1、i) Recovery 回復 ii)Recrystallization再結晶 iii) Grain growth 晶粒長大,New equiaxed and strain-free grains,冷塑性加工后金屬在加熱時的組織性能變化,回復機制 Recovery mechanisms,再結晶的學習意義 再結晶廣泛存在于材料加工成形過程，是材料制備過程中不可或缺的環(huán)節(jié)。 再結晶是調整組織結構的有效手段，如細化晶粒、調整織構。尤其在沒有相變的材料如純鋁、純鎂，再結晶是改善組織的唯一途徑。,再結晶形核機制,亞晶聚合 伴隨著亞晶長大,ABC間位相差很小,A和B合并,ABC合并,形成大位相差界面,高位錯

2、密度晶界遷移，亞晶長大，成為再結晶的晶核.,變形程度較小時，大角度晶界上有一小段弓出，晶界掃過的區(qū)域儲存能釋放，可以作為再結晶晶核而長大。 晶界弓出,再結晶溫度,退火孿晶：大部分是在一次再結晶中形成的,7.2.3 Grain growth 晶粒長大,從界面能的角度，再結晶結束后繼續(xù)加熱 晶粒還要長大。 細晶粗晶表面積界面能穩(wěn)定 驅動力：與界面能成正比/與曲率半徑成反比。,正常晶粒長大均勻長大 大晶粒吞并小晶粒 彎曲晶界平直化 三叉晶界120 晶界趨向六邊形,小箭頭 原子移動方向,大箭頭 晶界遷移方向,Grain Growth,Boundary moves toward center of cu

3、rvature The more curved the grain boundary: higher the energy of the grain surface atoms less energy is required to move those atoms away from the grain Grain size increases with time if temperature produces atom movements,彎曲晶界平直化,界面張力平衡,理想狀態(tài),異常晶粒長大 二次再結晶 secondary recrystallization 再結晶后繼續(xù)加熱，某些晶粒吞并周

4、圍晶粒長大，出現(xiàn)異常粗大晶粒，稱。 原因：第二相、雜質溶入基體金屬中,晶界遷移長大；或者再結晶織構中，個別晶粒位向差大,易于遷移 異常長大。,晶粒的反常長大（不均勻長大，或稱為二次再結晶secondary recrystallization ）,二次再結晶特征： 驅動力來自界面能或表面能的降低。 不需要重新形核，是以一次再結晶后的某些特殊晶粒作為基礎而長大。少數(shù)晶粒突發(fā)性地迅速發(fā)生粗化，使晶粒間的尺寸差別顯著增大。 只有在晶粒正常長大受阻情況下才產生二次再結晶。 也會產生擇優(yōu)取向的晶粒，稱之為再結晶織構。,高純Fe-3Si箔材于1200真空中退火時所產生的二次再結晶現(xiàn)象,粗大晶粒降低材料的力學

5、性能。 硅鋼片生產中，二次再結晶可獲得高斯織構110和立方織構100 還可以利用二次再結晶制取單晶體。,7.2.4. 再結晶織構,具有變形織構的冷加工金屬，經再結晶退火后，通常仍具有擇優(yōu)取向，稱此為再結晶織構.與原織構相同/不同。 冷拔鋁絲絲織構 500C以下退火，織構不變 600C以上退火，變成或織構,形成機理: (1)定向生長 取向有利的晶核遷移快，抑制并吞并其他晶核，形成再結晶織構。 (2)定向形核 母體具有織構，晶核與母體有一定取向關系，因此形核長大后也形成織構。 再結晶織構的存在會引起各向異性，織構越完整，各向異性越明顯。,7.2.5 再結晶退火后金屬組織 性能的控制,晶粒尺寸的控制

6、. 退火后晶粒大小d取決于： 冷變形量/ 退火溫度T 常用再結晶圖描述三者關系 臨界變形區(qū) 二次再結晶區(qū),臨界變形區(qū) 不均勻變形,二次再結晶區(qū) 強烈冷變形+ 高溫退火,鋁的再結晶圖（熔點660）,臨界變形度: 金屬冷變形后再結晶時晶粒極易長得粗大，這時所對應的應變量，稱為臨界變形度。 金屬材料的臨界變形度一般為（28）。,晶粒尺寸的控制 control of grain size,Prior strain 預應變 Schedule of anneal 退火制度 Prior grain size 初始晶粒尺寸 Impurities 雜質,Recrystallization offers a me

7、ans of controlling grain size.,預應變越大 金屬純度越低 (雜質/合金元素） 原始晶粒越細 加熱速度越快 加熱時間越短,晶粒細化 Grain refining,再結晶織構的控制 選擇適當?shù)墓に嚭屯嘶鹬贫?適當調整化學成分 危害 ：制耳 加工率退火溫度制耳越嚴重,冷加工變形度對再結晶后晶粒大小的影響 (純鋁片拉伸),20%變形,40%變形,60%變形,純鐵冷變形,壓縮變形,450退火,純鐵冷變形+退火,AlLi合金的再結晶 recrystallization of Al-Li alloy 冷軋 cold rolling + 退火 annealing,位錯胞 disl

