材料科學基礎第8章 回復與再結晶

1、第八章 回復與再結晶1第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 一 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(nèi)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除的過程。第八章第一節(jié)加熱時的變化 回復 再結晶 晶粒長大2第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 二 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； 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。 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

2、。第八章第一節(jié)加熱時的變化 回復 再結晶 晶粒長大3第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 三 性能變化1 力學性能（示意圖）回復階段：強度、硬度略有下降，塑性略有提高。再結晶階段：強度、硬度明顯下降，塑性明顯提高。晶粒長大階段：強度、硬度繼續(xù)下降，塑性繼續(xù)提高， 粗化嚴重時下降。2 物理性能密度：在回復階段變化不大，在再結晶階段急劇升高；電阻：電阻在回復階段可明顯下降。第八章第一節(jié)加熱時的變化4第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 四 儲存能變化（示意圖） 1 儲存能：存在于冷變形金屬內(nèi)部的一小部分（10）變形功。 彈性應變能（312） 2 存在形式 位錯（8090） 驅動力 點缺

3、陷 3 儲存能的釋放：原子活動能力提高，遷移至平衡位置，儲存能得以釋放。第八章第一節(jié)加熱時的變化回復再結晶5第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化 五 內(nèi)應力變化 回復階段：大部分或全部消除第一類內(nèi)應力，部分消除第二、三類內(nèi)應力； 再結晶階段：內(nèi)應力可完全消除。第八章第一節(jié)加熱時的變化6h-11-246第二節(jié) 回復 一 回復動力學（示意圖）1 加工硬化殘留率與退火溫度和時間的關系ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT)x0 原始加工硬化殘留率；x退火時加工硬化殘留率；c0比例常數(shù)；t加熱時間；T加熱溫度。第八章第二節(jié)回復7第二節(jié) 回復 一 回復動力學（示意圖） 2 動力學曲線特點 （1

4、）沒有孕育期； （2）開始變化快，隨后變慢； （3）長時間處理后，性能趨于一平衡值。第八章第二節(jié)回復8第二節(jié) 回復 二 回復機理 1 低溫回復（0.10.3Tm） 移至晶界、位錯處點缺陷運動 空位間隙原子 消失 缺陷密度降低 空位聚集（空位群、對）第八章第二節(jié)回復9第二節(jié) 回復 二 回復機理 2 中溫回復 （0.30.5Tm） 異號位錯相遇而抵銷位錯滑移 位錯纏結重新排列 位錯密度降低 亞晶粒長大第八章第二節(jié)回復10第二節(jié) 回復 二 回復機理 3 高溫回復（0.5Tm）位錯攀移（滑移） 位錯垂直排列（亞晶界） 多邊化（亞晶粒） 彈性畸變能降低。第八章第二節(jié)回復11第二節(jié) 回復 三 回復退火的應

5、用 去應力退火：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。第八章第二節(jié)回復12第三節(jié) 再結晶 一 再結晶的形核與長大 1 形核 亞晶長大形核機制 （變形量較大時） 亞晶合并形核 亞晶界移動形核（吞并其它亞晶或變形部分） 晶界凸出形核（變形量較小時） 晶界弓出形核，凸向亞晶粒小的方向 第八章第三節(jié)再結晶13第三節(jié) 再結晶 一 再結晶的形核與長大 驅動力：畸變能差2 長大 方式：晶核向畸變晶粒擴展，直至新晶粒相互接觸。 注：再結晶不是相變過程。第八章第三節(jié)再結晶14第三節(jié) 再結晶 二 再結晶動力學 （1）再結晶速度與溫度的關系v再Aexp(-QR/RT) （2）規(guī)律 開始時再結

6、晶速度很小，在體積分數(shù)為0.5時最大，然后減慢。第八章第三節(jié)再結晶15第三節(jié) 再結晶 三 再結晶溫度1 再結晶溫度：經(jīng)嚴重冷變形（變形量70%）的金屬或合金，在1h內(nèi)能夠完成再結晶的（再結晶體積分數(shù)95%）最低溫度。 高純金屬：T再(0.250.35)Tm。2 經(jīng)驗公式 工業(yè)純金屬：T再(0.350.45)Tm。 合金：T再(0.40.9)Tm。 注：再結晶退火溫度一般比上述溫度高100200。第八章第三節(jié)再結晶16第三節(jié) 再結晶 三 再結晶溫度 變形量越大，驅動力越大，再結晶溫度越低； 影響因素 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。第八章第三節(jié)再結晶17第三節(jié) 再

7、結晶 四 影響再結晶的因素1 退火溫度。溫度越高，再結晶速度越大。2 變形量。變形量越大，再結晶溫度越低；隨變形量增大， 再結晶溫度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結晶不能 進行。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。4 微量溶質元素。阻礙位錯和晶界的運動，不利于再結晶。5 第二分散相。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，但阻礙晶界遷移，阻礙再結晶。第八章第三節(jié)再結晶18第三節(jié) 再結晶 五 再結晶晶粒大小的控制（晶粒大小變形量關系圖） 再結晶晶粒的平均直徑d=kG/N1/4第八章第三節(jié)再結晶19第三節(jié) 再結晶

