金属学及热处理1(第六章)再结晶0

1、第六章第六章 冷变形金属的回复与再结晶冷变形金属的回复与再结晶重结晶：晶格类型改变。重结晶：晶格类型改变。再结晶：晶格类型不变。再结晶：晶格类型不变。 对冷变形金属加热使原子扩散对冷变形金属加热使原子扩散能力增加，金属将依次发生能力增加，金属将依次发生回复回复、再结晶再结晶和和晶粒长大。晶粒长大。 6-1 形变金属与合金形变金属与合金在退火过程中的变化在退火过程中的变化一、显微组织的变化一、显微组织的变化图图6-1 回复、再结晶、晶粒长大过程中的显微组织变化示意图回复、再结晶、晶粒长大过程中的显微组织变化示意图二、力学性能的变化二、力学性能的变化图图6-2 回复、再结晶、晶粒长大过程中的性能变

2、化回复、再结晶、晶粒长大过程中的性能变化 三、其他性能的变化三、其他性能的变化图图6-3 回复、再结晶、晶粒长大过程中其他的性能变化回复、再结晶、晶粒长大过程中其他的性能变化 1.物理性能变化物理性能变化 温度升高，电阻率降低，密度增加，温度升高，电阻率降低，密度增加，点缺陷浓度下降，应力腐蚀倾向减小。点缺陷浓度下降，应力腐蚀倾向减小。2.亚晶粒尺寸亚晶粒尺寸 温度升高，亚尺寸长大。温度升高，亚尺寸长大。6-2 回复回复 一、一、 退火温度和时间对退火温度和时间对 回复过程的影响回复过程的影响 图图6-4 冷变形纯铁的动力学曲线冷变形纯铁的动力学曲线 二、二、 回复机制回复机制 指经冷塑性变形

3、的金属在加热指经冷塑性变形的金属在加热时，低温状态下，在新的无畸变晶时，低温状态下，在新的无畸变晶粒出现之前（光学显微组织发生改粒出现之前（光学显微组织发生改变之前），所产生的某些亚结构与变之前），所产生的某些亚结构与性能的变化过程。性能的变化过程。 1. 1.低温回复（低温回复（0.10.10.3Tm0.3Tm） 点缺陷运动点缺陷运动，移至晶界、位错处，移至晶界、位错处，缺陷密度降低。缺陷密度降低。 空位间隙原子空位间隙原子 消失消失 空位聚集（空位群、对）空位聚集（空位群、对） 2.中温回复中温回复位错的滑移与攀移。位错的滑移与攀移。 .高温回复高温回复多边形化。多边形化。 金属在冷变形后

4、，由于同号刃位金属在冷变形后，由于同号刃位错在滑移面上塞积，导致点阵发生弯错在滑移面上塞积，导致点阵发生弯曲的晶体，在退火（加热温度较高）曲的晶体，在退火（加热温度较高）时，通过刃位错的攀移和滑移，时同时，通过刃位错的攀移和滑移，时同号刃位错沿垂直于滑移面的方向排列号刃位错沿垂直于滑移面的方向排列呈小角度亚晶界的过程称为多边形化。呈小角度亚晶界的过程称为多边形化。 图图6-5 多边形化时位错的移动和排列示意图多边形化时位错的移动和排列示意图a-回复前位错的排列回复前位错的排列b-回复后的多边形化回复后的多边形化c-刃位错的滑移和攀移刃位错的滑移和攀移 三、亚结构的变化三、亚结构的变化 1）胞内

5、的位错逐渐移向胞壁；）胞内的位错逐渐移向胞壁； 2）胞壁处缠结的位错变直；）胞壁处缠结的位错变直； 3）缠结的位错形成亚晶界；）缠结的位错形成亚晶界； 4）位错网络分解，亚晶聚合长大。）位错网络分解，亚晶聚合长大。 图图6-6 应变胞状亚晶在加热时的变化应变胞状亚晶在加热时的变化图图6-7 纯铝多晶体（冷变形纯铝多晶体（冷变形5%）在）在200保温不同时间后的电子显微组织保温不同时间后的电子显微组织 四、回复退火的应用四、回复退火的应用 去应力退火（回复处理）：去应力退火（回复处理）： 利利用回复过程使冷加工的金属用回复过程使冷加工的金属件在基本保持加工硬化效果的条件件在基本保持加工硬化效果的

