材料的物理變形與回復(fù)再結(jié)晶

1、材料的物理變形與回復(fù)再結(jié) 晶 第四節(jié)第四節(jié) 冷塑性變形金屬的回復(fù)再結(jié)晶冷塑性變形金屬的回復(fù)再結(jié)晶 10.4 概述：概述： 金屬經(jīng)冷變形后組織和性能都發(fā)生了變化：金屬經(jīng)冷變形后組織和性能都發(fā)生了變化： 力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度增高，塑性、韌性下降；（應(yīng)變硬化）力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度增高，塑性、韌性下降；（應(yīng)變硬化） 物理性能：電阻率、磁矯頑力等升高，導(dǎo)磁率下降；物理性能：電阻率、磁矯頑力等升高，導(dǎo)磁率下降； 化學(xué)性能：耐蝕性下降?；瘜W(xué)性能：耐蝕性下降。 經(jīng)常需要將冷變形金屬加熱退火，以使其性能恢復(fù)到變形前。經(jīng)常需要將冷變形金屬加熱退火，以使其性能恢復(fù)到變形前。 冷變形金屬在被加熱時會發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和

2、晶粒長大等過程。冷變形金屬在被加熱時會發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大等過程。 了解這些過程的發(fā)生和規(guī)律，對于控制和改善變形材料的晶粒了解這些過程的發(fā)生和規(guī)律，對于控制和改善變形材料的晶粒 組織（晶粒尺寸及其分布，晶粒形狀，再結(jié)晶程度等）和性能組織（晶粒尺寸及其分布，晶粒形狀，再結(jié)晶程度等）和性能 具有重大意義。具有重大意義。 冷變形金屬與合金隨冷變形金屬與合金隨 著被加熱溫度升高，依著被加熱溫度升高，依 次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和 晶粒長大。晶粒長大。 右圖為冷變形黃銅隨右圖為冷變形黃銅隨 溫度升高組織與性能的溫度升高組織與性能的 變化情況?？梢苑譃槿兓闆r?？梢苑譃槿?個階段：回

3、復(fù)、再結(jié)晶個階段：回復(fù)、再結(jié)晶 和晶粒長大。其中，再和晶粒長大。其中，再 結(jié)晶階段性能變化最大：結(jié)晶階段性能變化最大： 強(qiáng)度迅速下降，塑性迅強(qiáng)度迅速下降，塑性迅 速升高。速升高。 冷變形金屬在加熱過程中性能隨溫度升高而變化，在再結(jié)晶冷變形金屬在加熱過程中性能隨溫度升高而變化，在再結(jié)晶 階段發(fā)生突變。階段發(fā)生突變。 10.4.1 回復(fù)再結(jié)晶的驅(qū)動力回復(fù)再結(jié)晶的驅(qū)動力 經(jīng)強(qiáng)烈冷變形的金屬材料，組織結(jié)構(gòu)要改變；大量的晶體經(jīng)強(qiáng)烈冷變形的金屬材料，組織結(jié)構(gòu)要改變；大量的晶體 缺陷要產(chǎn)生，這促使材料的一系列性能發(fā)生了變化，如硬度、強(qiáng)缺陷要產(chǎn)生，這促使材料的一系列性能發(fā)生了變化，如硬度、強(qiáng) 度增加，塑性降低

4、（硬化）。度增加，塑性降低（硬化）。 而且形變金屬儲存了相當(dāng)數(shù)量的彈性畸變能和結(jié)構(gòu)缺陷能而且形變金屬儲存了相當(dāng)數(shù)量的彈性畸變能和結(jié)構(gòu)缺陷能 （即儲存能（即儲存能Es），使系統(tǒng)處于亞穩(wěn)狀態(tài)，因而有力圖向穩(wěn)定狀態(tài)），使系統(tǒng)處于亞穩(wěn)狀態(tài)，因而有力圖向穩(wěn)定狀態(tài) 轉(zhuǎn)化的趨勢。轉(zhuǎn)化的趨勢。 儲存能儲存能Es就是冷變形金屬組織發(fā)生變化的驅(qū)動力就是冷變形金屬組織發(fā)生變化的驅(qū)動力G。 如能夠提供熱激活的條件，如加熱溫度如能夠提供熱激活的條件，如加熱溫度0.5Tm（熔點），（熔點）， 使原子獲得足夠的擴(kuò)散能力，能越過亞穩(wěn)態(tài)與穩(wěn)定態(tài)間的勢壘，使原子獲得足夠的擴(kuò)散能力，能越過亞穩(wěn)態(tài)與穩(wěn)定態(tài)間的勢壘， 就可以發(fā)生點缺陷

5、遷移和位錯攀移等過程，導(dǎo)致缺陷密度減少和就可以發(fā)生點缺陷遷移和位錯攀移等過程，導(dǎo)致缺陷密度減少和 缺陷的重新排列。這樣，形變金屬的性能就能恢復(fù)到冷變形前的缺陷的重新排列。這樣，形變金屬的性能就能恢復(fù)到冷變形前的 原始狀態(tài)，如強(qiáng)度降低，塑性增大（軟化）。原始狀態(tài)，如強(qiáng)度降低，塑性增大（軟化）。 儲存能儲存能釋放量量及釋放過程過程動力學(xué)是了解回復(fù)過程的重要 信息。 方法：用高靈敏度示差量熱計直接測量釋放的儲存能量。 測量形變及未形變試樣在相同升溫速度加熱時的功率差 間接測量釋放的儲存能量。 10. 4.1 冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化 金屬經(jīng)冷變形后金屬經(jīng)冷

6、變形后, 組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)組織處于不穩(wěn)定狀態(tài), 有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài) 的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長時不穩(wěn)定狀態(tài)可長時 間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回 復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大。復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大。 加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅 回復(fù)回復(fù) 回復(fù)是指冷加工后的材料在低溫下加熱時，晶粒形狀不發(fā)生回復(fù)是指冷加工后的材料在低溫下加熱時，晶粒形狀不發(fā)生 變化，但位錯、點缺陷發(fā)生運動，使位錯密度降低，位錯作變化，但位錯、點缺陷發(fā)生運動，使位錯密度降低，位錯作 新的分

7、布，點缺陷數(shù)量下降，從而使材料的性能得到一定程新的分布，點缺陷數(shù)量下降，從而使材料的性能得到一定程 度的恢復(fù)。度的恢復(fù)。 l由于位錯運動使其由冷塑性由于位錯運動使其由冷塑性 變形時的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪弊冃螘r的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪?分布，形成亞晶界，這一過分布，形成亞晶界，這一過 程稱多邊形化。程稱多邊形化。 量熱法，測量回復(fù)時放出的儲存能； 電阻法，測量回復(fù)過程電阻的減小量； 測量回復(fù)過程硬度或流變應(yīng)力的降低量； 測量回復(fù)過程位錯密度的減小以及位錯排列結(jié)構(gòu)的變化； 測量因形變而使X射線譜線的寬展和在回復(fù)過程中鋒銳化 程度； 研究方法研究方法 一、回復(fù)過程的特征一、回復(fù)過程的特征 1、回復(fù)過程中組織不

