材料科學(xué)基礎(chǔ)的回復(fù)和再結(jié)晶

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)的回復(fù)和再結(jié)晶 Recovery and Recrystallization塑性變形系統(tǒng)的能量 回復(fù)再結(jié)晶 回復(fù) Recovery 再結(jié)晶 Recrystallization 晶粒長(zhǎng)大 Grain growth after recrystallization 自發(fā)趨勢(shì) 1.變形材料加熱時(shí)的變化一 、顯微組織的變化 熱（90） 儲(chǔ)存能（10） 變形材料發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力冷變形材料在加熱時(shí)先后發(fā)經(jīng)歷 回復(fù) 在較低溫度下變形材料的顯微組織基 本上未發(fā)生變化，多邊化 再結(jié)晶 新的無(wú)畸變等軸小晶粒代替變形組織 晶粒長(zhǎng)大 細(xì)小新晶粒通過(guò)互相吞并長(zhǎng)大而形成 穩(wěn)定的尺寸塑性變形外力所做的功二

2、、性能變化 sb HV 2. 回復(fù) Recovery一 、回復(fù)階段性能與組織的變化: 在回復(fù)階段，觀察以下幾種現(xiàn)象: 1.宏觀內(nèi)應(yīng)力大部分去除，而微觀應(yīng)力仍存在 2.電阻率 sr Cu Al Ag 線材預(yù)先在90K下變形，發(fā)現(xiàn)在293K 下導(dǎo)電性能就可以逐漸恢復(fù)，相對(duì)原始變形態(tài) 303. HV、 ss變化隨材料不同而異： Zn、Cd 在室溫下就可以絕大部分去除冷變形所產(chǎn) 生的加工硬化； Cu、黃銅則加熱至350，其HV仍無(wú)明顯變化 Fe 在358以上就可看到部分加工硬化的去除4. 在光鏡下顯微組織基本上未發(fā)生變化。但在高溫回復(fù)時(shí)，在熱激活能條件下，通過(guò)位錯(cuò)與攀移，會(huì)發(fā)生多邊化結(jié)構(gòu)。 二、 回復(fù)

3、動(dòng)力學(xué) Recovery Kinetics變形材料加熱時(shí)，其力學(xué)和物理性能回復(fù)程度隨溫度T和時(shí)間t變化 R為回復(fù)部分 s為回復(fù)退火后的流變應(yīng)力 s0為加工硬化完全消除的流變應(yīng)力 sm為退火前即冷態(tài)的流變應(yīng)力 馳豫過(guò)程 無(wú)孕育期 回復(fù)的初始階段去除硬化的程度較快，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，回復(fù)的程度就減弱了，而且，隨變形量越大，起始回復(fù)速率也越快。進(jìn)一步分析，在某一恒定溫度下，回復(fù)時(shí)間可表達(dá)為 ： Q為回復(fù)過(guò)程的激活能，R為氣體常數(shù) T為絕對(duì)溫度 A B 為常數(shù) 作lnt- 1/T關(guān)系曲線 若為直線，則由直線斜率可求得Q三 、回復(fù)機(jī)制在回復(fù)過(guò)程中，發(fā)生如下變化 1.低溫回復(fù) 遷移至表面或晶界點(diǎn)缺陷變化 與

4、間隙原子復(fù)合 與位錯(cuò)交互作用 聚集成空位片 崩塌 表現(xiàn) 2. 中溫回復(fù) 位錯(cuò)滑移位錯(cuò)重新組合以及異號(hào)位錯(cuò)互相抵消(過(guò)飽和空位的消失)3. 高溫回復(fù) 多邊化 Polygonization 多邊化產(chǎn)生的條件 1）塑性變形使晶體點(diǎn)陣發(fā)生彎曲 2）在滑移面上有過(guò)剩的同號(hào)刃型位錯(cuò) 3）熱激活下刃位錯(cuò)產(chǎn)生攀移運(yùn)動(dòng) 刃型位錯(cuò)可獲得足夠能量產(chǎn)生攀移位錯(cuò)排列成墻多邊化結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生單滑移的單晶體中多邊化過(guò)程最為典型 多晶體中，由于多系滑移位錯(cuò)纏結(jié)形成胞狀組織，多邊化不明顯 3. 再結(jié)晶 Recrystallization t，在變形組織的基體上就會(huì)產(chǎn)生新的無(wú)畸變?cè)俳Y(jié)晶晶核，并逐漸長(zhǎng)大形成等軸晶粒，從而取代變形組織，

