影響晶粒正常長(zhǎng)大的因素

1、編輯課件 7.4.1.4 影響晶粒正常長(zhǎng)大的因素：影響晶粒正常長(zhǎng)大的因素： (1) 溫度：溫度：退火溫度是影響晶粒長(zhǎng)大的最主要因素退火溫度是影響晶粒長(zhǎng)大的最主要因素。原子擴(kuò)散系數(shù)原子擴(kuò)散系數(shù)D=D0exp(-Q/kT),顯然越高，越顯然越高，越大，晶界越容易遷移，晶粒越容易粗化大，晶界越容易遷移，晶粒越容易粗化 (2) 分散相粒子：分散相粒子：分散相粒子會(huì)阻礙晶界遷移，降分散相粒子會(huì)阻礙晶界遷移，降低晶粒長(zhǎng)大速率低晶粒長(zhǎng)大速率。若分散相粒子為球狀，半徑為。若分散相粒子為球狀，半徑為r, 體積分?jǐn)?shù)為體積分?jǐn)?shù)為，晶界表面張力為，晶界表面張力為，則晶界與粒，則晶界與粒子交截時(shí)，單位面積晶界上各粒子對(duì)

2、晶界移動(dòng)所子交截時(shí)，單位面積晶界上各粒子對(duì)晶界移動(dòng)所施加的總約束力為：施加的總約束力為： Fmax=3/2r (7-16)/2r (7-16)編輯課件 Fe-Si(wSi=0.03)合金在合金在800C加熱時(shí)，由于加熱時(shí)，由于合金中分布有細(xì)小的合金中分布有細(xì)小的MnS顆粒顆粒(體積分?jǐn)?shù)為體積分?jǐn)?shù)為0.01，直徑，直徑 約約0.1m), 晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大 時(shí)，晶界時(shí)，晶界 受其釘扎，受其釘扎， 長(zhǎng)大到一定長(zhǎng)大到一定 尺寸就停止尺寸就停止 了。了。編輯課件 從式從式7-16可以看出：分散相?？梢钥闯觯悍稚⑾嗔?子數(shù)量越多，越細(xì)小，對(duì)晶界子數(shù)量越多，越細(xì)小，對(duì)晶界 的阻礙越大。如果晶界移動(dòng)的的阻礙越

3、大。如果晶界移動(dòng)的 驅(qū)動(dòng)力完全來自晶界能驅(qū)動(dòng)力完全來自晶界能(即界面即界面 兩側(cè)的壓應(yīng)力差兩側(cè)的壓應(yīng)力差p=2/rp=2/r晶晶), ), 則則當(dāng)晶界能提供的驅(qū)動(dòng)力等于當(dāng)晶界能提供的驅(qū)動(dòng)力等于 分散相粒子的總約束力時(shí)，正分散相粒子的總約束力時(shí)，正 常晶粒長(zhǎng)大停止常晶粒長(zhǎng)大停止。此時(shí)的晶粒。此時(shí)的晶粒 平均尺寸稱為平均尺寸稱為。Fe-Si合金中合金中MnS粒子限粒子限制晶粒長(zhǎng)大的顯微照片制晶粒長(zhǎng)大的顯微照片編輯課件 由由Fmax=3/2r = 2/Rm, /2r = 2/Rm, 可得：可得： Rm=4r/3Rm=4r/3 (7-17) 此式表明：此式表明：晶粒的極限平均尺寸決定于分散相粒晶粒的極

4、限平均尺寸決定于分散相粒子的尺寸及其所占的體積分?jǐn)?shù)子的尺寸及其所占的體積分?jǐn)?shù)。當(dāng)分散相粒子的。當(dāng)分散相粒子的體積分?jǐn)?shù)一定時(shí)，粒子尺寸越小，極限平均晶粒體積分?jǐn)?shù)一定時(shí)，粒子尺寸越小，極限平均晶粒尺寸也越小。尺寸也越小。 在鋼中加入少量的在鋼中加入少量的Al, Ti, V, Nb等元素，可形成適等元素，可形成適當(dāng)數(shù)量的當(dāng)數(shù)量的AlN, TiN, VC, NbC等分散相粒子，有效等分散相粒子，有效阻礙高溫下鋼的晶粒長(zhǎng)大，保證鋼在焊接和熱處阻礙高溫下鋼的晶粒長(zhǎng)大，保證鋼在焊接和熱處理后仍有良好的機(jī)械性能。理后仍有良好的機(jī)械性能。編輯課件 (3) 微量熔質(zhì)或雜質(zhì)：微量熔質(zhì)或雜質(zhì)：固熔體中的微量熔質(zhì)固熔體

