材料科学基础第五章2.ppt

1、第5(2)章恢复和再结晶恢复和再结晶化，塑性形变系的能量，恢复再结晶化，恢复再结晶化晶粒长大graingrowthafterrecryuninstallization， 自发倾向1 .变形材料加热时的变化、一、金相组织的变化、热(90 )储能(10 )、变形材料引起恢复再结晶的驱动力冷变形材料加热时经历恢复，在比较低温下变形材料的金相组织几乎没有变化， 多角化再结晶了的没有新的应变的等轴小晶粒代替形变织构的晶粒成长了的微小的晶粒，互相吞没形成稳定的尺寸，塑性形变外力的工作，恢复：冷变形金属在低温加热时，金相组织上看不到变化，不过，物理的、力学的性能部分地恢复到了冷变形在先的过程。 再结晶：当冷

2、变形金属被加热到适当的温度，在形变织构内部没有新的应变的等轴晶粒取代变形晶粒，变形强化效果完全消除的过程。 回复阶段：金相组织还是纤维状，看不到变化的再结晶阶段：变形的晶粒通过核生长，逐渐变成没有新的应变的等轴晶粒。 晶粒长大阶段：晶界偏聚移动，晶粒粗大化，达到比较稳定的形状和尺寸。 /恢复，再结晶，晶粒长大，金相组织的变化(图像)，Smith wf.fffffffondsofmaterialscienceandengineering.McGraw.hill.3/e，性能变化1力学性能(图像)。 再结晶阶段：强度、硬度显着降低，塑性显着提高。 晶粒长大阶段：强度、硬度持续下降，塑性持续提高，粗

3、大化严重时降低。 2物理性能密度：在恢复阶段没有大的变化，在再结晶阶段急剧上升的电阻：电阻在恢复阶段明显降低。 三性能变化，Smith wf.ffffffffedandsofmaterialscienceandengineering.McGraw.hill.3/e，变形金属加热时的组织和性能变化的对象，内部应力，塑性，强度恢复再晶粒长大、性能变化、组织变化、加热温度、储藏能量变化(图像) 1储藏能量：冷变形金属内部存在的一部分(10 )变形功。 弹性应变能(312 )、2存在形式、位错(8090 )驱动力点缺陷、3储能的释放：提高原子活动能力，转移到平衡位置，释放储能。 内应力变化恢复的阶段：

4、去除第一类内应力的大部分或全部，部分去除第二类、第三类内应力的再结晶阶段：内应力可以完全消除。* 2.恢复恢复，另一方面，恢复阶段的性能和组织变化3:是恢复阶段，以下现象： 1 .宏命令的大部分内部应力被除去了，但是微观应力依然是2 .电阻率为Cu、Al、Ag的线材在90K处变形，现在在293K处导电性能逐渐恢复，原始的变形形态3360 3、HV、s的变化因材料而异： Zn、Cd在室温下几乎可以消除因冷变形引起的加工硬化； Cu，真的吗？ 加热到350，HV无明显变化的Fe在358以上，可以看到部分加工硬化的去除。 显微镜下金相组织几乎没有变化。 但是，在高温恢复时，在热激活能条件下由于位错和

5、攀爬，从而产生多角化子结构。 当恢复动力学恢复kinetics、变形材料被加热时，其力学和物理性能的恢复程度根据温度t和时间t而变化1 R 0，r是恢复部分恢复退火后的流变学应力0是加工硬化完全消除的流变学应力m是退火前即低温状态的流变学应力，m 0、(2) (4)预先变形量越大，则开始恢复速度越快。然后在处理较慢(3)的长时间后，性能趋于取得平衡。 在恢复的初期阶段除去硬化的程度快，随着时间的延长恢复的程度变弱，并且，变形量大，原来如此，恢复开始速度也变快。进一步分析，在某一定温度下，恢复时间为1 R b a ln t Ae Q/RT ln t B Q/RT Q是恢复过程的活性能量，r是瓦斯

