材料科学基础 山东大学 第七章 课件.ppt
67页
材料科学基础,2010.11,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,2,第七章 回复与再结晶,材料塑性变形时所消耗的功，大部分转变为热能消失，还有一部分能量以弹性应变和晶体缺陷的形式储存起来，这部分能量称为储存能其中晶体缺陷所储存的能量又称为畸变能由于储存能的存在，使材料的自由能升高，在热力学上处于不稳定的状态，具有向稳定状态转化的趋势在常温下，原子扩散能力低，这一转化过程非常缓慢一旦温度升高，原子的扩散能力增强，转化过程就会加快，从而引起一系列组织和性能的变化本章主要讨论这些变化的产生、变化规律及其应用2018/10/1,第七章 回复与再结晶,3,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,4,§7.1 冷变形金属在加热时的变化,显微组织的变化 回复：显微组织几乎无任何变化，仍保持冷变形后的纤维状组织； 再结晶：变形晶粒通过形核、长大，转变成新的无畸变等轴晶粒； 晶粒长大：再结晶后的等轴晶粒长大，直至稳定 变化条件：冷变形金属的加热温度增加或在高于0.5Tm温度保温2018/10/1,第七章 回复与再结晶,5,§7.1 冷变形金属在加热时的变化,性能的变化 力学性能的变化 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 物理性能的变化 密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高—位错密度降低所致； 电阻：电阻在回复阶段可明显下降—点缺陷下降2018/10/1,第七章 回复与再结晶,6,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,7,§7.1 冷变形金属在加热时的变化,内应力的变化 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 储存能的变化 储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分(~10％)变形功; 存在形式：弹性应变能(3 ~ 12％)，位错(80 ~ 90％),点缺陷； 储存能的释放：加热时原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放2018/10/1,第七章 回复与再结晶,8,§7.2 回 复,回复：组织(晶粒外形)改变前在晶粒内发生的某些结构 和性能的变化过程.回复机制：,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,9,§7.2 回 复,回复过程中微观结构的变化机制 过程的驱动力是弹性畸变能的降低 低温回复: 较低温度(0.1 ~ 0.3Tm)的回复 温度低, 原子活动能力有限—点缺陷运动; 空位迁移至晶界、位错处消失; 空位与间隙原子相遇消失; 空位聚集, 形成空位群或空位对. 结果: 缺陷密度降低.,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,10,§7.2 回 复,中温回复: 中温(0.3 ~ 0.5Tm)加热时的回复 原子活动能力增强, 位错亦被激活—位错滑移: 位错滑移导致位错重新组合; 位错缠结重新排列; 异号位错相遇抵消; 亚晶粒长大; 结果: 位错密度降低.,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,11,§7.2 回 复,高温回复: 高温(≥0.5Tm)加热时的回复 高温下位错充分激活—位错攀移+滑移: 位错攀移＋滑移同号位错垂直排列(亚晶界) 多边化(亚晶粒)弹性畸变能降低(驱动力).,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,12,§7.2 回 复,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,13,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,14,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,15,§7.2 回 复,回复导致的性能变化：电阻率下降显著内应力降低硬度和强度下降不多,？,回复机制： 空位的减少和位错应变能的降低晶体弹性应变能的基本消除位错密度下降不大,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,16,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,17,§7.2 回 复,动力学曲线特点： 没有孕育期； 开始变化快，随后变慢； 长时间保温后，性能很缓慢地趋于一平衡值—驰豫过程。
回复动力学 研究冷变形金属回复过程性能恢复的速率,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,18,回复不能使金属性能恢复到冷变形前的水平,§7.2 回 复,每一温度的恢复程度有一极限值，退火温度越高， 这个极限值也越高，而达到此极限所需时间也越短,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,19,§7.2 回 复,该式说明,回复的速率随温度增高而增大—与其他热激活过程相同.,回复速率—加工硬化残留率与退火温度和时间的关系:,式中: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2018/10/1,第七章 回复与再结晶,20,§7.2 回 复,去应力退火 去应力退火即回复退火, 加热温度
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2018/10/1,第七章 回复与再结晶,32,§7.3 再结晶,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,33,§7.3 再结晶,影响再结晶的因素 退火温度—加热温度越高,再结晶速度越快. 变形程度 变形程度越大,再结晶驱动力越大,故开始再结晶温度越低,等温退火时再结晶速度越快; 变形量增大到一定程度后Tk趋于稳定; 变形量低于一定值再结晶不能进行.,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,34,§7.3 再结晶,影响再结晶的因素 原始晶粒尺寸 晶粒越小, 变形抗力越大, 驱动力越大,Tk降低; 晶粒越小, 晶界越多，越有利于形核. 分散相粒子（表7-3） 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. 微量溶质元素—阻碍位错和晶界的运动,不利于再结晶.,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,35,§7.3 再结晶,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,36,§7.3 再结晶,式中: G —长大速率; N —形核速率;k —常数,再结晶晶粒大小的控制 再结晶晶粒大小决定金属的力学性能; 再结晶晶粒的平均直径:,G/N减小(形核率高,长大速率低),晶粒细化; 影响再结晶的因素亦影响再结晶晶粒大小;,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,37,§7.3 再结晶,原因: 变形度很小驱动力不足;2% ~ 8%范围,变形不均匀形核率N小,晶粒粗大;变形度超过临界值, N,G都增大,但vN>vG, G/N减小,d减小. 生产中应避免临界变形量.,变形度< 2%, 不发生再结晶;超过8%, 变形度增加,晶粒细化;,影响因素: 预先变形程度 临界变形度: 2% ~ 8%, 再结晶晶粒特别粗大;,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,38,§7.3 再结晶,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,39,§7.3 再结晶,微量溶质原子和杂质 增加储存能,阻碍晶界移动,有利于晶粒细化.,影响因素: 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.,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,40,§7.3 再结晶,影响因素: 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.,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,41,§7.4 再结晶后的晶粒长大,晶粒长大的驱动力—界面能的降低 晶粒长大方式 正常长大 再结晶后的晶粒均匀连续地长大,大多数晶粒的长大速度相差不大. 异常长大—二次再结晶 再结晶后少数晶粒突发性地不均匀长大,晶粒长大速度相差较大.,2018/10/1,第七章 回复与再结晶,42,§7.4 再结晶后的晶粒长大,晶粒长大的驱动力 来源于晶界迁移后总界面能的降低,界面为球面时:,晶粒的正常长大 晶粒长大的方式 大角度晶界迁移、大晶粒吞食小晶粒; 晶界向曲率中心移动.,界面能 增加或曲率半径r减小都可使驱动力p增大; p 使原子向界面凸侧扩散,界面向凹侧(曲率中心侧)移动直至变为平直(p=0).,与再结晶晶核长大时晶界的迁移方向相反,p:界面两侧压应力差; : 单位界面能; r : 曲率半径.,。
