Microsoft PowerPoint - 第04讲 回复再结晶

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1、张 贵 杰Tel : 13 23 05 87 92 5E - Mai l: z hgui j i e v i p. si na. com河 北 联 合 大学金 属 材 料 及加工 工 程 系金 属 塑 性 变 形 理 论第 四 讲201 1 - 5 - 6 2L ess o n F o u rL ess o n F o u r第三章 塑性加 工时组 织性能 的变化主要内容M a i n Co n te n t 冷加工 退火时 的回复 与再结 晶 热加工 时的回 复与再 结晶201 1 - 5 - 6 3L ess o n F o u rL ess o n F o u r3 .3 冷 加工退 火

2、时的 回复与 再结晶 经 塑 性 变 形 的 材 料 具 有 自 发 恢 复 到 变 形 前低 自 由 能 状 态 的 趋 势 。 当 冷 变 形 金 属 加 热时 会 发 生 回 复 、 再 结 晶 和 晶 粒 长 大 等 过程 。 了 解 这 些 过 程 的 发 生 和 发 展 规 律 , 对于 改 善 和 控 制 金 属 材 料 的 组 织 和 性 能 具 有重要的 意义 。201 1 - 5 - 6 4L ess o n F o u rL ess o n F o u r回复 、 再结晶 和晶粒 长大 回 复 是 指 新 的 无 畸 变 晶 粒 出 现 之 前 所产生的 亚结构 和性能

3、变化的 阶段 ; 再 结 晶 是 指 出 现 无 畸 变 的 等 轴 新 晶 粒逐步取 代变形 晶粒的 过程 ; 晶 粒 长 大 是 指 再 结 晶 结 束 之 后 晶 粒 的继续长 大 。201 1 - 5 - 6 5L ess o n F o u rL ess o n F o u r201 1 - 5 - 6 6L ess o n F o u rL ess o n F o u r3 .3 .1 回 复 冷 变 形 金 属 在 低 于 再 结 晶 温 度 下 加 热 时 , 显 微 组织 与 强 度 、 硬 度 均 不 发 生 明 显 变 化 , 只 有 某 些 物理 性 能 和 微 细 结

4、 构 发 生 变 化 。 这 是 由 于 原 子 在 微晶 内 只 能 进 行 短 距 离 扩 散 , 使 点 缺 陷 和 位 错 在 退火 过 程 中 发 生 运 动 , 从 而 改 变 了 它 们 的 数 量 和 分布 。 在 回 复 阶 段 , 由 于 不 发 生 大 角 度 晶 界 的 迁 移 , 所以 晶 粒 的 形 状 和 大 小 与 变 形 态 的 相 同 , 仍 保 持 着纤 维 状 或 扁 平 状 , 从 光 学 显 微 组 织 上 几 乎 看 不 出变化 。201 1 - 5 - 6 7L ess o n F o u rL ess o n F o u r 低温回 复 ( 0

5、 .1 0 .2 Tm )机 理 : 点 缺 陷 运 动移 至 晶 界 、 位 错 处空 位 间 隙 原 子空 位 聚 集 ( 空 位 群 、 对 )消 失缺 陷 密 度 降 低201 1 - 5 - 6 8L ess o n F o u rL ess o n F o u r中温回 复 ( 0. 2 0. 3T m ):位 错 滑 移异 号 位 错 相 遇 而 抵 销位 错 缠 结 重 新 排 列亚 晶 粒 长 大位 错 密 度 降 低高温回 复 ( 0. 3 0. 5T m ):多 边 化 ( 亚 晶 粒 )位 错 攀 移 ( 滑 移 )位 错 垂 直 排 列 ( 亚 晶 界 )弹 性 畸

6、变 能 降 低201 1 - 5 - 6 9L ess o n F o u rL ess o n F o u r多 边 形 化 前 、 后 刃 型 位 错 的 排 列 情 况201 1 - 5 - 6 10L ess o n F o u rL ess o n F o u r3 .3 .2 再 结晶 在 再 结 晶 阶 段 , 首 先 是 在 畸 变 度 大 的 区 域产 生 新 的 无 畸 变 晶 粒 的 核 心 , 然 后 逐 渐 消耗 周 围 的 变 形 基 体 而 长 大 , 直 到 形 变 组 织完 全 改 组 为 新 的 、 无 畸 变 的 细 等 轴 晶 粒 为止 。201 1 -

7、 5 - 6 11L ess o n F o u rL ess o n F o u r201 1 - 5 - 6 12L ess o n F o u rL ess o n F o u r201 1 - 5 - 6 13L ess o n F o u rL ess o n F o u r再结晶 的形核 与长大形 核亚 晶 长 大 形核机 制( 变 形 量 较大时 )亚 晶 合 并 形核亚 晶 界 移 动形核( 吞 并 其 它亚晶 或 变 形 部分 )晶 界 凸 出 形核( 变 形 量 较小时 )( 晶 界 弓 出形核 , 凸 向 亚晶粒 小 的 方 向 )长 大驱 动 力 : 畸变能 差方 式

8、: 晶 核向畸 变 晶 粒 扩展 , 直 至 新 晶粒相 互 接 触注 : 再 结 晶 不 是 相 变 过 程201 1 - 5 - 6 14L ess o n F o u rL ess o n F o u r具 有 亚 晶 组 织 的 晶 间 凸 出 形 核 示 意 图201 1 - 5 - 6 15L ess o n F o u rL ess o n F o u r再结晶 动力学 再结晶 速度与 温度的 关系 开始时 再结晶 速度很 小 , 在 体积分 数为0 .5 时最 大 , 然 后减慢 。( )RTQAV -= exp再201 1 - 5 - 6 16L ess o n F o u

