材料科學(xué)基礎(chǔ)4-回復(fù)、再結(jié)晶

1、 第九章第九章 回復(fù)、再結(jié)晶與熱加工回復(fù)、再結(jié)晶與熱加工1 1 變形金屬加熱時(shí)組織性能變化的特點(diǎn)變形金屬加熱時(shí)組織性能變化的特點(diǎn)2 2 回復(fù)回復(fù)3 3 再結(jié)晶再結(jié)晶4 4 晶粒長大晶粒長大5 5 金屬的熱加工金屬的熱加工6 6 超塑性超塑性1 1 變形金屬加熱時(shí)組織性能變化的特點(diǎn)變形金屬加熱時(shí)組織性能變化的特點(diǎn) 儲(chǔ)能是促使冷變形金屬發(fā)生變化的驅(qū)動(dòng)力。觀察冷變形金屬加熱時(shí)的變化，從儲(chǔ)能釋放及組織結(jié)構(gòu)和性能的變化來分析，可分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個(gè)階段。一、一、變形金屬加熱時(shí)變形金屬加熱時(shí)顯微組織的變化顯微組織的變化二、二、變形金屬加熱時(shí)變形金屬加熱時(shí)儲(chǔ)能的釋放儲(chǔ)能的釋放A:純金屬B：不純的金

2、屬C：合金三、三、變形金屬加熱時(shí)變形金屬加熱時(shí)性能的變化性能的變化2 2 回復(fù)回復(fù)一、回復(fù)動(dòng)力學(xué)一、回復(fù)動(dòng)力學(xué)1回復(fù)動(dòng)力學(xué)曲線回復(fù)動(dòng)力學(xué)回復(fù)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）回復(fù)過程沒有孕育期，隨著退火的開始進(jìn)行,發(fā)生軟化。（2）在一定溫度下，初期的回復(fù)速率很大，以后逐漸變慢，直到最后回復(fù)速率為零。（3）每一溫度的回復(fù)程度有一極限值，退火溫度越高，這個(gè)極限值也越高,而達(dá)到此極限所需時(shí)間則越短（4）回復(fù)不能使金屬性能恢復(fù)到冷變形前的水平。2 2回復(fù)動(dòng)力學(xué)方程回復(fù)動(dòng)力學(xué)方程 設(shè)P為冷變形后在回復(fù)階段發(fā)生變化的某種性能，如臨界切應(yīng)力，P0為變形前該性能的值，P=P-P0為加工硬化造成的該性能的增量，與晶體中晶體

3、缺陷的體積濃度CP成正比。 P-P0=P=K CP （1）將（1）式對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)，得出CP與P隨時(shí)間的變化率為： ( 2 ) 缺陷的變化是一個(gè)熱激活的過程，設(shè)激活能為Q，仿照化學(xué)動(dòng)力學(xué)的方法，對(duì)一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速度與濃度的一次方成比例dtdCKdtPPdP)(0RTQCAdtdCPPexp則（2）式變?yōu)椋簩ⅲ?）式代入：RTQAKcdtPPdPexp)(0RTQAKPPKdtPPdexp)(00 （3）積分得： （4） 由（4）式得出：回復(fù)階段性能隨時(shí)間而衰減，服從指數(shù)規(guī)律。dtRTQAPPPPdexp)(00CtRTQAPPexp)ln(0 如果采用兩個(gè)不同的溫度將同一冷變形金屬的性能回復(fù)到同

4、樣的程度，則2211expexptRTQAtRTQA12111221expexpTTReRTRTtt回復(fù)動(dòng)力學(xué)方程回復(fù)動(dòng)力學(xué)方程例：已知鋅單晶的回復(fù)激活能Q=20000cal/mol，在0回復(fù)到殘留75%的加工硬化需5min，請(qǐng)問在27和-50回復(fù)到同樣程度需多長時(shí)間？解： （min） min13（天）測量出幾個(gè)不同溫度下回復(fù)到相同P值所需的時(shí)間，利用（4）式并取對(duì)數(shù)，得到：從 關(guān)系可求出激活能，利用Q以推斷可能的回復(fù)機(jī)制。1850052231273131. 818. 4200002et185. 053001273131. 818. 4200001et RTQt 常數(shù)lnTt1ln 二、回復(fù)機(jī)