8、五 再結晶晶粒大小的控制（晶粒大小變形量關系圖）1 變形量（圖）。存在臨界變形量，生產(chǎn)中應避免臨界變 形量。2 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅動力越大，形核位置越多， 使晶粒細化。3 合金元素和雜質。增加儲存能，阻礙晶界移動，有利于 晶粒細化。4 溫度。變形溫度越高，回復程度越大，儲存能減小，晶 粒粗化；退火溫度越高，臨界變形度越小，晶粒粗大。第八章第三節(jié)再結晶20第三節(jié) 再結晶 六 再結晶的應用 恢復變形能力 改善顯微組織 再結晶退火 消除各向異性 提高組織穩(wěn)定性再結晶溫度：T再100200。第八章第三節(jié)再結晶4h-11-2521第四節(jié) 晶粒長大 驅 動 力：界面能差； 長大方式： 正常長大；

9、異常長大（二次再結晶）第八章第四節(jié)晶粒長大22第四節(jié) 晶粒長大一 晶粒的正常長大 1 正常長大：再結晶后的晶粒均勻連續(xù)的長大。 2 驅動力：界面能差。界面能越大，曲率半徑越小，驅 動力越大。(長大方向是指向曲率中心,而再結晶晶核的長大方向相反.) 晶界趨于平直;3 晶粒的穩(wěn)定形狀 晶界夾角趨于120; 二維坐標中晶粒邊數(shù)趨于6.第八章第四節(jié)晶粒長大23第四節(jié) 晶粒長大一 晶粒的正常長大4 影響晶粒長大的因素（1）溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。（2）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d和第二相質點半徑r、體積分數(shù)的關系：d=4r/3（3）雜質與合金元素。降低

10、界面能，不利于晶界移動。 （4）晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者的移動速率低于后者。第八章第四節(jié)晶粒長大24第四節(jié) 晶粒長大二 晶粒的異常長大1 異常長大：少數(shù)再結晶晶粒的急劇長大現(xiàn)象。 釘扎晶界的第二相溶于基體2 機制 再結晶織構中位向一致晶粒的合并 大晶粒吞并小晶粒 第八章第四節(jié)晶粒長大25第四節(jié) 晶粒長大二 晶粒的異常長大 各向異性 織構明顯 優(yōu)化磁導率3 對組織和性能的影響 晶粒大小不均 性能不均 降低強度和塑韌性 晶粒粗大 提高表面粗糙度第八章第四節(jié)晶粒長大26第四節(jié) 晶粒長大三 再結晶退火的組織1 再結晶圖。退火溫度、變形量與晶粒大小的關系圖。（圖）2 再結晶

11、織構: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。 擇優(yōu)形核 擇優(yōu)生長3 退火孿晶:再結晶退火后出現(xiàn)的孿晶。是由于再結晶過程 中因晶界遷移出現(xiàn)層錯形成的。第八章第四節(jié)晶粒長大27第五節(jié) 金屬的熱變形一 動態(tài)回復與動態(tài)再結晶 1 動態(tài)回復：在塑變過程中發(fā)生的回復。 2 動態(tài)再結晶：在塑變過程中發(fā)生的再結晶。 包含亞晶粒，位錯密度較高。 特點 反復形核，有限長大，晶粒較細。 應用：采用低的變形終止溫度、大的最終變形量、 快的冷卻速度可獲得細小晶粒。第八章第五節(jié)熱變形28第五節(jié) 金屬的熱變形二 金屬的熱加工1 加工的分類 冷加工：在再結晶溫度以下的加工過程。發(fā)生加工硬化。熱加工：

12、在再結晶溫度以上的加工過程。（硬化、回復、 再 結晶。） 2 熱加工溫度：T再T熱加工T固100200。第八章第五節(jié)熱變形29第五節(jié) 金屬的熱變形二 金屬的熱加工3 熱加工后的組織與性能 （1）改善鑄錠組織。氣泡焊合、破碎碳化物、細化晶粒、 降低偏析。提高強度、塑性、韌性。 （2）形成纖維組織（流線）。 組織：枝晶、偏析、夾雜物沿變形方向呈纖維狀分布。 性能：各向異性。沿流線方向塑性和韌性提高明顯。第八章第五節(jié)熱變形30第五節(jié) 金屬的熱變形二 金屬的熱加工3 熱加工后的組織與性能 （3）形成帶狀組織 形成：兩相合金變形或帶狀偏析被拉長。 影響：各向異性。 消除：避免在兩相區(qū)變形、減少夾雜元素含量、采用高溫 擴散退火或正火。第八章第五節(jié)熱變形31第五節(jié) 金屬的熱變形二 金屬的