金屬在冷和熱塑性加工過程中組織和性能變化規(guī)律之回復(fù)和再結(jié)晶

1、金屬在冷和熱塑性加工過程中組織金屬在冷和熱塑性加工過程中組織和性能的變化規(guī)律和性能的變化規(guī)律報告人：吳毅報告人：吳毅報告時間：報告時間：20152015年年1111月月2 2日日一、回復(fù)一、回復(fù)二、再結(jié)晶二、再結(jié)晶三、晶粒長大三、晶粒長大具體內(nèi)容：具體內(nèi)容：1/27觀察在不同加熱溫度下變化的特點，可將觀察在不同加熱溫度下變化的特點，可將退火過程分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三退火過程分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個階段。個階段。（1）回復(fù)：回復(fù)：是指新的無畸變晶粒出現(xiàn)前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段；（2）再結(jié)晶再結(jié)晶：是指出現(xiàn)無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程；（3）晶粒長大：晶粒長大：是指

2、再結(jié)晶結(jié)束之后晶粒的繼續(xù)長大。2/27冷變形金屬在退火過程中顯微組織的變化冷變形金屬在退火過程中顯微組織的變化3/27冷變形金屬退火時某些性能和能量的變化冷變形金屬退火時某些性能和能量的變化性能及其他指標(biāo)性能及其他指標(biāo)加熱溫度加熱溫度04/27同一變形程度的多晶體鐵在不同溫度退火時，同一變形程度的多晶體鐵在不同溫度退火時，屈服強(qiáng)度的回復(fù)動力學(xué)曲線屈服強(qiáng)度的回復(fù)動力學(xué)曲線剩余應(yīng)變硬化分?jǐn)?shù)（剩余應(yīng)變硬化分?jǐn)?shù)（1-R）時間時間/min5/27這種回復(fù)特征可用一級反應(yīng)方程式來表達(dá)：這種回復(fù)特征可用一級反應(yīng)方程式來表達(dá)：cxtxddc值與溫度的關(guān)系具有典型的熱激活過程的特點，可值與溫度的關(guān)系具有典型的熱

3、激活過程的特點，可由由Arrhenius方程來描述：方程來描述：)/(0RTQecc最終得到最終得到lnt1/T的關(guān)系式為：的關(guān)系式為：RTQAtln6/272.回復(fù)機(jī)制回復(fù)機(jī)制 （1）低溫回復(fù)（）低溫回復(fù)（0.10.3Tm）：主要與點缺陷的遷移有關(guān)。（2）中溫回復(fù)（）中溫回復(fù)（0.30.5Tm）：主要與位錯的滑移有關(guān)。（3）高溫回復(fù)（）高溫回復(fù)（0.5Tm）：高溫時，刃型位錯可獲得足夠的能量產(chǎn)生攀移。7/27（a）多變化前刃型位錯散亂分布）多變化前刃型位錯散亂分布（b）多變化后刃型位錯排列成位錯壁）多變化后刃型位錯排列成位錯壁 因此，回復(fù)退火主要是用作去應(yīng)力退火，使冷加因此，回復(fù)退火主要是用

4、作去應(yīng)力退火，使冷加工的金屬在基本上保持加工硬化狀態(tài)的條件下降低其工的金屬在基本上保持加工硬化狀態(tài)的條件下降低其內(nèi)應(yīng)力，以避免變形并改善工件的耐蝕性。內(nèi)應(yīng)力，以避免變形并改善工件的耐蝕性。8/27二、再結(jié)晶二、再結(jié)晶 與回復(fù)不同，再結(jié)晶是一個顯微組織重新改組與回復(fù)不同，再結(jié)晶是一個顯微組織重新改組的過程，驅(qū)動力是變形金屬經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲的過程，驅(qū)動力是變形金屬經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲存能。存能。1.再結(jié)晶過程：形核和長大再結(jié)晶過程：形核和長大 晶界弓出形核晶界弓出形核形核形核 亞晶形核亞晶形核 亞晶合并機(jī)制亞晶合并機(jī)制亞晶遷移機(jī)制亞晶遷移機(jī)制9/27長大：再結(jié)晶晶核形成后，借助界面的移動向周圍

5、畸長大：再結(jié)晶晶核形成后，借助界面的移動向周圍畸變區(qū)域長大，直到全部形成無畸變的等軸晶為止。變區(qū)域長大，直到全部形成無畸變的等軸晶為止。（1）晶界弓出形核）晶界弓出形核具有亞晶粒組織晶粒間的凸出形核示意圖具有亞晶粒組織晶粒間的凸出形核示意圖晶界弓出形核模型示意圖晶界弓出形核模型示意圖10/27（2）亞晶合并機(jī)制亞晶合并機(jī)制亞晶粒合并形核示意圖亞晶粒合并形核示意圖11/27（3）亞晶遷移機(jī)制）亞晶遷移機(jī)制亞晶粒遷移長大示意圖亞晶粒遷移長大示意圖12/272.再結(jié)晶動力學(xué)再結(jié)晶動力學(xué)（1）再結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系：）再結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系：（2）特點：再結(jié)晶過程有一孕育期，開始速度慢，）特點：再結(jié)晶