5、制二、回復(fù)機(jī)制 一般認(rèn)為是點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)在退火過程中發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而改變了它們的組態(tài)和分布。 1.低溫回復(fù)：回復(fù)的機(jī)制主要是過?？瘴坏南?，趨向于平衡空位濃度。 2.中溫回復(fù)：其主要機(jī)制是位錯(cuò)滑移導(dǎo)致位錯(cuò)重新組合；異號(hào)位錯(cuò)會(huì)聚而互相抵消以及亞晶粒長大。 3.高溫回復(fù)：回復(fù)機(jī)制是包括攀移在內(nèi)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和多邊化，以及亞晶粒合并。 三、回復(fù)退火的應(yīng)用三、回復(fù)退火的應(yīng)用 主要用作去應(yīng)力退火，使冷加工金主要用作去應(yīng)力退火，使冷加工金屬在基本上保持加工硬化的狀態(tài)下降低屬在基本上保持加工硬化的狀態(tài)下降低其內(nèi)應(yīng)力，以穩(wěn)定和改善性能，減少變其內(nèi)應(yīng)力，以穩(wěn)定和改善性能，減少變形和開裂，提高耐蝕性。形和開裂，提高耐蝕性

6、。3 3 再結(jié)晶再結(jié)晶 冷變形后的金屬加熱到一定溫度冷變形后的金屬加熱到一定溫度后，在原來的變形組織中產(chǎn)生無畸變后，在原來的變形組織中產(chǎn)生無畸變的新晶粒，而且性能恢復(fù)到變形以前的新晶粒，而且性能恢復(fù)到變形以前的完全軟化狀態(tài)，這個(gè)過程稱為再結(jié)的完全軟化狀態(tài)，這個(gè)過程稱為再結(jié)晶。晶。 其驅(qū)動(dòng)力為冷變形時(shí)所產(chǎn)生的儲(chǔ)能。其驅(qū)動(dòng)力為冷變形時(shí)所產(chǎn)生的儲(chǔ)能。一、再結(jié)晶的形核與長大一、再結(jié)晶的形核與長大1形核1).亞晶粒粗化的形核機(jī)制一般發(fā)生在冷變形度大時(shí) A.亞晶合并形核， 適于高層錯(cuò)能金屬。再結(jié)晶的形核再結(jié)晶的形核亞晶粒粗化的形核之之- B.亞晶粒長大形核 適于低層錯(cuò)能金屬，通過亞晶合并和亞晶長大，使亞晶

7、界與基體間的取向差增大，直至形成大角度晶界，便成為再結(jié)晶的核心再結(jié)晶的形核再結(jié)晶的形核-（2）原有晶界弓出的形核機(jī)制 一般發(fā)生在形變較小的金屬中，變形不均勻，位錯(cuò)密度不同2再結(jié)晶的長大再結(jié)晶的長大 形核之后，無畸變核心與周圍畸變的舊晶粒之間的應(yīng)變能差是核心長大的驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)各個(gè)新晶粒彼此接觸，原來變形的舊晶粒全部消失時(shí)，再結(jié)晶過程即告完成。二、再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)二、再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)1恒溫動(dòng)力學(xué)曲線 冷軋60%的含Si3.25鋼的等溫再結(jié)晶曲線再結(jié)晶恒溫動(dòng)力學(xué)曲線特點(diǎn)（1）具有S形特征，存在孕育期 （2）再結(jié)晶速率開始時(shí)很小，然后逐漸加快，再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)約為0.5時(shí)，速度達(dá)到最大值，隨后逐漸減慢 （3）溫度