5、該過(guò)程就成為再結(jié)晶過(guò)程。 再結(jié)晶無(wú)晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的變化，不屬于相變。一、再結(jié)晶的形核再結(jié)晶的轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)力： 晶體的彈性畸變能可預(yù)料晶核必然產(chǎn)生于高畸變能區(qū)域： 大角度晶界、相界面、孿晶或滑移帶界面上1.晶界弓出形核 變形量較?。?0）多晶體，其再結(jié)晶核心往往以晶界弓出方式形成或稱應(yīng)變導(dǎo)致的晶界遷移，凸出形核方式形成。再結(jié)晶的形核機(jī)制 變形度較小時(shí)，多晶粒間變形不均勻性而導(dǎo)致多晶粒內(nèi)位錯(cuò)密度不同。為了降低系統(tǒng)的自由能，再結(jié)晶時(shí)，通過(guò)晶界遷移原來(lái)平直的晶界會(huì)向位錯(cuò)密度大的晶粒內(nèi)凸出，在其前沿掃過(guò)的區(qū)域內(nèi)通過(guò)吞食畸變亞晶的方式形成無(wú)畸變的再結(jié)晶晶核。 晶核的臨界尺寸可作如下估算 形核時(shí)單位體積引起

6、總的自由能變化 單位體積儲(chǔ)存的應(yīng)變能 界面表面能dA 弓出的表面積dV 弓出的晶界由位置時(shí)掃過(guò)的體積若界面為一球面其半徑為r，則dA/dV2/r ，則上式可改寫為由于弓出形核的能量條件為G20%）時(shí)，形成位錯(cuò)纏結(jié)組成的胞狀結(jié)構(gòu)多邊形化亞晶，借助亞晶作為再結(jié)晶的核心，其形核機(jī)制為： 1)亞晶的遷移機(jī)制 通過(guò)亞晶界的移動(dòng)，吞并相鄰的形變基體和亞晶而生長(zhǎng) 2)亞晶合并機(jī)制 通過(guò)兩亞晶之間亞晶界的消失，使兩相鄰亞晶合并而生長(zhǎng) 位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)解離、拆散以及位錯(cuò)的攀移與滑移加熱 亞晶無(wú)論以那種方式生長(zhǎng)，包圍著它的一部分亞晶界的位向差必然會(huì)越來(lái)越大，最后構(gòu)成了大角度晶界。大角度晶界一旦形成，由于它較亞晶界具有大的

7、多的遷移率，故可以迅速移動(dòng)，而在其后留下無(wú)畸變的晶體再結(jié)晶核心。二、 再結(jié)晶動(dòng)力學(xué) Recystallization Kinetics 再結(jié)晶過(guò)程是通過(guò)無(wú)畸變新晶粒的形核和長(zhǎng)大而進(jìn)行的，故再結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)決定于N和G。 實(shí)驗(yàn)：不同T，以縱坐標(biāo)表示再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)jR 以橫坐標(biāo)表示再結(jié)晶的時(shí)間t 恒溫動(dòng)力學(xué)曲線1）不同T，不同變形度，曲線不同，但有“S”特征2）發(fā)生再結(jié)晶，需要一段孕育期 incubation period （T ，t孕 ） 3）開(kāi)始再結(jié)晶時(shí)，轉(zhuǎn)變量速率V轉(zhuǎn) 很低， 隨著轉(zhuǎn)變量 ，V轉(zhuǎn) ， 至50時(shí)，V轉(zhuǎn) V轉(zhuǎn)max 轉(zhuǎn)變量進(jìn)一步 V轉(zhuǎn)Johnson&Mehl 在假定 ： 均勻形核