6、气体常数t是绝对温度a，b是常数是lnt- 1/T的关系曲线直线，从直线的斜率为q，3， 可以求出恢复机理，在恢复过程中1 .发生低温恢复，向表面或晶界移动，与间隙原子复合地与错位交互作用，空位片崩溃，恢复反应历程1低温恢复(0.10.3Tm )，向晶界、错位移动，间隙原子消失，空位聚集(空位组，对)，点缺陷运动，缺陷密度(0.30.5Tm )，不同信号重排相遇，抵消重排，重排滑移，重排密度降低，重排滑移位错的重新组合和不同信号重排相互抵消，恢复反应历程，3高温恢复(0.5Tm )重排的蔓延多角度化(亚晶粒粒)，重排的垂直排列(亚晶粒粒) 产生，多角度多边形化，多角度化的条件1 )塑性形变使晶

7、格弯曲的2 )滑动面上有过剩的同种刃型位错3 )热活性下刃型位错发生了爬行运动，刃型位错得到一盏茶的能量能够爬行，变位排列在墙壁上，多角度化结构， 在产生单滑的单晶中多角化过程最典型的多晶中多系滑移位错交织形成细胞球状组织，多角化不明显，因此回复退火的应用，1，回复反应历程和性能关系的内部应力：基本消除了弹性变形，硬度、强度的降低很少：变位密度的降低不明显，亚晶粒细的电阻率2、脱应力退火可降低应力(保持加工硬化效果)，防止工件变形开裂，提高耐腐蚀性。 再结晶recryuninstallization，t是在形变织构的沉积基质上产生没有新的应变的再结晶核，逐渐成长形成等轴晶粒，这个过程代替形变织

8、构成为再结晶过程。 再结晶没有结晶结构和化学成分的变化，不属于过渡相。、一、再结晶的形核、再结晶的转变驱动力：结晶的弹性应变必然发生在高应变能区域：在大角度晶界、相界面、孪晶或滑带界面，1 .晶界弓的形核的变形量小的(20 )多晶体，其再结晶核以晶界弓的形式变形度小时，根据多晶粒间的变形不均匀性，多晶粒内位错密度不同。 为了降低系统的自由能，当进行再结晶时，通过晶界移动的本来平坦的晶界突出至位错密度大的晶粒内，在扫描其前端的区域吞没应变亚晶粒，从而形成无应变的再结晶核。 关于再结晶的形核反应历程，核的临界尺寸为g、形核时的单位体积引起的总自由能的变化、ES、单位体积蓄积的应变能、界面表面能、d

9、A dV、弓出的表面积弓出的晶界在位置时扫描的体积、dV、dA、G E、s， 界面为一球面、半径为r时为dA/dV2/r，上式中弓出核的能量条件为G0，即，在弓出部分的两端距离为2L的r=L/sin当量/2的情况下，L=rmin Lc=2/Es、r、gs、2、r、ES、2、品2 .亚晶核在变形度大(20% )的情况下，形成错位交织而成的细胞球状结构，加热多角化亚晶，通过亚晶作为再结晶的核，其形状的核反应历程，1 )亚晶粒的迁移反应历程通过亚晶粒界的移动，与邻接的变形基体并吞亚晶粒而成长2 ) 亚晶粒的融合反应历程通过两个亚晶粒间的亚晶粒边界的消失，合并两相邻接亚晶粒而生长的位错网络的分解、分裂

10、以及位错的蔓延和滑移，形成大角度的晶界时，由于具有比亚晶界大的迁移率，所以能够迅速地移动，之后残留没有变形的结晶再结晶的核、二、再结晶动力学、recryuninstallizationkinetics，再结晶过程是通过无应变的新晶粒的形核和生长进行的，因此，再结晶的动力学决定了n、0.01、8001000最终退火温度，图8 46、硅钢板退火lb后的结晶校正尺寸的变化退火温度、变形量和晶粒大小的相关系谱图。 2再结晶织构：的再结晶退火后形成的织构。 退火既可以消除形变织构，也可以形成新的组织。 选择优形核(沿袭变形织构)选择优形成长(特殊方位的再结晶核急速生长) 3退火双晶：再结晶退火后出现的双

