材料科學基礎

1、回復與再結晶第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 一一 回復與再結晶回復與再結晶 回復：冷變形金屬在低溫加熱時，其顯微組織無可見變化，但回復：冷變形金屬在低溫加熱時，其顯微組織無可見變化，但其物理、力學性能卻部分恢復到冷變形以前的過程。其物理、力學性能卻部分恢復到冷變形以前的過程。 再結晶：冷變形金屬被加熱到適當溫度時，在變形組織內部新再結晶：冷變形金屬被加熱到適當溫度時，在變形組織內部新的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強化效應完全消的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強化效應完全消除的過程。除的過程。第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 二二 顯微組織變化（示

2、意圖）顯微組織變化（示意圖） 回復階段：顯微組織仍為纖維狀，無可見變化；回復階段：顯微組織仍為纖維狀，無可見變化； 再結晶階段：變形晶粒通過形核長大，逐漸轉變?yōu)樾碌臒o畸變再結晶階段：變形晶粒通過形核長大，逐漸轉變?yōu)樾碌臒o畸變的等軸晶粒。的等軸晶粒。 晶粒長大階段：晶界移動、晶粒粗化，達到相對穩(wěn)定的形狀和晶粒長大階段：晶界移動、晶粒粗化，達到相對穩(wěn)定的形狀和尺寸。尺寸。第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 二二 顯微組織變化（示意圖）顯微組織變化（示意圖） smith w f. foundations of materials science and engineering. mcgraw

3、.hill.3/e第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 三三 性能變化性能變化 1 1 力學性能力學性能 回復階段：強度、硬度略回復階段：強度、硬度略有下降，塑性略有提高。有下降，塑性略有提高。 再結晶階段：強度、硬度再結晶階段：強度、硬度明顯下降，塑性明顯提高。明顯下降，塑性明顯提高。 晶粒長大階段：強度、硬晶粒長大階段：強度、硬度繼續(xù)下降度繼續(xù)下降, ,塑性繼續(xù)提高，塑性繼續(xù)提高，粗化嚴重時下降。粗化嚴重時下降。 第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 2 2 物理性能物理性能 密度密度: :在回復階段變化在回復階段變化不大，在再結晶階段急劇升不大，在再結晶階段急劇升高；高； 電

4、阻：電阻在回復階段電阻：電阻在回復階段可明顯下降?？擅黠@下降。3. 內應力變化內應力變化 回復階段：大部分或全部消除第回復階段：大部分或全部消除第一類內應力，部分消除第二、三一類內應力，部分消除第二、三類內應力；類內應力； 再結晶階段：內應力可完全消除。再結晶階段：內應力可完全消除。第二節(jié) 回復 一一 回復回復回復是冷變形材料在退火時發(fā)生組織和性能變化的早期階回復是冷變形材料在退火時發(fā)生組織和性能變化的早期階段，它實質上是一種通過加熱使晶體內部的點缺陷和位錯段，它實質上是一種通過加熱使晶體內部的點缺陷和位錯發(fā)生運動，從而改變缺陷分布和減少缺陷數(shù)量的過程。發(fā)生運動，從而改變缺陷分布和減少缺陷數(shù)量

5、的過程。第二節(jié) 回復 二二 回復機理回復機理 1 1 低溫回復（低溫回復（0.10.10.3tm0.3tm） 移至晶界、位錯處移至晶界、位錯處點缺陷運動點缺陷運動 空位間隙原子空位間隙原子 消失消失 缺陷密度降低缺陷密度降低 空位聚集（空位群、對）空位聚集（空位群、對）第二節(jié) 回復 二二 回復機理回復機理 2 2 中溫回復中溫回復 （0.30.30.5tm0.5tm） 異號位錯相遇而抵銷異號位錯相遇而抵銷位錯滑移位錯滑移 位錯密度降低位錯密度降低 位錯纏結重新排列位錯纏結重新排列第二節(jié) 回復 二二 回復機理回復機理 3 3 高溫回復（高溫回復（0.5tm0.5tm）位錯攀移位錯攀移（滑移）（滑

