1、第七章 回復(fù)與再結(jié)晶,將冷變形后的金屬加熱到臨界點(diǎn)以下某溫度區(qū)間，變形金屬的組織、性能會(huì)恢復(fù)到變形前的狀態(tài)，這一過(guò)程稱為回復(fù)、再結(jié)晶。 回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無(wú)可見(jiàn)變化，但其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過(guò)程。 再結(jié)晶：冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，在變形組織內(nèi)部生成新的無(wú)畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過(guò)程。,7.1 形變金屬及合金在退火過(guò)程中的變化,回復(fù)，再結(jié)晶只是針對(duì)經(jīng)過(guò)冷塑變的材料而言； 再結(jié)晶過(guò)程沒(méi)有發(fā)生真正意義的相變，再結(jié)晶與重結(jié)晶完全不同； 動(dòng)力形變的儲(chǔ)存能； 再結(jié)晶過(guò)程，其形變織構(gòu)仍然存在,或保留原織構(gòu),或形成新的織構(gòu)退火織構(gòu)

2、,將冷塑性變形的金屬材料加熱到0.5T熔溫度附近，進(jìn)行保溫，隨時(shí)間的延長(zhǎng)。第一階段顯微組織無(wú)變化，晶粒仍是冷變形后的纖維狀，稱為回復(fù)階段。第二階段完全變成新的等軸晶粒，稱為再結(jié)晶階段。第三階段稱為晶粒長(zhǎng)大階段。,顯微組織的變化,儲(chǔ)存能的釋放與性能變化 1 儲(chǔ)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(yīng)變能（312） 2 存在形式 位錯(cuò)（8090） 點(diǎn)缺陷 3 儲(chǔ)存能的釋放：原子活動(dòng)能力提高，遷移至平衡位置，儲(chǔ)存能得以釋放。,回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大階段中性能的變化情況,（1）力學(xué)性能 回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高。 再結(jié)晶階段：強(qiáng)度、硬度明顯下降，塑性明顯提高。 晶

3、粒長(zhǎng)大階段：強(qiáng)度、硬度繼續(xù)下降，塑性繼續(xù)提高,粗化嚴(yán)重時(shí)下降。 （2）物理性能 密度：在回復(fù)階段變化不大，在再結(jié)晶階段急劇升高； 電阻：電阻在回復(fù)階段可明顯下降。,7.2 回復(fù),回復(fù)過(guò)程3階段（儲(chǔ)存能在回復(fù)階段三個(gè)峰值所對(duì)應(yīng)的） 約化溫度：表征加熱溫度的高低，用絕對(duì)溫標(biāo)表示的加熱溫度與其熔點(diǎn)溫度之比， TH =T/Tm。,回復(fù)機(jī)理,（1）低溫回復(fù)（TH在0.10.3Tm） 低溫回復(fù)主要涉及點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)?？瘴换蜷g隙原子移動(dòng)到晶界或位錯(cuò)處消失，空位與間隙原子的相遇復(fù)合，空位集結(jié)形成空位對(duì)或空位片，使點(diǎn)缺陷密度大大下降。主要發(fā)生電阻和應(yīng)力回復(fù)。,（2）中溫回復(fù)（ TH在0.30.5Tm） 中溫回復(fù)時(shí)

4、，隨溫度升高，原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，位錯(cuò)可以在滑移面上滑移或交滑移，使異號(hào)位錯(cuò)相遇相消，位錯(cuò)密度下降，位錯(cuò)纏結(jié)內(nèi)部重新排列組合，使亞晶規(guī)整化。,（3）高溫回復(fù)（ TH 0.5Tm） 高溫回復(fù)，原子活動(dòng)能力進(jìn)一步增強(qiáng)，位錯(cuò)除滑移外，還可攀移。主要機(jī)制是多邊化。冷變形后由于同號(hào)刃型位錯(cuò)在滑移面上塞積而導(dǎo)致點(diǎn)陣彎曲，在退火過(guò)程中通過(guò)刃型位錯(cuò)的攀移和滑移，使同號(hào)刃型位錯(cuò)沿垂直于滑移面的方向排列成小角的亞晶界，這個(gè)過(guò)程稱為多邊化。其驅(qū)動(dòng)力來(lái)自應(yīng)變能的下降。,多邊化前后位錯(cuò)的排列情況,多邊化前 (b)多邊化后,刃型位錯(cuò)的滑移和攀移過(guò)程,回復(fù)動(dòng)力學(xué) 研究回復(fù)動(dòng)力學(xué)，可以了解冷變形金屬在回復(fù)過(guò)程中的性能、回復(fù)程度