6、条件下，降低其应力，以减轻变形和翘下，降低其应力，以减轻变形和翘曲，防止工件开裂，并改善工件的曲，防止工件开裂，并改善工件的耐蚀性，降低电阻率。耐蚀性，降低电阻率。 6-3 再结晶再结晶 一、再结晶过程一、再结晶过程 再结晶：再结晶： 经冷变形的金属加热到一定温度后，经冷变形的金属加热到一定温度后，在原来的变形组织中重新形成了无畸变在原来的变形组织中重新形成了无畸变的新晶粒，而性能也恢复到冷变形前的的新晶粒，而性能也恢复到冷变形前的水平，这一过程叫水平，这一过程叫“再结晶再结晶”。 工业上常利用再结晶来消工业上常利用再结晶来消除冷加工变形产生的加工硬化除冷加工变形产生的加工硬化现象，通常被称为

7、再结晶退火。现象，通常被称为再结晶退火。再结晶退火：再结晶退火：图图6-8 再结晶过程示意图再结晶过程示意图 二、再结晶温度二、再结晶温度 再结晶温度：再结晶温度： 冷变形金属开始进行再结晶的最低冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。温度。 一般：一般：T加加T再再min100200。 其中其中: T（K）。）。 经验公式经验公式: 高纯金属：高纯金属：T再再(0.250.35)Tm;工业纯金属：工业纯金属：T再再(0.350.45)Tm; 合金：合金：T再再(0.40.9)Tm。 影响再结晶的主要因素影响再结晶的主要因素 加热温度加热温度 加热温度越高，再结晶速度加热温度越高，再结晶速度越快，

8、产生一定体积分数再结晶越快，产生一定体积分数再结晶所需时间越短，因原子迁移速度所需时间越短，因原子迁移速度加快。加快。 .变形程度变形程度 金属的冷变形程度越大，其储存金属的冷变形程度越大，其储存能越高，再结晶的驱动力越大，因此，能越高，再结晶的驱动力越大，因此，再结晶温度越低，同时再结晶速度也再结晶温度越低，同时再结晶速度也快，但当变形量增大到一定程度后，快，但当变形量增大到一定程度后，再结晶温度就基本保持不变了。再结晶温度就基本保持不变了。图图6-9 铁和铝的开始再结晶温度与冷变形程度的关系铁和铝的开始再结晶温度与冷变形程度的关系1-电解铁电解铁 2-铝（铝（Al-99%） 原始晶粒尺寸：

9、原始晶粒尺寸： 在其它条件相同的情况下，金属的原在其它条件相同的情况下，金属的原始晶粒越细小，变形抗力就越大，冷变形始晶粒越细小，变形抗力就越大，冷变形储存能也越高，驱动力越大；储存能也越高，驱动力越大； 金属的原始晶粒越细小，晶界越多，金属的原始晶粒越细小，晶界越多，有利于形核，再结晶温度则较低。有利于形核，再结晶温度则较低。 微量溶质（杂质）原子：微量溶质（杂质）原子： 微量溶质原子的存在，对金属微量溶质原子的存在，对金属的再结晶温度有巨大的影响。的再结晶温度有巨大的影响。 分散相粒子：分散相粒子： 分散相粒子的存在，即有可能分散相粒子的存在，即有可能促进基体金属的再结晶，也有可能促进基体

10、金属的再结晶，也有可能阻碍再结晶阻碍再结晶 三、再结晶晶粒大小的控制三、再结晶晶粒大小的控制 1.变形程度变形程度 临界变形度：临界变形度： 变形度为变形度为210，再结晶后晶，再结晶后晶粒异常粗大，称粒异常粗大，称“临界变形度临界变形度” 图图6-10 晶粒尺寸与变形度晶粒尺寸与变形度 d-关系曲线关系曲线图图6-11 0.06CFe合金合金d曲线曲线图图6-12 深冲零件退火后的晶粒尺寸变化深冲零件退火后的晶粒尺寸变化3%变形后变形后经经550退退火火6%变形后变形后经经550退退火火9%变形后变形后经经550退退火火12%变形后变形后经经550退退火火15%变形变形后经后经550退火退火

11、图图6-13 纯铝的再结晶晶粒度与变形度的关系纯铝的再结晶晶粒度与变形度的关系3%， 6%， 9%， 12%， 15%2.再结晶退火温度再结晶退火温度 3.原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸 当变形量一定时，金属的原始晶当变形量一定时，金属的原始晶粒越细，驱动力越大，形核位置越多，粒越细，驱动力越大，形核位置越多，则再结晶后的晶粒也越细。则再结晶后的晶粒也越细。 因原始晶粒细小，晶界面积增加，因原始晶粒细小，晶界面积增加，为再结晶形核提供更多的位置，故再为再结晶形核提供更多的位置，故再结晶后晶粒得到细化。结晶后晶粒得到细化。图图6-14 原始晶粒尺寸对再结晶后晶粒大小的影响原始晶粒尺寸对再结晶后晶粒大小

