第7章 《材料科學(xué)》回復(fù)與再結(jié)晶

1、第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的變化第二節(jié) 回復(fù) 第三節(jié) 再結(jié)晶 第四節(jié) 晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大第五節(jié) 金屬的熱變形金屬的熱變形7 7 回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶7 7 回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶金屬材料冷變形時(shí)，其內(nèi)部的位錯(cuò)、空位、間隙原子等多種點(diǎn)陣缺陷將發(fā)生增殖和運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果是點(diǎn)陣缺陷密度增大并排列成高能量的組態(tài)。產(chǎn)生的結(jié)果是：產(chǎn)生的結(jié)果是：使金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及一系列與上述點(diǎn)陣使金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及一系列與上述點(diǎn)陣缺陷有關(guān)的物理、力學(xué)等性能較冷變形前發(fā)缺陷有關(guān)的物理、力學(xué)等性能較冷變形前發(fā)生明顯變化。生明顯變化。使金屬變形時(shí)所消耗能量的一部分（不使金屬變形時(shí)所消耗能量的一部分（不超過總消耗的百分之幾）以點(diǎn)

2、陣缺陷所具超過總消耗的百分之幾）以點(diǎn)陣缺陷所具有的應(yīng)變能儲(chǔ)存于金屬內(nèi)部。有的應(yīng)變能儲(chǔ)存于金屬內(nèi)部。變形儲(chǔ)存能：變形儲(chǔ)存能：冷變形時(shí)儲(chǔ)存于金屬內(nèi)部的能量。冷變形時(shí)儲(chǔ)存于金屬內(nèi)部的能量。7.1 7.1 7.1.17.1.1顯微組織的變化顯微組織的變化 冷變形后金屬在加熱時(shí)，其組織和性能會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)觀察可以將這個(gè)過程分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段：回復(fù)階段：回復(fù)階段：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，在金相顯微鏡中無明顯變化；再結(jié)晶階段：再結(jié)晶階段：無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程；晶粒長(zhǎng)大階段：晶粒長(zhǎng)大階段：再結(jié)晶結(jié)束后晶粒的長(zhǎng)大過程。7.1 7.1 7.1.2

3、 7.1.2 性能的變化性能的變化回復(fù)階段：回復(fù)階段：冷變形強(qiáng)化效果仍能大 部分保留。再結(jié)晶階段：再結(jié)晶階段：強(qiáng)度、硬度明顯下降， 塑性升高，冷變形強(qiáng)化效果喪失，金 屬軟化。晶粒長(zhǎng)大階段：晶粒長(zhǎng)大階段：強(qiáng)度、硬度繼續(xù)下降, 塑性繼續(xù)提高，粗化嚴(yán)重時(shí)塑性也下 降。密度密度: :在回復(fù)階段變化不大，在再結(jié) 晶階段急劇升高；電阻：電阻：電阻在回復(fù)階段可明顯下降。回復(fù)階段：回復(fù)階段：內(nèi)應(yīng)力部分消除；再結(jié)晶階段：再結(jié)晶階段：內(nèi)應(yīng)力全部消除。（3 3）內(nèi)應(yīng)力的變化）內(nèi)應(yīng)力的變化7.1 7.1 7.1.3 7.1.3 儲(chǔ)存能的釋放儲(chǔ)存能的釋放 冷變形階段形成的儲(chǔ)存能使金屬處于亞穩(wěn)態(tài)，在退火階段組織和性冷變形

4、階段形成的儲(chǔ)存能使金屬處于亞穩(wěn)態(tài)，在退火階段組織和性 能的變化過程既是儲(chǔ)存能的釋放過程。能的變化過程既是儲(chǔ)存能的釋放過程。儲(chǔ)存能儲(chǔ)存能是是變形金屬變形金屬加熱時(shí)發(fā)生加熱時(shí)發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶的的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力。曲線對(duì)比表明：曲線對(duì)比表明：回復(fù)階段時(shí)各材料釋放回復(fù)階段時(shí)各材料釋放的儲(chǔ)存能量均很小。的儲(chǔ)存能量均很小。不純金屬及合金在再結(jié)不純金屬及合金在再結(jié)晶前的回復(fù)階段，儲(chǔ)存能晶前的回復(fù)階段，儲(chǔ)存能釋放的較多。釋放的較多。雜質(zhì)或合金元素對(duì)基體雜質(zhì)或合金元素對(duì)基體金屬再結(jié)晶過程存在推遲金屬再結(jié)晶過程存在推遲作用。作用。圖圖 變形金屬退火過程中的能量釋放變形金屬退火過程中的能量釋放純金屬不純金屬