6、移） 位錯垂直排列（亞晶界）位錯垂直排列（亞晶界） 多邊化（亞晶粒）多邊化（亞晶粒） 彈性畸變能降低。彈性畸變能降低。第二節(jié) 回復 二二 回復機理回復機理 smith w f. foundations of materials science and engineering. mcgraw.hill.3/e第二節(jié) 回復 三三 回復退火的應用回復退火的應用 1 1回復機制與性能的關系回復機制與性能的關系 內應力降低內應力降低: :彈性應變基本消除彈性應變基本消除; ; 硬度、強度下降不多：位錯密度降低不明顯，亞晶較細；硬度、強度下降不多：位錯密度降低不明顯，亞晶較細； 電阻率明顯下降：空位減少，

7、位錯應變能降低。電阻率明顯下降：空位減少，位錯應變能降低。 2 2去應力退火去應力退火 降低應力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開降低應力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開裂，提高耐蝕性。裂，提高耐蝕性。第三節(jié) 再結晶 一一 再結晶的形核與長大再結晶的形核與長大 1 1 形核形核 亞晶長大形核機制亞晶長大形核機制 （變形量較大時）（變形量較大時） 亞晶合并形核亞晶合并形核 亞晶界移動亞晶界移動( (長大長大) )形核形核( (吞并其它亞晶或變形部分吞并其它亞晶或變形部分) ) 凸出形核（變形量較大時）凸出形核（變形量較大時） 晶核伸向小位錯胞晶粒晶核伸向小位錯胞晶粒( (畸變能較高區(qū)域

8、畸變能較高區(qū)域) )內內. .第三節(jié) 再結晶 一一 再結晶的形核與長大再結晶的形核與長大1 1 形核形核 第三節(jié) 再結晶 一一 再結晶的形核與長大再結晶的形核與長大 晶界凸出形核（變形量較小時晶界凸出形核（變形量較小時,20%,70%）的金屬或合）的金屬或合 金，在金，在1h內能夠完成再結晶的（再結晶體積分數(shù)內能夠完成再結晶的（再結晶體積分數(shù)95%） 最低溫度。最低溫度。 高純金屬：高純金屬：t再再(0.250.35)tm。2 經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式 工業(yè)純金屬：工業(yè)純金屬：t再再(0.350.45)tm。 合金：合金：t再再(0.40.9)tm。 注：再結晶退火溫度一般比上述溫度高注：再結晶退火溫

9、度一般比上述溫度高100200。第三節(jié) 再結晶 三三 再結晶溫度再結晶溫度 3 影響因素影響因素 變形量越大，驅動力越大，再結晶溫度越低；變形量越大，驅動力越大，再結晶溫度越低； 純度越高，再結晶溫度越低；純度越高，再結晶溫度越低； 加熱速度太低或太高，再結晶溫度提高。加熱速度太低或太高，再結晶溫度提高。第三節(jié) 再結晶 四四 影響再結晶的因素影響再結晶的因素1 1 退火溫度。溫度越高，再結晶速度越大。退火溫度。溫度越高，再結晶速度越大。2 2 變形量。變形量越大，再結晶溫度越低；隨變形量增大，再結晶溫變形量。變形量越大，再結晶溫度越低；隨變形量增大，再結晶溫 度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結

10、晶不能進行。度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結晶不能進行。3 3 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅動力越大；晶界越多，有利于形核。原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅動力越大；晶界越多，有利于形核。4 4 微量溶質元素。阻礙位錯和晶界的運動，不利于再結晶。微量溶質元素。阻礙位錯和晶界的運動，不利于再結晶。5 5 第二相粒子。間距和直徑都較大時，提高畸變能，并可作為形核核第二相粒子。間距和直徑都較大時，提高畸變能，并可作為形核核 心，促進再結晶；直徑和間距很小時，提高畸變能，但阻礙晶界遷心，促進再結晶；直徑和間距很小時，提高畸變能，但阻礙晶界遷 移，阻礙再結晶。移，阻礙再結晶。第三節(jié) 再結晶 五五 再結晶的應用

