材料科学基础第九章课件

第九章

材料的回复与再结晶(Chapter9RecoveryandRecrystallizationofMaterials)

9.1冷变形金属在加热时的组织、性能变化1组织的变化●(recovery)：晶粒的形态和大小与变形态相同，但亚结构及性能已有变化●(recrystallization)：出现无畸变的等轴晶粒，逐步取代变形晶粒●(graingrowth)：再结晶结束后的晶粒继续长大加热时间延长或加热温度升高

Brass(Cu-Zn)33%CW3sat580℃

4sat580℃8sat580℃,completelyRC15minat580℃,graingrowth10minat700℃,graingrowth2性能的变化●强度和硬度(strengthandhardness)：变化小，再结晶阶段变化大

●电阻(resistance)：回复阶段已有大的变化

●内应力(innerstress)：回复阶段消除大部或全部内应力，再结晶阶段全部消除微观内应力

●亚晶粒尺寸：回复阶段变化小

●密度(density)：再结晶阶段急剧变化（缺陷减少）

●储存能的变化：再结晶阶段释放多

§9.2回复（Recovery）1回复动力学(recoverykinetics)●回复是冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早期阶段，在此阶段内物理或力学性能的回复是随温度和时间而变化的●定义剩余应变硬化分数（1-R），R为屈服强度回复率R=（σm-σr）/（σm-σ0）σm：变形后的屈服强度σr：回复后的屈服强度σ0：完全退火后的屈服强度(1)没有孕育期(no

incubationperiod)；

(2)在一定温度下，初期回复率大，随后逐渐变慢，直至趋近于零；

(3)预变形量越大，起始回复率也越快

●回复特征可用一级反应方程表示

t为恒温下的加热时间，x为冷变形导致的性能增量经加热后的残余分数；

在不同温度下，如以回复到相同程度作比较，可得：(4)每一温度的回复程度有一极限值，温度越高，该值越高，达到极限值所需时间越短；

lnt=A+Q/（RT）可求出回复激活能积分得：

●回复是一个驰豫过程(relaxationprocess)，其特点：

2回复机制(recoverymechanism)(1)低温回复：点缺陷密度急剧下降，宏观上电阻率变化大

(2)中温回复：位错运动（滑移）和重新分布

(3)高温回复：刃型位错可以获得足够能量攀移，发生多边化(polygonization)

●多边化即位错通过滑移和攀移，在沿垂直于滑移面方向上排列，形成具有一定取向差的位错墙（小角度晶界），由此产生亚晶(sub-grain,sub-structure,mosaicstructure)，这种结构称为多边化结构

●层错能高的金属易发生多边化，层错能低的多边化困难●在随后的过程中，亚晶粒将迁移而使亚晶粒合并长大§9.3再结晶（Recrystallization）1再结晶过程1)形核：以多边化形成的亚晶为基础形核

(1)晶界凸出形核

●再结晶是冷变形金属加热到一定温度后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，性能发生明显的变化并恢复到变形前状况的过程●再结晶是显微组织重新改组的过程，可以基本消除冷变形的影响

●是一个形核和长大的过程：再结晶晶核→长大●再结晶无晶体结构的变化

●A晶粒变形小，亚晶尺寸大；B晶粒变形大，亚晶尺寸小●A晶粒中的某些亚晶凸入B晶粒中，吞噬B晶粒中的亚晶，形成无畸变的再结晶晶核，降低系统的自由能

(2)亚晶形核

a)亚晶合并机制：1)形核(con’t)

●位错的运动使一些亚晶界上的位错转移到周围其它亚晶上，导致亚晶的合并；●合并后的亚晶的晶界上位错密度增加，逐渐转化为大角度晶界，从而具有更大的迁移率，这种晶界移动后留下无畸变的晶体，构成再结晶核心●此机制常出现在变形程度较大且具有2)长大(growth)：b)亚晶迁移机制：(2)亚晶形核(con’t)

1)形核(con’t)

●位错密度较高的亚晶界，其两侧的亚晶位相差大；●在加热过程中这些亚晶界容易迁移而成为大角度晶界，从而成为再结晶核心●此机制常出现在变形程度很大且具有低层错能的材料中。●驱动力是新晶粒与周围畸变母体之间的应变能差

●长大是再结晶晶核形成之后，借界面的移动向周围畸变区域长大的过程●当变形晶体中全部形成再结晶结束

2再结晶动力学(kineticsofrecrystallization)●再结晶过程取决于形核率N和长大速率G的大小；

●再结晶过程有孕育期；再结晶刚开始速度慢，逐步加快，到再结晶分数为50%时速度最快，随后逐渐变慢

1）再结晶的特点2）约翰逊-梅厄方程（Johnson-Mehlequation）●它适用于均匀形核，而不适用于有选择性形核的情形（如形核优先在晶界等）

●假定均匀形核，晶核为球形，形核率N和长大速率G不随时间改变，则再结晶的体积分数：

3）阿弗拉密方程(Avramiequation)或：●k为常数2再结晶动力学(kineticsofrecrystallization,

con’t)●针对恒温再结晶时形核率N随时间t的增加而呈指数关系衰减再结晶的体积分数：当再结晶是三维时，k为3-4；当再结晶是二维时（薄板），k为2-3；当再结晶是一维时（丝材），k为1-2。

3)等温温度对再结晶速率的影响

●再结晶速率与产生某一再结晶体积分数的时间成反比：即：●在两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时，可得：

2再