5、中的微量熔質(zhì)或雜質(zhì)往往偏聚在位錯(cuò)或晶界處，形成柯或雜質(zhì)往往偏聚在位錯(cuò)或晶界處，形成柯氏氣團(tuán)，能釘扎或拖曳位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)氏氣團(tuán)，能釘扎或拖曳位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。圖。圖7-27顯示了微量顯示了微量Sn在在300C時(shí)對(duì)純時(shí)對(duì)純Pb晶界移動(dòng)晶界移動(dòng)的作用。的作用。 需要注意的是：微量需要注意的是：微量Sn對(duì)純對(duì)純Pb的某些特殊的某些特殊取向晶界運(yùn)動(dòng)影響較小。原因是在這些取向晶界運(yùn)動(dòng)影響較小。原因是在這些特特殊取向的晶界上，原子排列規(guī)整，不利于殊取向的晶界上，原子排列規(guī)整，不利于雜質(zhì)原子偏聚雜質(zhì)原子偏聚，因此晶界活動(dòng)性不受影響。，因此晶界活動(dòng)性不受影響。編輯課件300C時(shí)微量時(shí)微量Sn對(duì)高對(duì)高純純Pb晶晶界移動(dòng)界移動(dòng)速

6、度的速度的影響影響編輯課件 (4) 晶粒間位向差：一般情況下，晶界能越晶粒間位向差：一般情況下，晶界能越高則晶界越不穩(wěn)定，原子遷移率也越大。高則晶界越不穩(wěn)定，原子遷移率也越大。晶粒間位向差越大，晶界能也越大，因此晶粒間位向差越大，晶界能也越大，因此遷移率越大遷移率越大。 另外，有些金屬的晶粒間位向差對(duì)遷移率另外，有些金屬的晶粒間位向差對(duì)遷移率的影響還與溫度有關(guān)，比如鉛，當(dāng)溫度低的影響還與溫度有關(guān)，比如鉛，當(dāng)溫度低于于200C時(shí)，大角度晶界范圍內(nèi)只有某些特時(shí)，大角度晶界范圍內(nèi)只有某些特殊位向的晶界移動(dòng)速度較大；在殊位向的晶界移動(dòng)速度較大；在300C時(shí)隨時(shí)隨晶粒間的位向差增大而增大，到達(dá)一定角晶粒

7、間的位向差增大而增大，到達(dá)一定角度后趨于穩(wěn)定。這是度后趨于穩(wěn)定。這是較高溫度時(shí)，雜質(zhì)在較高溫度時(shí)，雜質(zhì)在晶界偏聚的現(xiàn)象不明顯晶界偏聚的現(xiàn)象不明顯所致。所致。編輯課件 圖圖7-28： 200C和和300C時(shí)，區(qū)域提純的鉛時(shí)，區(qū)域提純的鉛的雙晶體中的傾斜晶界的移動(dòng)速度與晶體的雙晶體中的傾斜晶界的移動(dòng)速度與晶體間的位向差的關(guān)系。間的位向差的關(guān)系。編輯課件 (5) ：金屬長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，晶界：金屬長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，晶界與表面相交處因張力平衡而形成熱蝕溝。與表面相交處因張力平衡而形成熱蝕溝。熱蝕溝是該處界面最小，界面能最低的體熱蝕溝是該處界面最小，界面能最低的體現(xiàn)現(xiàn)，如果晶界移動(dòng)就會(huì)增加晶界面積和增，如果晶界

8、移動(dòng)就會(huì)增加晶界面積和增加界面能，因此對(duì)晶界移動(dòng)有約束作用。加界面能，因此對(duì)晶界移動(dòng)有約束作用。材料越薄，表面積越大，材料越薄，表面積越大，熱蝕溝越多，對(duì)熱蝕溝越多，對(duì)晶界遷移的約束力越大。晶界遷移的約束力越大。編輯課件編輯課件 *例題例題7.4.1: 在在Fe-Si鋼鋼(wSi=0.03)中測(cè)得中測(cè)得MnS粒子的直徑為粒子的直徑為410-4mm, 1mm2內(nèi)的內(nèi)的粒子數(shù)為粒子數(shù)為2105個(gè)，試計(jì)算個(gè)，試計(jì)算MnS對(duì)這種鋼對(duì)這種鋼正常熱處理時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響正常熱處理時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響(晶粒晶粒大小大小)。 解：解：?jiǎn)瘟Ｗ雍駥拥膯瘟Ｗ雍駥拥膯挝惑w積中單位體積中MnS粒子個(gè)粒子個(gè)數(shù)為：數(shù)