8、ocation cells （冷軋）,位錯網 dislocation network （退火初期）,位錯墻 dislocation walls 亞晶界 subgrain boundaries,Low Angle Grain Boundary 小角晶界,大角晶界 high angle boundaries,7.3 金屬在熱加工中組織性能的變化,7.3.1 熱加工的特點 優(yōu)點 變形抗力塑性變形量 控制 T、V、t 組織性能 缺點 尺寸精度表面光潔,與冷加工區(qū)別： 硬化(work hardening) 軟化(recovery/recrystallization)同時出現(xiàn)。 若相互抵消，無加工硬化效應

9、。,熱加工的優(yōu)缺點,優(yōu)點： （1）金屬的塑性好, 斷裂傾向小, 可采用較大的變形量； （2）變形抗力低； （3）無需中間退火； （4）可加工室溫下不能進行塑性加工的金屬； （5）作為開坯, 可改善粗大的鑄造組織； （6）可通過控制變形溫度/速度/變形程度/冷卻速度/道次間隙時間控制組織性能。 缺點： （1）需要加熱，耗能； （2）不如冷加工制品尺寸精確, 表面光潔； （3）尺寸精度不如冷加工。,熱加工的軟化過程：,動態(tài)回復dynamicrecovery 動態(tài)再結晶 dynamic recrystallization 亞動態(tài)再結晶 metadynamic recrystallization 靜態(tài)

10、再結晶 static recrystallization 靜態(tài)回復 staticrecovery,softening process during hot rolling,softening process during hot extrusion,7.3.2 熱變形中的軟化過程,動態(tài)回復dynamic recovery 微變形階段 加工硬化逐漸降低 穩(wěn)定變形階段 機制：位錯攀移 climbing 交滑移 cross slip 位錯脫釘,動態(tài)回復應力-應變曲線 應變速率一定,1)變形溫度回復速率 進入穩(wěn)定階段早, 變形應力,2)溫度一定, 應變速率進入穩(wěn)定階段晚, 變形應力,3)動態(tài)回復層錯能

11、 stacking fault energy,高層錯能金屬Al ，iron，low carbon steel 擴展位錯窄，易交滑移cross slip 攀移climb 亞晶中位錯密度儲存能不足以引起動態(tài)再結晶易發(fā)生動態(tài)回復.,動態(tài)再結晶dynamic recrystallization,再結晶 形核長大 + 塑性變形,發(fā)生動態(tài)再結晶的應力應變曲線,應變速率溫度穩(wěn)定變形應力 低應變速率時重復發(fā)生動態(tài)再結晶,動態(tài)再結晶層錯能,層錯能低 黃銅brass -鐵iron 不銹鋼stainless steel 擴展位錯寬難于交滑移、攀移亞組織中位錯密度 動態(tài)再結晶,動態(tài)再結晶金屬純度purity 純度再結

12、晶能力 溶質原子solute atom 彌散分布第二相粒子dispersed second phase particle都會阻礙晶界遷移,使再結晶能力 例：AlMgLi合金,7.3.3.熱加工后的軟化過程 條件：熱變形間斷期間/熱變形后，金屬仍處于較高溫度。 連軋：道次間,熱變形后內能熱力學不穩(wěn)定狀態(tài),靜態(tài)再結晶 熱變形后，T T再靜態(tài)再結晶無畸變等軸晶,影響因素: 變形溫度Ts Ts 變形速率孕育期再結晶速度 合金元素和雜質原子阻礙晶界遷移，延遲再結晶時間，細化晶粒。,亞動態(tài)再結晶 熱變形過程中已形成但未長大的動態(tài)再結晶晶核 變形后長大，引起軟化，此過程稱為。,熱加工不僅是一種成形手段，也是

13、一種控制產品性能的手段。,特點: 無孕育期,7.3.4.熱加工制品的力學性能 亞結構強化 動態(tài)回復形成亞結構強度退火狀態(tài) 晶粒度的控制 動態(tài)再結晶組織/加速冷卻亞動態(tài)再結晶/ 靜態(tài)再結晶,帶狀組織 枝晶偏析.第二相.夾雜物沿主變形方向拉長 “加工流線” 材料各向異性,Discussion,在材料的冷加工過程中，材料的組織和性能發(fā)生哪些主要的變化？ 組織：（1）纖維組織； （2）亞結構； （3）織構。 性能：（1）應變硬化； （2）各向異性。,再結晶和晶粒長大的驅動力分別為： A.應變能和界面能； B.應變能和表面能； C.界面能和應變能。,影響冷變形金屬再結晶的主要因素有哪些？要獲得尺寸細小的再結晶晶粒，有哪些主要措施？ 主要影響因素：變形程度、微量雜質和合金元素、原始晶粒度、加熱時間、加熱速度。 措施：加大冷變形程度；加入微量合金元素；提高加熱速度；采用細晶材料。,冷變形金屬加熱時回復和再結晶的組織性能變化（T/F),回復： 晶