12、的影响 4. 合金元素及杂质合金元素及杂质 金属中的杂质与合金元素一方面增加金属中的杂质与合金元素一方面增加形变金属的储存能，另一方面阻碍晶界的形变金属的储存能，另一方面阻碍晶界的移动，一般都起到细化晶粒的作用。移动，一般都起到细化晶粒的作用。 一、晶粒的正常长大一、晶粒的正常长大 冷变形金属完成再结晶后继冷变形金属完成再结晶后继续加热时会发生晶粒长大现象。续加热时会发生晶粒长大现象。6-3 晶粒长晶粒长大大图图6-15 晶粒长大时的晶界移动示意图晶粒长大时的晶界移动示意图a-原子通过晶界扩散原子通过晶界扩散 b-晶界移动方向晶界移动方向二、晶粒的反常长大二、晶粒的反常长大1.1.异常长大：少

13、数再结晶晶粒的急剧长大现象。异常长大：少数再结晶晶粒的急剧长大现象。 钉扎在晶界的第二相溶于基体；钉扎在晶界的第二相溶于基体； 2 2 机制机制 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； 大晶粒吞并小晶粒。大晶粒吞并小晶粒。 图图6-16 晶粒的异常长大晶粒的异常长大 三、再结晶退火后的三、再结晶退火后的组织组织 1.1.再结晶全图：再结晶全图： 退火温度、变形量与晶粒大小的关系图。退火温度、变形量与晶粒大小的关系图。图图6-17 工业纯铝的再结晶全图工业纯铝的再结晶全图 2.2.再结晶织构再结晶织构: : 再结晶退火后形成的织构。退火可将再结晶退火后形成的织构。退火可

14、将形变织形变织 构消除，也可形成新织构。构消除，也可形成新织构。 择优形核择优形核 择优生长择优生长 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。结晶过程中因晶界迁移出现层错形成的。图图6-18 钢中奥氏体中的退火孪晶组织钢中奥氏体中的退火孪晶组织6-5 金属的热加工金属的热加工 一金属的冷加工与热加工一金属的冷加工与热加工 1.加工的分类加工的分类 冷加工：冷加工：在再结晶温度以下的加工在再结晶温度以下的加工过程。发生加工硬化。过程。发生加工硬化。 热加工：热加工：在再结晶温度以上的加工在再结晶温度以上的

15、加工过程。（硬化、回复、过程。（硬化、回复、 再结晶。）再结晶。） 2.热加工温度：热加工温度：T冷加工冷加工 T再再T热加工热加工T固固100200。图图6-19 热加工过程中的组织变化示意图热加工过程中的组织变化示意图 二、热加工后的组织和性能二、热加工后的组织和性能 （1）改善铸锭组织。）改善铸锭组织。 气泡焊合、破碎碳化物、细化晶粒、降低气泡焊合、破碎碳化物、细化晶粒、降低偏析。提高强度、塑性、韧性。偏析。提高强度、塑性、韧性。 （2）形成纤维组织（流线）。）形成纤维组织（流线）。 组织：组织：枝晶、偏析、夹杂物沿变形方向呈枝晶、偏析、夹杂物沿变形方向呈纤维状分布。纤维状分布。 性能：

16、性能：各向异性。沿流线方向塑性和韧性各向异性。沿流线方向塑性和韧性提高明显。提高明显。(a)模锻钩模锻钩 (b)切削加工钩切削加工钩图图6-20 拖钩的纤维组织拖钩的纤维组织 （3）形成带状组织）形成带状组织 形成：形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。两相合金变形或带状偏析被拉长。 影响：影响：各向异性。类似于流线组织。各向异性。类似于流线组织。 消除：消除：避免在两相区变形、减少夹杂元避免在两相区变形、减少夹杂元素含量、采用高素含量、采用高 温扩散退火或正火。温扩散退火或正火。图图6-21 亚共析钢中的带状组织亚共析钢中的带状组织图图6-22 Cr12钢中的碳化物带钢中的碳化物带 （4 ） 热加工的优点热加工的优点 1）可持续大变形量加工。）可持续大变形量加工。 2）动力消耗小。）动力消耗小。 3）提高材料质量和性能。）提高材料质量和性能。一、解释下列名词：一、解释下列名词：去应力退火去应力退火 再结晶再结晶 再结晶退火再结晶退火 临界变形度临界变形度再结晶全图再结晶全图 冷加工冷加工 热加工热加工 二、用冷拔铜丝制作导线，冷拔之后应如何处理？二、用冷拔铜丝