9、為： NV=NA/d (d為粒子直徑為粒子直徑) 故故MnS粒子的體積分?jǐn)?shù)為：粒子的體積分?jǐn)?shù)為： MnS=4r3NV/3=d2NA/6=1.67610-2 Rm=4r/3=1.59210-2mm編輯課件 7.4.2 晶粒的反常長(zhǎng)大：再結(jié)晶完成后，晶粒應(yīng)該晶粒的反常長(zhǎng)大：再結(jié)晶完成后，晶粒應(yīng)該均勻、連續(xù)地長(zhǎng)大，這種過程稱為一次再結(jié)晶。均勻、連續(xù)地長(zhǎng)大，這種過程稱為一次再結(jié)晶。在某些特定情況下，再結(jié)晶完成后，在某些特定情況下，再結(jié)晶完成后，少數(shù)晶粒突少數(shù)晶粒突發(fā)性地迅速粗化，使晶粒之間的尺寸差別顯著增發(fā)性地迅速粗化，使晶粒之間的尺寸差別顯著增大，這種不正常的晶粒長(zhǎng)大稱為大，這種不正常的晶粒長(zhǎng)大稱為

10、。也稱。也稱為為。編輯課件 二次再結(jié)晶中少數(shù)晶?？梢匝杆匍L(zhǎng)大的主二次再結(jié)晶中少數(shù)晶?？梢匝杆匍L(zhǎng)大的主要原因是要原因是組織中存在使大多數(shù)晶粒邊界比組織中存在使大多數(shù)晶粒邊界比較穩(wěn)定或被釘扎，而少數(shù)晶粒邊界容易遷較穩(wěn)定或被釘扎，而少數(shù)晶粒邊界容易遷移的因素移的因素： (1) 細(xì)小而彌散的第二相粒子的釘扎作用限細(xì)小而彌散的第二相粒子的釘扎作用限制了大多數(shù)晶粒的長(zhǎng)大，少數(shù)未受釘扎或制了大多數(shù)晶粒的長(zhǎng)大，少數(shù)未受釘扎或釘扎作用小的晶粒便得以異常長(zhǎng)大。釘扎作用小的晶粒便得以異常長(zhǎng)大。編輯課件 圖圖7-32是是Fe-Si(wSi=0.03) 合金的晶粒長(zhǎng)大曲線。合金的晶粒長(zhǎng)大曲線。 高純材料只發(fā)生正常長(zhǎng)高純

11、材料只發(fā)生正常長(zhǎng) 大大(1)；含；含MnS顆粒的材顆粒的材 料中有的晶粒迅速長(zhǎng)大，料中有的晶粒迅速長(zhǎng)大， 有的仍保持細(xì)小有的仍保持細(xì)小(2)(3)。 二次再結(jié)晶晶粒是在約二次再結(jié)晶晶粒是在約 930C時(shí)突然長(zhǎng)大的，時(shí)突然長(zhǎng)大的，在此溫度時(shí)在此溫度時(shí)MnS熔化，晶熔化，晶界遷移障礙消失，界遷移障礙消失，晶粒得以迅速長(zhǎng)大。溫度高于晶粒得以迅速長(zhǎng)大。溫度高于930C后，后，二次再結(jié)晶的數(shù)量增多，晶粒平均尺二次再結(jié)晶的數(shù)量增多，晶粒平均尺寸反而下降了寸反而下降了。編輯課件 曲線曲線3是在二次再結(jié)晶時(shí)保持細(xì)小的晶粒的是在二次再結(jié)晶時(shí)保持細(xì)小的晶粒的長(zhǎng)大特性，可以看出長(zhǎng)大特性，可以看出它仍為正常長(zhǎng)大，只它

12、仍為正常長(zhǎng)大，只是由于是由于MnS顆粒的拖曳作用，起始長(zhǎng)大的顆粒的拖曳作用，起始長(zhǎng)大的溫度更高而已。溫度更高而已。 (2) 一次再結(jié)晶后如果形成織構(gòu)，則多數(shù)晶一次再結(jié)晶后如果形成織構(gòu)，則多數(shù)晶界為小角晶界，遷移率小，比較穩(wěn)定，只界為小角晶界，遷移率小，比較穩(wěn)定，只有少數(shù)大角晶界有較高遷移率，相應(yīng)的晶有少數(shù)大角晶界有較高遷移率，相應(yīng)的晶粒能迅速長(zhǎng)大。粒能迅速長(zhǎng)大。 (3)若金屬為薄板，則加熱時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱蝕溝，若金屬為薄板，則加熱時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱蝕溝，若大部分晶界被熱蝕溝釘扎，僅有少數(shù)晶若大部分晶界被熱蝕溝釘扎，僅有少數(shù)晶界可遷移，便容易發(fā)生二次再結(jié)晶。界可遷移，便容易發(fā)生二次再結(jié)晶。編輯課件 (4) 一