8、越高，轉(zhuǎn)變速度越快。再結(jié)晶恒溫動(dòng)力學(xué)方程2 2Johnson-MehlJohnson-Mehl（約翰遜（約翰遜梅厄）方程梅厄）方程=1-exp（-G3N 4 /3） ：已再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù) N：形核速度G：長大速度 : 退火保溫時(shí)間3Avrami（阿弗瑞米）方程：=1-exp（-ktn） ：已再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù) k, n：系數(shù)t：退火保溫時(shí)間 阿弗瑞米方程較約翰遜梅厄方程更為適用。 三、三、影響再結(jié)晶速率與再結(jié)晶溫度的主要因素影響再結(jié)晶速率與再結(jié)晶溫度的主要因素 通 常 把 再 結(jié) 晶 溫 度 定 義 為 經(jīng) 過 嚴(yán) 重 冷 變 形 的 金 屬通 常 把 再 結(jié) 晶 溫 度 定 義 為 經(jīng) 過 嚴(yán) 重

9、 冷 變 形 的 金 屬（70%70%），加熱），加熱1 1小時(shí)，再結(jié)晶體積占到總體積的小時(shí)，再結(jié)晶體積占到總體積的95%95%的溫度。的溫度。另外，有的文獻(xiàn)把保溫另外，有的文獻(xiàn)把保溫30-60min30-60min，開始發(fā)生再結(jié)晶或完成，開始發(fā)生再結(jié)晶或完成50%50%再再結(jié)晶的溫度定義為再結(jié)晶溫度，因此，引用再結(jié)晶溫度時(shí)，必須結(jié)晶的溫度定義為再結(jié)晶溫度，因此，引用再結(jié)晶溫度時(shí)，必須注意它的具體條件注意它的具體條件。對(duì)于工業(yè)純金屬，其起始再結(jié)晶溫度與熔點(diǎn)之間存在下列關(guān)系：對(duì)于工業(yè)純金屬，其起始再結(jié)晶溫度與熔點(diǎn)之間存在下列關(guān)系： T T再再= =（0.3-0.40.3-0.4）T T熔1 1退

10、火溫度影響形核和長大退火溫度影響形核和長大 N =N0exp（-QN /RT）， G =G0exp（-QG /RT）N0、G0：常數(shù)常數(shù) Q QN、Q QG：形核激活能和長大激活能：形核激活能和長大激活能 升高退火溫度，將顯著提高形核率和升高退火溫度，將顯著提高形核率和G G，再結(jié)晶速度加快。，再結(jié)晶速度加快。 影響再結(jié)晶速率與再結(jié)晶溫度的主要因素之影響再結(jié)晶速率與再結(jié)晶溫度的主要因素之2 2變形程度：變形程度：變形程度增高，再結(jié)晶速度加快，再結(jié)晶溫變形程度增高，再結(jié)晶速度加快，再結(jié)晶溫度降低，并逐步趨于一穩(wěn)定值度降低，并逐步趨于一穩(wěn)定值。例1：純Zr 當(dāng)面積縮減13%時(shí)，557完成等溫再結(jié)晶

11、需40h 當(dāng)面積縮減51%時(shí)，557完成等溫再結(jié)晶需16h：例例2 2影響再結(jié)晶速率與再結(jié)晶溫度的主要因素之影響再結(jié)晶速率與再結(jié)晶溫度的主要因素之3 3微量溶質(zhì)原子或雜質(zhì)：微量溶質(zhì)原子或雜質(zhì)：微量溶質(zhì)原子或雜質(zhì)提高金屬的再結(jié)晶溫度，降低再結(jié)微量溶質(zhì)原子或雜質(zhì)提高金屬的再結(jié)晶溫度，降低再結(jié)晶速度晶速度材 料 50%再結(jié)晶的溫度（）備 注光譜純銅140Cu的原子半徑為1.28光譜純銅加入0.01%Ag205Ag的原子半徑為1.44 光譜純銅加入0.01%Cd305Cd 原子半徑為1.52 影響再結(jié)晶速率與再結(jié)晶溫度的主要因素之影響再結(jié)晶速率與再結(jié)晶溫度的主要因素之4 4第二相：第二相：第二相可能促

