1、材料的變形與再結晶第1頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/201第7章 材料的變形與再結晶Chapter 7 Deformation and recrystallization of materials7.1 彈性變形7.2 晶體塑性變形7.3 回復和再結晶7.4 金屬的熱加工小結思考題第2頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/202材料的變形 材料受力后要發(fā)生變形，外力較小時產生彈性變形，外力較大時產生塑性變形，而當外力過大時就會發(fā)生斷裂。 不同材料變形時其應力-應變曲線和試樣形貌不同。如：普碳鋼和灰鑄鐵。 變形可分為三個

2、階段：彈性變形、塑性變形和斷裂。第3頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2037.1彈性變形 1. 彈性變形特征 (1) 變形是可逆的；(2) 應力與應變保持單值線性函數關系，服從Hooke定律： E，G。(3) 彈性變形量隨材料的不同而異。多數金屬材料的彈性變形量小，而橡膠類高分子材料的彈性變形量大。第4頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/204工程上應用的材料為多晶體，內部存在各種類型的缺陷，彈性變形時，可能出現(xiàn)加載線與卸載線不重合、應變的發(fā)展跟不上應力的變化等現(xiàn)象，稱為彈性的不完整性，包括包申格效應、彈性后效、彈性滯

3、后等。2. 彈性的不完整性第5頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/205(1) 包申格效應 材料經預先加載產生少量塑性變形，然后同向加載則e升高，反向加載則e降低的現(xiàn)象,稱為包申格效應。退火軋制黃銅在不同載荷下彈性極限的變化。可見：B、C為同向加載，e；C、D為反向加載，e。 第6頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/206理想晶體 （2）彈性后效加載卸載t隨時間不變加力去力第7頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/207 這種在彈性極限范圍內，應變滯后于外加應力，并和時間有關的現(xiàn)象稱為彈性

4、后效。 實際金屬OCaH加載不加應力也應變去應力后降低隨時間延續(xù)回到Ot隨時間延續(xù)回到OcdabO滯彈性應變0an第8頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/208(3) 彈性滯后 由于應變落后于應力，在曲線上使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，稱為彈性滯后。 彈性滯后表明：加載時消耗于材料的變形功大于卸載時材料恢復所釋放的變形功，多余的部分被材料內部所消耗，稱為內耗，大小彈性滯后環(huán)面積。 實際應用的金屬材料有的要求高內耗，有的要求低內耗，如制作鐘、樂器的材料，要求低內耗，消振能力低，聲音好聽；制作機座、汽輪機葉片的材料，要求高內耗，以消除振動。第9頁，共8

5、2頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/209單向加載彈性滯后第10頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20107.2.1 單晶體的塑性變形 1. 滑移 在切應力作用下，晶體的一部分沿著一定晶面（滑移面）和一定晶向（滑移方向）相對另一部分發(fā)生相對位移的現(xiàn)象。 在常溫和低溫下，單晶體的塑性變形主要通過滑移、孿生和扭折等方式進行。7.2 晶體的塑性變形第11頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2011切應力作用下晶體滑移示意圖（微觀）第12頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四202

6、2/9/2012 滑移線（小臺階） 滑移量 滑移塊 滑移帶（一組小臺階） 滑移的特點：1) 滑移后，晶體的點陣類型不變；2) 晶體內部各部分位向不變；3) 滑移量是滑移方向上原子間距的整數倍；4) 滑移后，在晶體表面出現(xiàn)一系列臺階，見圖6.4 。第13頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2013滑移系 一個滑移面和此面上的一個滑移方向合起來稱為一個滑移系，可用hkl來表示，見圖6.5。(110)(111) BCC1106 2滑移系數6212 FCC1114 3滑移系數4312 第14頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20

7、14判斷下列晶面及晶向是否構成滑移系？并說明原因。BCC中(110)111、 。FCC中(111)110、 。 FCCBCC第15頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2015 實驗表明：滑移系越多，滑移越容易，塑性越好。BCC與FCC的滑移系數相同，但滑移方向對塑性變形的作用比滑移面大，所以FCC的塑性比BCC的塑性好。如Cu的塑性比-Fe好。 可知，構成滑移系必須滿足兩條：1)必須是密排面和密排方向；2)向一定在面上。第16頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2016滑移的臨界分切應力 不是有切應力作用就能產生滑移，只有