8、發(fā)生變化；、回復(fù)過程中組織不發(fā)生變化； 2、宏觀一類應(yīng)力全部消除，微觀、宏觀一類應(yīng)力全部消除，微觀 二類應(yīng)力部分消除；二類應(yīng)力部分消除； 3、力學(xué)性能變化很小，電阻率顯、力學(xué)性能變化很小，電阻率顯 著降低，密度增加；著降低，密度增加； 4、變形儲存的能量部分釋放。、變形儲存的能量部分釋放。 工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變 形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又 保留加工硬化，這種熱處理方法保留加工硬化，這種熱處理方法 稱去應(yīng)力退火。稱去應(yīng)力退火。 1 回復(fù)動力學(xué)回復(fù)動力學(xué) （1R）表示殘余加）表示殘余加 工硬化；工硬化； R=(m-r)/(m-0)表

9、示表示 回復(fù)程度，其中：回復(fù)程度，其中： m、 0和和r依次代表依次代表 形變后、形變前和回復(fù)形變后、形變前和回復(fù) 后的屈服應(yīng)力后的屈服應(yīng)力 顯然顯然（1R）越小，則）越小，則R越大，越大， 表示回復(fù)程度越完全徹底。表示回復(fù)程度越完全徹底。 1 回復(fù)動力學(xué)回復(fù)動力學(xué) 回復(fù)過程沒有孕育期?；貜?fù)過程沒有孕育期。 初期的回復(fù)速率很大，以后初期的回復(fù)速率很大，以后 逐漸變慢，直到為零。逐漸變慢，直到為零。 每一溫度的回復(fù)程度有一極每一溫度的回復(fù)程度有一極 限值，退火溫度越高，這限值，退火溫度越高，這 個極限值也越高個極限值也越高,而達(dá)到而達(dá)到 此極限所需時間則越短。此極限所需時間則越短。 但回復(fù)不能使

10、金屬性能恢但回復(fù)不能使金屬性能恢 復(fù)到冷變形前的水平。復(fù)到冷變形前的水平。 回復(fù)機(jī)制回復(fù)機(jī)制 回復(fù)實質(zhì)上是一種通過加熱使晶體中的點缺陷及位錯發(fā)生運動，回復(fù)實質(zhì)上是一種通過加熱使晶體中的點缺陷及位錯發(fā)生運動， 從而改變?nèi)毕莘植己蜏p少缺陷數(shù)量的過程。從而改變?nèi)毕莘植己蜏p少缺陷數(shù)量的過程。 低溫回復(fù)（低溫回復(fù)（0.10.3Tm）：主要機(jī)制是過?？瘴唬ㄍㄟ^移至）：主要機(jī)制是過?？瘴唬ㄍㄟ^移至 晶界、位錯、形成空位群、與間隙原子復(fù)合等）消失，趨晶界、位錯、形成空位群、與間隙原子復(fù)合等）消失，趨 向于平衡空位濃度。向于平衡空位濃度。 回復(fù)機(jī)制回復(fù)機(jī)制 回復(fù)實質(zhì)上是一種通過加熱使晶體中的點缺陷及位錯發(fā)生運動

11、，回復(fù)實質(zhì)上是一種通過加熱使晶體中的點缺陷及位錯發(fā)生運動， 從而改變?nèi)毕莘植己蜏p少缺陷數(shù)量的過程。從而改變?nèi)毕莘植己蜏p少缺陷數(shù)量的過程。 中溫回復(fù)（中溫回復(fù)（0.30.5Tm）：主要機(jī)制是位錯滑移導(dǎo)致位錯重）：主要機(jī)制是位錯滑移導(dǎo)致位錯重 新組合；異號位錯會聚抵消以及亞晶粒長大。新組合；異號位錯會聚抵消以及亞晶粒長大。 位錯密度有所降低，但降幅不大。所以力學(xué)性能只有很少恢位錯密度有所降低，但降幅不大。所以力學(xué)性能只有很少恢 復(fù)。復(fù)。 回復(fù)機(jī)制回復(fù)機(jī)制 高溫回復(fù)（高溫回復(fù)（ 0.5Tm）：回復(fù)機(jī)制是包括攀移在內(nèi)的位錯運動和）：回復(fù)機(jī)制是包括攀移在內(nèi)的位錯運動和 多邊化，以及亞晶粒合并。多邊化，以

12、及亞晶粒合并。 由于同號刃位錯的塞積而導(dǎo)致晶體點陣彎曲，在退火過程中通由于同號刃位錯的塞積而導(dǎo)致晶體點陣彎曲，在退火過程中通 過刃型位錯的攀移和滑移，使同號刃型位錯沿垂直于滑移過刃型位錯的攀移和滑移，使同號刃型位錯沿垂直于滑移 面的方向排列成小角度的亞晶界。此過程稱為多邊（形）面的方向排列成小角度的亞晶界。此過程稱為多邊（形） 化。化。 多晶體金屬塑性變形時，多晶體金屬塑性變形時， 滑移通常是在許多互相交滑移通常是在許多互相交 截的滑移面上進(jìn)行，產(chǎn)生截的滑移面上進(jìn)行，產(chǎn)生 由纏結(jié)位錯構(gòu)成的胞狀組由纏結(jié)位錯構(gòu)成的胞狀組 織。因此，多邊化后不僅織。因此，多邊化后不僅 所形成的亞晶粒小得多，所形成的

13、亞晶粒小得多， 而且許多亞晶界是由位錯而且許多亞晶界是由位錯 網(wǎng)組成的。網(wǎng)組成的。 右圖：右圖： a) 纏結(jié)位錯纏結(jié)位錯 b) 位錯線伸直位錯線伸直 c) 位錯網(wǎng)絡(luò)位錯網(wǎng)絡(luò) d) 大的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)大的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò) 三、回復(fù)退火的應(yīng)用三、回復(fù)退火的應(yīng)用 回復(fù)退火主要用作去除殘余應(yīng)力，使冷變形的金屬件在基本回復(fù)退火主要用作去除殘余應(yīng)力，使冷變形的金屬件在基本 保持應(yīng)變硬化狀態(tài)的條件下，降低其內(nèi)應(yīng)力，以免變形或開裂，保持應(yīng)變硬化狀態(tài)的條件下，降低其內(nèi)應(yīng)力，以免變形或開裂， 并改善工件的耐蝕性。并改善工件的耐蝕性。 例如，冷拉鋼絲卷制彈簧，在卷成彈簧后要在例如，冷拉鋼絲卷制彈簧，在卷成彈簧后要在250300進(jìn)

14、行退進(jìn)行退 火，以降低內(nèi)應(yīng)力并使其定型?；?，以降低內(nèi)應(yīng)力并使其定型。 對鑄件、焊件的去應(yīng)力退火，也是通過回復(fù)作用來實現(xiàn)的。對鑄件、焊件的去應(yīng)力退火，也是通過回復(fù)作用來實現(xiàn)的。 總結(jié)：總結(jié)： 回復(fù)過程發(fā)生在冷塑性變形金屬加熱的早期階段?；貜?fù)過程發(fā)生在冷塑性變形金屬加熱的早期階段。 對組織形態(tài)影響不大：由于加熱溫度較低，主要表現(xiàn)對組織形態(tài)影響不大：由于加熱溫度較低，主要表現(xiàn) 為亞結(jié)構(gòu)（如點缺陷、位錯等）的變化及發(fā)生多邊化為亞結(jié)構(gòu)（如點缺陷、位錯等）的變化及發(fā)生多邊化 過程。過程。 對力學(xué)性能的影響也不大（強(qiáng)度、硬度略有降低，塑對力學(xué)性能的影響也不大（強(qiáng)度、硬度略有降低，塑 性略有提高）。性略有提高

