第十章答复与再结晶.docx

第十章答复与再结晶•经冷塑性变形的金属，通过适当的加热和保温将发生一系列组织、性能的转变•依照其显微组织及性能的转变情形，可将这种转变分为三个时期：答复、再结晶和晶粒长大图冷变形金属退火晶 粒形状大小变化答复：冷变形金属在低温加热时，其显微组织无可见转变，但其物理、力学性能却部份恢复到冷变形以前的进程 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慢慢取代变形晶粒，而使形变强 化效应完全排除的进程第一节形变金属及合金在退火进程中的转变§ 10.1・1显微组织的转变•在答复时期，与冷变形状态相较，光学金相组织中几乎没有发生转变，仍维持形变终止时的变形晶粒形貌；•在再结晶开始，第一在畸变较大的区域产生新的无畸变的晶粒核心，然后通过慢慢消耗周围变形晶粒而长大，转 变成为新的等轴晶粒，直到冷变形晶粒完全消失；•最后，在晶界界面能的驱动下，新晶粒会发生归并长大，最终会达到一个相对稳固的尺寸，这确实是晶粒长大时囲 问愛f再酷品耳骷枕检大过程示龙ra§ 10.1.2贮存能释放与性能转变0做图变形金属退火过程中的能量释放学二f_•当变形金属加热到足够高的温度时，其中的贮存能即将释放出来，米纳 功率示差法能够测量所释放的贮存能。

•依照材料性质不同，通常测定的贮存能释放谱大致有三种类型其中曲线A代表纯金属，曲线从B、•硬度的转变：答复时期的硬度转变很小，而再结晶时期那么下降较多 -电阻率的转变：变形金属的电阻率在答复时期已表现明显的下降趋势 ・密度的转变：变形金属的密度在再结晶时期发生急剧增高的缘故要紧inIUC是再结晶时期中位错密度显著降低所致内应力的转变：金属经塑性变形所产生的第一类内应力在答复时期基 本取得排除，而第二、三类内应力只有通过再结晶方 可全数排除第二节答复§ 10.2.1答复机理・0.1vT/Tmv0.3,低温答复;0.3vT/Tmv0.5，中温答复;T/Tm>0.5,高温答复1) 低温答复变形金属在较低温度下加热时所发生的答复进程称为低温答复现在因温度较低，原子活动能力有限，一样局限于 点缺点的运动，通过空位迁移至晶界、位错或与间隙原子结合而消失，使冷变形进程中形成的过饱和空位浓度下降 对点缺点灵敏的电阻率现在会发生明显下降2) 中温答复变形金属在中等温度下加热时所发生的答复进程称为中温答复现在因温度升高，原子活动能力也增强，除点缺点 运动外，位错也被激活，在内应力作用下开始滑移，部份异号位错发生抵消，因此位错密度略有降低。

3) 高温答复 变形金属在较高温下，变形金属的答复机制要紧与位错的攀移运动有关这时同一滑移面上的同号刃型位错在本身 弹性应力场作用下，还可能发生攀移运动，最终通过滑移和攀移使得这些位错从同一滑移面变成在不同滑移面上竖 直排列的位错墙，以降低总畸变能图位错在多边化过程中重新分布X丄 X:L T…一一；； 一-…丄； L ...丄丄丄丄丄 丄 丄图回复过程中的位错攀移与滑移§ 10.2.2答复动力学G -G—m rG -Gm 0G -G—1 0G -Gm 0Gm :.冷变形后的屈服强度O r:冷变形后经不同规程回火后的屈服强度G 0充分退火后的屈服强度R：屈服应力回复率一疋丄」束*±!£Hm 电SIIM ZDO ZM JIJQ JM W图同一变形度的Fe在不同温度等温退火后的性能变化曲线1 - R：剩余加工硬化分数① 答复进程在加热后立刻开始，没有孕育期；② 答复开始的速度专门大，随着时刻的延长，慢慢降低，直至趋于零;③ 加热温度越高，最终答复程度也越高；④ 变形量越大，初始晶粒尺寸越小，都有助于加速答复速度在恒R定温度下,答复的时刻关系可表示为1匚R按一样的反映速度公式，可写成 在固定的十QR情形下，各答复时刻不同，归并上述两式:•实验说明，短时刻答复时，其激活能与空位迁移澈活能相近，长时刻答复时，其激活能与铁的自扩散激活能相近。