8、 晶核為球形 N和G不隨t 而改變推導(dǎo)出恒溫下經(jīng)過(guò)t時(shí)間后，再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)為： 即所謂JM 方程 但實(shí)際 N 是隨t而呈指數(shù)關(guān)系 ，并非Const，故JM方程應(yīng)修正，通常采用Avrami方程來(lái)描述再結(jié)晶過(guò)程比較合適，即： B、K均為常數(shù)，再結(jié)晶為三維時(shí)，K3-4 二維 K2-3 一維 K1-2 取雙對(duì)數(shù) 截距斜率此分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果完全吻合，且發(fā)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)，K不隨T而變 不同T下，各直線基本平行, B則隨T不同而變 作 關(guān)系圖（線性關(guān)系圖）170139125 T1 T2 T3 T4 T5再結(jié)晶是一熱激活過(guò)程，N和G均符合Arrhenius方程，因此等溫溫度T對(duì)再結(jié)晶速率V的影響可用 表

9、示之而再結(jié)晶速率V和產(chǎn)生某一體積分?jǐn)?shù)jR所需要的時(shí)間t成反比，（V 1/t） （2.3lgx=lnx）作 1/T - lgt 圖 即可求得Q （再結(jié)晶的激活能）在兩個(gè)不同的恒定溫度T1、T2 產(chǎn)生同樣程度的再結(jié)晶時(shí)可得三 、再結(jié)晶溫度 Recrystallization temperature 冷變形材料開(kāi)始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度，它可以用不同的方法來(lái)測(cè)定。1）金相法：從顯微鏡中觀察到第一個(gè)新晶?；蛘呔Ы缫蛲蛊鹦魏硕霈F(xiàn)鋸齒狀邊緣的退火溫度為TR。2）硬度法：以硬度退火溫度曲線上硬度開(kāi)始顯 著降低的溫度定為TR，有時(shí)也將該曲線上軟化50的退火溫度定為TR。 應(yīng)指出， TR并不是一個(gè)

10、物理常數(shù)，它隨變形程度，純度，及退火時(shí)間而變 工業(yè)生產(chǎn)中，通常以經(jīng)過(guò)大變形量(70%)的冷變形金屬，經(jīng)一小時(shí)退火能完全再結(jié)晶或再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)95的最低退火溫度定為TR 。 TR ，VR ，達(dá)到一定再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)所需時(shí)間必愈短根據(jù)Johnson和Mehl 方程式，令R，則可求出完成95再結(jié)晶所需時(shí)間為 由于 N 、G 隨 t 而 即為溫度的函數(shù)，故可根據(jù)各t下的 N 、 G值建立t與t關(guān)系，于是，一小時(shí)內(nèi)能完成再結(jié)晶的溫度TR即可確定。 對(duì)工業(yè)純金屬經(jīng)大變形后，若完成再結(jié)晶的為小時(shí) 則 TR（）Tm四、影響再結(jié)晶的主要因素 凡是影響 和 的因素均將反映再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)曲線變化1.在給定溫度下發(fā)生再結(jié)

11、晶需要一個(gè)最 小變形量，這就是臨界變形度 （Critical deformation degree）。低于此 變形度，不能再結(jié)晶。 ，開(kāi)始TR ，當(dāng)t一定， ，TR 3.再結(jié)晶后的晶粒大小主要取決于變形 度 ，再結(jié)晶的晶粒 。4.微量雜質(zhì)元素可明顯地升高TR或推遲 再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行。5.第二相的影響：當(dāng)?shù)诙喑叽巛^大 （1mm）且間距較寬時(shí)，再結(jié)晶核心能 在其表面產(chǎn)生；當(dāng)?shù)诙喑叽绾苄∮?較密集時(shí)，則會(huì)阻礙再結(jié)晶的進(jìn)行。6.原始晶粒愈細(xì)或者退火時(shí)間增加都會(huì)TR 。五 、再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大 經(jīng)再結(jié)晶后形成的晶粒，通常呈等軸狀，其大小受多種因素的影響，主要有： 變形度：臨界變形度， 晶粒 退火溫度：t