15、）。 主要是對變形引起的宏觀應(yīng)力全部消除，微觀應(yīng)力也主要是對變形引起的宏觀應(yīng)力全部消除，微觀應(yīng)力也 可以大部分消除?？梢源蟛糠窒?。 再結(jié)晶再結(jié)晶 當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫 度時，由于原子活動能力增度時，由于原子活動能力增 大，晶粒的形狀開始發(fā)生變大，晶粒的形狀開始發(fā)生變 化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)榛?，由破碎拉長的晶粒變?yōu)?完整的等軸晶粒。完整的等軸晶粒。 這種冷變形組織在加熱時重這種冷變形組織在加熱時重 新徹底改組的過程稱再結(jié)晶。新徹底改組的過程稱再結(jié)晶。 鐵素體變形鐵素體變形80% 670加熱加熱 650加熱加熱 一、再結(jié)晶過程的特征一、再結(jié)晶過程的特征 再結(jié)晶是一種

16、形核和長大的過程?？吭拥臄U(kuò)散進(jìn)行。再結(jié)晶是一種形核和長大的過程?？吭拥臄U(kuò)散進(jìn)行。 冷變形金屬加熱時組織與性能最顯著的變化就是在再結(jié)晶階冷變形金屬加熱時組織與性能最顯著的變化就是在再結(jié)晶階 段發(fā)生的。段發(fā)生的。 特點：特點： 1、組織發(fā)生變化，由冷變形的伸長晶粒變?yōu)樾碌牡容S晶粒；、組織發(fā)生變化，由冷變形的伸長晶粒變?yōu)樾碌牡容S晶粒； 2、力學(xué)性能發(fā)生急劇變化，強(qiáng)度、硬度急劇下降，塑性迅速升、力學(xué)性能發(fā)生急劇變化，強(qiáng)度、硬度急劇下降，塑性迅速升 高，應(yīng)變硬化全部消除，恢復(fù)到變形前的狀態(tài)；高，應(yīng)變硬化全部消除，恢復(fù)到變形前的狀態(tài)； 3、變形儲能在再結(jié)晶過程中全部釋放。三類應(yīng)力（點陣畸變）、變形儲能

17、在再結(jié)晶過程中全部釋放。三類應(yīng)力（點陣畸變） 消除，位錯密度明顯降低。消除，位錯密度明顯降低。 再結(jié)晶也是一個晶核形成和長再結(jié)晶也是一個晶核形成和長 大的過程，但不是相變過程，大的過程，但不是相變過程， 再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類 型和成分完全相同。型和成分完全相同。 冷變形奧氏體不銹鋼冷變形奧氏體不銹鋼 加熱時的再結(jié)晶形核加熱時的再結(jié)晶形核 SEM-再結(jié)晶晶粒在原再結(jié)晶晶粒在原 變形組織晶界上形核變形組織晶界上形核 TEM-再結(jié)晶晶粒形核再結(jié)晶晶粒形核 于高密度位錯基體上于高密度位錯基體上 二、再結(jié)晶的形核二、再結(jié)晶的形核 由于再結(jié)晶形核的區(qū)域不同，形核方式有：亞晶

18、粒合并形核，由于再結(jié)晶形核的區(qū)域不同，形核方式有：亞晶粒合并形核， 亞晶粒長大形核，凸出形核。亞晶粒長大形核，凸出形核。 1、亞晶粒合并形核、亞晶粒合并形核 相鄰兩亞晶粒之間的晶界是由位錯構(gòu)成的。在再結(jié)晶溫度，位相鄰兩亞晶粒之間的晶界是由位錯構(gòu)成的。在再結(jié)晶溫度，位 錯發(fā)生攀移和滑移并入到鄰近的晶界中。這樣兩個亞晶粒就合并錯發(fā)生攀移和滑移并入到鄰近的晶界中。這樣兩個亞晶粒就合并 成為一個晶粒了。驅(qū)動力來自晶界能，晶界減少，形核自發(fā)進(jìn)行。成為一個晶粒了。驅(qū)動力來自晶界能，晶界減少，形核自發(fā)進(jìn)行。 這種形核方式一般出現(xiàn)在冷變形量很大的金屬中。通過再結(jié)晶前多邊化形這種形核方式一般出現(xiàn)在冷變形量很大的

19、金屬中。通過再結(jié)晶前多邊化形 成較小的亞晶，亞晶界曲率不大，不易遷移，但某些亞晶界中的位錯可通過成較小的亞晶，亞晶界曲率不大，不易遷移，但某些亞晶界中的位錯可通過 攀移和滑移而遷移走，使亞晶界消失，亞晶合并。攀移和滑移而遷移走，使亞晶界消失，亞晶合并。 2、亞晶粒長大形核、亞晶粒長大形核 當(dāng)變形量很大時，較大的無應(yīng)變亞晶（多邊化時產(chǎn)生）為基礎(chǔ)當(dāng)變形量很大時，較大的無應(yīng)變亞晶（多邊化時產(chǎn)生）為基礎(chǔ) 直接長大，吞食周圍的亞晶，亞晶界向周圍遷移。直接長大，吞食周圍的亞晶，亞晶界向周圍遷移。 由于變形大，位錯密度高，亞晶界曲率大，易于遷移。亞晶界由于變形大，位錯密度高，亞晶界曲率大，易于遷移。亞晶界

20、遷移過程中清除并吸收其掃過亞晶的位錯，使遷移亞晶界的位錯遷移過程中清除并吸收其掃過亞晶的位錯，使遷移亞晶界的位錯 增多，變成大角度晶界。當(dāng)尺寸超過臨界晶核時就成了再結(jié)晶的增多，變成大角度晶界。當(dāng)尺寸超過臨界晶核時就成了再結(jié)晶的 核心。核心。 3、凸出形核、凸出形核 當(dāng)冷變形量較當(dāng)冷變形量較 小時，再結(jié)晶在小時，再結(jié)晶在 原晶界處形核。原晶界處形核。 對于多晶體，不同晶粒的變形對于多晶體，不同晶粒的變形 程度不同，變形大的位錯密度高，程度不同，變形大的位錯密度高， 畸變能高；變形小的位錯密度低，畸變能高；變形小的位錯密度低， 畸變能低。低畸變區(qū)向高畸變區(qū)畸變能低。低畸變區(qū)向高畸變區(qū) 伸展，以降低

21、總的畸變能。伸展，以降低總的畸變能。 3、凸出形核、凸出形核 三、再結(jié)晶核心的長大三、再結(jié)晶核心的長大 再結(jié)晶核心形成后，在變形基體中長大。實質(zhì)是具有臨界曲再結(jié)晶核心形成后，在變形基體中長大。實質(zhì)是具有臨界曲 率半徑的大角度晶界向變形基體遷移，直至再結(jié)晶晶粒相遇，率半徑的大角度晶界向變形基體遷移，直至再結(jié)晶晶粒相遇， 變形基體全部消失。變形基體全部消失。 溫度越高，擴(kuò)散越快，再結(jié)晶速度越快，時間越長，再結(jié)晶溫度越高，擴(kuò)散越快，再結(jié)晶速度越快，時間越長，再結(jié)晶 晶粒越粗大。晶粒越粗大。 晶粒的長大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的晶粒的長大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的 過程

22、。晶粒粗大會使金屬的強(qiáng)度，尤其是塑性和韌性降低過程。晶粒粗大會使金屬的強(qiáng)度，尤其是塑性和韌性降低 。 原子穿過原子穿過 晶界擴(kuò)散晶界擴(kuò)散 晶界遷晶界遷 移方向移方向 黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片 冷變形量為冷變形量為38的組織的組織580C保溫保溫3秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫4秒后的組織秒后的組織 580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫15分后的組織分后的組織 700C保溫保溫10分后的組織分后的組織 四、再結(jié)晶溫度四、再結(jié)晶溫度 冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶的溫度，稱為再結(jié)晶溫度?？梢圆衫渥冃谓饘匍_始進(jìn)行再結(jié)晶的溫度，稱為