13、次再結(jié)晶后的組織，由于某些原因產(chǎn)一次再結(jié)晶后的組織，由于某些原因產(chǎn)生了局部區(qū)域不均勻現(xiàn)象而存在個(gè)別尺寸生了局部區(qū)域不均勻現(xiàn)象而存在個(gè)別尺寸很大的初始晶粒，其晶界遷移率高于其他很大的初始晶粒，其晶界遷移率高于其他晶界，就會(huì)迅速長(zhǎng)大。晶界，就會(huì)迅速長(zhǎng)大。 二次再結(jié)晶并二次再結(jié)晶并沒有再形核過程沒有再形核過程，只是某些，只是某些因素導(dǎo)致少數(shù)晶粒異常長(zhǎng)大而已因素導(dǎo)致少數(shù)晶粒異常長(zhǎng)大而已。 在條件適宜時(shí)，有可能發(fā)生三次再結(jié)晶，在條件適宜時(shí)，有可能發(fā)生三次再結(jié)晶，其規(guī)律及機(jī)制與二次再結(jié)晶相同。其規(guī)律及機(jī)制與二次再結(jié)晶相同。編輯課件 二次再結(jié)晶不僅會(huì)降低材料強(qiáng)度和塑、韌二次再結(jié)晶不僅會(huì)降低材料強(qiáng)度和塑、韌性

14、，還會(huì)增大再次冷加工工件的表面粗糙性，還會(huì)增大再次冷加工工件的表面粗糙度。因此，一般情況下應(yīng)避免發(fā)生二次再度。因此，一般情況下應(yīng)避免發(fā)生二次再結(jié)晶。但作為電感材料的硅鋼片，卻需要結(jié)晶。但作為電感材料的硅鋼片，卻需要利用二次再結(jié)晶獲得粗大晶粒，加強(qiáng)其導(dǎo)利用二次再結(jié)晶獲得粗大晶粒，加強(qiáng)其導(dǎo)磁性能。磁性能。編輯課件 7.4.3 再結(jié)晶退火極其組織控制再結(jié)晶退火極其組織控制 7.4.3.1 再結(jié)晶退火：再結(jié)晶退火：再結(jié)晶可消除冷變形再結(jié)晶可消除冷變形金屬的加工硬化效果及內(nèi)應(yīng)力金屬的加工硬化效果及內(nèi)應(yīng)力，因此被用，因此被用作冷變形加工的中間工序，軟化冷變形金作冷變形加工的中間工序，軟化冷變形金屬或細(xì)化晶

15、粒，改善顯微組織。屬或細(xì)化晶粒，改善顯微組織。 7.4.3.2 再結(jié)晶組織：再結(jié)晶退火過程中，再結(jié)晶組織：再結(jié)晶退火過程中，回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大往往是交錯(cuò)、重回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大往往是交錯(cuò)、重疊進(jìn)行，綜合作用的結(jié)果疊進(jìn)行，綜合作用的結(jié)果有時(shí)會(huì)產(chǎn)生退火有時(shí)會(huì)產(chǎn)生退火孿晶和再結(jié)晶織構(gòu)孿晶和再結(jié)晶織構(gòu)。編輯課件 (1)不同的冷變形度不同的冷變形度 及退火溫度下所得及退火溫度下所得 到的再結(jié)晶組織晶到的再結(jié)晶組織晶 粒大小不同。粒大小不同。將退將退 火溫度、冷變形度火溫度、冷變形度 和再結(jié)晶晶粒大小和再結(jié)晶晶粒大小 的關(guān)系畫成三維圖，稱為的關(guān)系畫成三維圖，稱為。可以。可以作為制定生產(chǎn)工藝規(guī)范的參考

16、依據(jù)。作為制定生產(chǎn)工藝規(guī)范的參考依據(jù)。 圖圖7-33為工業(yè)純鋁的再結(jié)晶圖。為工業(yè)純鋁的再結(jié)晶圖。 編輯課件 圖中存在兩個(gè)粗晶區(qū)：一是圖中存在兩個(gè)粗晶區(qū)：一是臨界變形度區(qū)臨界變形度區(qū)域域(變形度變形度00.1, 溫度溫度500650C)；二是；二是二二次再結(jié)晶區(qū)域次再結(jié)晶區(qū)域(變形度變形度0.651.0, 溫度溫度600650C)。后者對(duì)應(yīng)的變形度較大，退。后者對(duì)應(yīng)的變形度較大，退火溫度也較高。其原因是強(qiáng)烈冷變形導(dǎo)致火溫度也較高。其原因是強(qiáng)烈冷變形導(dǎo)致退火時(shí)形成大面積的再結(jié)晶織構(gòu)，阻礙了退火時(shí)形成大面積的再結(jié)晶織構(gòu)，阻礙了晶粒的正常長(zhǎng)大，只有少數(shù)大角晶界的晶晶粒的正常長(zhǎng)大，只有少數(shù)大角晶界的晶粒