11、晶。 这是因为在再结晶的过程中，由于晶界的移动，层间偏移而形成的缘故。一、再结晶退火后的晶粒大小、晶粒尺寸，预先变形的程度：退火后的晶粒、退火温度：t :静态再结晶图在临界变形量和二次再结晶阶段出现了两个粗大晶粒工业纯铝再结晶。 在再结晶过程中，冷变形金属形成的组织称为再结晶组织、j厦鸭、二、再结晶组织、recryuninstallizationtextures。 与退火组织不同，即使是不引起再结晶的回复退火，也可以形成与形变织构几乎相同的退火组织。 再结晶组织和原形变织构的关系是，a )晶粒的取向和原组织一致的b )原组织消失，而新的组织c )原组织消失，不能形成新的组织。再结晶组织的形成反

12、应历程，1 )定向核理论Oriented Nucleation Theory的变形量大，发生形变织构的情况下，由于各亚晶粒的方位接近，再结晶核优先取向生长再结晶组织(与原来的形变织构的方位一致)，2 ) 定向生长理论Oriented Growth Theory认为，再结晶的晶体取向几乎不规则，只有具有特殊取向的晶核才有可能迅速生长为变形基体。 由于晶界的移动速度决定了晶界两侧晶粒间的相位差，因此在沉积基质中存在变形织构的情况下，大多数晶粒的取向接近，晶粒难以生长，由于存在与变形织构具有特殊取向关系的再结晶核，因此其晶界具有较高的移动速度。 因此，产生择优生长，逐渐吞没周围的变形沉积基质而相互接

13、触，形成与原来的变形织构的取向不同的再结晶织构。三、退火双晶AnnealingTwins、f.c.c .结构的Cu和Cu合金、不锈钢是再结晶退火组织，在其晶粒内部出现板状双晶退火双晶而形成退火双晶的情况下(111 ) 在密排面上产生变位退火孪晶的形成反应历程：在晶粒长大过程中形成孪晶界面能大角度的晶界能的情况下，退火孪晶主要与其变位能低有关，6 .材料的热加工，热加工过程通常， Cold workingProcess将再结晶温度以上的加工称为“热加工”，将在再结晶温度以下不加热的加工称为“冷加工”，为了减少变形阻力和加工动力的能源消费，其加热温度控制在固相线以下的100-200的范围内。 关于

14、再结晶温度，除了区别冷加工的界限线，“温加工”的加工温度比再结晶温度低，但比室温高，冷加工引起的加工硬化在退火引起的回复再结晶等软化过程中可以消除。 在热加工中，由于温度高，在变形的同时发生回复和再结晶，硬化过程和软化过程进行云同步。由于、热加工的恢复和再结晶过程复杂，根据其特征，动态恢复动态再结晶、Dynamic，在变形时，即在温度和负荷的联合作用下变形停止后，即在无负荷作用下发生，亚动态再结晶静态地恢复静态再结晶，Static，其中静态恢复，静态再结晶的变化规律为上热加工后的材料组织和性能取决于软化作用和加强作用抵消的程度。一、动态恢复和动态再结晶dynamicrecoveryanddyn

15、amicrecryuninstallization，1 .动态恢复Dynamic Recovery 1)动态恢复时的应力应变曲线的特征应力应变曲线可分为三个阶段：微变形阶段：应力稳态流变学阶段：加工硬化与动态恢复作用接近平衡，出现应力不随应变升高的稳定状态，稳态流变学的应力受t和影响较大，l t1-I，-t:L.lt (丝线):I，瞌睡； t、鲁高tmm、420、三、蠕变、蠕变在某一温度下以一定应力(小于屈服应力)产生的缓和连续的塑性流动现象。 小应变速率，高温度。 金属T0.3Tm，II，I，E=o豆tt，I，I，I，e为aa，t，1断裂时间的初始应变时间，图5. 74，典型的蠕变曲线，过渡或减速蠕变阶段稳定蠕变阶段加速蠕变阶段，1，2，0，Kd，s，晶粒Hall-Petch公式， 屈服强度相当于单晶的屈服强度、常数，相邻的晶粒位错运动的影响关系与晶界结构有关，一般的关系式、金属材料一样，为亚晶粒的尺寸与s的关系、塑性材料的流变学应力与晶粒尺寸脆性材料的脆性破坏应力与晶粒的大小的关系， 金属的疲劳强度和晶粒的大小的关系也是霍尔-佩吉式，晶界对高温强度的影响为低温时：晶界强度