23、再結(jié)晶溫度?？梢圆?用不同的方法來測定，常用方法有：用不同的方法來測定，常用方法有： 1、金相法、金相法 以顯微鏡觀察到第一個新晶?；蚓Ы缫蛲钩鲂魏硕霈F(xiàn)鋸齒狀邊緣以顯微鏡觀察到第一個新晶粒或晶界因凸出形核而出現(xiàn)鋸齒狀邊緣 的退火溫度定為再結(jié)晶溫度。適用于變形量的退火溫度定為再結(jié)晶溫度。適用于變形量70%)的冷變形金屬，經(jīng)過的冷變形金屬，經(jīng)過1小時小時 完全再結(jié)晶退火的最低溫度定為再結(jié)晶溫度。完全再結(jié)晶退火的最低溫度定為再結(jié)晶溫度。 可見，再結(jié)晶溫度是靠實驗測出來的。可見，再結(jié)晶溫度是靠實驗測出來的。 再結(jié)晶溫度的經(jīng)驗公式：再結(jié)晶溫度的經(jīng)驗公式： n高純金屬：高純金屬：T再 再 (0.250.

24、35)Tm。 n工業(yè)純金屬：工業(yè)純金屬：T再 再 (0.350.45)Tm。 n合金：合金：T再 再 (0.40.9)Tm。 注：再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度高注：再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度高100200。 l純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點之間的近似關(guān)系純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點之間的近似關(guān)系: T再 再0.4T熔熔 其中其中T再 再、 、T熔 熔為絕對溫度 為絕對溫度. l金屬熔點越高金屬熔點越高, T再 再也越高 也越高. T再 再 = (T熔 熔 +273)0.4273，如，如Fe的的T再 再=(1538+273) 0.4273=451 T再 再與 與的關(guān)系的關(guān)系 影響再結(jié)晶溫度的

25、因素為：影響再結(jié)晶溫度的因素為： 1、金屬的預(yù)先變形程度：金屬預(yù)先變形程度越大、金屬的預(yù)先變形程度：金屬預(yù)先變形程度越大,再結(jié)晶速度再結(jié)晶速度 加快，再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度加快，再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度 趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。 2、金屬的純度、金屬的純度 金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點元素起阻礙擴(kuò)散金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點元素起阻礙擴(kuò)散 和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高. 3、再結(jié)晶加熱速度和保溫時間、再結(jié)晶加熱速度和保溫時間 l提高加熱

26、速度會使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生提高加熱速度會使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生, 延長加熱時間延長加熱時間, 使原子擴(kuò)散充分使原子擴(kuò)散充分, 再結(jié)晶溫度降低。再結(jié)晶溫度降低。 l生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶 退火溫度比再結(jié)晶溫度高退火溫度比再結(jié)晶溫度高100200。 黃銅黃銅580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織 黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的組織分后的組織 五、再結(jié)晶晶粒大小五、再結(jié)晶晶粒大小 再結(jié)晶后的晶粒呈等軸狀，其大小受多種因素的影響，再結(jié)晶后的晶粒呈等軸狀，其大小受多種因素的影響， 主要有變形度、退火溫度、退火

27、時間、雜質(zhì)及合金成分等。主要有變形度、退火溫度、退火時間、雜質(zhì)及合金成分等。 上面討論的影響再結(jié)晶的因素，凡是促進(jìn)再結(jié)晶的都會上面討論的影響再結(jié)晶的因素，凡是促進(jìn)再結(jié)晶的都會 使再結(jié)晶晶粒尺寸變得更大。使再結(jié)晶晶粒尺寸變得更大。 影響再結(jié)晶晶粒度的影響再結(jié)晶晶粒度的 因素因素 1、加熱溫度和保溫時間、加熱溫度和保溫時間 加熱溫度越高，保溫時間越長，金屬加熱溫度越高，保溫時間越長，金屬 的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為 顯著。顯著。 再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響 預(yù)先變形度的影響，實質(zhì)上是變形均勻程度的影響預(yù)先變形度的影響，實質(zhì)上是變形

28、均勻程度的影響. 1）當(dāng)變形度很小時，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶）當(dāng)變形度很小時，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶. 2）當(dāng)變形達(dá)到）當(dāng)變形達(dá)到210%時，只有部分晶粒變形，變形極時，只有部分晶粒變形，變形極 預(yù)先變形度對再結(jié)晶晶粒度的影響預(yù)先變形度對再結(jié)晶晶粒度的影響 2、預(yù)先變形度、預(yù)先變形度 不均勻，再結(jié)晶晶粒大小不均勻，再結(jié)晶晶粒大小 相差懸殊，易互相吞并和相差懸殊，易互相吞并和 長大長大,再結(jié)晶后晶粒特別再結(jié)晶后晶粒特別 粗大，這個變形度稱臨界粗大，這個變形度稱臨界 變形度。變形度。 3）當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來越均勻，）當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來

29、越均勻， 再結(jié)晶時形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細(xì)而均勻，達(dá)到再結(jié)晶時形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細(xì)而均勻，達(dá)到 一定變形量之后，晶粒度基本不變。一定變形量之后，晶粒度基本不變。 4）對于某些金屬，當(dāng)變形量）對于某些金屬，當(dāng)變形量 相當(dāng)大時相當(dāng)大時( 90%)，再結(jié)晶后，再結(jié)晶后 晶粒又重新出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，晶粒又重新出現(xiàn)粗化現(xiàn)象， 這就是二次再結(jié)晶（異常長這就是二次再結(jié)晶（異常長 大）造成的大）造成的. 圖中縱坐標(biāo)，向上表示晶粒數(shù)少，尺寸大。圖中縱坐標(biāo)，向上表示晶粒數(shù)少，尺寸大。 退火溫度對臨界變形度影退火溫度對臨界變形度影 響很大，溫度越高，臨界響很大，溫度越高，臨界 變形度越小。臨界變形度

30、變形度越小。臨界變形度 越小，再結(jié)晶后的晶粒越越小，再結(jié)晶后的晶粒越 粗大。粗大。 預(yù)先變形程預(yù)先變形程 度對再結(jié)晶度對再結(jié)晶 晶粒尺寸的晶粒尺寸的 影響影響 變形變形83% 變形變形88%變形變形93% 六、影響再結(jié)晶的因素六、影響再結(jié)晶的因素 1、溫度、溫度 2、變形程度、變形程度 3、材料的純度、材料的純度 4、原始晶粒尺寸、原始晶粒尺寸 5、第二相粒子、第二相粒子 六、影響再結(jié)晶的因素六、影響再結(jié)晶的因素 1、溫度、溫度 加熱溫度越高，再結(jié)晶速度越快，產(chǎn)生一定體積分?jǐn)?shù)的再結(jié)加熱溫度越高，再結(jié)晶速度越快，產(chǎn)生一定體積分?jǐn)?shù)的再結(jié) 晶組織需要的時間越短。晶組織需要的時間越短。 2、變形程度、