•在答复的开始时期，其要紧机制是空位的迁移，而在后期那么以位错攀移机制为主§ 10.2.3答复退火的应用1、答复机制与性能的关系内应力降低:弹性应变大体排除；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，位错应变能降低二、去应力退火降低应力（维持加工硬化成效），避免工件变形、开裂，提高耐蚀性第三节再结晶§ 10・3・1再结晶的形核与长大•实验说明，再结晶是一个形核长大进程，即通常在变形金属中能量较高的局部区域优先形成无畸变的再结晶晶核, 然后通过晶核慢慢长大成为等轴晶，从而完全取代变形组织的进程与一样相变存在区别，没有晶体结构转变•研究说明，再结晶形核机制一样依照其形变量的不同，存在如下一些形式：弓出形核机制亚晶归并机制和亚晶蚕 食机制1.小变形量的晶界弓出形核机制关于变：0%），再结晶晶核往往采纳弓出形核机制生成图晶界弓出 形核变形的两个相邻晶粒内，其位错胞的尺寸相差差异，晶核产生于位错胞尺寸大的晶粒一侧，长入到有小位错胞晶粒 内，也确实是伸向畸变能较高的区域以减少畸变能2•亚晶归并机制图亚晶合并形核某些取向差较小的相邻亚晶界上的位错网络通过解离、拆散并转移到其它亚晶界上，致使亚晶界的消失而形成亚晶§ 10.3.2再结晶动力学图同一变形度的Fe在不同温度等温退火后的再结晶曲线机制3. 亚晶蚕食机制某些取向差较大的亚晶界具有较高的活性，能够直接吞食周围亚晶，并慢慢 直接长大。

-驱动力：畸变能差长大方式:晶核向畸变晶粒扩展，至新晶粒彼此接触图亚晶蚕食机制 注：再结晶不是相变进程•再结晶的动力学与答复不同，在每一固定温度下，转变曲线如S,发生再 结晶需要一段孕育期，退火温度越高孕育期越短•开始再结晶时，转变速度很低，随着转变量的增加，转变速度慢慢加速， 到转变量为50%时速度最快；转变量再增加速度又减慢•退火温度越高，转变曲线越向左移，即转变加速再结晶动力幷曲线可表示为:x 二 1 - exp L Btk」vIn = Btk1 一 xv14J* IIP遇火I吋网b甘图 铝经冷轧40%并再结晶退火时的ln[l/(l-Xv)]与时间的双对数坐标关系口 口HmmIgln=lg B + k lg t在必然温度范围内，K值几乎不随温度转变§ 10.3.3再结晶温度一、再结晶温度：经严峻冷变形(变形量＞70%)的金属或合 金，在lh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= (0.25〜0.35)Tm2体会公式 工业纯金属：T再=(0.35〜0.45)Tm合金：T 再= (0.4〜0.9)Tm注：再结晶退火温度一样比上述温度高100〜200°C。

