第七章--回复与再结晶(新)..ppt

1、第七章 回复与再结晶,将冷变形后的金属加热到临界点以下某温度区间，变形金属的组织、性能会恢复到变形前的状态，这一过程称为回复、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，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，在变形组织内部生成新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。,7.1 形变金属及合金在退火过程中的变化,回复，再结晶只是针对经过冷塑变的材料而言； 再结晶过程没有发生真正意义的相变，再结晶与重结晶完全不同； 动力形变的储存能； 再结晶过程，其形变织构仍然存在,或保留原织构,或形成新的织构退火织构

2、,将冷塑性变形的金属材料加热到0.5T熔温度附近，进行保温，随时间的延长。第一阶段显微组织无变化，晶粒仍是冷变形后的纤维状，称为回复阶段。第二阶段完全变成新的等轴晶粒，称为再结晶阶段。第三阶段称为晶粒长大阶段。,显微组织的变化,储存能的释放与性能变化 1 储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分（10）变形功。 弹性应变能（312） 2 存在形式 位错（8090） 点缺陷 3 储存能的释放：原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放。,回复、再结晶及晶粒长大阶段中性能的变化情况,（1）力学性能 回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。 再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。 晶

3、粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高,粗化严重时下降。 （2）物理性能 密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高； 电阻：电阻在回复阶段可明显下降。,7.2 回复,回复过程3阶段（储存能在回复阶段三个峰值所对应的） 约化温度：表征加热温度的高低，用绝对温标表示的加热温度与其熔点温度之比， TH =T/Tm。,回复机理,（1）低温回复（TH在0.10.3Tm） 低温回复主要涉及点缺陷的运动。空位或间隙原子移动到晶界或位错处消失，空位与间隙原子的相遇复合，空位集结形成空位对或空位片，使点缺陷密度大大下降。主要发生电阻和应力回复。,（2）中温回复（ TH在0.30.5Tm） 中温回复时

4、，随温度升高，原子活动能力增强，位错可以在滑移面上滑移或交滑移，使异号位错相遇相消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使亚晶规整化。,（3）高温回复（ TH 0.5Tm） 高温回复，原子活动能力进一步增强，位错除滑移外，还可攀移。主要机制是多边化。冷变形后由于同号刃型位错在滑移面上塞积而导致点阵弯曲，在退火过程中通过刃型位错的攀移和滑移，使同号刃型位错沿垂直于滑移面的方向排列成小角的亚晶界，这个过程称为多边化。其驱动力来自应变能的下降。,多边化前后位错的排列情况,多边化前 (b)多边化后,刃型位错的滑移和攀移过程,回复动力学 研究回复动力学，可以了解冷变形金属在回复过程中的性能、回复程度

5、与时间的关系，从而更好的控制回复过程。,经拉伸变形的纯铁在不同温度下加热时，屈服强度的回复动力学曲线,如何解释图中的现象？,回复退火去应力退火 1.概念：将变形金属加热到一个较低温度保温，以消除内应力，又称去 应力退火。 2.应用：回复退火主要用来除去内应力，冷变形后金属中存在的内应力 通常是有害的。 如：黄铜弹壳，为消除晶间应力腐蚀开裂，可用260退火去应力。 回复退火后，晶粒形状及 HV都无明显变化，只是内应力消除，电阻率下降。,7.3 再结晶形核和长大过程,定义：冷变形金属加热到一定温度后，在变形基体中重新生成无畸变的新晶粒，性能恢复到原来的软化状态，这一过程称为再结晶.,驱动力：变形金

6、属经回复后未被释放的储存能（相当于变形总储能的90）。,再结晶的形核与长大过程,再结晶的形核,形核机制：晶界弓出形核和亚晶形核。,（1）小变形量的弓出形核机制 小变形量时,各晶粒形变不均匀, 相邻晶粒的位错密度相差很大，变形小的晶粒向变形度大的亚晶粒一侧弓出形成无畸变晶核。,弓出形核机制示意图,(2）亚晶合并机制 当形变量比较大时，高层错能金属存在很多亚晶，易交滑移。,亚晶合并机制示意图,过程： 多边化。亚晶的“Y”过程 相邻晶粒转动使小亚晶合并为大亚晶。 亚晶尺寸增大形成大角晶界。 大角晶界弓出形成再结晶核心。,（3）亚晶蚕食机制 一般变形量很大的低层错能金属扩展位错宽度大，不易束集，交滑移

