回复与再结晶.ppt

第九章 回复与再结晶1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2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3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）Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 4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5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Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E6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（3～12％）2 存在形式 位错（80～90％） 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7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8第二节 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。

9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10第二节 回复 二 回复机理1 低温回复（0.1－0.3Tm） 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）11第二节 回复 二 回复机理2 中温回复 （0.3－0.5Tm） 异号位错相遇而抵销 位错滑移 位错密度降低位错缠结重新排列12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13第二节 回复 二 回复机理Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 14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、开 裂，提高耐蚀性2h 15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.16第三节 再结晶 一 再结晶的形核与长大 1 形核 17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,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＝(0.25~0.35)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℃21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，再结晶温度提高22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23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=k[G/N]1/424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） 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25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＋100～200℃4h 26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）.27第四节 晶粒长大一 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.)28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6.29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30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）31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32第四节 晶粒长大三 再结晶退火的组织1 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33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34第五节 金属的热变形二 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

性能：各向异性沿流线方向塑性和韧性提高明显36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37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38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（0.5~0.65Tm）、应变速率小（1～0.01%/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 39。