12、進(jìn)，也可能阻礙再結(jié)晶，主要取決第二相可能促進(jìn)，也可能阻礙再結(jié)晶，主要取決于基體上第二相粒子的大小及其分布于基體上第二相粒子的大小及其分布。 設(shè)粒子間距為設(shè)粒子間距為 ，粒子直徑為，粒子直徑為didi： 1m1m，di0.3m di0.3m 第二相粒子降低再結(jié)晶溫度，提高第二相粒子降低再結(jié)晶溫度，提高 再結(jié)晶速度再結(jié)晶速度 1m1m，di0.3m di0.3m 第二相粒子提高再結(jié)晶溫度，降低第二相粒子提高再結(jié)晶溫度，降低 再結(jié)晶速度再結(jié)晶速度合 金（m）di對(duì)再結(jié)晶的影響Cu+B4C52m促進(jìn)Cu+Al2O32.5300阻礙Cu+Co+SiO20.5-1.0m800阻礙影響再結(jié)晶速率與再結(jié)晶溫度

13、的主要因素之影響再結(jié)晶速率與再結(jié)晶溫度的主要因素之5 5原始晶粒原始晶粒 原始晶粒細(xì)小使再結(jié)晶速度增加，再結(jié)晶溫度原始晶粒細(xì)小使再結(jié)晶速度增加，再結(jié)晶溫度 降低。降低。 6 6加熱速度加熱速度 極快的加熱或加熱速度過于緩慢時(shí)，再結(jié)晶速度極快的加熱或加熱速度過于緩慢時(shí)，再結(jié)晶速度降低，再結(jié)晶溫度上升。降低，再結(jié)晶溫度上升。7 7加熱時(shí)間加熱時(shí)間 在一定范圍內(nèi)延長加熱時(shí)間會(huì)降低再結(jié)晶溫度在一定范圍內(nèi)延長加熱時(shí)間會(huì)降低再結(jié)晶溫度例：例：純純AlAl的加熱時(shí)間與再結(jié)晶溫度的關(guān)系的加熱時(shí)間與再結(jié)晶溫度的關(guān)系：加熱時(shí)間14天40小時(shí)6小時(shí)1分鐘5秒T再254060100150四、再結(jié)晶后晶粒大小的控制四、

14、再結(jié)晶后晶粒大小的控制再結(jié)晶后晶粒尺寸再結(jié)晶后晶粒尺寸d d與與G G和之間存在下列關(guān)系：和之間存在下列關(guān)系：d=d=常數(shù)常數(shù)（G/NG/N）1/41/4）上式表明：增大形核率或減小長大速率上式表明：增大形核率或減小長大速率G G可以得到細(xì)的再結(jié)晶晶粒可以得到細(xì)的再結(jié)晶晶粒 1 1變形程度變形程度對(duì)應(yīng)于再結(jié)晶后對(duì)應(yīng)于再結(jié)晶后得到特別粗大晶得到特別粗大晶粒的變形程度稱粒的變形程度稱為為“臨界變形度臨界變形度”，一般為一般為2-10%2-10%，當(dāng)變形量超過臨當(dāng)變形量超過臨界變形度以后，界變形度以后，隨變形度增加，隨變形度增加，再結(jié)晶晶粒變細(xì)。再結(jié)晶晶粒變細(xì)。 四、再結(jié)晶后晶粒大小的控制之四、再結(jié)

