自-金屬學(xué)--第6章：金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶（精編版）

1、第六章：金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶1. 回復(fù)和再結(jié)晶的概念: 形變后 的金屬和合金處于不穩(wěn)定的高自由能狀態(tài)，具有一種向著形變前低自由能狀態(tài)自發(fā)恢復(fù)的趨勢(shì)，因此，只要?jiǎng)恿W(xué)條件允許，例如溫度較高, 原子具有相當(dāng)?shù)臄U(kuò)散能力時(shí)，形變后的金屬和合金就會(huì)自發(fā)的向著自由能降低的方向轉(zhuǎn)變。進(jìn)行這種轉(zhuǎn)變的過(guò)程稱回復(fù)和再結(jié)晶。前者是指在較低溫度下或在較早階段所發(fā)生的轉(zhuǎn)變過(guò)程; 后者則指在較高溫度下或較晚階段發(fā)生的過(guò)程。退火 : 將金屬材料加熱到某一規(guī)定溫度，并保溫一段時(shí)間，而后緩慢冷卻至室溫的一種熱處理過(guò)程。其目的在于足夠提高金屬材料組織和結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)穩(wěn)定性，以保證所要求的各種性能指標(biāo), 形變金屬和合金的退火主要

2、由回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過(guò)程綜合組成的。3. 形變金屬或合金退火過(guò)程中發(fā)生的一般變化:顯微組織的基本變化回復(fù)階段 : 顯微組織的基本變化看不出任何變化, 晶粒保持伸長(zhǎng)狀或扁片狀；再結(jié)晶階段 : 形變晶粒內(nèi)部發(fā)生了新晶粒的生核和成長(zhǎng)過(guò)程，直到形變組織完全改組為新的等軸晶粒; 晶粒長(zhǎng)大階段：新晶粒逐步相互吞食而長(zhǎng)大, 直到一個(gè)較為穩(wěn)定的尺寸。儲(chǔ)存能的變化供金屬和合金形變而施加的外部能量有相當(dāng)一部分以彈性能和缺陷能的形式儲(chǔ)存在金屬內(nèi)部，這一部分儲(chǔ)存能在加熱退火過(guò)程中應(yīng)釋放出來(lái)，成為回復(fù)和再結(jié)晶的推動(dòng)力。性能的變化硬度、強(qiáng)度變化：回復(fù)過(guò)程中，位錯(cuò)密度的減小有限，只有達(dá)到再結(jié)晶階段時(shí)，位錯(cuò)密度才會(huì)顯

3、著下降，因此回復(fù)階段強(qiáng)度變化有限，再結(jié)晶階段變化很大。電阻、密度變化：在回復(fù)階段，點(diǎn)缺陷密度顯著下降 , 因此回復(fù)階段電阻顯著減小, 密度逐步增大。 總之, 回復(fù)過(guò)程中， 硬度和強(qiáng)度等力學(xué)性能等變化率很小 , 而電阻和密度等一些物理性能變化率卻相當(dāng)大; 再結(jié)晶過(guò)程中 , 各種變化都是比較劇烈的。4. 回復(fù)機(jī)理 :5. 再結(jié)晶與相變：再結(jié)晶形似相變, 但并非相變。一般來(lái)說(shuō)，再結(jié)晶前后各晶粒的晶體類型不變, 成分也不變。從轉(zhuǎn)變過(guò)程來(lái)看與相變有很多相似之處。相變是自由能較低的新相在自由能較高的舊相中進(jìn)行生核和成長(zhǎng)的過(guò)程, 驅(qū)動(dòng)力是體積自由能差，阻力主要來(lái)自異相間的界面能; 而再結(jié)晶則是無(wú)畸變能或畸變