5、與時(shí)間的關(guān)系，從而更好的控制回復(fù)過(guò)程。,經(jīng)拉伸變形的純鐵在不同溫度下加熱時(shí)，屈服強(qiáng)度的回復(fù)動(dòng)力學(xué)曲線,如何解釋圖中的現(xiàn)象？,回復(fù)退火去應(yīng)力退火 1.概念：將變形金屬加熱到一個(gè)較低溫度保溫，以消除內(nèi)應(yīng)力，又稱去 應(yīng)力退火。 2.應(yīng)用：回復(fù)退火主要用來(lái)除去內(nèi)應(yīng)力，冷變形后金屬中存在的內(nèi)應(yīng)力 通常是有害的。 如：黃銅彈殼，為消除晶間應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，可用260退火去應(yīng)力。 回復(fù)退火后，晶粒形狀及 HV都無(wú)明顯變化，只是內(nèi)應(yīng)力消除，電阻率下降。,7.3 再結(jié)晶形核和長(zhǎng)大過(guò)程,定義：冷變形金屬加熱到一定溫度后，在變形基體中重新生成無(wú)畸變的新晶粒，性能恢復(fù)到原來(lái)的軟化狀態(tài)，這一過(guò)程稱為再結(jié)晶.,驅(qū)動(dòng)力：變形金

6、屬經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲(chǔ)存能（相當(dāng)于變形總儲(chǔ)能的90）。,再結(jié)晶的形核與長(zhǎng)大過(guò)程,再結(jié)晶的形核,形核機(jī)制：晶界弓出形核和亞晶形核。,（1）小變形量的弓出形核機(jī)制 小變形量時(shí),各晶粒形變不均勻, 相鄰晶粒的位錯(cuò)密度相差很大，變形小的晶粒向變形度大的亞晶粒一側(cè)弓出形成無(wú)畸變晶核。,弓出形核機(jī)制示意圖,(2）亞晶合并機(jī)制 當(dāng)形變量比較大時(shí)，高層錯(cuò)能金屬存在很多亞晶，易交滑移。,亞晶合并機(jī)制示意圖,過(guò)程： 多邊化。亞晶的“Y”過(guò)程 相鄰晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)使小亞晶合并為大亞晶。 亞晶尺寸增大形成大角晶界。 大角晶界弓出形成再結(jié)晶核心。,（3）亞晶蠶食機(jī)制 一般變形量很大的低層錯(cuò)能金屬擴(kuò)展位錯(cuò)寬度大，不易束集，交滑移

7、困難，位錯(cuò)密度很高。,亞晶蠶食機(jī)制示意圖,過(guò)程： 很大的小區(qū)域位錯(cuò)攀移重分布，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到相鄰晶粒， 形成一個(gè)低的小區(qū)域。 低的區(qū)域逐漸擴(kuò)大，其與周圍區(qū)域的位向角增大。 當(dāng)小區(qū)域擴(kuò)大到一定體積，與周圍晶粒之晶界變?yōu)榇蠼蔷Ы纭?大角晶界弓出形成核心。,三種形核機(jī)制都是大角度晶界的突然遷移，所不同的是獲得大角度晶界的途徑不同。,再結(jié)晶動(dòng)力學(xué),影響再結(jié)晶的因素,1.溫度 加熱溫度越高，再結(jié)晶轉(zhuǎn)變速度越快，完成再結(jié)晶所需的時(shí)間也越短。 再結(jié)晶溫度：通常是指金屬經(jīng)較大塑性變形后加熱1小時(shí)，發(fā)生再結(jié)晶體積達(dá)95%所需的溫度。一般將發(fā)生5%再結(jié)晶時(shí)的溫度稱為開(kāi)始再結(jié)晶溫度。 純金屬：T再=（0.350.45

8、）Tm,2.變形程度 變形程度越大，存儲(chǔ)能也越多，再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力也越大，因此再結(jié)晶溫度也越低，同時(shí)再結(jié)晶速度也越快。,3.微量溶質(zhì)原子 微量的溶質(zhì)原子的存在對(duì)再結(jié)晶有巨大的影響。溶質(zhì)或雜質(zhì)原子與位錯(cuò)，晶界有交互作用，偏聚在位錯(cuò)及晶界處，對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)及晶界的遷移起阻礙作用，因此不利于再結(jié)晶的形核與長(zhǎng)大，阻礙再結(jié)晶，使再結(jié)晶溫度升高。 4.原始晶粒尺寸 其他條件相同情況下，晶粒越細(xì)，變形抗力越大，冷變形后存儲(chǔ)能越多，再結(jié)晶溫度越低。相同變形度，晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，可供形核場(chǎng)所較多，生核率也增大，再結(jié)晶速度加快。,5.分散相粒子 分散相粒子直徑較大，離子間距較大的情況下，再結(jié)晶被促進(jìn)；而小的粒子

