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文档简介
Recovery(回复),Recrystallization(再结晶)andHot-work(热加工)ofmetals2一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化
金属经冷变形后,组织处于不稳定状态,有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下,原子扩散能力小,不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加,金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。3Theeffectofannealingtemperatureongrainsizeinbrass.Twinboundariescanalsobeobservedinthestructures,(a)annealedat400oC,(b)annealedat650oC,and(c)annealedat800oC(75
).
4Theeffectofannealingtemperatureonthemicrostructureofcold-workedmetals.(a)cold-worked,(b)afterrecovery,(c)afterrecrystallization,and(d)aftergraingrowth.5ThreeStagesofAnnealingRecovery(回复)-Alow-temperatureannealingheattreatmentdesignedtoeliminateresidualstressesintroducedduringdeformationwithoutreducingthestrengthofthecold-workedmaterial.Recrystallization(再结晶)-Amedium-temperatureannealingheattreatmentdesignedtoeliminatealloftheeffectsofthestrainhardeningproducedduringcoldworking.Graingrowth(晶粒长大)-Movementofgrainboundariesbydiffusioninordertoreducetheamountofgrainboundaryarea.6㈠回复回复是指在加热温度较低时,由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使缺陷数量减少等。在回复阶段,金属组织变化不明显,其强度、硬度略有下降,塑性略有提高,但内应力、电阻率等显著下降。工业上,常利用回复现象将冷变形金属低温加热,既稳定组织又保留加工硬化,这种热处理方法称去应力退火。7
Schematicdiagramofpolygonizationinadeformedmetal.(a)deformedmetalcrystalshowingdislocations,(b)afterrecovery,dislocationsmovetoformsmall-anglegrainboundaries.8㈡再结晶当变形金属被加热到较高温度时,由于原子活动能力增大,晶粒的形状开始发生变化,由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒。这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。再结晶后,金属的强度、硬度下降,塑性、韧性提高,加工硬化消失。9Schematicmodelofthegrowthofarecrystallizedgrainduringtherecrystallizationofametal,(a)isolatednucleusexpandedbygrowthwithinadeformedgrain,(b)originalhigh-anglegrainboundarymigratingintoamorehighlydeformedregionofmetal.10
Factorsaffecttherecrystallizationprocessinmetalsandalloysare:
amountofpriordeformationofthemetal
temperature
time
initialgrainsize
compositionofthemetaloralloy11㈢再结晶后的晶粒长大再结晶完成后,若继续升高温度或延长保温时间,将发生晶粒长大,这是一个自发的过程。晶粒的长大是通过晶界迁移进行的,是大晶粒吞并小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的强度,尤其是塑性和韧性降低。12
Agrainboundaryhasasurfacetension,T(=surface-freeenergyperunitarea)becauseitsatomshaveahigherfreeenergythanthosewithinthegrains.Consequently,toreducethisenergyapolycrystalwilltendtominimizetheareaofitsgrainboundariesandwhenthisoccurstheconfigurationtakenupbyanysetofgrainboundarieswillbegovernedbytheconditionthatTA/sinA=TB/sinB=Tc/sinCGraingrowth13(a)Relationbetweenanglesandsurfacetensionsatagrainboundarytriplepoint;(b)idealizedpolygonalgrainstructure.14The‘cannibalising’ofsmallcrystalsbylargerones.
15AnnealingandMaterialsProcessingHeat-affectedzone-Thevolumeofmaterialadjacenttoaweldthatisheatedduringtheweldingprocessabovesomecriticaltemperatureatwhichachangeinthestructure,suchasgraingrowthorrecrystallization,occurs.16Thestructureandpropertiessurroundingafusionweldinacold-workedmetal.Notethelossinstrengthcausedbyrecrystallizationandgraingrowthintheheat-affectedzone17Grainsizeinadeep-drawncomponentwhichhassubsequentlybeenannealed.Thegrainsizeatthebaseofthecup(a)willbethatoftheoriginalmaterialsincetherehasbeennocold-work,andconsequentlynorecrystallizationduringtheannealingprocess.18Duringhotworking,theelongatedanisotropicgrainsimmediatelyrecrystallize.Ifthehot-workingtemperatureisproperlycontrolled,thefinalhot-workedgrainsizecanbeveryfine.19HotWorkingLackofStrengtheningEliminationofImperfectionsAnisotropicBehaviorSurfaceFinishandDimensionalAccuracy
在金属学中,冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷加工,而高于再结晶温度的加工称为热加工。如Fe的再结晶温度为451℃,其在400℃以下仍为冷加工。而Sn的再结晶温度为-71℃,则其在室温下的加工为热加工。热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化所抵消,因而热加工不会带来加工硬化效果。20TheeffectofcoldworkonthepropertiesofaCu-35%Znalloyandthe
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