4、能較低的晶粒在畸變能較高的基體中進(jìn)行生核和成長(zhǎng)的過(guò)程，驅(qū)動(dòng)力是畸變能差, 阻力則來(lái)自晶界能。6. 再結(jié)晶過(guò)程的形核: 再結(jié)晶形核一般有兩種方式: 一是原晶界的某些部位突然迅速成長(zhǎng)而變?yōu)楹诵? 二是某些亞晶的迅速成長(zhǎng)而變?yōu)楹诵摹Ｋ^再結(jié)晶核心是通過(guò)某些現(xiàn)成的活動(dòng)性較大的界面突發(fā)式的移動(dòng)而形成的，這些現(xiàn)成界面可以是原始大角晶界、通過(guò)亞晶長(zhǎng)大而逐步形成的大角亞晶界、已存在與形變基體中的大角亞晶界。7. 再結(jié)晶晶核的長(zhǎng)大: 當(dāng)再結(jié)晶晶核出現(xiàn)后， 晶核成長(zhǎng)總是通過(guò)晶界向著畸變能較高的基體中擴(kuò)散移動(dòng)而進(jìn)行的，晶界移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力主要是兩晶粒間的畸變能差，晶界向著其曲率中心的反方向移動(dòng)。由于形變基體中的畸變能分

5、布不均, 而晶界總是優(yōu)先想畸變能大的地方推移，所以在長(zhǎng)大過(guò)程中, 界面總是參差不齊的甚至呈鋸齒狀。8. 再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)：9. 再結(jié)晶溫度： 再結(jié)晶溫度不象結(jié)晶或其它相變溫度那樣確定不變，它受許多因素影響, 可以隨條件的不同而在一個(gè)相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變化。通常所說(shuō)的再結(jié)晶溫度是指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（如一小時(shí)）能夠完成再結(jié)晶, 或再結(jié)晶達(dá)到規(guī)定程度（如9 ) 的最低溫度。即再結(jié)晶溫度包含時(shí)間和再結(jié)晶量?jī)蓚€(gè)因素在內(nèi)。10. 再結(jié)晶晶粒大小: 再結(jié)晶晶粒的平均直徑d=g/n 1 4- 為比例常數(shù)。a) 預(yù)形變量 : 預(yù)形變量增大可使n/g 增大, 因此原始晶粒度相同時(shí), 預(yù)形變量越大，晶粒尺寸越小。b) 原始晶粒

6、尺寸：預(yù)形變量一定時(shí)，原始晶粒越小，則再結(jié)晶后晶粒越細(xì)。c) 退火溫度： gn 理論上受溫度影響小，但實(shí)際生產(chǎn)中，退火溫度升高往往會(huì)引起晶粒粗大。d) 雜質(zhì)：雜質(zhì)一般使gn 減小, 可以起細(xì)化晶粒的作用。e) 形變溫度 : 預(yù)形變時(shí)溫度越高, 則回復(fù)的程度也越大, 即金屬形變后儲(chǔ)存能減小了，因而 g/n 增大,晶粒尺寸也隨之而增大。11. 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大。二次再結(jié)晶 : 在某些情況下再結(jié)晶完成后晶粒的長(zhǎng)大表現(xiàn)出一種反?，F(xiàn)象: 即出現(xiàn)少數(shù)較大的晶粒優(yōu)先快速成長(zhǎng), 逐步吞食掉其周?chē)拇罅啃【Я?，最后形成非常粗大的組織, 它好象在再結(jié)晶過(guò)程中以一些較大的亞晶為核心快速長(zhǎng)大, 并逐步吞食其周?chē)罅啃〉膩喚? 最后形成新的組織一樣, 好象也是一個(gè)生核與長(zhǎng)大的過(guò)程，因此，稱為二次再結(jié)晶。12. 再結(jié)晶退火后的組織:再結(jié)晶退火后的晶粒大小主要取決于形變程度和退火溫度。晶粒大小、形變量及溫度的關(guān)系可用一個(gè)“再結(jié)晶”圖來(lái)表示，可做生產(chǎn)工藝的參考。退火織構(gòu)形變可以產(chǎn)生各種織構(gòu)，具有形變織構(gòu) 的材料經(jīng) 再結(jié)晶退火 后，在大多數(shù)情況下，仍然會(huì)具有織構(gòu)， 這種織構(gòu)稱為再結(jié)晶織構(gòu)，又稱退火織構(gòu)。退火織構(gòu)既可以和形變織構(gòu)一致, 也可以有新的織構(gòu)軸，新織