9、rL ess o n F o u r铝在 3 5 0 的等温 再结晶动 力学曲线201 1 - 5 - 6 17L ess o n F o u rL ess o n F o u r再结晶 温度 经 严 重 冷 变 形 ( 变 形 量 7 0 % ) 的 金 属 或 合金 , 在 1 h 内 能 够 完 成 再 结 晶 的 ( 再 结 晶 体积分数 9 5 % ) 最低温 度 。高纯金 属 : T 再 ( 0.25 0.35 ) Tm工业纯金 属 : T 再 ( 0.35 0.45 ) Tm 合金 : T 再 ( 0.4 0. 9) Tm 201 1 - 5 - 6 18L ess o n F

10、o u rL ess o n F o u r 影响再 结晶温 度的因 素变 形 量 越 大 , 驱 动 力 越 大 , 再 结 晶 温 度 越 低 ;纯 度 越 高 , 再 结 晶 温 度 越 低 ;加 热 速 度 太 低 或 太 高 , 再 结 晶 温 度 提 高201 1 - 5 - 6 19L ess o n F o u rL ess o n F o u r影响再 结晶的 因素 退火温 度 。 温 度越高 , 再结 晶速度 越大 变 形 量 。 变 形 量 越 大 , 再 结 晶 温 度 越 低 ;随 变 形 量 增 大 , 再 结 晶 温 度 趋 于 稳 定 ; 变形量低 于一定 值

11、, 再 结晶不 能进行 。 原 始 晶 粒 尺 寸 。 晶 粒 越 小 , 驱 动 力 越 大 ;晶界越 多 , 有 利于形 核 。201 1 - 5 - 6 20L ess o n F o u rL ess o n F o u r 微 量 溶 质 元 素 。 阻 碍 位 错 和 晶 界 的 运 动 ,不利于 再结晶 。 第 二 分 散 相 。 间 距 和 直 径 都 较 大 时 , 提 高畸 变 能 , 并 可 作 为 形 核 核 心 , 促 进 再 结晶 ; 直 径 和 间 距 很 小 时 , 提 高 畸 变 能 , 但阻碍晶 界迁移 , 阻碍 再结晶 。201 1 - 5 - 6 21L

12、 ess o n F o u rL ess o n F o u r再结晶 晶粒大 小的控 制 变 形 量 。 存 在 临 界 变 形 量 , 生 产 中 应 避 免 临 界 变形量 。 原 始 晶 粒 尺 寸 。 晶 粒 越 小 , 驱 动 力 越 大 , 形 核 位置越多 , 使晶粒细 化 。 合 金 元 素 和 杂 质 。 增 加 储 存 能 , 阻 碍 晶 界 移 动 ,有利于晶 粒细化 。 温 度 。 变 形 温 度 越 高 , 回 复 程 度 越 大 , 储 存 能 减小 , 晶 粒 粗 化 ; 退 火 温 度 越 高 , 临 界 变 形 度 越小 , 晶粒 粗大 。201 1 -

13、5 - 6 22L ess o n F o u rL ess o n F o u r 由 图 中 的 曲 线 可 以 看 出 , 当 温度 一 定 时 , 变 形 程 度 越 大 , 再结 晶 后 晶 粒 越 小 ; 当 变 形 程 度一 定 时 , 温 度 越 高 , 再 结 晶 退火 以 后 的 晶 粒 越 大 。 在 低 变 形程 度 时 出 现 一 个 晶 粒 尺 寸 非 常大 的 区 , 即 是 由 于 临 界 变 形 量所 造 成 的 ; 当 强 烈 冷 变 形 且 在高 温 下 退 火 时 也 会 产 生 特 别 粗大 的 晶 粒 。 这 是 由 于 发 生 了 二次 再 结 晶

14、 的 缘 故 。 为 获 得 强 度高 的 细 晶 组 织 , 在 制 定 塑 性 加工 工 艺 时 , 就 要 避 开 临 界 变 形区和二次再结晶区 。201 1 - 5 - 6 23L ess o n F o u rL ess o n F o u r3 .3 .3 晶 粒长大 在 晶 界 表 面 能 的 驱 动 下 , 新 晶 粒 互 相 吞 食而 长 大 , 从 而 得 到 一 个 在 该 条 件 下 较 为 稳定的尺 寸 , 称 为晶粒 长大阶 段 。 长 大 方 式 : 正 常 长 大 ; 异 常 长 大 ( 二 次 再结晶 )201 1 - 5 - 6 24L ess o n F

15、 o u rL ess o n F o u r正常长 大 再结晶 后的晶 粒均匀 连续的 长大 。 驱 动 力 : 界 面 能 差 。 界 面 能 越 大 , 曲 率 半径越小 , 驱动 力越大 。 晶粒的 稳定形 状晶界趋于平直晶界夹角趋于 1 2 0 二 维 坐 标 中 晶 粒 边 数 趋 于 6 , 晶 界 外 形 趋 于 稳 定的正六边 形 。201 1 - 5 - 6 25L ess o n F o u rL ess o n F o u r晶 界 迁 移 的 方 向晶 界 向 曲 率 中 心 移动 , 趋 向 于 平 直 化201 1 - 5 - 6 26L ess o n F o u rL ess o n F o u r晶 界 移 动 使 三 个 夹 角 趋 向 于 1 2 0 201 1 - 5 - 6 27L ess o n F o u rL ess o n F o u r晶 粒 边 界 少 于 6 的 晶 粒 在 缩 小 和 消 失201 1 - 5 - 6 28L ess o n F o u rL ess o n F o u r影响晶 粒长大 的因素 温度 。 温 度越高 , 晶界易迁 移 , 晶粒 易粗化 。 分 散 相 粒 子

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