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1、第九章 回复与再结晶,第一节 冷变形金属在加热时的 组织与性能变化,一 回复与再结晶 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。,第一节 冷变形金属在加热时的 组织与性能变化,二 显微组织变化（示意图） 回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化； 再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。 晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。,第一节 冷变形金属在加热时的 组织与性能
2、变化,二 显微组织变化（示意图）,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,第一节 冷变形金属在加热时的 组织与性能变化,三 性能变化 1 力学性能（示意图） 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。,第一节 冷变形金属在加热时的 组织与性能变化,三 性能变化,Smit
3、h W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,第一节 冷变形金属在加热时的 组织与性能变化,四 储存能变化（示意图） 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） 驱动力 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,第一节 冷变形金属在加热时的 组织与性能变化,五 内应力变化 回复阶段：大部分或全部消除第一类内应力，部分消除第二、三类内应力； 再结晶阶段：内应力可完全消除。,第二节
4、 回复,一 回复动力学（示意图） 1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系 ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT) x0 原始加工硬化残留率；x退火时加工硬化残留率； c0比例常数；t加热时间；T加热温度。,第二节 回复,一 回复动力学（示意图） 2 动力学曲线特点 （1）没有孕育期； （2）开始变化快，随后变慢； （3）长时间处理后，性能趋于一平衡值。,第二节 回复,二 回复机理 1 低温回复（0.10.3Tm） 移至晶界、位错处 点缺陷运动 空位间隙原子 消失 缺陷密度降低 空位聚集（空位群、对）,第二节 回复,二 回复机理 2 中温回复 （0.30.5Tm） 异号位错相遇而抵销 位
5、错滑移 位错密度降低 位错缠结重新排列,第二节 回复,二 回复机理 3 高温回复（0.5Tm） 位错攀移（滑移） 位错垂直排列（亚晶界） 多边化（亚晶粒） 弹性畸变能降低。,第二节 回复,二 回复机理,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,第二节 回复,三 回复退火的应用 1回复机制与性能的关系 内应力降低:弹性应变基本消除; 硬度、强度下降不多：位错密度降低不明显，亚晶较细； 电阻率明显下降：空位减少，位错应变能降低。 2去应力退火 降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、
6、开裂，提高耐蚀性。,2h,第三节 再结晶,一 再结晶的形核与长大 1 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(长大)形核(吞并其它亚晶或变形部分) 凸出形核 晶核伸向小位错胞晶粒(畸变能较高区域)内.,第三节 再结晶,一 再结晶的形核与长大 1 形核,第三节 再结晶,一 再结晶的形核与长大 晶界凸出形核（变形量较小时,20%） 晶界弓出形核，凸向亚晶粒小的方向.,第三节 再结晶,一 再结晶的形核与长大 驱动力：畸变能差 2 长大 方式:晶核向畸变晶粒扩展,至新晶粒相互接触。 注：再结晶不是相变过程。,第三节 再结晶,二 再结晶动力学 （1）再结晶速度与温度的关系 v
7、再Aexp(-QR/RT) （2）规律 有孕育期; 温度越高,变形量越大孕育期越短;在体 积分数为0.5时速率最大，然后减慢。,第三节 再结晶,三 再结晶温度 1 再结晶温度：经严重冷变形（变形量70%）的金属或合 金，在1h内能够完成再结晶的（再结晶体积分数95%） 最低温度。 高纯金属：T再(0.250.35)Tm。 2 经验公式 工业纯金属：T再(0.350.45)Tm。 合金：T再(0.40.9)Tm。 注：再结晶退火温度一般比上述温度高100200。,第三节 再结晶,三 再结晶温度 3 影响因素 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
8、，再结晶温度提高。,第三节 再结晶,四 影响再结晶的因素 1 退火温度。温度越高，再结晶速度越大。 2 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，再结晶不能进行。 3 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。 4 微量溶质元素。阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。 5 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。,第三节 再结晶,五 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小变形量关系图） 再结晶晶粒的平均直径 d=kG/N1/4,第三节 再结晶,五
9、 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小变形量关系图） 1 变形量（图）。存在临界变形量，生产中应避免临界变 形量。 2 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。 3 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。 4 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。,第三节 再结晶,六 再结晶的应用 恢复变形能力 改善显微组织 再结晶退火 消除各向异性 提高组织稳定性 再结晶温度：T再100200。,4h,第四节 晶粒长大,驱 动 力：界面能差. 长大方式： 正常长大； 异常长大（二次再结晶）.,第四节 晶粒长大
10、,一 晶粒的正常长大 1 正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长大。 2 驱动力：界面能差。界面能越大，曲率半径越小，驱 动力越大。 (长大方向是指向曲率中心,而再结晶晶核的长大方向相反.),第四节 晶粒长大,一 晶粒的正常长大 晶界趋于平直; 3 晶粒的稳定形状 晶界夹角趋于120; 二维坐标中晶粒边数趋于6.,第四节 晶粒长大,一 晶粒的正常长大 4 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。 (2)分散相粒子。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
11、界移动。 (4)晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界， 因而前者的移动速率低于后者。,第四节 晶粒长大,二 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）,第四节 晶粒长大,二 晶粒的异常长大 钉扎晶界的第二相溶于基体. 4 机制 再结晶织构中位向一致晶粒的合并. 大晶粒吞并小晶粒. 各向异性 织构明显 优化磁导率 5 对组织和性能的影响 晶粒大小不均 性能不均 降低强度和塑韧性 晶粒粗大 提高表面粗糙度,第四节 晶粒长大,三 再结晶退火的组织 1
12、 再结晶图。退火温度、变形量与晶粒大小的关系图。 2 再结晶织构:再结晶退火后形成的织构。退火可将形变织 构消除，也可形成新织构。 择优形核（沿袭形变织构） 择优生长（特殊位向的再结晶晶核快速长大） 3 退火孪晶:再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程 中因晶界迁移出现层错形成的。,第五节 金属的热变形,一 动态回复与动态再结晶 1 动态回复：在塑变过程中发生的回复。（静态) 2 动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。 （静态) 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。,第五节 金
13、属的热变形,二 金属的热加工 1 加工的分类 冷加工：在再结晶温度以下的加工过程。发生加工硬化。 热加工：在再结晶温度以上的加工过程。（硬化、回复、 再结晶。） 2 热加工温度：T再T热加工T固100200。,第五节 金属的热变形,二 金属的热加工 3 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。,第五节 金属的热变形,二 金属的热加工 3 热加工后的组织与性能 （3）形成带状组织 形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。 影响：各向异性。类似于流线组织。 消除：避免在两相区变形、减少夹杂元素含量、采用高 温扩散退火或正火。,第五节 金属的热变形,二 金属的热加工 4 热加工的优点 （1）可持续大变形量加工。 （2）动力消耗小。 （3）提高材料质量和性能,第五节 金属的热变形,三 超塑性 1 超塑性：某些材料在特定变形条件下呈现的特别大的 延伸率。 2条件：晶粒细小、温度范围（0.50.65Tm）、应变速率小 （10.01%/s）。 3 本质：多数观点认为是由晶界的滑动和晶粒的转动所致。 4 应用：复杂零件的精密成形；难于热变形材料的加工。,6h,