8、在滑移面上沿滑移方向的分切應力達到一定值時，才能發(fā)生滑移。能引起滑移的最小分切應力稱為臨界分切應力，用k表示。 以單晶體拉伸為例，求k？ 面法向 滑移方向F F A A/cos 計算分切應力分析圖 設單晶體中只有一組滑移面,試樣橫截面積為A,軸心拉力為F,滑移面的法線與F夾角為,滑移方向與F的夾角為,滑移面面積AA/cos.第17頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2017外力在滑移面上沿滑移方向的切向分力為： FFcos外力在滑移方向上的分切應力： =F/A=Fcos/(A/cos) =Fcoscos/A F/A，當滑移系中的分切應力達到其臨界分切應力值而

9、開始滑移時，S，此時k，所以 kScoscos coscos稱為取向因子。第18頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2018 見圖鎂單晶拉伸時屈服應力與晶體取向的關系。 由圖可見： 當外力與滑移面平行（90）或垂直（90）時，取向因子最小，S為無限大，不可能產生滑移，此時的位向稱為硬位向； 當外力與滑移面和滑移方向的夾角都接近45時，取向因子最大，S最小，容易產生滑移，此時的位向稱為軟位向。 第19頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2019圖 屈服應力與晶體取向的關系第20頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24

10、分，星期四2022/9/2020 由于晶體的轉動，使原來有利于滑移的晶面滑移到一定程度后，變成不利于滑移的晶面；而原來不利于滑移的晶面，則可能轉到有利于滑移的方向上，參與滑移。所以，滑移可在不同的滑移系上交替進行，其結果造成晶體的均勻變形?；茣r晶面的轉動： 單晶體滑移時，除滑移面發(fā)生相對位移外，還伴隨著晶面的轉動，見圖7.9、6.9和圖7.11。 拉伸時，晶體轉動力求使滑移系轉到與力軸平行的方向；壓縮時，晶體轉動力求使滑移系轉到與力軸垂直的方向。第21頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2021第22頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期

11、四2022/9/2022第23頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2023滑移的位錯機制 晶體滑移并不是晶體的一部分相對于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是借助位錯在滑移面上的運動來逐步進行的。當移動到晶體外表面時，晶體沿其滑移面產生了位移量為一個b的滑移。第24頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2024滑移的位錯機制第25頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2025 完整晶體 2. 孿生 在切應力作用下,晶體的一部分以一定的晶面(孿生面)為對稱面和一定的晶向(孿生方向)與另一部分

12、發(fā)生相對切變的現(xiàn)象.孿生第26頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20261) 點陣類型不變但晶體位向發(fā)生變化，呈鏡面對稱；2) 孿生是一種均勻切變，每層原子面的位移量與該原子面到孿生面的距離成正比，其相鄰原子面的相對位移量相等，且小于一個原子間距，即孿生時切變量是原子間距的分數倍；3) 孿生變形速度很快，接近聲速。晶體位向 位移量 切應力 塑變量 變形速度 滑移不變整數倍 小大慢孿生改變分數倍 大小快滑移與孿生的區(qū)別： 孿生的特點：第27頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20273. 扭折 對那些既不能進行滑移也不能進

13、行孿生的地方，為了使晶體的形狀與外力相適應，當外力超過某一臨界值時晶體將會產生局部彎曲，這種變形方式稱為扭折，見圖7-20。 扭折是一種協(xié)調性變形，它能引起應力松弛，使晶體不致斷裂。扭折后，晶體取向與原取向不再相同，有可能使該區(qū)域內的滑移系處于有利取向，而發(fā)生滑移。 第28頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2028第29頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20292. 晶粒在變形中的作用 多晶體的屈服強度S與晶粒平均直徑d的關系可用著名的霍爾佩奇（Hall-Petch）公式表示：soKd-1/2 式中: o反映晶內對變形

14、的阻力，相當于單晶體的屈服強度；K反映晶界對變形的影響系數，與晶界結構有關。 1. 晶界在變形中的作用 主要作用是提高變形抗力。見圖7.21竹節(jié)狀變形 7.2.2 多晶體的塑性變形第30頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2030由此可知：Sd-1/2 即d，S，細晶強化。實驗表明：晶粒越細，不僅強度高，而且塑韌性也好。強度高，是因為晶粒細，單位面積上的晶粒數多，晶界的總面積大，每個晶粒周圍不同取向的晶粒數多，對塑性變形的抗力大；塑韌性好，是因為晶粒細，單位體積中的晶粒數越多，變形可在更多的晶粒中發(fā)生，且比較均勻，減少了應力集中，使金屬發(fā)生很大的塑性變形也不