31、變形程度 變形程度越大，儲能越多，變形程度越大，儲能越多， 再結(jié)晶驅(qū)動力越大，因此變形再結(jié)晶驅(qū)動力越大，因此變形 程度越大，再結(jié)晶速度越快。程度越大，再結(jié)晶速度越快。 3、材料的純度、材料的純度 微量的溶質(zhì)原子對再結(jié)晶影微量的溶質(zhì)原子對再結(jié)晶影 響巨大。響巨大。 溶質(zhì)或雜質(zhì)原子偏聚在位錯和晶界處，對位錯的運動和晶界溶質(zhì)或雜質(zhì)原子偏聚在位錯和晶界處，對位錯的運動和晶界 的遷移起阻礙作用，因此不利于再結(jié)晶，使再結(jié)晶溫度升高。的遷移起阻礙作用，因此不利于再結(jié)晶，使再結(jié)晶溫度升高。 例如，純銅例如，純銅50%再結(jié)晶的溫度為再結(jié)晶的溫度為140C，加入，加入0.01%Ag后升高到后升高到 205C，若加

32、入，若加入0.01%Cd（鎘）后升高到（鎘）后升高到305C。 4、原始晶粒尺寸、原始晶粒尺寸 其他條件相同時，原始晶粒越細(xì)，冷變形抗力越大，變其他條件相同時，原始晶粒越細(xì)，冷變形抗力越大，變 形后儲存能越多，再結(jié)晶溫度越低。形后儲存能越多，再結(jié)晶溫度越低。 同樣變形度，原始晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，可供再同樣變形度，原始晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，可供再 結(jié)晶形核的地方越多，形核率高，再結(jié)晶速度快。結(jié)晶形核的地方越多，形核率高，再結(jié)晶速度快。 5、第二相粒子、第二相粒子 根據(jù)粒子尺寸和間距的大小，可分為二種情況：根據(jù)粒子尺寸和間距的大小，可分為二種情況： 1）粒子較粗大，間距較遠(yuǎn)）粒子較粗大，

33、間距較遠(yuǎn)促進(jìn)再結(jié)晶促進(jìn)再結(jié)晶 原因：粒子對位錯運動、亞晶界遷移的阻礙作用小；另一方原因：粒子對位錯運動、亞晶界遷移的阻礙作用??；另一方 面，加速再結(jié)晶形核。面，加速再結(jié)晶形核。 2）粒子細(xì)小，間距小）粒子細(xì)小，間距小阻礙再結(jié)晶阻礙再結(jié)晶 原因：粒子阻礙位錯運動和亞晶界遷移，使亞晶粒生長減慢原因：粒子阻礙位錯運動和亞晶界遷移，使亞晶粒生長減慢 或停止，就阻礙了再結(jié)晶的形核與長大?；蛲Ｖ?，就阻礙了再結(jié)晶的形核與長大。 例如，鋼中加入少量的例如，鋼中加入少量的V, Ti, Nb, Zr, Al時，可生成彌散分布的時，可生成彌散分布的 化合物，其尺寸、間距都很小，都會提高鋼的再結(jié)晶溫度。所化合物，其尺

34、寸、間距都很小，都會提高鋼的再結(jié)晶溫度。所 以，含有這些元素的鋼一般都有較高的使用溫度。以，含有這些元素的鋼一般都有較高的使用溫度。 七、再結(jié)晶后的晶粒長大七、再結(jié)晶后的晶粒長大 1. 晶粒的正常長大及其影響因素晶粒的正常長大及其影響因素 正常長大：晶粒的長大是連續(xù)地，均勻地進(jìn)行，晶粒平均尺正常長大：晶粒的長大是連續(xù)地，均勻地進(jìn)行，晶粒平均尺 寸的增大也是連續(xù)的。寸的增大也是連續(xù)的。 晶粒長大動力學(xué)：晶粒長大動力學(xué)：D2 = Kt 影響晶粒長大的因素：影響晶粒長大的因素： 溫度：溫度越高，晶粒長大速度越快，晶粒越粗大溫度：溫度越高，晶粒長大速度越快，晶粒越粗大 第二相：晶粒長大的極限半徑第二相

35、：晶粒長大的極限半徑 R=4/3(r/)（r:第二相粒子半徑，第二相粒子半徑， ，第二相體積分?jǐn)?shù)），第二相質(zhì)點的數(shù)量越多，顆粒越小，第二相體積分?jǐn)?shù)），第二相質(zhì)點的數(shù)量越多，顆粒越小， 則阻礙晶粒長大的能力越強(qiáng)。則阻礙晶粒長大的能力越強(qiáng)。 雜質(zhì)或合金元素：阻礙晶界遷移，特別是晶界偏聚顯著的元雜質(zhì)或合金元素：阻礙晶界遷移，特別是晶界偏聚顯著的元 素，其阻礙作用更大。當(dāng)溫度很高時，晶界偏聚可能消失，素，其阻礙作用更大。當(dāng)溫度很高時，晶界偏聚可能消失， 其阻礙作用減弱甚至消失。其阻礙作用減弱甚至消失。 晶粒位向差：位向差大，晶界遷移速度快。晶粒位向差：位向差大，晶界遷移速度快。 1. 晶粒的正常長大及

36、其影響因素晶粒的正常長大及其影響因素 再結(jié)晶晶粒正常長大的驅(qū)動力及長大方向再結(jié)晶晶粒正常長大的驅(qū)動力及長大方向 n驅(qū)動力：界面能差。界面能越大，曲率半徑越小，驅(qū)動驅(qū)動力：界面能差。界面能越大，曲率半徑越小，驅(qū)動 力越大。力越大。 n長大方向：指向曲率中心長大方向：指向曲率中心,而再結(jié)晶晶核的長大方向相反。而再結(jié)晶晶核的長大方向相反。 再結(jié)晶晶粒正常長大后的穩(wěn)定形狀再結(jié)晶晶粒正常長大后的穩(wěn)定形狀 n晶界趨于平直；晶界趨于平直； n晶界夾角趨于晶界夾角趨于120； n二維坐標(biāo)中晶粒邊數(shù)趨于二維坐標(biāo)中晶粒邊數(shù)趨于6。 回憶界面一章討論單相多晶體平衡形貌的拓?fù)潢P(guān)系，可知，回憶界面一章討論單相多晶體平衡

37、形貌的拓?fù)潢P(guān)系，可知， 對二維晶粒結(jié)構(gòu)，只有正六面體排列才能填滿空間并滿足對二維晶粒結(jié)構(gòu)，只有正六面體排列才能填滿空間并滿足 界面張力平衡條件。界面張力平衡條件。 2. 晶粒的異常長大（二次再結(jié)晶）晶粒的異常長大（二次再結(jié)晶） 二次再結(jié)晶：再結(jié)晶完成后繼續(xù)加熱或更長時間的保二次再結(jié)晶：再結(jié)晶完成后繼續(xù)加熱或更長時間的保 溫，會有少數(shù)晶粒優(yōu)先長大，成為特別粗大的晶粒溫，會有少數(shù)晶粒優(yōu)先長大，成為特別粗大的晶粒 （幾十倍甚至幾百倍）。不是形核過程。（幾十倍甚至幾百倍）。不是形核過程。 2. 晶粒的異常長大（二次再結(jié)晶）晶粒的異常長大（二次再結(jié)晶） 產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件： I.正常晶粒長大過程被彌散的

