回复与再结晶.ppt
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第八章 回复与再结晶,,外力使金属变形时，外力对金属作功这些能量大部分转化为热量散失到环境中；有一部分能量（2~ 10%）保存到变形金属中-形变储存能，金属处于不稳定状态 金属塑性变形后，其组织性能发生了很大变化，为了恢复性能，需要加热-退火 加热时，不稳定状态的金属将发生一系列转变，逐步向平衡状态转变8.1冷变形金属在加热时的 组织与性能变化,(1)组织变化 分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段回复阶段：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 没有发生相变2)变形储存能量的释放,能量存在形式：位错（80～90％）、弹性应变能（3～12％）和点缺陷 储存能的释放：原子迁移至平衡位置，储存能得以释放3)变形金属加热时的性能变化,,,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 晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时则塑性下降 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。
8.2 回复 （1）回复的特征,回复过程中，宏观内应力消除； 强度、硬度基本不变位错密度基本不变； 显微组织不变大角度晶界没有移动 回复退火的应用-去应力退火 降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、开裂，提高耐蚀性,研究方法,难以直接观察 量热法 电阻法 硬度法 位错密度法 X射线衍射 密度测量,（2）回复机理,回复实质是晶体中点缺陷和位错移动，主要是空位的扩散，从而改变缺陷分布和缺陷数量的过程 回复的驱动力：形变储存能 具体回复机制与温度有关低温回复,温度0.1－0.3Tm 点缺陷（主要是空位）运动使点缺陷密度降低，如 移至自由表面、晶界 空位＋间隙原子对消 空位与位错发生作用而消失，如位错攀移 空位聚集崩塌成为位错环 电阻率明显变化,中温回复,温度0.3－0.5Tm 位错进行滑移和交滑移，位错密度略有降低 异号位错相遇而抵消 位错重新排列、缠结程度降低 亚晶粒规整化,高温回复,温度>0.5Tm 原子活动能力强，G降低位错可以攀移、滑移和交滑移，位错垂直排列形成多边化亚晶粒-多边化 多变化可以降低弹性畸变能，消除宏观、微观应力 亚晶略有长大3）回复动力学,回复是晶体缺陷减少的过程，可用一级反应方程表达,,屈服强度的回复动力学与以上公式相符 没有孕育期； 开始变化快，随后变慢； 长时间处理后，性能趋于一平衡值。
实验证明，Q与空位的扩散激活能十分接近，说明回复过程主要是由空位扩散实现的8.3 再结晶,再结晶是低位错密度、等轴晶粒取代高缺陷密度、拉长晶粒的过程 再结晶是形核长大过程,但不是相变 再结晶的驱动力也是形变储存能（位错能量） 再结晶彻底改变变形组织，消除加工硬化等冷变形影响8.3.1再结晶的形核与长大,(1) 形核 再结晶形核就是形成小块低缺陷的区域；是依靠可动性较大界面的突发式移动实现的 界面的移动性取决于两个因素 界面两侧晶体的位向差大小(界面能大小)； 界面两侧形变储存能差别大小(驱动力大小) 界面两侧差别较大，界面的可动性较高，容易形核 大角度晶界； 亚晶界形核时能量变化,设界面两侧1，2两(亚)晶粒中，2位错密度较高，1中位错密度较低； 驱动力-两侧单位体积储存能差ES; 阻力-新增界面能 总自由焓变化,形核机制,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(位错密度较高)的方向,（2）长大,驱动力：界面两侧的畸变能差 方式：晶核向畸变晶粒扩展，直至新晶粒相互接触 无畸变晶粒长大是形变储存能释放的过程，自发过程。
再结晶不是相变过程8.3.2再结晶动力学,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,8.3.3 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，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 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，阻碍再结晶再结晶温度,再结晶温度并非定值，与成分、原始组织、变形量、加热条件等有关 规定：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%）最低温度为材料的再结晶温度高纯金属：T再＝(0.25~0.35)Tm 2 经验公式 工业纯金属：T再＝(0.35~0.45)Tm合金：T再＝(0.4~0.9)Tm注：再结晶退火温度一般比上述温度高100～200℃再结晶晶粒大小的控制,影响再结晶的因素同样影响再结晶后晶粒的大小存在临界变形量，生产中应避免采用临界变形量。