15、斷裂。第31頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2031 霍爾佩奇公式適應性 亞晶粒大小或者是兩相片狀組織的層片間距對 屈服強度的影響； 塑性材料的流變應力與晶粒大小之間的關系；脆性材料的脆斷應力與晶粒大小之間的關系； 金屬材料的疲勞強度、硬度與其晶粒大小之間 的關系。第32頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2032 多晶體是由單晶體組成的，在同樣的外力作用下，不同晶?；葡瞪系那袘Σ灰粯?，處于軟位向的首先開始滑移，如：A晶粒，它周圍的晶粒B、C處于硬位向，未發(fā)生塑性變形，只能以彈性變形來協(xié)調已變形晶粒A，因而限制了A

16、晶粒的繼續(xù)發(fā)展； 3.多晶體的塑性變形過程 第33頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2033 當外力進一步增加時，位錯在A晶粒晶界附近堆積，這樣就產生了應力集中，達到一定程度時，變形就會越過晶界，傳到它附近的晶粒B、C中，A晶粒也可能發(fā)生轉動，轉到硬位向，不再繼續(xù)變形，另一批B、C晶粒開始發(fā)生變形。 第34頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2034 總之，多晶體塑性變形總是一批一批晶粒逐步地發(fā)生，從少量晶粒開始逐步擴大到大量的晶粒，從不均勻變形逐步發(fā)展到比較均勻的變形。特點： 各晶粒變形具有不同時性；各晶粒變形具有相互

17、協(xié)調性。第35頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20351.單相固溶體合金的塑性變形 溶質原子對合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在固溶強化作用上。 固溶強化：溶質原子的存在及其固溶度的增加，使基體金屬的變形抗力提高。 7.2.3 合金的塑性變形 合金是在純金屬的基礎上又加入其它元素,使相結構發(fā)生了變化，也改變了基體金屬的變形抗力，使強度、硬度提高，塑韌性降低。第36頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20362.多相合金的塑性變形 多相合金與單相固溶體合金的不同之處是除基體相外，還有第二相存在，第二相的數量、尺寸、形狀和分布不

18、同，使多相合金的塑性變形更加復雜。 (1)脆的第二相呈不連續(xù)的網狀分布在晶界上，使塑韌性大大降低。 (2)第二相在晶粒內部呈片層狀分布，使其強度、硬度比基體金屬要高得多，使塑韌性下降。第37頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2037 (3)第二相在晶粒內呈彌散點狀分布,使硬度和強度大大提高,對塑韌性影響不大。這是最有利的分布,這種由于第二相呈點狀彌散分布在基體內,使其強度、硬度明顯升高的現(xiàn)象叫彌散強化。 第二相粒子的強化作用是通過其對位錯運動的阻礙作用而表現(xiàn)出來的。第38頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2038 第二

19、相粒子分為：不可變形粒子和可變形粒子。不可變形粒子的強化作用見圖7.24所示。圖7.24 位錯繞過第二相粒子示意圖粒子越多，間距越小，強化作用越明顯。第39頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2039可變形粒子的強化作用見圖7.25所示。圖7.25 位錯切過粒子的示意圖 強化作用如下：1）位錯切過粒子時，出現(xiàn)新的表面，界面能升高；2）位錯切過粒子時，產生反相疇界，引起能量升高；3）位錯切過粒子時，引起原子錯排，需要額外作功；4）位錯切過粒子時，產生彈性應力場，阻礙位錯運動；5）位錯切過粒子時，產生割階，阻礙位錯運動。第40頁，共82頁，2022年，5月20日

20、，22點24分，星期四2022/9/20407.2.4 塑性變形對材料組織與性能的影響1.顯微組織的變化 隨著變形量的增加,原來的等軸晶粒將逐漸沿其變形方向伸長，出現(xiàn)各向異性，見圖7.26。第41頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20412.亞結構的變化 經一定量的塑性變形后,晶體中的位錯線通過運動與交互作用,形成位錯纏結，進一步增加變形量時,大量位錯發(fā)生聚集,并由纏結的位錯組態(tài)變成胞狀亞結構，隨著變形量的增加,變形胞的數量增多,尺寸減小。第42頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20423.性能的變化 產生加工硬化即金