12、 晶粒臨界變形度 化學(xué)成分和雜質(zhì)：凡延緩再結(jié)晶及阻礙晶粒長(zhǎng) 大的合金元素、雜質(zhì)，有利于得到細(xì)晶 原始晶粒度：原始晶粒度 晶界總面積 N 再結(jié)晶晶粒 加熱速度：V加 可獲得細(xì)小再結(jié)晶晶粒 再結(jié)晶后晶粒的平均直徑d與 、 存在以下關(guān)系： k為常數(shù)故 愈小，則再結(jié)晶后晶粒愈細(xì)小。 4、再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大 Grain growth after Recrystallization 冷變形材料在完成再結(jié)晶后繼續(xù)加熱時(shí)會(huì)發(fā)生晶粒長(zhǎng)大 再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大 正常長(zhǎng)大 異常長(zhǎng)大二次再結(jié)晶 Secondary recrystallizaton一、晶粒的正常長(zhǎng)大 Normal Grain Growth1.晶界移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力

13、 再結(jié)晶完成后，晶粒長(zhǎng)大是一自發(fā)過(guò)程，因?yàn)樗偸橇D使界面自由能變小，所以晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力是來(lái)自晶界移動(dòng)后體系總的自由能的降低。就個(gè)別晶粒長(zhǎng)大的微觀過(guò)程而言，晶粒界面的不同曲率是造成晶界遷移的直接原因，實(shí)際上，晶粒長(zhǎng)大時(shí)，晶界總是向著曲率中心的方向移動(dòng)。模型：晶面曲率為什么成為晶界面移動(dòng) 的動(dòng)力？ 圓柱界面 平衡時(shí) ：界面張力 P：界面兩側(cè)壓力差，凹側(cè)所存在的壓應(yīng)力凸側(cè)壓力a/2 s la/2 s lrdar 界面曲率半徑厚度Plda當(dāng)d很小時(shí)，對(duì)非圓柱面可改寫為 因?yàn)槿我欢吻式缑?，可通過(guò)其法線的兩個(gè)相互垂直平面上的兩個(gè)主曲率半徑r1和r2來(lái)表示若界面為球面時(shí)，則r1r2r 則 由此可見(jiàn) 當(dāng)

14、一定時(shí)，r 則表征晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力P 晶粒長(zhǎng)大過(guò)程就是 “大吃小”和凹面變平的過(guò)程 實(shí)踐表明，當(dāng)晶界移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力單純來(lái)自晶界能時(shí)，晶界的移動(dòng)速度V與晶界移動(dòng)驅(qū)動(dòng)力P成正比。 m為比例常數(shù) 稱晶界的遷移率2.晶粒的穩(wěn)定形狀為了降低界面能 晶粒長(zhǎng)大 晶粒不斷平直化 向其曲率中心方向遷移 晶粒趨向穩(wěn)定形狀第三章 晶界一節(jié)曾指出 三晶粒交合處各晶界的表面張力與晶界角存在下述平衡關(guān)系: q1q2q3s3s2s1 由于再結(jié)晶后的晶界屬于大角度晶界，其界面張力與兩側(cè)晶粒位向無(wú)關(guān)， 因此 這就是二維晶粒穩(wěn)定形狀的平衡條件： 晶界為平直線 晶界夾角為120 的六邊形，該形狀晶粒若繼續(xù)加熱時(shí)，不再發(fā)生晶界遷移而處

15、于穩(wěn)定狀態(tài)，因三晶界交會(huì)點(diǎn)的任何移動(dòng)都會(huì)增加晶界的總長(zhǎng)度 總晶界能 若二維晶粒不是六邊形，為了使晶粒的各頂角形成120的夾角： 1.邊數(shù)小于6的晶粒，尺寸較小的晶粒，其晶界必然是向外彎曲的 2.邊數(shù)大于6的晶粒，尺寸較大的晶粒，其晶界必然是向內(nèi)彎曲的 這樣，由于高溫下彎曲的晶界在晶界能的驅(qū)動(dòng)下會(huì)移動(dòng)其曲率中心趨于平直 1.邊數(shù)6，即尺寸較大晶粒，必然存在長(zhǎng)大傾向 為了在三維情況下實(shí)現(xiàn)平衡，多晶體晶粒在平衡狀態(tài)下最穩(wěn)定形狀是十四面體。3.晶粒長(zhǎng)大速度正常晶粒長(zhǎng)大時(shí)，晶界的平均移動(dòng)速度 為 ：晶界平均遷移率：晶界平均驅(qū)動(dòng)力：晶界平均曲率半徑：晶粒平均直徑的增大速度對(duì)于大致均勻晶粒而言， ，m 和s