6、過程有一孕育期，開始速度慢，然后逐漸增大，在體積分?jǐn)?shù)為然后逐漸增大，在體積分?jǐn)?shù)為50%最大，然后減慢。最大，然后減慢。)/exp(RTQAv經(jīng)經(jīng)98%冷軋的純銅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為冷軋的純銅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Cu=99.999%）在不同溫度下的等溫再結(jié)晶曲線）在不同溫度下的等溫再結(jié)晶曲線再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)/%時間時間/min13/27作作1/Tlgt圖，直線的斜率為圖，直線的斜率為2.3R/QtQRAQRTlg3 . 2lg3 . 21（3）動力學(xué)方程表達(dá)式）動力學(xué)方程表達(dá)式（1/T）/10-3K-1經(jīng)經(jīng)98%冷軋的純銅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為冷軋的純銅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Cu=99.999%）在不同）在不同溫度

7、下等溫再結(jié)晶時的溫度下等溫再結(jié)晶時的1/Tlgt圖圖t(R為為50%所需的時間所需的時間)/min14/273.再結(jié)晶溫度及其影響因素再結(jié)晶溫度及其影響因素（1）定義）定義：冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶的最冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度。低溫度。 高純金屬：高純金屬：T再再=0.250.35Tm經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式 工業(yè)純金屬：工業(yè)純金屬：T再再=0.350.45Tm 合金：合金：T再再=0.40.9Tm 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10020015/27a. 變形量變形量（2）再結(jié)晶溫度的影響因素）再結(jié)晶溫度的影響因素開始再結(jié)晶溫度開始再結(jié)晶溫度/變形度變

8、形度/%a電解鐵電解鐵 b鋁鋁16/27b.原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸c.微量溶質(zhì)原子微量溶質(zhì)原子d.第二相粒子第二相粒子e.再結(jié)晶退火工藝參數(shù)，如加熱速度、加熱溫度與再結(jié)晶退火工藝參數(shù)，如加熱速度、加熱溫度與保溫時間等。保溫時間等。再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度退火時間退火時間17/274.再結(jié)晶后的晶粒大小及其影響因素再結(jié)晶后的晶粒大小及其影響因素（1）利用約翰遜）利用約翰遜-梅厄方程，可得再結(jié)晶后晶粒尺梅厄方程，可得再結(jié)晶后晶粒尺寸寸d的表達(dá)式為：的表達(dá)式為：（2）影響因素）影響因素a.變形度的影響變形度的影響41)(NGkd 18/27低碳鋼（低碳鋼（C=0.06%）變形度及退）變形度及退火溫度對

9、再結(jié)晶后晶粒大小的影響火溫度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響 此外，原始晶粒大小、雜質(zhì)含量，以及形變溫此外，原始晶粒大小、雜質(zhì)含量，以及形變溫度等均對再結(jié)晶后的晶粒大小也有影響。度等均對再結(jié)晶后的晶粒大小也有影響。b.退火溫度的影響退火溫度的影響放大放大100倍時每倍時每6.45cm2中晶粒數(shù)中晶粒數(shù)變形度變形度/%19/27三、晶粒長大三、晶粒長大驅(qū)動力：界面能差。驅(qū)動力：界面能差。長大方式長大方式 正常長大正常長大異常長大（二次再結(jié)晶）異常長大（二次再結(jié)晶）20/27（1）定義：）定義：再結(jié)晶后晶粒的均勻連續(xù)長大。（2）驅(qū)動力：）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。(長大方向是

10、指向曲率中心,而再結(jié)晶晶核的長大方向相反.)注：由于晶粒長大是通過大角度晶界的遷注：由于晶粒長大是通過大角度晶界的遷移來進(jìn)行的，因而所有影響晶界遷移的因移來進(jìn)行的，因而所有影響晶界遷移的因素均對晶粒長大有影響。素均對晶粒長大有影響。1.正常長大正常長大21/27a.溫度溫度（3）影響晶粒長大的因素）影響晶粒長大的因素Dt/108cm2時間時間/min黃銅在恒溫下的晶粒長大曲線黃銅在恒溫下的晶粒長大曲線22/27b.分散相粒子：分散相粒子：一般有晶粒穩(wěn)定尺寸一般有晶粒穩(wěn)定尺寸d d和第二相質(zhì)和第二相質(zhì)點半徑點半徑r r、體積分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù) 的關(guān)系：的關(guān)系： 34limrD移動中的晶界與分散相粒子

11、的交互作用示意圖移動中的晶界與分散相粒子的交互作用示意圖23/27c.晶粒間的位向差：晶粒間的位向差：小角度晶界的界面能小于大角小角度晶界的界面能小于大角 度晶界，因而前者的移動速率低于后者。度晶界，因而前者的移動速率低于后者。d.雜質(zhì)與合金元素：降低界面能，不利于晶界移動。雜質(zhì)與合金元素：降低界面能，不利于晶界移動。300時，微量錫對區(qū)域提純的高純鉛的晶界遷移速度的影響時，微量錫對區(qū)域提純的高純鉛的晶界遷移速度的影響晶界遷移速度晶界遷移速度/mmmin-1(Sn)/%24/272、異常長大、異常長大（1）定義：少數(shù)再結(jié)晶晶粒的急劇長大現(xiàn)象。）定義：少數(shù)再結(jié)晶晶粒的急劇長大現(xiàn)象。（2）機(jī)制）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 25/27（3）對組織和性能的影響）對組織和性能的影響織構(gòu)明顯織構(gòu)明顯各向異性各向異性優(yōu)化磁導(dǎo)率優(yōu)化磁導(dǎo)率晶粒大小不均晶粒大小不均 性能不均性能不均晶粒粗大晶粒粗大降低強(qiáng)度和塑韌性降低強(qiáng)度和塑韌性提高表面粗糙度提高表面粗糙度純的和含純的和含MnS的的Fe-3Si合金（冷軋到合金（冷軋到0.35mm厚，厚，=50%）在不同溫度退火）在不同溫度退火1h的晶粒尺寸的晶