17、優(yōu)先生長(zhǎng)，從而產(chǎn)生二次再結(jié)晶。粒優(yōu)先生長(zhǎng)，從而產(chǎn)生二次再結(jié)晶。對(duì)于對(duì)于一般結(jié)構(gòu)材料，制定變形及退火工藝時(shí)應(yīng)一般結(jié)構(gòu)材料，制定變形及退火工藝時(shí)應(yīng)避開這兩個(gè)區(qū)域避開這兩個(gè)區(qū)域。編輯課件 (2) 退火孿晶：退火孿晶：Cu, Ni, 黃銅，黃銅，不銹鋼等不銹鋼等不易產(chǎn)生變形的不易產(chǎn)生變形的面心立方金屬經(jīng)再結(jié)晶退面心立方金屬經(jīng)再結(jié)晶退火后，會(huì)出現(xiàn)孿晶，稱為火后，會(huì)出現(xiàn)孿晶，稱為。 圖圖7-34為冷變形為冷變形 黃銅退火時(shí)形黃銅退火時(shí)形 成的退火孿晶組成的退火孿晶組 織?？?。編輯課件 面心立方金屬的退火孿晶有圖面心立方金屬的退火孿晶有圖7-35所示的所示的ABC三種典型形態(tài)。其中三種典型形態(tài)。其中B是貫穿

18、晶粒的是貫穿晶粒的完整退火孿晶；完整退火孿晶；C為一端終止于晶內(nèi)的不為一端終止于晶內(nèi)的不完整退火孿晶；完整退火孿晶；A為晶界交角處的退火孿為晶界交角處的退火孿晶。孿晶兩側(cè)互晶。孿晶兩側(cè)互 相平行的晶面是共相平行的晶面是共 格孿晶界面，由格孿晶界面，由 (111)面組成。孿晶面組成。孿晶 終止于晶粒內(nèi)的界終止于晶粒內(nèi)的界 面是非共格孿晶界。面是非共格孿晶界。編輯課件 退火孿晶是在再結(jié)晶過程中因晶界遷移出現(xiàn)層錯(cuò)退火孿晶是在再結(jié)晶過程中因晶界遷移出現(xiàn)層錯(cuò)形成的形成的。面心立方金屬晶界遷移時(shí)，。面心立方金屬晶界遷移時(shí)，111面某層面某層原子錯(cuò)排，就會(huì)出現(xiàn)原子錯(cuò)排，就會(huì)出現(xiàn)。如果孿晶界面能遠(yuǎn)如果孿晶界面

19、能遠(yuǎn)小于一般的大角度晶界能，則該層錯(cuò)將穩(wěn)定下來小于一般的大角度晶界能，則該層錯(cuò)將穩(wěn)定下來成為孿晶核成為孿晶核 并隨大角度晶界的移動(dòng)并隨大角度晶界的移動(dòng) 而長(zhǎng)大而長(zhǎng)大。當(dāng)。當(dāng)111面再面再 次錯(cuò)排而恢復(fù)原有堆垛次錯(cuò)排而恢復(fù)原有堆垛 順序，則又出現(xiàn)一個(gè)孿順序，則又出現(xiàn)一個(gè)孿 晶界，兩個(gè)孿晶界之間晶界，兩個(gè)孿晶界之間 形成一個(gè)孿晶。形成一個(gè)孿晶。編輯課件 (3) 再結(jié)晶織構(gòu)：再結(jié)晶織構(gòu)：冷變形金屬在再結(jié)晶過程中形成冷變形金屬在再結(jié)晶過程中形成擇優(yōu)取向的晶粒稱為擇優(yōu)取向的晶粒稱為。再結(jié)晶織構(gòu)與。再結(jié)晶織構(gòu)與變形織構(gòu)沒有必然聯(lián)系，形成機(jī)理有擇優(yōu)形核和變形織構(gòu)沒有必然聯(lián)系，形成機(jī)理有擇優(yōu)形核和擇優(yōu)生長(zhǎng)兩種