7、困难，位错密度很高。,亚晶蚕食机制示意图,过程： 很大的小区域位错攀移重分布，使位错运动到相邻晶粒， 形成一个低的小区域。 低的区域逐渐扩大，其与周围区域的位向角增大。 当小区域扩大到一定体积，与周围晶粒之晶界变为大角晶界。 大角晶界弓出形成核心。,三种形核机制都是大角度晶界的突然迁移，所不同的是获得大角度晶界的途径不同。,再结晶动力学,影响再结晶的因素,1.温度 加热温度越高，再结晶转变速度越快，完成再结晶所需的时间也越短。 再结晶温度：通常是指金属经较大塑性变形后加热1小时，发生再结晶体积达95%所需的温度。一般将发生5%再结晶时的温度称为开始再结晶温度。 纯金属：T再=（0.350.45

8、）Tm,2.变形程度 变形程度越大，存储能也越多，再结晶驱动力也越大，因此再结晶温度也越低，同时再结晶速度也越快。,3.微量溶质原子 微量的溶质原子的存在对再结晶有巨大的影响。溶质或杂质原子与位错，晶界有交互作用，偏聚在位错及晶界处，对位错的运动及晶界的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶的形核与长大，阻碍再结晶，使再结晶温度升高。 4.原始晶粒尺寸 其他条件相同情况下，晶粒越细，变形抗力越大，冷变形后存储能越多，再结晶温度越低。相同变形度，晶粒越细，晶界总面积越大，可供形核场所较多，生核率也增大，再结晶速度加快。,5.分散相粒子 分散相粒子直径较大，离子间距较大的情况下，再结晶被促进；而小的粒子

9、尺寸和小的粒子间距，再结晶被阻碍。 原因？,再结晶后晶粒大小,（1）变形度的影响,不能相变细化的金属，可以再结晶细化。 避免临界变形度,(2）退火温度 提高退火温度，不仅使再结晶的晶粒长大，而且使临界变形度小，临界变形度越小，再结晶后的晶粒也越粗大。,低碳钢（0.06%.C）变形度及退火温度对再结晶晶粒大小的影响,回复退火：去应力（1，2类）退火，电阻率降； 再结晶退火：除织构外，所有性能都恢复。,7.4 晶粒长大,驱动力：长大，使总的界面能降低，是热力学自发过程。 驱动力表现为由晶界曲率产生的张力。,说明： 晶粒长大的驱动力是晶界总能量的下降，具体表现为晶界曲率变化产生的力P； P总是与晶界

10、能成正比，所以大角度晶界易于迁移，而小角度晶界不可能迁移； P总是正比于1/R，所以曲率增大，驱动力增大，平面的界面是不可能迁移的； P总是指向曲率中心的，所以晶界向曲率中心方向迁移。,长大方式：正常长大； 异常长大（二次再结晶）.,正常长大,晶粒的稳定形貌,影响晶粒长大的因素,(1)温度：温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。但在某温度下，存在极限。 (2)第二相质点：阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。一般有晶粒稳定尺寸d和第二相质点半径r、体积分数的关系： d=4r/3 (3)杂质与合金元素：“气团作”钉扎晶界,不利于晶界移动。 (4)相邻晶粒位向差：小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者的

11、移动速率低于后者。,晶粒的异常长大,1 异常长大: 少数再结晶晶粒的急剧长大现象 (二次再结晶） 2 基本条件:正常晶粒长大过程被(第二分散相微粒、织构）强烈阻碍。 3 驱动力：界面能变化（不是重新形核） 4 原因：晶粒内部肯定存在大量的阻止晶粒长大的因素。 1）合金元素附集晶界，阻碍晶界迁移。 2）第二相粒子阻碍晶界运动。 3）薄板中的热蚀沟。,7.5 金属的热变形,热变形或热加工指金属材料在再结晶温度以上的加工变形。热加工过程中，在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反过程。,动态回复,在塑变过程中发生的回复。主要发生在层错能高的金属材料的热变形过程中。,动态回复过程的热加工真

12、应力应变曲线： （1）形变开始时，位错密度增加，应力增加，产生硬化。 （2）变形到一定程度，位错密度达稳定状态。 （3）只发生动态回复的材料，热加工后仍保持长晶粒（但晶粒内部存在等轴状亚晶胞状亚结构） （4）将动态回复的材料热加工后快冷可使强化部分保留下来。,动态再结晶,在塑变过程中发生的再结晶。,主要发生在低层错能的材料，产生扩展位错，难以进行交滑移和攀移，有很大的储存能。 特点 反复形核，有限长大，晶粒较细。 包含亚晶粒，位错密度较高，强度硬度高。 应用：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、快的冷却速度可 获得细小晶粒。,动态再结晶的真应力应变曲线 热加工后为等轴晶，强度较高，晶粒细。 停止加工后发生静态再结晶，晶粒粗一个等级，这是造成混晶的重要作用。,热加工后的组织与性能,（1）改善铸锭组织。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。 （2）形成纤维组织（流线）。 组织：枝晶、偏析、夹杂物沿变形方向呈纤维状分布。 性能：各向异性。沿流线方向塑性和韧性提高明显。 （3）形成带状