《冷塑性加工后金属在加热时的组织性能变化》课件

《冷塑性加工后金属在加热时的组织性能变化》回复机制RecoverymechanismsTemp.MechanismsOperatingLow1.Migrationofpointdefectstosinks(grainboundaries,dislocations,etc)2.CombinationofpointdefectsIntermediate1.Rearrangementofdislocationswithintangles2.Annihilationofdislocations3.SubgraingrowthHigh1.Dislocationclimb2.Subgraincoalescence3.Polygonization再结晶的学习意义

再结晶广泛存在于材料加工成形过程，是材料制备过程中不可或缺的环节。

再结晶是调整组织结构的有效手段，如细化晶粒、调整织构。尤其在没有相变的材料如纯铝、纯镁，再结晶是改善组织的唯一途径。再结晶形核机制亚晶聚合

伴随着亚晶长大ABC间位相差很小A和B合并ABC合并,形成大位相差界面高位错密度晶界迁移，亚晶长大，成为再结晶的晶核.变形程度较小时，大角度晶界上有一小段弓出，晶界扫过的区域储存能释放，可以作为再结晶晶核而长大。－晶界弓出再结晶温度

金属种类再结晶温度/℃纯铝99.999%8599%240合金320镍99.99%37099.4%630锡-4

退火孪晶：大部分是在一次再结晶中形成的7.2.3Graingrowth晶粒长大

从界面能的角度，再结晶结束后继续加热晶粒还要长大。细晶→粗晶→表面积↓→界面能↓→稳定

驱动力：与界面能成正比/与曲率半径成反比。⑴正常晶粒长大—均匀长大大晶粒吞并小晶粒弯曲晶界平直化三叉晶界→120°

晶界趋向六边形小箭头原子移动方向大箭头晶界迁移方向GrainGrowthBoundarymovestowardcenterofcurvatureThemorecurvedthegrainboundary:highertheenergyofthegrainsurfaceatomslessenergyisrequiredtomovethoseatomsawayfromthegrainGrainsizeincreaseswithtimeiftemperatureproducesatommovements

弯曲晶界平直化界面张力平衡

理想状态⑵异常晶粒长大

二次再结晶

secondaryrecrystallization

再结晶后继续加热，某些晶粒吞并周围晶粒长大，出现异常粗大晶粒，称~。

原因：第二相、杂质溶入基体金属中,晶界迁移长大；或者再结晶织构中，个别晶粒位向差大,易于迁移→异常长大。

晶粒的反常长大（不均匀长大，或称为二次再结晶secondaryrecrystallization

）二次再结晶特征：

驱动力来自界面能或表面能的降低。

不需要重新形核，是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作为基础而长大。少数晶粒突发性地迅速发生粗化，使晶粒间的尺寸差别显著增大。只有在晶粒正常长大受阻情况下才产生二次再结晶。

也会产生择优取向的晶粒，称之为再结晶织构。高纯Fe-3Si箔材于1200℃真空中退火时所产生的二次再结晶现象☻粗大晶粒降低材料的力学性能。☺硅钢片生产中，二次再结晶可获得高斯织构{110}<001>和立方织构{100}<001>

还可以利用二次再结晶制取单晶体。7.2.4.再结晶织构

具有变形织构的冷加工金属，经再结晶退火后，通常仍具有择优取向，称此为再结晶织构.与原织构相同/不同。冷拔铝丝<111>丝织构

500°C以下退火，织构不变

600°C以上退火，变成<112>或<210>织构形成机理:(1)定向生长

取向有利的晶核迁移快，抑制并吞并其他晶核，形成再结晶织构。(2)定向形核母体具有织构，晶核与母体有一定取向关系，因此形核长大后也形成织构。再结晶织构的存在会引起各向异性，织构越完整，各向异性越明显。7.2.5再结晶退火后金属组织

性能的控制

⑴晶粒尺寸的控制.