20、理論。擇優(yōu)生長(zhǎng)兩種理論。 擇優(yōu)形核理論擇優(yōu)形核理論認(rèn)為：再結(jié)晶晶核保持變形織構(gòu)的認(rèn)為：再結(jié)晶晶核保持變形織構(gòu)的相同取向相同取向，長(zhǎng)大后形成與變形織構(gòu)一致的再結(jié)晶，長(zhǎng)大后形成與變形織構(gòu)一致的再結(jié)晶織構(gòu)?？棙?gòu)。 擇優(yōu)生長(zhǎng)理論擇優(yōu)生長(zhǎng)理論認(rèn)為：再結(jié)晶形核的取向與變形織認(rèn)為：再結(jié)晶形核的取向與變形織構(gòu)無關(guān)構(gòu)無關(guān)。晶核長(zhǎng)大時(shí)，晶界遷移率與晶界兩側(cè)的。晶核長(zhǎng)大時(shí)，晶界遷移率與晶界兩側(cè)的位相差相關(guān)。只有位相差相關(guān)。只有某些取向有利的再結(jié)晶晶核能某些取向有利的再結(jié)晶晶核能夠迅速長(zhǎng)大，其他取向的晶核則被抑制夠迅速長(zhǎng)大，其他取向的晶核則被抑制，最終形，最終形成再結(jié)晶織構(gòu)。成再結(jié)晶織構(gòu)。編輯課件 7.5 金屬的熱變

21、形金屬的熱變形 金屬在再結(jié)晶溫度以上的加工變形稱為金屬在再結(jié)晶溫度以上的加工變形稱為。其其實(shí)質(zhì)是變形中加工硬化與動(dòng)態(tài)軟化同時(shí)進(jìn)行，實(shí)質(zhì)是變形中加工硬化與動(dòng)態(tài)軟化同時(shí)進(jìn)行，兩者作用相抵消，不顯示硬化效果。兩者作用相抵消，不顯示硬化效果。 動(dòng)態(tài)軟化包括動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶兩種方式。動(dòng)態(tài)軟化包括動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶兩種方式。熱變形停止后，高溫下還會(huì)發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)熱變形停止后，高溫下還會(huì)發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶。再結(jié)晶。 熱變形沒有強(qiáng)化作用，塑性變形量很大，還可以熱變形沒有強(qiáng)化作用，塑性變形量很大，還可以改善鑄錠組織，消除氣孔改善鑄錠組織，消除氣孔、偏析、粗大晶粒等等偏析、粗大晶粒等等。但也會(huì)因高

22、溫氧化導(dǎo)致表面粗糙，因熱漲冷縮而但也會(huì)因高溫氧化導(dǎo)致表面粗糙，因熱漲冷縮而不易控制加工精度。不易控制加工精度。編輯課件 7.5.1 動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 7.5.1.1 動(dòng)態(tài)回復(fù)：圖動(dòng)態(tài)回復(fù)：圖7-37為純鐵的動(dòng)態(tài)回復(fù)熱變?yōu)榧冭F的動(dòng)態(tài)回復(fù)熱變形應(yīng)力形應(yīng)力-應(yīng)變曲線。與冷變形的應(yīng)力應(yīng)變曲線。與冷變形的應(yīng)力-應(yīng)變曲線不應(yīng)變曲線不同，開始時(shí)應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)龃蠖龃螅龃笏俾释?，開始時(shí)應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)龃蠖龃?，但增大速率逐漸減小，最后達(dá)到一個(gè)幾乎恒定值。表明逐漸減小，最后達(dá)到一個(gè)幾乎恒定值。表明形變形變初期的加工硬初期的加工硬 化大于動(dòng)態(tài)軟化，隨變化大于動(dòng)態(tài)軟化，隨變 形發(fā)展加工硬化減小

23、，形發(fā)展加工硬化減小， 當(dāng)硬化與軟化平衡時(shí)，當(dāng)硬化與軟化平衡時(shí)， 變形在幾乎恒定的變形在幾乎恒定的流變流變 應(yīng)力應(yīng)力作用下繼續(xù)進(jìn)行作用下繼續(xù)進(jìn)行， 此階段稱為此階段稱為編輯課件 當(dāng)變形溫度一定時(shí)，應(yīng)變速率當(dāng)變形溫度一定時(shí)，應(yīng)變速率越大，達(dá)到越大，達(dá)到穩(wěn)定的應(yīng)力和應(yīng)變也越大；當(dāng)穩(wěn)定的應(yīng)力和應(yīng)變也越大；當(dāng)一定時(shí)，變一定時(shí)，變形溫度越高，達(dá)到穩(wěn)定態(tài)的應(yīng)力和應(yīng)變?cè)叫螠囟仍礁?，達(dá)到穩(wěn)定態(tài)的應(yīng)力和應(yīng)變?cè)叫　Ｐ　?動(dòng)態(tài)回復(fù)引起軟化是通過刃形位錯(cuò)攀移、動(dòng)態(tài)回復(fù)引起軟化是通過刃形位錯(cuò)攀移、螺形位錯(cuò)交滑移使異號(hào)位錯(cuò)對(duì)消、位錯(cuò)密螺形位錯(cuò)交滑移使異號(hào)位錯(cuò)對(duì)消、位錯(cuò)密度下降的結(jié)果度下降的結(jié)果。 動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)也發(fā)生多邊化而