15、晶后晶粒大小的控制之2 2原始晶粒大小原始晶粒大小 原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶后晶粒越細(xì)原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶后晶粒越細(xì)。 四、再結(jié)晶后晶粒大小的控制之四、再結(jié)晶后晶粒大小的控制之- - 3 3退火溫度退火溫度 當(dāng)變形程度和保溫時(shí)間一定時(shí)，退火溫度當(dāng)變形程度和保溫時(shí)間一定時(shí)，退火溫度越高，所得到的晶粒越粗大。越高，所得到的晶粒越粗大。 如圖，如圖，H68H68合金隨終軋溫度由合金隨終軋溫度由a a至至d d的的的提高，再結(jié)晶晶粒越大的提高，再結(jié)晶晶粒越大 四、再結(jié)晶后晶粒大小的控制之四、再結(jié)晶后晶粒大小的控制之4.4.加熱速度加熱速度 加熱速度很慢將使晶粒粗化加熱速度很慢將使晶粒粗化 5 5合金元素及

16、第二相合金元素及第二相 在其他條件相同的情況下，凡延緩再結(jié)在其他條件相同的情況下，凡延緩再結(jié)晶及阻礙晶粒長大的合金元素或雜質(zhì)晶及阻礙晶粒長大的合金元素或雜質(zhì)均使金屬再結(jié)晶后得到細(xì)晶粒組織均使金屬再結(jié)晶后得到細(xì)晶粒組織。五、再結(jié)晶全圖五、再結(jié)晶全圖 將變形程度、退火溫度與再結(jié)晶后晶粒將變形程度、退火溫度與再結(jié)晶后晶粒大小的關(guān)系（保溫時(shí)間一定）表示在一個(gè)立體圖上，就構(gòu)成了大小的關(guān)系（保溫時(shí)間一定）表示在一個(gè)立體圖上，就構(gòu)成了“再結(jié)晶再結(jié)晶全圖全圖”。 六、再結(jié)晶織構(gòu)六、再結(jié)晶織構(gòu)1 1定義定義：冷變形金屬在再結(jié)晶過程中形成的織構(gòu)。冷變形金屬在再結(jié)晶過程中形成的織構(gòu)。六、再結(jié)晶織構(gòu)對(duì)性能的影響六、再

17、結(jié)晶織構(gòu)對(duì)性能的影響六、再結(jié)晶織構(gòu)六、再結(jié)晶織構(gòu)-2 2形成理論形成理論定向生長理論定向生長理論-取向取向有利的晶核，其晶界有利的晶核，其晶界可獲得最快的移動(dòng)速可獲得最快的移動(dòng)速率，（率，（FCCFCC中，兩個(gè)中，兩個(gè)晶粒最佳取向差為晶粒最佳取向差為30304040時(shí)，晶界時(shí)，晶界的移動(dòng)速率最快，如的移動(dòng)速率最快，如圖），較合理圖），較合理定向成核理論定向成核理論-再結(jié)再結(jié)晶有形核過程，母體晶有形核過程，母體有織構(gòu)，再結(jié)晶后的有織構(gòu)，再結(jié)晶后的晶體也會(huì)形成新的織晶體也會(huì)形成新的織構(gòu)。構(gòu)。七、退火孿晶七、退火孿晶 。面心立方金屬和合金（如銅、黃銅、不銹鋼等）經(jīng)加工面心立方金屬和合金（如銅、黃銅、

18、不銹鋼等）經(jīng)加工及再結(jié)晶退火后，經(jīng)常在再結(jié)晶退火組織中發(fā)現(xiàn)孿晶。及再結(jié)晶退火后，經(jīng)常在再結(jié)晶退火組織中發(fā)現(xiàn)孿晶。 。退火孿晶是由于新晶粒界面退火孿晶是由于新晶粒界面 在推進(jìn)過程中由于某些原因（如熱在推進(jìn)過程中由于某些原因（如熱 應(yīng)力等）而出現(xiàn)堆垛層錯(cuò)而造成的。應(yīng)力等）而出現(xiàn)堆垛層錯(cuò)而造成的。 111111面面 ABCABCBACBACBABCABCABCABCABCBACBACBABCABCABC 孿晶帶孿晶帶 七 、 退 火七 、 退 火孿晶孿晶退火孿晶的退火孿晶的形成與層形成與層錯(cuò)能有關(guān)。錯(cuò)能有關(guān)。CuCu和奧氏和奧氏體鋼的層體鋼的層錯(cuò)能低，錯(cuò)能低，易形成孿易形成孿晶。晶。4 4 晶粒長大