11、再結晶的應用 恢復變形能力恢復變形能力 改善顯微組織改善顯微組織 再結晶退火再結晶退火 消除各向異性消除各向異性 提高組織穩(wěn)定性提高組織穩(wěn)定性 再結晶溫度：再結晶溫度：t再再100200。 第四節(jié) 晶粒長大晶粒長大 驅驅 動動 力：力：界面能差界面能差. . 長大方式：長大方式： 正常長大；正常長大； 異常長大（二次再結晶）異常長大（二次再結晶）. .第四節(jié) 晶粒長大晶粒長大一一 晶粒的正常長大晶粒的正常長大 1 1 正常長大：再結晶后的晶粒均勻連續(xù)的長大。正常長大：再結晶后的晶粒均勻連續(xù)的長大。 2 2 驅動力：界面能差。界面能越大，曲率半徑越小，驅驅動力：界面能差。界面能越大，曲率半徑越小

12、，驅 動力越大。動力越大。 ( (長大方向是指向曲率中心長大方向是指向曲率中心, ,而再結晶晶核的長大方向相反而再結晶晶核的長大方向相反.).) 第四節(jié) 晶粒長大晶粒長大一一 晶粒的正常長大晶粒的正常長大 晶界趨于平直晶界趨于平直; ; 3 3 晶粒的穩(wěn)定形狀晶粒的穩(wěn)定形狀 晶界夾角趨于晶界夾角趨于120;120; 二維坐標中晶粒邊數(shù)趨于二維坐標中晶粒邊數(shù)趨于6.6.第四節(jié) 晶粒長大晶粒長大一一 晶粒的正常長大晶粒的正常長大4 4 影響晶粒長大的因素影響晶粒長大的因素(1)(1)溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。(2)(2)分散相粒子。阻礙晶界遷移

13、，降低晶粒長大速率。一分散相粒子。阻礙晶界遷移，降低晶粒長大速率。一 般有晶粒穩(wěn)定尺寸般有晶粒穩(wěn)定尺寸d和第二相質點半徑和第二相質點半徑r、體積分數(shù)、體積分數(shù) 的的 關系：關系：d=4r/3 (3)(3)雜質與合金元素。雜質與合金元素?！皻鈭F作氣團作”釘扎晶界釘扎晶界, ,不利于晶界移動。不利于晶界移動。 (4)(4)晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界， 因而前者的移動速率低于后者。因而前者的移動速率低于后者。第四節(jié) 晶粒長大晶粒長大二二 晶粒的異常長大晶粒的異常長大1 1 異常長大異常長大: :少數(shù)再結晶晶粒的急劇長大現(xiàn)象。少數(shù)再結晶晶

14、粒的急劇長大現(xiàn)象。( (二次再結晶二次再結晶）2 2 基本條件基本條件: :正常晶粒長大過程被正常晶粒長大過程被( (第二分散相微粒、織構）第二分散相微粒、織構） 強烈阻礙。強烈阻礙。3 3 驅動力：界面能變化。（不是重新形核）驅動力：界面能變化。（不是重新形核）第四節(jié) 晶粒長大晶粒長大二二 晶粒的異常長大晶粒的異常長大 釘扎晶界的第二相溶于基體釘扎晶界的第二相溶于基體. .4 4 機制機制 再結晶織構中位向一致晶粒的合并再結晶織構中位向一致晶粒的合并. . 大晶粒吞并小晶粒大晶粒吞并小晶粒. . 各向異性各向異性 織構明顯織構明顯 優(yōu)化磁導率優(yōu)化磁導率 5 對組織和性能的影響對組織和性能的影響 晶粒大小不均晶粒大小不均 性能不均性能不均 降低強度和塑韌性降低強度和塑韌性 晶粒粗大晶粒粗大 提高表面粗糙度提高表面粗糙度第四節(jié) 晶粒長大晶粒長大三三 再結晶退火的組織再結晶退火的組織1 1 再結晶圖。退火溫度、變形量與晶粒大小的關系圖。再結晶圖。退火溫度、變形量與晶粒大小的關系圖。2 2 再結晶織構再結晶織構: :再結晶退火后形成的織構。退火可將形變織再結晶退火后形成的織構。退火可將形變織 構消除，也可形成新織構。構消除