24、形成亞晶。動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)也發(fā)生多邊化而形成亞晶。亞亞晶尺寸受變形速率與溫度影響晶尺寸受變形速率與溫度影響，變形速率，變形速率越小，變形溫度越高，亞晶尺寸也越大。越小，變形溫度越高，亞晶尺寸也越大。在穩(wěn)定階段，亞晶保持等軸和恒定尺寸。在穩(wěn)定階段，亞晶保持等軸和恒定尺寸。編輯課件 圖圖7-38為鋁在為鋁在400C擠擠 壓形成的動(dòng)態(tài)回復(fù)亞晶。壓形成的動(dòng)態(tài)回復(fù)亞晶。 在動(dòng)態(tài)回復(fù)過程中，變?cè)趧?dòng)態(tài)回復(fù)過程中，變 形晶粒不再發(fā)生再結(jié)晶，形晶粒不再發(fā)生再結(jié)晶， 因此仍為纖維狀，熱變因此仍為纖維狀，熱變 形后形后快冷，可保留伸長(zhǎng)快冷，可保留伸長(zhǎng) 晶粒和等軸亞晶組織晶粒和等軸亞晶組織。 若高溫長(zhǎng)時(shí)間停留，則可發(fā)生靜態(tài)

25、再結(jié)晶。若高溫長(zhǎng)時(shí)間停留，則可發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶。編輯課件 動(dòng)態(tài)回復(fù)組織比再結(jié)晶組織的強(qiáng)度高動(dòng)態(tài)回復(fù)組織比再結(jié)晶組織的強(qiáng)度高。因。因此建筑用鋁鎂合金型材都采用熱成型工藝此建筑用鋁鎂合金型材都采用熱成型工藝而不用冷壓成型后再回火工藝。而不用冷壓成型后再回火工藝。 在層錯(cuò)能較高的金屬如鋁合金、純鐵、鐵在層錯(cuò)能較高的金屬如鋁合金、純鐵、鐵素體鋼等進(jìn)行熱加工時(shí)，由于位錯(cuò)交滑移素體鋼等進(jìn)行熱加工時(shí)，由于位錯(cuò)交滑移和攀移等原因，容易發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。和攀移等原因，容易發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。編輯課件 7.5.1.2 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：層錯(cuò)能較低的材料，如銅及動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：層錯(cuò)能較低的材料，如銅及銅合金、鎳合金及奧氏體鋼等，不發(fā)生位

26、錯(cuò)交滑銅合金、鎳合金及奧氏體鋼等，不發(fā)生位錯(cuò)交滑移。此時(shí)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶成為動(dòng)態(tài)軟化的主要方式，移。此時(shí)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶成為動(dòng)態(tài)軟化的主要方式，其熱應(yīng)力其熱應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖應(yīng)變曲線如圖7-39。編輯課件 從圖上可以看出：從圖上可以看出：在較高的應(yīng)變速率火較在較高的應(yīng)變速率火較低變形溫度下低變形溫度下，曲線有一個(gè)峰值，可分為，曲線有一個(gè)峰值，可分為三個(gè)階段：初始階段為加工硬化階段，應(yīng)三個(gè)階段：初始階段為加工硬化階段，應(yīng)變達(dá)到某一值后開始發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，硬變達(dá)到某一值后開始發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，硬化率下降；第二階段，應(yīng)力達(dá)到最大值后，化率下降；第二階段，應(yīng)力達(dá)到最大值后，動(dòng)態(tài)軟化超過加工硬化，曲線下降；第三動(dòng)態(tài)軟

27、化超過加工硬化，曲線下降；第三階段，隨真應(yīng)變的增加，動(dòng)態(tài)軟化與加工階段，隨真應(yīng)變的增加，動(dòng)態(tài)軟化與加工硬化平衡，流變應(yīng)力趨于衡定。硬化平衡，流變應(yīng)力趨于衡定。編輯課件 在較低的應(yīng)變速率或較高的變形溫度下，由于位在較低的應(yīng)變速率或較高的變形溫度下，由于位錯(cuò)密度增加速率較小，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后，錯(cuò)密度增加速率較小，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后，必須有進(jìn)必須有進(jìn)一步的加工硬化，才能再一次積累位錯(cuò)密度發(fā)生一步的加工硬化，才能再一次積累位錯(cuò)密度發(fā)生再結(jié)晶再結(jié)晶。因此，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與加工硬化交替進(jìn)行，。因此，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與加工硬化交替進(jìn)行，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈波浪形。應(yīng)力應(yīng)變曲線呈波浪形。 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶也是通過形成新的大角晶界及隨后的動(dòng)態(tài)