21、屬材料經冷加工變形后，強度、硬度顯著提高，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。產生原因：變形量不大時，晶界附近產生位錯堆積；隨變形量增加，位錯之間產生交互作用，出現(xiàn)纏結現(xiàn)象，使晶粒破碎成為亞晶粒；變形越大，晶粒越碎，亞晶界增多，位錯密度增大，變形抗力增大，表現(xiàn)出：強度、硬度升高，塑性、韌性降低，即產生了加工硬化。 加工硬化是強化材料的一種主要手段。如拖拉機的履帶，鐵路的道叉等都是利用加工硬化來提高硬度及耐磨性的。但有時也會使進一步加工帶來困難。如鋼板冷軋、鋼絲冷拔等過程中，需要安排中間退火工藝，消除加工硬化。 其它性能也有變化，如電阻率增高，電阻溫度系數下降，磁導率下降，腐蝕速度加快等。 第43頁，共82

22、頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20434.形變織構 由于變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織，稱為形變織構。 有兩種類型：拔絲時形成的織構稱為絲織構，其主要特征為各晶粒的某一晶向趨于平行于拉拔方向。 軋板時形成的織構稱為板織構，其主要特征為各晶粒的某一晶面和晶向分別趨于平行軋制面和軋制方向。 形成織構引起各向異性?？棙嬘杏欣囊幻?，也有有害的一面。如生產上可利用織構提高硅鋼片某一方向的導磁率；在沖壓薄板件時，它會帶來不均勻的塑性變形，而產生“制耳”現(xiàn)象，這是不希望產生的。 第44頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2044第45頁，

23、共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2045 5. 殘余應力 殘余應力是一種內應力，在工件中處于自相平衡狀態(tài)，其產生是由于工件內部各區(qū)域變形不均勻及相互間的牽制作用所致。（1）宏觀殘余應力（第一類內應力）：是工件不同部分的宏觀變形不均引起的。（2）微觀殘余應力（第二類內應力）：是晶粒或亞晶粒之間的變形不均產生的。（3）點陣畸變（第三類內應力）：是工件在塑性變形中形成的大量點陣缺陷（如空位、間隙原子、位錯等）引起的。 內應力的產生，使材料變脆，耐蝕性降低。 第46頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20467.3 回復和再結晶

24、金屬和合金經塑性變形后，由于空位、位錯等結構缺陷密度的增加，以及畸變能的升高將使其處于熱力學不穩(wěn)定的高自由能狀態(tài)，具有自發(fā)恢復到變形前低自由能狀態(tài)的趨勢，但在室溫下，因溫度低，原子活動能力小，恢復很慢，一旦受熱，溫度較高時，原子擴散能力提高，組織、性能會發(fā)生一系列變化。 第47頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20477.3.1 冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化分為三個階段:回復：指新的無畸變晶粒出現(xiàn)之前所產生的亞結構和性能變化的階段。在此階段，組織：由于不發(fā)生大角度晶界的遷移，晶粒的形狀和大小與變形態(tài)相同，仍為纖維狀或扁平狀。性能：強度與塑性變化很小，

25、內應力、電阻明顯下降。R第48頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20487.3.1 冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化再結晶：指出現(xiàn)無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程。在此階段，組織：首先在畸變度大的區(qū)域產生新的無畸變晶粒的核心，然后逐漸消耗周圍的變形基體而長大，直到變形組織完全改組為新的、無畸變的細等軸晶粒為止。性能：強度與硬度明顯下降，塑性提高，消除了加工硬化，使性能恢復到變形前的程度R第49頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20497.3.1 冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化晶粒長大：指再結晶結束之后晶粒

26、的繼續(xù)長大。在此階段，在晶界表面能的驅動下，新晶粒相互吞食而長大，最后得到較穩(wěn)定尺寸的晶粒。 R第50頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20507.3.2 回復機制1.低溫回復：主要與點缺陷的遷移有關。點缺陷密度下降2.中溫回復：主要與位錯的滑移有關。異號相消排列規(guī)整3.高溫回復：刃型位錯產生攀移。攀移：使滑移面上不規(guī)則的位錯重新分布，垂直排列成墻，降低了位錯的彈性畸變能；形成沿垂直滑移面方向排列并具有一定取向差的位錯墻，產生亞晶，即多邊化結構。第51頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2051 從回復機制可以理解： 回

27、復過程中電阻率的明顯下降主要是由于過量空位的減少和位錯應變能的降低； 內應力的降低主要是由于晶體內彈性應變的基本消除； 硬度及強度下降不多是由于位錯密度下降不多，亞晶還較細小。 多邊化的產生條件：塑性變形使晶體點陣發(fā)生彎曲；在滑移面上有塞積的同號刃型位錯；需要加熱到較高的溫度，使位錯能產生攀移運動。第52頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2052 7.3.3 再結晶1. 再結晶過程 冷變形后的金屬加熱到一定溫度后，在原變形組織中重新產生了無畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化并恢復到變形前的狀況，這個過程稱為再結晶。 再結晶是一種形核和長大過程，即通過在