9、尺寸和小的粒子間距，再結(jié)晶被阻礙。 原因？,再結(jié)晶后晶粒大小,（1）變形度的影響,不能相變細(xì)化的金屬，可以再結(jié)晶細(xì)化。 避免臨界變形度,(2）退火溫度 提高退火溫度，不僅使再結(jié)晶的晶粒長(zhǎng)大，而且使臨界變形度小，臨界變形度越小，再結(jié)晶后的晶粒也越粗大。,低碳鋼（0.06%.C）變形度及退火溫度對(duì)再結(jié)晶晶粒大小的影響,回復(fù)退火：去應(yīng)力（1，2類）退火，電阻率降； 再結(jié)晶退火：除織構(gòu)外，所有性能都恢復(fù)。,7.4 晶粒長(zhǎng)大,驅(qū)動(dòng)力：長(zhǎng)大，使總的界面能降低，是熱力學(xué)自發(fā)過(guò)程。 驅(qū)動(dòng)力表現(xiàn)為由晶界曲率產(chǎn)生的張力。,說(shuō)明： 晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力是晶界總能量的下降，具體表現(xiàn)為晶界曲率變化產(chǎn)生的力P； P總是與晶界

10、能成正比，所以大角度晶界易于遷移，而小角度晶界不可能遷移； P總是正比于1/R，所以曲率增大，驅(qū)動(dòng)力增大，平面的界面是不可能遷移的； P總是指向曲率中心的，所以晶界向曲率中心方向遷移。,長(zhǎng)大方式：正常長(zhǎng)大； 異常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶）.,正常長(zhǎng)大,晶粒的穩(wěn)定形貌,影響晶粒長(zhǎng)大的因素,(1)溫度：溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。但在某溫度下，存在極限。 (2)第二相質(zhì)點(diǎn)：阻礙晶界遷移，降低晶粒長(zhǎng)大速率。一般有晶粒穩(wěn)定尺寸d和第二相質(zhì)點(diǎn)半徑r、體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系： d=4r/3 (3)雜質(zhì)與合金元素：“氣團(tuán)作”釘扎晶界,不利于晶界移動(dòng)。 (4)相鄰晶粒位向差：小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者的

11、移動(dòng)速率低于后者。,晶粒的異常長(zhǎng)大,1 異常長(zhǎng)大: 少數(shù)再結(jié)晶晶粒的急劇長(zhǎng)大現(xiàn)象 (二次再結(jié)晶） 2 基本條件:正常晶粒長(zhǎng)大過(guò)程被(第二分散相微粒、織構(gòu)）強(qiáng)烈阻礙。 3 驅(qū)動(dòng)力：界面能變化（不是重新形核） 4 原因：晶粒內(nèi)部肯定存在大量的阻止晶粒長(zhǎng)大的因素。 1）合金元素附集晶界，阻礙晶界遷移。 2）第二相粒子阻礙晶界運(yùn)動(dòng)。 3）薄板中的熱蝕溝。,7.5 金屬的熱變形,熱變形或熱加工指金屬材料在再結(jié)晶溫度以上的加工變形。熱加工過(guò)程中，在金屬內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行著加工硬化與回復(fù)再結(jié)晶軟化兩個(gè)相反過(guò)程。,動(dòng)態(tài)回復(fù),在塑變過(guò)程中發(fā)生的回復(fù)。主要發(fā)生在層錯(cuò)能高的金屬材料的熱變形過(guò)程中。,動(dòng)態(tài)回復(fù)過(guò)程的熱加工真

12、應(yīng)力應(yīng)變曲線： （1）形變開(kāi)始時(shí)，位錯(cuò)密度增加，應(yīng)力增加，產(chǎn)生硬化。 （2）變形到一定程度，位錯(cuò)密度達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。 （3）只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)的材料，熱加工后仍保持長(zhǎng)晶粒（但晶粒內(nèi)部存在等軸狀亞晶胞狀亞結(jié)構(gòu)） （4）將動(dòng)態(tài)回復(fù)的材料熱加工后快冷可使強(qiáng)化部分保留下來(lái)。,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,在塑變過(guò)程中發(fā)生的再結(jié)晶。,主要發(fā)生在低層錯(cuò)能的材料，產(chǎn)生擴(kuò)展位錯(cuò)，難以進(jìn)行交滑移和攀移，有很大的儲(chǔ)存能。 特點(diǎn) 反復(fù)形核，有限長(zhǎng)大，晶粒較細(xì)。 包含亞晶粒，位錯(cuò)密度較高，強(qiáng)度硬度高。 應(yīng)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(xì)小晶粒。,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的真應(yīng)力應(yīng)變曲線 熱加工后為等軸晶，強(qiáng)度較高，晶粒細(xì)。 停止加工后發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，晶粒粗一個(gè)等級(jí)，這是造成混晶的重要作用。,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(xì)化晶粒、降低偏析。提高強(qiáng)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。 （3）形成帶狀