38、第二相質(zhì)點或雜質(zhì)、織構(gòu)等所強(qiáng)烈正常晶粒長大過程被彌散的第二相質(zhì)點或雜質(zhì)、織構(gòu)等所強(qiáng)烈 阻礙。阻礙。 II. 高溫加熱高溫加熱 2. 晶粒的異常長大（二次再結(jié)晶）晶粒的異常長大（二次再結(jié)晶） 二次再結(jié)晶的機(jī)制：二次再結(jié)晶的機(jī)制： a.釘扎晶界的第二相溶于基體；釘扎晶界的第二相溶于基體； b.再結(jié)晶織構(gòu)中位向一致晶粒的合并；再結(jié)晶織構(gòu)中位向一致晶粒的合并； c.大晶粒吞并小晶粒。大晶粒吞并小晶粒。 二次再結(jié)晶對組織和性能的影響：二次再結(jié)晶對組織和性能的影響： n織構(gòu)明顯：各向異性；優(yōu)化磁導(dǎo)率?？棙?gòu)明顯：各向異性；優(yōu)化磁導(dǎo)率。 n晶粒大小不均：性能不均；降低強(qiáng)度和塑韌性。晶粒大小不均：性能不均；降低

39、強(qiáng)度和塑韌性。 n晶粒粗大：提高表面粗糙度。晶粒粗大：提高表面粗糙度。 3. 再結(jié)晶晶粒組織再結(jié)晶晶粒組織 再結(jié)晶圖。退火溫度、變形量與晶粒大小的關(guān)系圖。再結(jié)晶圖。退火溫度、變形量與晶粒大小的關(guān)系圖。 再結(jié)晶織構(gòu)：再結(jié)晶退火后形成的織構(gòu)。退火可將形再結(jié)晶織構(gòu)：再結(jié)晶退火后形成的織構(gòu)。退火可將形 變織構(gòu)消除，也可形成新織構(gòu)。變織構(gòu)消除，也可形成新織構(gòu)。 n擇優(yōu)形核（沿襲形變織構(gòu)）擇優(yōu)形核（沿襲形變織構(gòu)） n擇優(yōu)生長（特殊位向的晶核快速長大）擇優(yōu)生長（特殊位向的晶核快速長大） 退火孿晶退火孿晶:再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶。是由于再結(jié)晶過再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶。是由于再結(jié)晶過 程中因晶界遷移出現(xiàn)層錯形成

40、的，所以層錯能低的晶程中因晶界遷移出現(xiàn)層錯形成的，所以層錯能低的晶 體容易形成退火孿晶體容易形成退火孿晶。 再結(jié)晶圖再結(jié)晶圖 生產(chǎn)上常關(guān)心再結(jié)晶生產(chǎn)上常關(guān)心再結(jié)晶 后的晶粒尺寸與形變后的晶粒尺寸與形變 量及退火溫度和時間量及退火溫度和時間 的關(guān)系用來獲得所希的關(guān)系用來獲得所希 望的晶粒大小（和性望的晶粒大?。ê托?能。對應(yīng)再結(jié)晶圖能。對應(yīng)再結(jié)晶圖 即T，e，D的關(guān)系。 條件：時間1小時， 可包含長大效應(yīng)。 再結(jié)晶晶粒組織再結(jié)晶晶粒組織 再結(jié)晶織構(gòu)：再結(jié)晶退火后形成的織構(gòu)。退火可將形變織構(gòu)再結(jié)晶織構(gòu)：再結(jié)晶退火后形成的織構(gòu)。退火可將形變織構(gòu) 消除，也可形成新織構(gòu)。消除，也可形成新織構(gòu)。再結(jié)晶織構(gòu)

41、是如何形成的？兩 大派別。 擇優(yōu)形核（沿襲形變織構(gòu)）擇優(yōu)形核（沿襲形變織構(gòu)） 在形變織構(gòu)基體上形成特定的晶體學(xué)取向的核心，這些核心長大而在形變織構(gòu)基體上形成特定的晶體學(xué)取向的核心，這些核心長大而 成的晶粒必然會具有相對于基體位向的某種特定取向。因為基體是成的晶粒必然會具有相對于基體位向的某種特定取向。因為基體是 擇優(yōu)取向的，所以這些晶核長大后的晶粒也必然具有擇優(yōu)取向。擇優(yōu)取向的，所以這些晶核長大后的晶粒也必然具有擇優(yōu)取向。 擇優(yōu)生長（特殊位向的晶核快速長大）擇優(yōu)生長（特殊位向的晶核快速長大） 認(rèn)為核心不必有特殊取向，但只有那些相對于基體的某些有認(rèn)為核心不必有特殊取向，但只有那些相對于基體的某些

42、有 利特殊取向的核心才有較大的長大速度，其它取向的核心因利特殊取向的核心才有較大的長大速度，其它取向的核心因 界面遷移速度太慢，在競爭生長中被淘汰。界面遷移速度太慢，在競爭生長中被淘汰。 退火孿晶退火孿晶:再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶。再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶。 是由于再結(jié)晶過程中因晶界遷移出現(xiàn)層錯形成的，所以層錯是由于再結(jié)晶過程中因晶界遷移出現(xiàn)層錯形成的，所以層錯 能低的晶體容易形成退火孿晶能低的晶體容易形成退火孿晶。 在一些中、低層錯能的在一些中、低層錯能的FCC金屬的退火組織中，如：銀，黃銅、銅、不金屬的退火組織中，如：銀，黃銅、銅、不 銹鋼、鎳等。銹鋼、鎳等。 金屬與合金在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的

43、塑性變形，稱為熱變形金屬與合金在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形，稱為熱變形 或熱加工。或熱加工。 熱變形時，（動態(tài)）回復(fù)和（動態(tài)）再結(jié)晶過程同時進(jìn)行，熱變形時，（動態(tài)）回復(fù)和（動態(tài)）再結(jié)晶過程同時進(jìn)行， 由塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)變硬化同時被消除。由塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)變硬化同時被消除。 一、動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶一、動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶 根據(jù)熱變形過程中組織變化的不同，可將金屬與合金分為二類。根據(jù)熱變形過程中組織變化的不同，可將金屬與合金分為二類。 第一類：鋁、鋁合金、工業(yè)純鐵，鐵素體鋼以及第一類：鋁、鋁合金、工業(yè)純鐵，鐵素體鋼以及Zn、Mg、Sn等等 這類材料共同特點是位錯的交滑移和位錯攀移比較容易進(jìn)行。

44、因此，一這類材料共同特點是位錯的交滑移和位錯攀移比較容易進(jìn)行。因此，一 般認(rèn)為動態(tài)回復(fù)是這類材料熱加工過程中的唯一軟化機(jī)制。即使在遠(yuǎn)高于般認(rèn)為動態(tài)回復(fù)是這類材料熱加工過程中的唯一軟化機(jī)制。即使在遠(yuǎn)高于 靜態(tài)再結(jié)晶溫度進(jìn)行變形，通常也不會產(chǎn)生動態(tài)再結(jié)晶。靜態(tài)再結(jié)晶溫度進(jìn)行變形，通常也不會產(chǎn)生動態(tài)再結(jié)晶。 第五節(jié)第五節(jié) 金屬的高溫變形金屬的高溫變形 宏觀組織：晶粒變成沿變形方向伸長，并形成纖維組織；宏觀組織：晶粒變成沿變形方向伸長，并形成纖維組織； 微觀組織：晶內(nèi)出現(xiàn)動態(tài)回復(fù)所形成的等軸亞晶粒。微觀組織：晶內(nèi)出現(xiàn)動態(tài)回復(fù)所形成的等軸亞晶粒。 這類材料在動態(tài)回復(fù)過程所形成的多邊化亞結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，熱這