19、晶粒長大 晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力是晶界能的下降晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力是晶界能的下降, ,即長大前后的界面能差值。即長大前后的界面能差值。一、晶粒的正常長大一、晶粒的正常長大 1.1.定義：指晶體中有許多晶粒獲得長大條件，晶粒的長大是連續(xù)地，均勻定義：指晶體中有許多晶粒獲得長大條件，晶粒的長大是連續(xù)地，均勻地進(jìn)行，晶粒長大過程中晶粒的尺寸是比較均勻的，晶粒平均尺寸的增大地進(jìn)行，晶粒長大過程中晶粒的尺寸是比較均勻的，晶粒平均尺寸的增大也是連續(xù)的。也是連續(xù)的。2.2.晶粒長大的方式晶粒長大的方式（1 1）彎曲的晶界總是趨向于平直化，即向曲率中心移動(dòng)以減少）彎曲的晶界總是趨向于平直化，即向曲率中心移動(dòng)以減少界面積

20、，同時(shí)，大角度晶界的遷移率總是大于小角度晶界的遷界面積，同時(shí)，大角度晶界的遷移率總是大于小角度晶界的遷移率。移率。 當(dāng)晶界為三維空間的任意曲面時(shí)，作用在單位界面上的力當(dāng)晶界為三維空間的任意曲面時(shí)，作用在單位界面上的力P P為：為：P=P=（1/R1/R1 1+1/R+1/R2 2） 晶粒長大晶粒長大-晶粒長大的方式晶粒長大的方式P：晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力 ， ：晶界單位面積：晶界單位面積 的界面能的界面能 R1R1、R2R2：曲面的兩個(gè)主曲率半徑：曲面的兩個(gè)主曲率半徑 如果空間曲面為球面時(shí)，如果空間曲面為球面時(shí)，R R1 1=R=R2 2 P=2/R P=2/R ， 即：晶界遷移的驅(qū)

21、動(dòng)力與其曲率半徑即：晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力與其曲率半徑R R成反比，與界面能成正比。成反比，與界面能成正比。晶粒長大晶粒長大-晶粒長大的方式晶粒長大的方式（2 2）晶界總是向角度）晶界總是向角度較銳的晶粒方向移較銳的晶粒方向移動(dòng)，力圖使三個(gè)夾動(dòng)，力圖使三個(gè)夾角都等于角都等于120120o o。 當(dāng)界面張力平衡時(shí)：當(dāng)界面張力平衡時(shí)：因 為 大 角 度 晶 界因 為 大 角 度 晶 界T TA A=T=TB B=T=TC C，而而 A+B+C=360A+B+C=360o o A=B=C=120 A=B=C=120o oCTBTATCBAsinsinsin晶粒長大晶粒長大- -晶粒長大的方式晶粒長大的方式

22、（3 3）在二維坐標(biāo)中，）在二維坐標(biāo)中，晶界邊數(shù)少于晶界邊數(shù)少于6 6的晶的晶粒，其晶界向外凸出，粒，其晶界向外凸出，必然逐漸縮小，甚至必然逐漸縮小，甚至消失，而邊數(shù)大于消失，而邊數(shù)大于6 6的晶粒，晶界向內(nèi)凹的晶粒，晶界向內(nèi)凹進(jìn)，逐漸長大，當(dāng)晶進(jìn)，逐漸長大，當(dāng)晶粒的邊數(shù)為粒的邊數(shù)為6 6時(shí)，處時(shí)，處于穩(wěn)定狀態(tài)。于穩(wěn)定狀態(tài)。在三維坐標(biāo)中，在三維坐標(biāo)中，晶粒長大最后穩(wěn)晶粒長大最后穩(wěn)定的形狀是正十定的形狀是正十四面體。四面體。晶粒長大晶粒長大-3 3影響晶粒長大（即晶界遷移率）的因素影響晶粒長大（即晶界遷移率）的因素（1 1）溫度）溫度 溫度越高，晶粒長大速度越快，晶粒越粗大溫度越高，晶粒長大速度