3、阻碍因素变形量越大，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，再结晶温度提高材料再站晶温度再黠晶融L20榇一犯斓64)0210铜一 黠320低彌540290镂(99.99%)65牺一魏钱37V23®铝(99.999%)S5I0240-3铝合金320-3J70I2O»-l：5OO63UI600-23UUo m ioJ in3 in* io5 i时图 同一变形度的Fe在不同温度等温退火后的再结晶曲线图变形程度与再结晶温度的关系§ 10.3.4阻碍再结晶的因素金属的冷变形程度越大，其贮存的能量亦越高，再结晶的驱动力也越大，因此不仅再结晶温度随变形量增加而降低,同时等温再结晶退火时的再结晶速度也越快微量杂质原子可明显升高再结晶温度或推延再结晶进程的进行2 4 €含金it案巫彊（炀）'ill411合金元素对铁再结晶温度影响•原始晶粒越小，那么由于晶界较多，其变形抗力愈大，形变后的贮存能较高，因此再结晶温度降低•另外，再结晶形核一般是在原晶粒边界处发生，因此原始晶粒尺寸愈小，形核率越大•当合金中溶质浓度超过其固溶度后，就会形成第二相，多数情形下，这些第二相为硬脆的化合物，在冷变形进程 中，一样不考虑其变形，因此合金的再结晶也要紧发生在基体上。

•当第二相颗粒较粗时，变形时位错会绕过颗粒，并在颗粒周围留下位错环，或塞积在颗粒周围，从而造成颗粒周 围畸变严峻，增进再结晶，降低再结晶温度；•当第二相颗粒细小，散布均匀时，可不能使位错发生明显聚集，因此对再结晶形核作用不大，相反，其对再结晶 晶核的长大进程中的位错运动和晶界迁移起一种阻碍作用，因此使得再结晶进程加倍困难，提高再结晶温度§10.3.5再结晶后晶粒大小当变形程度继续增加至某一量时（一样在2% —10%）,最终取得的晶粒尺寸专门粗大，这一变形度常称为临界形变量图变形量与再结晶后晶粒尺寸的关系12 MUYT-H:-*占舍-K吗低碳钢变形度及退火温度对再结晶晶粒大小的影响再结晶退火温度对刚完成再结晶时的晶粒尺寸阻碍较小，可是提高再结晶退火温度可使再结晶速度加速，临界变形 量减小3、 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4、 合金元素和杂质增加贮存能，阻碍晶界移动，有利于晶粒细化■J 14 J4 W W.C41IH再结晶全图试探题铸铁可否用再结晶的方式来细化晶粒？不能因为再结晶是指经冷塑性变形后的金属在加热的进程中 组织和性能答复到冷塑性以前的水平，而铸铁不能塑性变形。

§ 10・3・6再结晶的应用恢复变形能力改善显微组织再结晶退火 排除各向异性提高组织稳固性再结晶退火温度：T再+ 100〜200°C§ 10.4.1晶粒的正常长大•晶粒长大进程中，若是长大的结果是晶粒尺寸散布均匀的，那么这种晶粒长大称为正常长大•晶粒长大的进程事实上确实是一个晶界迁移进程，从宏观上来看，晶粒长大的驱动力是界面能的降低，而从晶粒 尺度来看，驱动力主若是由于晶界的界面曲率所造成的晶界移动方向老是指向曲率中心晶界趋于平直;晶粒的稳固形状 晶界夹角趋于120C;皆-42UIII工虫£ 3Sr-2NB^HlJD阻碍晶粒长大的因素(1) 温度•温度越高，晶界迁动速度越大，晶粒长大速度u越大u0为常数，Q为晶粒长大的激活能2) 杂质与合金元素金属中微量元素对晶粒长大有显著阻碍如在区熔锡中加入0.005% (原子)的银、铅、铋，就可显著降低晶界的迁 动速度，增加晶界迁动激活能41 Ml0.皿图铅在300C时晶界迁动速度与锡含量的关系'r 7 KCE-」13 .-h I I °(3) 第二相粒子•弥散散布的第二相粒子阻碍晶界移动，可使晶粒长大受到抑制•第二相粒子越细小，数量越多，阻碍晶粒长大能力越强。

4) 相邻晶粒的位相差•小角度晶界界面能低，界面移动的驱动力小，晶界移动速度低•界面能咼的大角度晶界可动性咼§ 10.4.2晶粒的异样长大•冷形变金属在第一次再结晶刚完成时，晶粒是比较细小的若是继续保温或提高加热温度，晶粒将渐渐长大，这 种长大是大多数晶粒几乎同时长大的。