45、類材料在動態(tài)回復(fù)過程所形成的多邊化亞結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，熱 變形后迅速冷卻使其保持下來。如果熱變形后在高溫下停留時間變形后迅速冷卻使其保持下來。如果熱變形后在高溫下停留時間 過長（如過長（如Al,400C,0.5小時），則會發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶。小時），則會發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶。 動態(tài)回復(fù)組織要比再結(jié)晶組織的強(qiáng)度高得多。動態(tài)回復(fù)組織要比再結(jié)晶組織的強(qiáng)度高得多。 1、第一類合金在熱變形中的應(yīng)力應(yīng)變曲線、第一類合金在熱變形中的應(yīng)力應(yīng)變曲線 曲線有三個階段：曲線有三個階段： 第一階段：微應(yīng)變階段，應(yīng)變量約第一階段：微應(yīng)變階段，應(yīng)變量約0.10.2%，曲線急劇上升。，曲線急劇上升。 第二階段：最小流變應(yīng)力第二階段：最小

46、流變應(yīng)力T之后，有應(yīng)變硬化，但硬化率逐漸之后，有應(yīng)變硬化，但硬化率逐漸 降低。降低。 第三階段：穩(wěn)態(tài)流第三階段：穩(wěn)態(tài)流 變階段，應(yīng)力變階段，應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)變 曲線為水平線。此曲線為水平線。此 階段，應(yīng)變硬化與階段，應(yīng)變硬化與 動態(tài)軟化達(dá)到平衡，動態(tài)軟化達(dá)到平衡， 應(yīng)力不再隨應(yīng)變增應(yīng)力不再隨應(yīng)變增 大，保持恒定應(yīng)力大，保持恒定應(yīng)力 下變形。下變形。 熱加工時，熱加工時， 形變使位錯形變使位錯 增殖和積累增殖和積累 造成的硬化造成的硬化 被通過熱激被通過熱激 活使位錯對活使位錯對 消、胞壁鋒消、胞壁鋒 銳化形成亞銳化形成亞 晶及亞晶合晶及亞晶合 并等軟化抵并等軟化抵 消。消。 第二類：銅、銅合金，鎳

47、及鎳合金，金、銀及其合金，第二類：銅、銅合金，鎳及鎳合金，金、銀及其合金， 奧氏體鋼，以及高純度鐵等。奧氏體鋼，以及高純度鐵等。 這類材料中，大部分具有面心立方結(jié)構(gòu)，低的層錯能。共同特這類材料中，大部分具有面心立方結(jié)構(gòu)，低的層錯能。共同特 點是位錯的交滑移和位錯攀移困難得多。由于難以通過位錯交滑移點是位錯的交滑移和位錯攀移困難得多。由于難以通過位錯交滑移 和位錯攀移進(jìn)行動態(tài)回復(fù)，在一定的應(yīng)力和溫度條件下，變形過程和位錯攀移進(jìn)行動態(tài)回復(fù)，在一定的應(yīng)力和溫度條件下，變形過程 中就會積累到足夠高的局部位錯密度的差別，導(dǎo)致發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。中就會積累到足夠高的局部位錯密度的差別，導(dǎo)致發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。 因

48、此，這類金屬與合金在熱變形過程中發(fā)生的軟化主要來自動因此，這類金屬與合金在熱變形過程中發(fā)生的軟化主要來自動 態(tài)再結(jié)晶。態(tài)再結(jié)晶。 和冷變形金屬的再結(jié)晶一樣，動態(tài)再結(jié)晶也是通過形成新的大和冷變形金屬的再結(jié)晶一樣，動態(tài)再結(jié)晶也是通過形成新的大 角度晶界及其隨后移動的方式來進(jìn)行的。但是，持續(xù)的變形卻使動角度晶界及其隨后移動的方式來進(jìn)行的。但是，持續(xù)的變形卻使動 態(tài)再結(jié)晶所形成的晶粒中出現(xiàn)纏結(jié)位錯的亞結(jié)構(gòu)。靜態(tài)再結(jié)晶晶粒態(tài)再結(jié)晶所形成的晶粒中出現(xiàn)纏結(jié)位錯的亞結(jié)構(gòu)。靜態(tài)再結(jié)晶晶粒 中則沒有纏結(jié)位錯。中則沒有纏結(jié)位錯。 動態(tài)再結(jié)晶出現(xiàn)條件：動態(tài)再結(jié)晶出現(xiàn)條件： 具有低、中層錯能的金屬，回復(fù)過具有低、中層錯

49、能的金屬，回復(fù)過 程較慢，熱加工時，動態(tài)回復(fù)未能程較慢，熱加工時，動態(tài)回復(fù)未能 同步抵消加工時位錯的增殖積累，同步抵消加工時位錯的增殖積累， 超過某一臨界形變量后發(fā)生動態(tài)再超過某一臨界形變量后發(fā)生動態(tài)再 結(jié)晶。動態(tài)再結(jié)晶時，大量位錯被結(jié)晶。動態(tài)再結(jié)晶時，大量位錯被 再結(jié)晶核心的大角度界面推移而消再結(jié)晶核心的大角度界面推移而消 除，當(dāng)這樣的軟化過程占主導(dǎo)地位除，當(dāng)這樣的軟化過程占主導(dǎo)地位 時，流變應(yīng)力下降，應(yīng)力時，流變應(yīng)力下降，應(yīng)力-應(yīng)變曲應(yīng)變曲 線出現(xiàn)峰值。線出現(xiàn)峰值。 2、第二類合金在熱變形中的應(yīng)力應(yīng)變曲線、第二類合金在熱變形中的應(yīng)力應(yīng)變曲線 熱變形過程中發(fā)生再結(jié)晶熱變形過程中發(fā)生再結(jié)晶 的

50、應(yīng)力的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀取決于應(yīng)變曲線形狀取決于 應(yīng)變速率。應(yīng)變速率。 在高應(yīng)變速率下，曲線在高應(yīng)變速率下，曲線 上有一個峰值，可分為三個上有一個峰值，可分為三個 階段：階段： I為應(yīng)變硬化加工階段，此為應(yīng)變硬化加工階段，此 時變形低于臨界變形度，所時變形低于臨界變形度，所 以不發(fā)生再結(jié)晶。以不發(fā)生再結(jié)晶。 II為開始發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶階段，當(dāng)應(yīng)力大到為開始發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶階段，當(dāng)應(yīng)力大到max之前，硬化效應(yīng)之前，硬化效應(yīng) 大于軟化效應(yīng)，應(yīng)力大到大于軟化效應(yīng)，應(yīng)力大到max之后，再結(jié)晶加快，軟化效應(yīng)為主，之后，再結(jié)晶加快，軟化效應(yīng)為主， 曲線開始下降。曲線開始下降。 III為穩(wěn)定流變階段，應(yīng)變硬化和

51、再結(jié)晶軟化達(dá)到平衡，出現(xiàn)穩(wěn)為穩(wěn)定流變階段，應(yīng)變硬化和再結(jié)晶軟化達(dá)到平衡，出現(xiàn)穩(wěn) 態(tài)流變，應(yīng)力態(tài)流變，應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈水平狀。應(yīng)變曲線呈水平狀。 在低應(yīng)變速率時，應(yīng)力在低應(yīng)變速率時，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上出現(xiàn)較多的峰值。應(yīng)變曲線上出現(xiàn)較多的峰值。 I為應(yīng)變硬化加工階段，曲線斜率（即應(yīng)變硬化率）隨應(yīng)變速率為應(yīng)變硬化加工階段，曲線斜率（即應(yīng)變硬化率）隨應(yīng)變速率 降低而減小。降低而減小。 II為開始發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶階段，但由于應(yīng)變速率低，應(yīng)變硬化與為開始發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶階段，但由于應(yīng)變速率低，應(yīng)變硬化與 動態(tài)再結(jié)晶軟化達(dá)不到平衡，因而不出現(xiàn)穩(wěn)定流變階段。在第一動態(tài)再結(jié)晶軟化達(dá)不到平衡，因而不出現(xiàn)穩(wěn)定流變階段。在