16、在一定溫度下均可看作常數(shù)，因此 積分 為常數(shù) 若 則有 或 這表明恒溫下發(fā)生正常晶粒長(zhǎng)大時(shí)，平均晶粒直徑隨保溫時(shí)間的平方根而增大 更常見(jiàn)的情況下， ，n1/2 因存在晶界移動(dòng)和阻礙晶粒長(zhǎng)大諸因素歸納晶界遷移的規(guī)律性有如下幾點(diǎn)：1.為降低表面能，彎曲的晶界總是趨向于平直化，即晶界向曲率中心移動(dòng)以減小表面積；2.當(dāng)三個(gè)晶粒的晶界夾角不等于120時(shí)，晶界總是向角度較銳的晶粒方向移動(dòng)，力圖使其夾角趨向于120；3.在二維坐標(biāo)中， 晶界邊數(shù)6的晶粒（晶界向內(nèi)凹進(jìn)）必然逐步長(zhǎng)大 晶界邊數(shù)=6 晶界平直，且?jiàn)A角120， 處于平衡狀態(tài)不再移動(dòng)4.晶界遷移速度將隨晶界曲率半徑增大而減小，且隨時(shí)間而改變 4. 影

17、響晶粒長(zhǎng)大的因素 Several important factors on grain growth積分得溫度 由于晶界遷移與原子的熱激活有關(guān)，其中晶界 的平均遷移速率 與 成正比（Qm為晶界遷移的激活能）2）可溶解的雜質(zhì)或合金元素 溶解原子都能阻礙晶界移動(dòng)，特別是晶界偏聚現(xiàn)象顯著的元素，其作用更大。一般認(rèn)為被吸附在晶界上的溶質(zhì)原子會(huì)降低晶界的界面能，能拖住晶界使之不易移動(dòng)3）不溶解的第二相 彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)對(duì)于阻礙晶界移動(dòng)起著重要的作用。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的晶界遷移到第二相質(zhì)點(diǎn)（設(shè)為球形）時(shí)，第二相質(zhì)點(diǎn)對(duì)晶界的移動(dòng)產(chǎn)生一阻力，拖住晶界使之不向前移動(dòng)，如果此時(shí)處于平衡狀態(tài)，則阻力F的大小必須等于總張力在

18、方向的分力此處加圖5-60 假定彌散相在晶體中呈均勻分布,單位體積晶體中存在著N個(gè)粒子,當(dāng)單位面積的晶界移動(dòng)2r距離時(shí)，切過(guò)體積為2r1,必然會(huì)切過(guò)2rN個(gè)第二相質(zhì)點(diǎn) 單位面積晶界上各粒子對(duì)晶界移動(dòng)所施加的總約束力接觸周界晶界能當(dāng)q45時(shí)，此約束力為極大值： 實(shí)際上晶界遷移能力及其所決定的晶粒長(zhǎng)大速度，不僅與分散相粒子的尺寸有關(guān)，而且與第二相顆粒的彌散度密切相關(guān)。 因單位體積晶體中分散相粒子所占體積分?jǐn)?shù)為： 故而晶界移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力 當(dāng) 時(shí)，正常晶粒長(zhǎng)大就停止，此時(shí)晶粒平均直徑成為極限的晶粒 平均直徑（Dlim） 4）晶粒間的位向差 晶界的界面能決定于相鄰晶粒間的位相差。小角度晶界的界面能小于大角

19、度晶界的，而驅(qū)使界面移動(dòng)的力又與界面能成正比。因此，前者的遷移速度要小于后者。5）熱蝕溝 金屬在高溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱，晶界與金屬表面相交處會(huì)產(chǎn)生熱蝕溝（為了達(dá)到表面張力互相平衡，通過(guò)表面擴(kuò)散而產(chǎn)生）它存在也影響晶粒長(zhǎng)大。 二 、晶粒的異常長(zhǎng)大二次再結(jié)晶 Secondary Recrastallization 晶粒的異常長(zhǎng)大又稱不連續(xù)晶粒長(zhǎng)大或二次再結(jié)晶，是一種特殊的晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，通常發(fā)生于一次再結(jié)晶后經(jīng)正常晶粒長(zhǎng)大的基體中。其特點(diǎn)為少數(shù)晶粒迅速長(zhǎng)大，使晶粒之間的尺寸差別顯著增大，直到這些迅速長(zhǎng)大的晶粒完全接觸為止。 二次再結(jié)晶過(guò)程有以下特征：1. 二次再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力是來(lái)自界面能或表面能的降低，而不