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，晶粒粗大再结晶图,,退火孪晶,Fcc结构的金属或合金，如Cu、Ni及合金、奥氏体钢等，冷变形后退火时容易得到退火孪晶再结晶织构,具有形变织构的金属在再结晶后往往仍具有织构-再结晶织构 再结晶织构可能与变形织构相同，但是大多数不同 形成原因(两大派别) 再结晶时择尤长大 再结晶时择尤形核,再结晶织构是如何形成的？,取向形核理论 在形变织构基体上形成特定的晶体学取向的核心，这些核心长大而成的晶粒必然会具有相对于基体位向的某种特定取向 因为基体是择尤取向的，所以这些晶核长大后的晶粒也必然具有择尤取向 取向长大理论 认为核心不必有特殊取向，但只有那些相对于基体的某些有利特殊取向的核心才有较大的长大速度，其它取向的核心因界面迁移速度太慢，在竞争生长中被淘汰织构的控制与应用,冲压用钢板，存在织构，冲压后冲压件出现薄厚不均，并且在冲压件边缘出现一些凸出部分（称为“制耳”），要求尽量减小织构 超深冲钢板（IF钢），希望沿板面任何方向与板面法线的塑性应变比尽可能大，要求较强的{111}面平行于板面的织构。
电工用的硅钢（Fe-3.5%Si）板希望有{110} 织构（高斯织构）和{100}织构（立方织构），这样的钢板有很好的导磁性能（一般硅钢片的织构是二次再结晶织构）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＋100～200℃8.4 晶粒长大,加热时，晶粒会逐渐长大，降低界面面积 冷变形金属在再结晶完成后，继续加热也会发生晶粒长大 晶粒长大是通过大角度界面的移动、大晶粒吃掉小晶粒方式进行的 驱动力：界面能降低；长大方式：正常长大；异常长大（二次再结晶）,8.4.1 晶界移动的驱动力,设有双晶体，其中B晶粒呈球状存在于A晶粒之内A、B晶粒间的晶界为曲率半径为R的球面界面能单位面积界面受到的驱动力力的方向指向曲率中心，B晶粒将逐渐缩小直至消失晶界移动的驱动力,晶界移动的驱动力源于晶界移动后体系自由能的降低， 一般是晶界能量降低； 个别情况是表面能降低； 对于大角度晶界，比界面能几乎为常数，界面张力指向曲率中心—界面移动方向与再结晶时方向相反,8.4.2晶粒的正常长大,如果所有晶界具有相近的可动性，那么长大的晶粒数很多，晶粒的尺寸比较均匀，晶粒平均尺寸的增大也是连续的，这种晶粒长大称为正常晶粒长大或连续晶粒长大。
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 （3）杂质与合金元素降低界面能，不利于晶界移动 （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 （5）表面热蚀沟阻碍晶粒长大8.4.3 晶粒的异常长大,少数再结晶晶粒的急剧长大现象，晶粒尺寸差别显著增大，直至这些迅速长大的晶粒完全互相接触为止也称二次再结晶、不连续晶粒长大 发生条件：正常晶粒长大被阻止晶粒长大的后果,各向异性明显 力学性能恶化，强度、韧性降低且不均匀 磁导率上升 表面粗糙度提高,8.5 金属热加工 8.5.1动态回复与动态再结晶,在加热过程中，冷变形金属发生的回复、再结晶也称为静态回复、静态再结晶 如果变形温度较高，回复、再结晶可在变形后马上发生，称为动态回复、动态再结晶 加工硬化与动态回复、动态再结晶软化几乎同时进行动态回复,动态回复：在塑变过程中发生的回复 稳定阶段，位错增殖与消失速率相等 晶粒拉长，组织中包含亚晶粒，位错密度较高影响位错和流变应力,动态再结晶,动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶影响位错和流变应力 包含亚晶粒，位错密度较高。
反复形核，有限长大，晶粒较细，略变形 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8.5.2 金属的热加工 (1)塑性加工的分类,冷加工：在再结晶温度以下的塑性变形过程发生加工硬化 （温加工：只发生动态回复的变形；） 热加工：在再结晶温度以上进行的塑性加工过程硬化、回复、再 结晶 热加工温度：T再
超塑性变形过程中，晶粒没有拉长，位错没有增殖没有织构和滑移线 变形本质：由晶界的滑动和定向扩散实现的晶粒转动和移位,,利用超塑性，采用精密模锻或类似于热塑料或热玻璃的加工工艺(如吹制)一次形成复杂形状的精密零件，像吹玻璃 由于在形变时没有弹性变形，成品不出现回弹，尺寸精度高，粗糙度好 超塑成形对强度高而塑性差的材料，如钛合金、金属间化合物等比较适宜 超塑成形需要严格控制组织和成形条件，这不仅会使成本增高，还会带来模具及成形材料氧化等问题。