28、再結(jié)晶也是通過形成新的大角晶界及隨后的晶界移動(dòng)所完成的。但再結(jié)晶過程也是不斷變形晶界移動(dòng)所完成的。但再結(jié)晶過程也是不斷變形的過程，因此具有的過程，因此具有反復(fù)形核，有限生長(zhǎng)反復(fù)形核，有限生長(zhǎng)的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。長(zhǎng)成的晶粒等軸長(zhǎng)成的晶粒等軸、細(xì)小，而且細(xì)小，而且有較高的位錯(cuò)密度有較高的位錯(cuò)密度和位錯(cuò)纏結(jié)存在和位錯(cuò)纏結(jié)存在，強(qiáng)度和硬度比靜態(tài)再結(jié)晶組織，強(qiáng)度和硬度比靜態(tài)再結(jié)晶組織要高。要高。編輯課件 7.5.2 熱變形引起組織、性能的變化熱變形引起組織、性能的變化 7.5.2.1 改善鑄造狀態(tài)的組織缺陷：氣孔、改善鑄造狀態(tài)的組織缺陷：氣孔、疏松等缺陷再熱變形過程中消失，偏析部疏松等缺陷再熱變形過程中消失

29、，偏析部分消除，粗大的鑄態(tài)柱狀晶和樹枝晶變?yōu)榉窒?，粗大的鑄態(tài)柱狀晶和樹枝晶變?yōu)榧?xì)小均勻的等軸晶，夾雜物或脆性相的形細(xì)小均勻的等軸晶，夾雜物或脆性相的形態(tài)及分布得以改善。由此提高了材料致密態(tài)及分布得以改善。由此提高了材料致密性和機(jī)械性能，特別是性和機(jī)械性能，特別是塑性和韌性顯著提塑性和韌性顯著提高高。編輯課件 7.5.2.2 熱變形形成流線，呈現(xiàn)各向異性：熱變形形成流線，呈現(xiàn)各向異性：枝晶偏析、夾雜物和第二相等將隨材料的枝晶偏析、夾雜物和第二相等將隨材料的變形而沿變形方向呈纖維狀分布，稱為變形而沿變形方向呈纖維狀分布，稱為。 流線使金屬機(jī)械流線使金屬機(jī)械 性能，特別是塑性能，特別是塑 性和韌性

30、各向異性和韌性各向異 性。性。正確的流線正確的流線 分布可有效提高分布可有效提高 工件的使用性能。工件的使用性能。編輯課件 7.5.2.3 形成帶狀組織：亞共析鋼熱變形后，形成帶狀組織：亞共析鋼熱變形后，其其鐵素體和珠光體成條狀分布，稱為鐵素體和珠光體成條狀分布，稱為。有兩種可能的形成方式：其一是在。有兩種可能的形成方式：其一是在兩相區(qū)溫度范圍內(nèi)，兩相區(qū)溫度范圍內(nèi)，鐵素體沿奧氏體晶界鐵素體沿奧氏體晶界析出后變形伸長(zhǎng)，再結(jié)晶后兩者都變成等析出后變形伸長(zhǎng)，再結(jié)晶后兩者都變成等軸晶粒但分布仍成條狀軸晶粒但分布仍成條狀；其二是熱變形中；其二是熱變形中枝晶偏析或夾雜物被拉長(zhǎng)，當(dāng)奧氏體冷卻枝晶偏析或夾雜物

31、被拉長(zhǎng)，當(dāng)奧氏體冷卻時(shí)，偏析區(qū)域首先析出鐵素體成條狀分布，時(shí)，偏析區(qū)域首先析出鐵素體成條狀分布，隨后在其兩側(cè)的奧氏體區(qū)域再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怆S后在其兩側(cè)的奧氏體區(qū)域再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w體，最終形成條帶狀的混合物。，最終形成條帶狀的混合物。 帶狀組織也使材料產(chǎn)生各向異性，影響與帶狀組織也使材料產(chǎn)生各向異性，影響與流線類似。流線類似。編輯課件 圖圖7-42為熱軋低為熱軋低 碳鋼板的帶狀組碳鋼板的帶狀組 織顯微照片?？楋@微照片。 為了防止和消除為了防止和消除 帶狀組織，熱變帶狀組織，熱變 形時(shí)應(yīng)該：形時(shí)應(yīng)該： 1 避開兩相區(qū)；避開兩相區(qū)；2 減少夾雜元素含量；減少夾雜元素含量；3 采采用高溫?cái)U(kuò)散退火，消除元素偏析。如果已用高溫?cái)U(kuò)散退火，消除元素偏析。如果已出現(xiàn)帶狀組織，可出現(xiàn)帶狀組織，可在單相區(qū)加熱作正火處在單相區(qū)加熱作正火處理理，以消除或改善帶狀組織。，以消除或改善帶狀組織。編輯課件 7.5.2.4 熱變形材料的機(jī)械性能在相當(dāng)程度熱變形材料的