20、是來(lái)自應(yīng)變能，所以它比一次再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力要小的多。2. 二次再結(jié)晶并不需要重新形核，它是以一次再結(jié)晶后的某些特殊晶粒作為基礎(chǔ)而長(zhǎng)大的，因此，嚴(yán)格說(shuō)它是特殊條件下的晶粒長(zhǎng)大過(guò)程，而非再結(jié)晶。3. 只有正常晶粒長(zhǎng)大受阻的情況才產(chǎn)生二次再結(jié)晶，阻礙正常晶粒長(zhǎng)大的主要因素有 a)含有適量夾雜物 b)具有強(qiáng)烈的一次再結(jié)晶織構(gòu)。 4.二次再結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)類似于一次再結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)，也有一孕育期5.二次再結(jié)晶完成時(shí)也產(chǎn)生明顯的織構(gòu)，但它與一次的不同6.必須超過(guò)一最低溫度進(jìn)行退火時(shí)才會(huì)發(fā)生二次再結(jié)晶。通常最大的晶粒是在加熱溫度剛剛超過(guò)這一溫度時(shí)得到的，當(dāng)加熱溫度更高時(shí)，得到的二次再結(jié)晶晶粒的尺寸反而較小。二次再結(jié)

21、晶機(jī)制 二次再結(jié)晶形成的大晶粒在長(zhǎng)大到某一臨界尺寸后便迅速長(zhǎng)大，這一點(diǎn)不難解釋，因?yàn)樵诔醮卧俳Y(jié)晶的各晶粒中，達(dá)到臨界晶體尺寸的晶粒必超過(guò)它周圍的晶粒，由于大晶粒的晶界總是凹向外測(cè)的，因而晶界總是向外遷移而擴(kuò)大，結(jié)果它就愈長(zhǎng)愈大。形成二次再結(jié)晶。 至于大晶粒是怎樣長(zhǎng)到臨界尺寸的，一般認(rèn)為，初次再結(jié)晶后，大多數(shù)晶粒具有明顯的織構(gòu)，但也有一些晶粒具有與這個(gè)織構(gòu)不同位向，其中更有少數(shù)具有特殊的位向，使其晶界的遷移率較高，因而能夠長(zhǎng)大到臨界直徑，另一方面，要發(fā)生二次再結(jié)晶，還必須有某種阻礙晶粒正常長(zhǎng)大的因素存在，如第二相質(zhì)點(diǎn)，一次再結(jié)晶織構(gòu)，熱蝕溝等，只有正常晶粒長(zhǎng)大進(jìn)行得很慢時(shí)，二次再結(jié)晶才能發(fā)生。5

22、. 再結(jié)晶退火后得組織一 、再結(jié)晶退火后的晶粒大小 Grain Size 取決于 預(yù)先變形程度： 退火后晶粒 退火溫度： t 晶粒 若將變形量，退火溫度和再結(jié)晶的晶粒大小三者綜合于三維圖上，即得靜態(tài)再結(jié)晶圖 在臨界變形量下和二次再結(jié)晶階段出現(xiàn)兩個(gè)粗大晶粒 It may be used for the preparation for perfect strain-free single crystals。工業(yè)純鋁再結(jié)晶二、再結(jié)晶織構(gòu) Recrystallization Textures 冷變形金屬在再結(jié)晶過(guò)程中形成的織構(gòu)稱再結(jié)晶織構(gòu)。它與退火織構(gòu)不同，因不發(fā)生再結(jié)晶的回復(fù)退火也能形成基本上與變形