23、越快，晶粒越粗大 G =G0exp（-QG /RT）G G：晶界遷移速度：晶界遷移速度 G G0 0：常數(shù)：常數(shù) Q QG G：晶界遷移的激活能：晶界遷移的激活能（2 2）第二相）第二相 晶粒長大的極限半徑晶粒長大的極限半徑 R=kr/fR=kr/fK K：常數(shù)：常數(shù) r r：第二相質(zhì)點(diǎn)半徑：第二相質(zhì)點(diǎn)半徑 f f：第二相的體積分?jǐn)?shù)：第二相的體積分?jǐn)?shù) 第二相質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量越多，顆粒越小，則阻礙晶粒長大的能第二相質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量越多，顆粒越小，則阻礙晶粒長大的能力越強(qiáng)。力越強(qiáng)。 （3 3）可溶解的雜質(zhì)或合金元素阻礙晶界遷移，特別是晶界偏）可溶解的雜質(zhì)或合金元素阻礙晶界遷移，特別是晶界偏聚現(xiàn)象顯著的元素，其

24、阻礙作用更大。但當(dāng)溫度很高時(shí)，聚現(xiàn)象顯著的元素，其阻礙作用更大。但當(dāng)溫度很高時(shí)，晶界偏聚可能消失，其阻礙作用減弱甚至消失。晶界偏聚可能消失，其阻礙作用減弱甚至消失。 晶粒長大晶粒長大-晶粒長大極限晶粒長大極限半徑公式的推半徑公式的推導(dǎo)導(dǎo)設(shè)第二相顆粒為球形，設(shè)第二相顆粒為球形，對(duì)晶界的阻力為對(duì)晶界的阻力為F F，與驅(qū)動(dòng)力平衡與驅(qū)動(dòng)力平衡F=.2rcosF=.2rcoscoscos（9090-）=2rcos=2rcoscoscos（-） (1) (1) 角只取決于第二相角只取決于第二相顆粒與晶粒間的表顆粒與晶粒間的表面張力，可看作恒面張力，可看作恒定值，定值，F(xiàn)，的分量的分量晶粒長大極限半徑公式的

25、推導(dǎo)晶粒長大極限半徑公式的推導(dǎo)-現(xiàn)將（現(xiàn)將（1 1）式對(duì)）式對(duì)求極大值，令求極大值，令dF/d=0 dF/d=0 ，可得：，可得： Fmax=rFmax=r（1+cos1+cos） （2 2） 假設(shè)在單位面積的晶界面上有假設(shè)在單位面積的晶界面上有N NS S個(gè)第二相顆粒，其半徑個(gè)第二相顆粒，其半徑都為都為r r，則總阻力，則總阻力 F F總總=N=NS Srr（1+cos1+cos） （3 3） 設(shè)單位體積中有設(shè)單位體積中有N NV V個(gè)質(zhì)點(diǎn)，其體積個(gè)質(zhì)點(diǎn)，其體積 分?jǐn)?shù)為分?jǐn)?shù)為f f，f=f=（4 /34 /3）r r3 3 N NV V /1/1 = = （4 /34 /3）r r3 3 N