28、變形組織的基體上產生新的無畸變再結晶晶核，并通過逐漸長大形成等軸晶粒，從而取代全部變形組織的過程，見下圖。 第53頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2053第54頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2054再結晶形核機制有三種：晶界弓出形核機制：對變形度較小的金屬，多以這種方式形核。亞晶合并機制：在變形程度較大且具有高層錯能的金屬中，多以這種機制形核。第55頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2055亞晶蠶食機制：在變形度很大的低層錯能金屬中，多以這種機制形核。 總之，三種形核機制都是

29、大角度晶界的突然遷移。不同的是獲得大角度晶界的途徑不同第56頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2056長大 晶核形成之后，借界面的移動而向周圍畸變區(qū)域長大，直到全部形成無畸變的等軸晶粒為止，再結晶即告完成。 界面遷移的推動力是無畸變的新晶粒與周圍畸變的母體之間的應變能差。 第57頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20572. 再結晶溫度及其影響因素再結晶溫度: 冷變形金屬開始進行再結晶的 最低溫度稱為再結晶溫度。對純金屬：T再0.4T熔（K） K 273 一般再結晶退火溫度比T再要高出100200，目的：消除加工硬化現(xiàn)

30、象。如：Fe：T熔1538 T再0.4(1538273)273451.4 第58頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2058T再 變形度 影響再結晶溫度的因素有：(1)變形程度：隨冷變形程度增加，儲能增多，再結晶的驅動力增大，再結晶容易發(fā)生，再結晶溫度低。當變形量達到一定程度，T再趨于一定值，見圖7-13。第59頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2059(2)原始晶粒尺寸：原始晶粒越細小，晶界越多，有利于形核；另外，晶粒越細小，變形抗力越大，變形儲能高，再結晶驅動力越大，容易發(fā)生再結晶，使T再降低。(3)微量溶質原子：微

31、量溶質原子可顯著提高T再，原因是溶質原子與位錯和晶界間存在著交互作用，使溶質原子在位錯及晶界處偏聚，對位錯的滑移與攀移和晶界的遷移起阻礙作用，不利于再結晶的形核和長大，阻礙再結晶過程，因而使T再提高。 第60頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2060(4)第二相粒子：既可提高T再，也可降低T再。當第二相粒子尺寸和間距都較大時，變形中阻礙位錯運動，提高變形儲能，提高再結晶驅動力，易發(fā)生再結晶，使T再降低；當第二相粒子尺寸和間距都很小時，阻礙位錯重排構成亞晶界，阻礙晶界遷移，阻礙了再結晶，使T再提高。(5)再結晶退火工藝參數：加熱速度過慢或極快，均使T再升高（

32、過慢有足夠的時間回復，點陣畸變度降低，儲能減小，使再結晶驅動力減小，T再升高；極快因各溫度下停留時間過短而來不及形核與長大，使T再升高）。保溫時間越長，T再越低。第61頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20613. 再結晶后的晶粒大小 再結晶后的晶粒大小d取決于形核率N和長大速率G，它們之間有下列關系： d=C(G/N)1/4 C為系數可見：N，G，d。即凡影響N、G的因素，均影響再結晶后的晶粒大小。 影響再結晶后晶粒大小的因素: 第62頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2062（1）變形度：當變形程度很小時，晶粒大小

33、沒有變化，因為變形量過小，造成的儲存能不足以驅動再結晶。當變形量達到一定值時，再結晶后的晶粒特別粗大，把這個變形量稱為“臨界變形量”，一般金屬的臨界變形量為210。因為金屬在臨界變形量下，只部分晶粒破碎，大部分晶粒未破碎，此時，晶粒不均勻程度很大，最易大晶粒吞并小晶粒，故晶粒很容易粗化。當變形量大于臨界變形量之后，再結晶后晶粒細化，且變形量越大，晶粒越細化。因為變形量越大，驅動形核和長大的儲存能不斷增加大，且形核率增大較快，使G/N變小，因此細化。 變形量晶粒尺寸原始晶粒尺寸臨界變形量第63頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2063（2）退火溫度：提高退火