23、織構(gòu)相同的退火織構(gòu)。 再結(jié)晶織構(gòu)與原變形織構(gòu)之間的關(guān)系存在一下情況： a) 晶粒取向保持與原有織構(gòu)一致 b) 原有織構(gòu)消失而代之以新的織構(gòu) c) 原有織構(gòu)消失不再形成新的織構(gòu)。再結(jié)晶織構(gòu)的形成機(jī)制定向形核理論 Oriented Nucleation Theory當(dāng)變形量較大并產(chǎn)生變形織構(gòu)時(shí)，因各亞晶的位向相近，而使再結(jié)晶形核具有擇優(yōu)取向 再結(jié)晶織構(gòu)（與原變形織構(gòu)位向一致）長(zhǎng)大 2)定向生長(zhǎng)理論 Oriented Growth Theory 認(rèn)為再結(jié)晶的晶粒取向大都是無(wú)規(guī)則的，只有某些具有特殊位向的晶核才可能迅速向變形基體中長(zhǎng)大 再結(jié)晶織構(gòu)。因晶界的移動(dòng)速度取決晶界兩側(cè)晶粒間的位相差，當(dāng)基體存在

24、變形織構(gòu)時(shí)，其中大多數(shù)晶粒取向是相近的，晶粒不易長(zhǎng)大，而某些與變形織構(gòu)呈特殊位向關(guān)系的再結(jié)晶晶核，其晶界則具有很高的遷移速度。故發(fā)生擇優(yōu)生長(zhǎng)，并通過(guò)逐漸吞食其周圍變形基體達(dá)到互相接觸，形成與原變形織構(gòu)取向不同的再結(jié)晶織構(gòu)。 三、退火孿晶 Annealing Twinsf.c.c.結(jié)構(gòu)的Cu及Cu合金，不銹鋼在再結(jié)晶退火組織中，常在其晶粒內(nèi)部出現(xiàn)片狀孿晶退火孿晶形成退火孿晶時(shí)，在(111)密排面上發(fā)生層錯(cuò)退火孿晶的形成機(jī)制：晶粒生長(zhǎng)過(guò)程中形成當(dāng)孿晶界面能大角度晶界能時(shí)，退火孿晶主要與其層錯(cuò)能較低有關(guān) 6. 材料的熱加工 hot working processes of materials 通常把

25、在再結(jié)晶溫度以上的加工成為 “熱加工”在再結(jié)晶溫度以下又不加熱的加工稱為 “冷加工” Cold working Process 為減小變形抗力和加工動(dòng)力能耗，其加熱溫度大多控制在固相線以下100-200范圍內(nèi)。再結(jié)晶溫度是區(qū)分冷、熱加工的分界線此外還有“溫加工”其加工溫度低于再結(jié)晶溫度，但高于室溫前面已談及，冷加工所引起的加工硬化可通過(guò)退火使之發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶等軟化過(guò)程來(lái)加以消除。熱加工時(shí)由于溫度很高，在變形的同時(shí)就會(huì)發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，因此，硬化過(guò)程與軟化過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的。熱加工的回復(fù)和再結(jié)晶過(guò)程比較復(fù)雜，按其特征不同，可分為 動(dòng)態(tài)回復(fù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶在變形時(shí)，即在溫度和負(fù)荷聯(lián)合作用下發(fā)生Dynam

26、ic靜態(tài)回復(fù)靜態(tài)再結(jié)晶在變形時(shí)，即在溫度和負(fù)荷聯(lián)合作用下發(fā)生Static亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 其中靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶 的變化規(guī)律與上述討論一致，不過(guò)它們是利用熱加工余熱來(lái)進(jìn)行，而不需要重新加熱。熱加工后材料組織和性能取決于軟化作用與強(qiáng)化作用互相抵消的程度。一、動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 Dynamic recovery and dynamic recrystallization1） 動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線特征 應(yīng)力應(yīng)變曲線分為三個(gè)階段：微變形階段：應(yīng)力增大很快，總變形量1均勻應(yīng)變階段：斜率逐漸下降，材料開(kāi)始均勻塑性變形，并發(fā)生加工硬化，同時(shí)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)回復(fù)。穩(wěn)態(tài)流變階段：加工硬化與動(dòng)態(tài)回復(fù)作用近于平衡，出現(xiàn)