26、 NV V 故，故， N NV V = 3 f / = 3 f / （4 r4 r3 3 ） （4 4）晶粒長大極限半徑公式的推導(dǎo)晶粒長大極限半徑公式的推導(dǎo)- 取單位晶界面積兩側(cè)厚度皆為取單位晶界面積兩側(cè)厚度皆為r r的正方體，所有中心位于這的正方體，所有中心位于這個(gè)個(gè)1 11 12r2r體積內(nèi)半徑為體積內(nèi)半徑為r r的第二相顆粒，都將與這部分晶界交的第二相顆粒，都將與這部分晶界交截，單位面積晶界將與截，單位面積晶界將與1 11 12r2rNVNV個(gè)晶粒交截。個(gè)晶粒交截。 N NS S = 2rN = 2rNV V （5 5）將（將（4 4）、（）、（5 5）式代入（）式代入（3 3）式，有）

27、式，有 F F總總=3f=3f（1+cos1+cos）/ / （2r 2r ） （6 6） 這個(gè)總阻力與晶界驅(qū)動(dòng)力這個(gè)總阻力與晶界驅(qū)動(dòng)力2/R2/R平衡平衡 2/R = 3f 2/R = 3f（1+cos1+cos）/（2r2r） 整理得：整理得：R=R=（4r/3f4r/3f）（）（1+1/cos 1+1/cos ） （7 7） 可看作常數(shù)，令可看作常數(shù)，令K= 1+1/cos K= 1+1/cos （8 8） R=Kr/f R=Kr/f二、晶粒的異常長大（二次再結(jié)晶）二、晶粒的異常長大（二次再結(jié)晶） 1.1.定義定義：將再結(jié)晶完成后的金屬繼續(xù)加熱至某一溫度以上，或：將再結(jié)晶完成后的金屬繼續(xù)

28、加熱至某一溫度以上，或更長時(shí)間的保溫，會(huì)有少數(shù)晶粒優(yōu)先長大，成為特別粗大的晶更長時(shí)間的保溫，會(huì)有少數(shù)晶粒優(yōu)先長大，成為特別粗大的晶粒，而其周圍較細(xì)的晶粒則逐漸被吞食掉，整個(gè)金屬由少數(shù)比粒，而其周圍較細(xì)的晶粒則逐漸被吞食掉，整個(gè)金屬由少數(shù)比再結(jié)晶后晶粒要大幾十倍甚至幾百倍的特大晶粒組成。再結(jié)晶后晶粒要大幾十倍甚至幾百倍的特大晶粒組成。 二、晶粒的異常長大二、晶粒的異常長大（二次再結(jié)晶）（二次再結(jié)晶）2.2.驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力：同正常晶粒同正常晶粒長大一樣，是長大前長大一樣，是長大前后的界面能差后的界面能差3.3.產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件：正常晶粒正常晶粒長大過程被彌散的第長大過程被彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)或雜質(zhì)、織二

29、相質(zhì)點(diǎn)或雜質(zhì)、織構(gòu)等所強(qiáng)烈阻礙。構(gòu)等所強(qiáng)烈阻礙。4. 4. 對(duì)性能的影響對(duì)性能的影響：得到得到粗大組織，降低材料粗大組織，降低材料的室溫機(jī)械性能，大的室溫機(jī)械性能，大多數(shù)情況下應(yīng)當(dāng)避免。多數(shù)情況下應(yīng)當(dāng)避免。5 5 金屬的熱加工金屬的熱加工 將金屬或合金加熱至再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的壓力加將金屬或合金加熱至再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的壓力加工稱為熱加工。工稱為熱加工。 熱加工時(shí)，硬化過程與軟化過程是同時(shí)進(jìn)行的，按熱加工時(shí)，硬化過程與軟化過程是同時(shí)進(jìn)行的，按其特征不同，可分為下述五種形式：其特征不同，可分為下述五種形式： (1) 動(dòng)態(tài)回復(fù) (2) 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 （1）、（）、（2）是在溫度和負(fù)荷聯(lián)合作用下發(fā)生的。）是在溫度和負(fù)荷聯(lián)