晶界弓出形核示意图晶界弓出形核示意图亚晶长大形核机制亚晶长大形核机制 （变形量较大时）（变形量较大时） 亚晶合并形核亚晶合并形核 亚晶界移动亚晶界移动( (长大长大) )形核形核( (吞并其它亚晶或变形部分吞并其它亚晶或变形部分) )亚晶合并形核机制亚晶合并形核机制亚晶直接长大形核机制亚晶直接长大形核机制一、一、 再结晶过程再结晶过程 驱动力：畸变能差驱动力：畸变能差2 2 长大长大 方式方式: :晶核向畸变晶粒扩展晶核向畸变晶粒扩展, ,至新晶粒相互至新晶粒相

32、互 接触。接触。 注：再结晶不是相变过程。注：再结晶不是相变过程。二、再结晶动力学 规律规律 有孕育期有孕育期; ; 温度越高温度越高, ,变形量越大孕育期越短变形量越大孕育期越短; ;在体积分数在体积分数为为0.50.5时速率最大，然后减慢。时速率最大，然后减慢。同一变形度的同一变形度的Fe在不同温度等温退火后的再结晶曲线在不同温度等温退火后的再结晶曲线二、再结晶动力学（1）再结晶动力学决定于形核率再结晶动力学决定于形核率 和长大速率和长大速率G G的大小。的大小。 和和G G不随时间而改变的情况下，在恒温下经过不随时间而改变的情况下，在恒温下经过t t时间后，已经再时间后，已经再结晶的体积

33、分数结晶的体积分数R R可用下式表示：可用下式表示：（2 2）再结晶速度与温度的关系）再结晶速度与温度的关系v v再再A Aexp(-exp(-Q QR R/RT/RT) )三、再结晶温度及其影响因素1. 1. 再结晶温度：经严重冷变形（变形量再结晶温度：经严重冷变形（变形量70%70%）的金属或）的金属或 合金，在合金，在1h1h内能够完成再结晶的（再结晶体积分数内能够完成再结晶的（再结晶体积分数 95%95%）最低温度。）最低温度。 高纯金属：高纯金属：T T再再(0.25 (0.25 0.35)Tm0.35)Tm。2. 2. 经验公式经验公式 工业纯金属：工业纯金属：T T再再(0.35

34、 (0.35 0.45)Tm0.45)Tm。 合金：合金：T T再再(0.4 (0.4 0.9)Tm0.9)Tm。 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100100200200。三、再结晶温度及其影响因素3. 3. 影响再结晶的因素影响再结晶的因素1)1)变形量变形量: :变形量越大，再结晶温度越低；随变形量增大，再结变形量越大，再结晶温度越低；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。晶温度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。2) 2) 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸: :晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形晶粒越小，驱动力越

35、大；晶界越多，有利于形 核。核。3)3)微量溶质元素微量溶质元素: :阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。4)4)第二分散相第二分散相: :间距和直径都较大时，提高畸变能，并可作为形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。碍晶界迁移，阻碍再结晶。5)5)退火温度退火温度: :温度越高，再结晶速度越大。温度越高，再结晶速度越大。四、再结晶后的晶粒大小1. 1. 再结晶晶粒的平均直径再结晶晶粒的平均直径d=kG/N1/42.影

36、响再结晶后的晶粒大小的因素1) 1) 变形量（图）。存在临界变形量，生产中应避免临界变变形量（图）。存在临界变形量，生产中应避免临界变 形量。形量。2) 2) 温度。变形温度越高，回复程度越大，储存能减小，晶温度。变形温度越高，回复程度越大，储存能减小，晶 粒粗化；退火温度越高，临界变形度越小，晶粒粗大。粒粗化；退火温度越高，临界变形度越小，晶粒粗大。3) 3) 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大，形核位置越原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大，形核位置越 多，使晶粒细化。多，使晶粒细化。4) 4) 合金元素和杂质。增加储存能，阻碍晶界移动，有利于合金元素和杂质。增加储存能，阻碍晶界移动，有利于

37、 晶粒细化。晶粒细化。5.3.4 5.3.4 晶粒长大晶粒长大驱驱 动动 力：力：界面能降低界面能降低. .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）. .一、一、 晶粒的正常长大晶粒的正常长大1. 1. 正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长大。正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长大。2. 2. 驱动力：界面能降低。界面能越大，曲率半径越驱动力：界面能降低。界面能越大，曲率半径越 小，驱动力越大。小，驱动力越大。 ( (长大方向是指向曲率中心长大方向是指向曲率中心) )晶粒长大时晶界移动方向晶粒长大时晶界移动方向一、一、 晶粒的正常长大及其影响因素

38、晶粒的正常长大及其影响因素 晶界趋于平直晶界趋于平直; ; 3. 3. 晶粒的稳定形状晶粒的稳定形状 晶界夹角趋于晶界夹角趋于120;120; 二维坐标中晶粒边数趋于二维坐标中晶粒边数趋于6.6.4. 4. 影响晶粒长大的因素影响晶粒长大的因素(1) (1) 温度。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。温度。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。(2) (2) 分散相粒子。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。一分散相粒子。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。一 般有晶粒稳定尺寸般有晶粒稳定尺寸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 的的 关系：关系：d=4r/3 (3) (3) 晶粒位向差。

39、小角度晶界的界面能小于大角度晶界，晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界， 因而前者的移动速率低于后者。因而前者的移动速率低于后者。(4) (4) 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, ,不利于晶界移不利于晶界移动。动。二、二、 晶粒的异常长大晶粒的异常长大1. 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）2.2.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）第二分散相微粒、织构） 强烈阻碍。强烈阻碍。3. 3. 驱动力：界面能变化。（不是重新形

40、核）驱动力：界面能变化。（不是重新形核）5.3.55.3.5再结晶退火后的组织再结晶退火后的组织1. 1. 再结晶退火后的晶粒大小再结晶退火后的晶粒大小( (见见P208,P208,图图5.63)5.63)2. 2. 再结晶织构再结晶织构: :再结晶退火后形成的织构。再结晶退火后形成的织构。 退火可将形变织构消除，也可形成新织构。退火可将形变织构消除，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（特殊位向的再结晶晶核快速长大）3. 3. 退火孪晶退火孪晶: :再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程 中因晶界迁移出现层错形成的。中因晶界迁移出现层错形成的。5.4 5.4 热变形与动态回复、再结晶热变形与动态回复、再结晶一