退火后晶粒大小d取决于：

冷变形量ε/

退火温度T

常用再结晶图描述三者关系

·临界变形区

·二次再结晶区

临界变形区不均匀变形二次再结晶区强烈冷变形+高温退火铝的再结晶图（熔点660℃）临界变形度:金属冷变形后再结晶时晶粒极易长得粗大，这时所对应的应变量，称为临界变形度。金属材料的临界变形度一般为（2～8％）。晶粒尺寸的控制controlofgrainsizePriorstrain预应变Scheduleofanneal退火制度Priorgrainsize初始晶粒尺寸Impurities杂质

Recrystallizationoffersameansofcontrollinggrainsize.

预应变越大

金属纯度越低(杂质/合金元素）原始晶粒越细加热速度越快加热时间越短晶粒细化Grainrefining⑵再结晶织构的控制选择适当的工艺和退火制度适当调整化学成分

危害：制耳加工率↑退火温度↑制耳越严重冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响

(纯铝片拉伸)3%6%9%12%15%20%变形40%变形60%变形纯铁冷变形压缩变形450℃退火500℃退火600℃退火700℃退火800℃退火纯铁冷变形+退火Al－Li合金的再结晶

recrystallizationofAl-Lialloy

冷轧coldrolling+退火annealing

位错胞dislocationcells（冷轧）

位错网dislocationnetwork（退火初期）位错墙

dislocationwalls亚晶界

subgrainboundariesLowAngleGrainBoundary－小角晶界大角晶界highangleboundaries7.3金属在热加工中组织性能的变化7.3.1热加工的特点优点变形抗力↓塑性↑变形量↑控制T、ε、V、t→组织性能缺点尺寸精度↓表面光洁↓与冷加工区别：硬化(workhardening)＆软化(recovery/recrystallization)同时出现。

若相互抵消，无加工硬化效应。

热加工的优缺点优点：（1）金属的塑性好,断裂倾向小,可采用较大的变形量；（2）变形抗力低；（3）无需中间退火；（4）可加工室温下不能进行塑性加工的金属；（5）作为开坯,可改善粗大的铸造组织；（6）可通过控制变形温度/速度/变形程度/冷却速度/道次间隙时间控制组织性能。缺点：（1）需要加热，耗能；（2）不如冷加工制品尺寸精确,表面光洁；（3）尺寸精度不如冷加工。

热加工的软化过程：

⑴动态回复 dynamic recovery⑵动态再结晶dynamic recrystallization⑶亚动态再结晶

metadynamicrecrystallization⑷静态再结晶staticrecrystallization⑸静态回复 static recoverysofteningprocessduringhotrollingsofteningprocessduringhotextrusion

7.3.2热变形中的软化过程⑴动态回复dynamicrecovery

Ⅰ微变形阶段

Ⅱ加工硬化逐渐降低

Ⅲ稳定变形阶段

机制：位错攀移

climbing

交滑移

crossslip

位错脱钉

动态回复应力-应变曲线应变速率一定1)变形温度↑回复速率↑进入稳定阶段早,变形应力↓2)温度一定,应变速率↑进入稳定阶段晚,变形应力↑

3)动态回复～层错能

stackingfaultenergy

高层错能金属Al，iron，lowcarbonsteel

扩展位错窄，易交滑移crossslip攀移climb

→亚晶中位错密度↓→储存能↓→不足以引起动态再结晶→易发生动态回复.

⑵动态再结晶dynamicrecrystallization再结晶形核长大+塑性变形发生动态再结晶的应力－应变曲线

应变速率↓温度↑稳定变形应力↓低应变速率时重复发生动态再结晶

动态再结晶～层错能层错能低黄铜brassγ-铁iron

不锈钢stainlesssteel

扩展位错宽→难于交滑移、攀移→亚组织中位错密度↑

→动态再结晶动态再结晶～金属纯度purity

纯度↑再结晶能力↑ 溶质原子soluteatom弥散分布第二相粒子dispersedsecondphaseparticle都会阻碍晶界迁移,使再结晶能力↓例：Al－Mg－Li合金7.3.3.热加工后的软化过程

条件：热变形间断期间/热变形后，金属仍处于较高温度。连轧：道次间

热变形后—内能↑热力学不稳定状态

⑵静态再结