34、溫度，使再結晶速度加快，晶粒長大。（3）原始晶粒：越小，越均勻，則變形后晶粒破碎程度越均勻，再結晶后的晶粒越細。 （4）合金元素和不熔雜質：越多，會阻礙再結晶晶粒長大，則再結晶晶粒越細小。（5）加熱速度：越快，再結晶溫度越高，推遲再結晶形核和長大過程，所以再結晶晶粒細小。第64頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20647.3.4 晶粒長大 再結晶后，再繼續(xù)保溫或升溫，會使晶粒進一步長大。 1. 晶粒的正常長大：表現(xiàn)為大多數晶粒幾乎同時逐漸均勻長大。是靠晶界遷移，相互吞食而進行的，它使界面能減小，是一個自發(fā)過程。第65頁，共82頁，2022年，5月20日，2

35、2點24分，星期四2022/9/20652. 晶粒的異常長大：表現(xiàn)為少數晶粒突發(fā)性的不均勻長大。見下圖，是出現(xiàn)少數較大的晶粒優(yōu)先快速成長，逐步吞食掉其周圍的大量小晶粒，最后形成非常粗大的組織，使力學性能大大降低，稱為二次再結晶。其驅動力來自界面能的降低。第66頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20667.4 金屬的熱加工7.4.1 冷熱加工的劃分 小于再結晶溫度的加工稱為冷加工；大于再結晶溫度的加工稱為熱加工。例如：（1）鎢（W）在1100加工，錫（Sn）在室溫下加工變形，各為何種加工？（鎢的熔點為3410，錫的熔點為232）經計算：T鎢再1200，T錫再

36、71所以，鎢為冷加工，錫為熱加工。第67頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2067 熱加工過程中，在金屬內部同時進行著加工硬化與回復再結晶軟化兩個相反的過程。 （2）在室溫下對鉛板進行彎折，越彎越硬，而稍隔一段時間再行彎折，鉛板又向最初一樣柔軟，這是什么原因？（鉛的熔點為327.5）經計算：T鉛再33所以，室溫下彎折屬于熱加工，消除了加工硬化。第68頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2068 熱加工中回復與再結晶分為兩類：一類在變形終止或中斷后，保溫或冷卻過程中進行，稱為靜態(tài)回復和靜態(tài)再結晶（前面討論的屬于此類）。另一

37、類是與變形同時發(fā)生的回復與再結晶過程，稱為動態(tài)回復與動態(tài)再結晶。7.4.2 動態(tài)回復與動態(tài)再結晶第69頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20691.動態(tài)回復 動態(tài)回復引起的軟化過程是通過刃位錯的攀移、螺位錯的交滑移、異號位錯對消，使位錯密度降低的結果。動態(tài)回復過程中，變形晶粒不發(fā)生再結晶，仍保持沿變形方向伸長，呈纖維狀。如高層錯能金屬：Al、-Fe、Zr、Mo、W等。1）應力-應變曲線：見圖7.36，應力隨應變增大加工硬化 穩(wěn)定態(tài)。2）動態(tài)回復機制 變形量位錯增殖變形溫度位錯攀移交滑移脫釘抵消位錯密度位錯增殖速率和消亡速率達到平衡。3）動態(tài)回復時的組織結構

38、晶粒沿變形方向伸長呈纖維狀，但內部為等軸亞晶無應變結構。第70頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2070圖7.36 發(fā)生動態(tài)回復時真應力-真應變曲線的特征第71頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20712.動態(tài)再結晶 動態(tài)再結晶也是形核和核長大過程。動態(tài)再結晶后得到等軸晶粒組織，晶粒內部由于繼續(xù)承受變形，有較高的位錯密度和位錯纏結存在，這種組織比靜態(tài)再結晶組織有較高的強度和硬度。如低層錯能金屬：Cu、Ni、-Fe、不銹鋼等。1）應力-應變曲線：見圖7.37，加工硬化再結晶軟化硬化=軟化動態(tài)平衡 。2）動態(tài)再結晶機制 動態(tài)再結晶也是通過形核和核長大過程來完成的。3）動態(tài)再結晶的組織結構 穩(wěn)態(tài)期間，等軸晶粒，晶界呈鋸齒狀，晶內包含亞晶。第72頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/2072圖7.37 發(fā)生動態(tài)再結晶時真應力-真應變曲線的特征第73頁，共82頁，2022年，5月20日，22點24分，星期四2022/9/20737.4.3 熱加工對組織及性能的影響1.熱加工對室溫力學性能的影響熱加工可使氣孔、疏松焊合，提高致密度；熱加工可消除或減輕鑄錠組織、成分不均