27、應(yīng)力不隨應(yīng)變而增高的穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)流變的應(yīng)力受t和 e 影響很大 1.動(dòng)態(tài)回復(fù) Dynamic Recovery 2)動(dòng)態(tài)回復(fù)機(jī)制：隨著應(yīng)變量 ，位錯(cuò)通過(guò)增殖,其密度 ，開(kāi)始形成位錯(cuò)纏結(jié)與胞狀結(jié)構(gòu)，但由于所處溫度較高，通過(guò)以下途徑： 刃型位錯(cuò)的攀移 螺形位錯(cuò)的交滑移 位錯(cuò)纏結(jié)的脫釘 新滑移面上異號(hào)位錯(cuò)相遷而發(fā)生抵消 當(dāng)位錯(cuò)的增殖速率和消失速率達(dá)到平衡時(shí)，因而不發(fā)生硬化，曲線轉(zhuǎn)為水平的穩(wěn)定流變階段t=const t3）動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)的組織結(jié)構(gòu) 晶粒沿變形方向伸長(zhǎng)呈纖維狀，但晶體內(nèi)卻保持等軸亞晶無(wú)應(yīng)變的結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)回復(fù)所形成的亞晶，其完整程度，尺寸大小及相鄰亞晶間的位相差，主要取決于變形溫度和應(yīng)變速率：

28、 d:平均直徑 a、b常數(shù) z用溫度修正過(guò)的應(yīng)變率 2. 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 Dynamic Recrystallization1）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征也分三個(gè)階段微應(yīng)變加工硬化階段，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣杆?C穩(wěn)態(tài)流變階段，加工硬化與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化達(dá)到動(dòng)平衡 S（發(fā)生均勻變形的應(yīng)變量） 在低 時(shí)，穩(wěn)態(tài)流變曲線出現(xiàn)波動(dòng)，主要與變形引起的加工硬化和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所產(chǎn)生的軟化交替作用以及周期性變化有關(guān)。當(dāng)tconst 隨 曲線向上、向右移動(dòng) max所對(duì)應(yīng)的當(dāng) const 隨t 曲線向下、左移動(dòng) max所對(duì)應(yīng)的 2）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的機(jī)制動(dòng)態(tài)再結(jié)晶也是通過(guò)形核與長(zhǎng)大完成的。形核方式與及 及由此引起位錯(cuò)組態(tài)變化

29、有關(guān)： 當(dāng) 較低時(shí)，通過(guò)原晶界弓出機(jī)制形核 當(dāng) 較高時(shí)，通過(guò)亞晶合并的長(zhǎng)大方式進(jìn)行3）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的組織結(jié)構(gòu) 在穩(wěn)態(tài)變形期間，晶粒是等軸的，晶界呈鋸齒狀晶粒內(nèi)還會(huì)包含著被位錯(cuò)纏結(jié)所分割的亞晶粒。 這與退火時(shí)靜態(tài)再結(jié)晶所產(chǎn)生的位錯(cuò)密度很低的晶粒顯然不同，故同樣晶粒大小的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織的強(qiáng)度和硬度要比靜態(tài)再結(jié)晶的高。 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后的晶粒大小與流變應(yīng)力成反比，另 外，應(yīng)變速率越低，變形溫度越高，則動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后的晶粒越大且越完整。 因此控制 、t 、每道次變形的 應(yīng)變量、間隔時(shí)間 以及冷卻速度等就可以調(diào)整熱加工材料的晶粒和強(qiáng)度。 此外，溶質(zhì)原子常阻礙動(dòng)態(tài)回復(fù)，而有利于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生，在熱加工時(shí)形成彌散分布的沉淀物，能穩(wěn)定亞晶粒，阻礙晶界移動(dòng)，減緩動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行，有利于獲得細(xì)小的晶粒。二、超塑性 Superplasticity當(dāng)金屬材料的延伸率達(dá)到(500-2000)或更高則稱該材料具有超塑性，實(shí)現(xiàn)超塑性的條件：具有細(xì)小等軸晶粒的兩相組織，晶粒直徑10mm，而且在超塑性形變過(guò)程中不顯著長(zhǎng)大；超塑性形變要求在一定溫度范圍內(nèi)，一般為m；