52、第一 個峰值之后，重新出現(xiàn)以硬化為主的和以軟化為主的第二個峰值。個峰值之后，重新出現(xiàn)以硬化為主的和以軟化為主的第二個峰值。 以至重復(fù)到熱變形結(jié)束。以至重復(fù)到熱變形結(jié)束。 亞動態(tài)再結(jié)晶亞動態(tài)再結(jié)晶 在動態(tài)再結(jié)晶進(jìn)行過程中，在動態(tài)再結(jié)晶進(jìn)行過程中， 若中斷熱變形，材料仍處于高若中斷熱變形，材料仍處于高 溫，動態(tài)再結(jié)晶過程仍可以繼溫，動態(tài)再結(jié)晶過程仍可以繼 續(xù)。稱為亞動態(tài)再結(jié)晶。續(xù)。稱為亞動態(tài)再結(jié)晶。 中斷熱變形后，靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶都會中斷熱變形后，靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶都會 使材料軟化。哪一項的貢獻(xiàn)大，則取決于變形程度。使材料軟化。哪一項的貢獻(xiàn)大，則取決于變形程度。

53、變形量小時，只有靜態(tài)回復(fù)起作用；變形量小時，只有靜態(tài)回復(fù)起作用； 變形量大時，靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶都起作用；變形量大時，靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶都起作用； 變形量非常大時，僅靜態(tài)回復(fù)和亞動態(tài)再結(jié)晶起作用。變形量非常大時，僅靜態(tài)回復(fù)和亞動態(tài)再結(jié)晶起作用。 二、熱加工后金屬的組織和性能二、熱加工后金屬的組織和性能 1、改善鑄造組織缺陷、改善鑄造組織缺陷 鑄造組織往往含有縮松、氣孔等缺陷，熱變形時被壓合消除。鑄造組織往往含有縮松、氣孔等缺陷，熱變形時被壓合消除。 鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織(晶粒晶粒)粗大，通過變形和再結(jié)晶變成細(xì)小的等軸晶。粗大，通過變形和再結(jié)晶變成細(xì)小的等軸晶。 改善鑄態(tài)組織中的成分偏析，提高成

54、分均勻性。改善鑄態(tài)組織中的成分偏析，提高成分均勻性。 以上這些都對提高力學(xué)性能有利。因此，材料經(jīng)熱變形后，雖然以上這些都對提高力學(xué)性能有利。因此，材料經(jīng)熱變形后，雖然 沒有應(yīng)變硬化，但力學(xué)性能明顯提高。沒有應(yīng)變硬化，但力學(xué)性能明顯提高。 2、形成纖維組織，出現(xiàn)各向異性、形成纖維組織，出現(xiàn)各向異性 由于鑄態(tài)組織中的夾雜物多分布在晶界處，熱變形時被拉長或由于鑄態(tài)組織中的夾雜物多分布在晶界處，熱變形時被拉長或 打碎成為鏈狀，都是沿變形方向呈纖維狀分布。這些夾雜物很穩(wěn)打碎成為鏈狀，都是沿變形方向呈纖維狀分布。這些夾雜物很穩(wěn) 定，再結(jié)晶時仍能保留下來。定，再結(jié)晶時仍能保留下來。 纖維組織使材料呈現(xiàn)各向異

55、性。纖維組織使材料呈現(xiàn)各向異性。 纖維組織穩(wěn)定性很高，一旦形成就不易消除。纖維纖維組織穩(wěn)定性很高，一旦形成就不易消除。纖維 組織使金屬具有各向異性，結(jié)構(gòu)設(shè)計或機(jī)械加工時要組織使金屬具有各向異性，結(jié)構(gòu)設(shè)計或機(jī)械加工時要 注意合理應(yīng)用。注意合理應(yīng)用。 拉應(yīng)力平行于纖維組織、剪應(yīng)力垂直于纖維組織拉應(yīng)力平行于纖維組織、剪應(yīng)力垂直于纖維組織 合理合理 3、帶狀組織的形成、帶狀組織的形成 熱變形后亞共析鋼中的熱變形后亞共析鋼中的 鐵素體和珠光體成帶狀分鐵素體和珠光體成帶狀分 布，稱為帶狀組織。布，稱為帶狀組織。 帶狀組織也使材料具帶狀組織也使材料具 有各向異性，并且破壞有各向異性，并且破壞 材料的切削性能

56、，應(yīng)避材料的切削性能，應(yīng)避 免和消除。免和消除。 產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因： 1) 在兩相區(qū)溫度變形。加熱時鐵素體沿奧氏體晶界析出，變形在兩相區(qū)溫度變形。加熱時鐵素體沿奧氏體晶界析出，變形 時伸長，動態(tài)再結(jié)晶后奧氏體與鐵素體都變成等軸晶，但它時伸長，動態(tài)再結(jié)晶后奧氏體與鐵素體都變成等軸晶，但它 們分布成條帶狀。們分布成條帶狀。 2) 鑄錠中存在的夾雜，變形后夾雜物成流線鑄錠中存在的夾雜，變形后夾雜物成流線(纖維狀纖維狀)，可以作，可以作 為冷卻時鐵素體析出的結(jié)晶核心，使鐵素體和珠光體成帶狀為冷卻時鐵素體析出的結(jié)晶核心，使鐵素體和珠光體成帶狀 分布。分布。 3) 鑄錠中存在大量的偏析元素，常富集于

57、晶界處，變形時沿變鑄錠中存在大量的偏析元素，常富集于晶界處，變形時沿變 形方向伸展，也成帶狀分布。這些元素可提高形方向伸展，也成帶狀分布。這些元素可提高 相變溫度，相變溫度， 因而冷卻時鐵素體首先沿這些地方析出，形成帶狀分布。因而冷卻時鐵素體首先沿這些地方析出，形成帶狀分布。 4、熱變形后的晶粒變化、熱變形后的晶粒變化 終止熱變形時的溫度、總變形量和熱變形后的冷卻速度，決定終止熱變形時的溫度、總變形量和熱變形后的冷卻速度，決定 了熱變形后晶粒的大小。合理控制這些因素，就可以得到細(xì)小的了熱變形后晶粒的大小。合理控制這些因素，就可以得到細(xì)小的 晶粒，從而獲得高的力學(xué)性能。晶粒，從而獲得高的力學(xué)性能。 采用低的終止變形溫度，大的變形量，快的冷卻速度，可以得采用低的終止變形溫度，大的變形量，快的冷卻速度，可以得 到細(xì)小的晶粒。到細(xì)小的晶粒。 三、超塑性三、超塑性 有些合金有些合金( (如如Ti-6Al-4VTi-6Al-4V和和Zn-23AlZn-23Al等等) )經(jīng)過特殊的熱經(jīng)過特殊的熱 處理和加工后，在外力作用下可能產(chǎn)生異乎尋常的均勻處理和加工后，在外力作用下可能產(chǎn)生異乎尋常的均勻 變形變形( (某些材料在特定變形條件下呈現(xiàn)的特別大的延伸某些材料在特定變形條件下呈現(xiàn)的特別大的延伸 率，其延伸率高達(dá)率，其延伸率高達(dá)100