5、合金7.2 7.2 回復(fù)回復(fù)7.2.17.2.1回復(fù)過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化機(jī)制回復(fù)過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化機(jī)制 回復(fù)的驅(qū)動(dòng)力回復(fù)的驅(qū)動(dòng)力：彈性畸變能的降低。：彈性畸變能的降低。（1 1）低溫回復(fù)）低溫回復(fù)（溫度：溫度：0.1Tm0.3 Tm） 在低溫加熱時(shí)在低溫加熱時(shí)，冷變形金屬的回復(fù)與空位、間隙原子等點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)有，冷變形金屬的回復(fù)與空位、間隙原子等點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，關(guān)，這些運(yùn)動(dòng)主要有兩種情況：這些運(yùn)動(dòng)主要有兩種情況：點(diǎn)缺陷遷移至晶界、表面、位錯(cuò)處而消失；空位和間隙原子相遇對(duì)消。u根據(jù)回復(fù)階段加熱溫度及內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化特征、機(jī)制不同，將其分為三類：根據(jù)回復(fù)階段加熱溫度及內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化特征、機(jī)制不同，將其

6、分為三類：因此，金屬中的點(diǎn)缺陷密度明顯降低。因此，金屬中的點(diǎn)缺陷密度明顯降低。點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)7.2 7.2 回復(fù)回復(fù)7.2.17.2.1回復(fù)過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化機(jī)制回復(fù)過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化機(jī)制 （2 2）中溫回復(fù)（）中溫回復(fù)（溫度：溫度：0.3Tm0.5 Tm）中溫加熱時(shí)，中溫加熱時(shí)，冷變形金屬的回復(fù)仍與點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，但由于回復(fù)溫冷變形金屬的回復(fù)仍與點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，但由于回復(fù)溫度的升高，金屬中度的升高，金屬中原來運(yùn)動(dòng)受阻的位錯(cuò)因熱激活重新開始滑移并成為中溫原來運(yùn)動(dòng)受阻的位錯(cuò)因熱激活重新開始滑移并成為中溫回復(fù)的主要機(jī)制?；貜?fù)的主要機(jī)制。其主要表現(xiàn)有兩種：其主要表現(xiàn)有兩種：位錯(cuò)滑移位錯(cuò)

7、滑移因此，金屬中的位錯(cuò)密度降低。因此，金屬中的位錯(cuò)密度降低。7.2 7.2 回復(fù)回復(fù)7.2.17.2.1回復(fù)過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化機(jī)制回復(fù)過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化機(jī)制 溫度：溫度： 0.5T0.5Tm m由于高溫加熱對(duì)位錯(cuò)的熱激活進(jìn)一步加強(qiáng)，由于高溫加熱對(duì)位錯(cuò)的熱激活進(jìn)一步加強(qiáng)，變形金屬的回復(fù)機(jī)制主變形金屬的回復(fù)機(jī)制主要與位錯(cuò)的攀移運(yùn)動(dòng)有關(guān)。要與位錯(cuò)的攀移運(yùn)動(dòng)有關(guān)。F同一滑移面上的同號(hào)刃型位錯(cuò)同一滑移面上的同號(hào)刃型位錯(cuò)在本身彈性應(yīng)力場(chǎng)作用下，發(fā)生攀移運(yùn)動(dòng)，最終通過滑移和攀移通過滑移和攀移使得這些位錯(cuò)從同一滑移面變?yōu)樵诓煌瑥耐换泼孀優(yōu)樵诓煌泼嫔县Q直排列的位錯(cuò)墻，移面上豎直排列的位錯(cuò)墻，如圖所

8、示，以降低總畸變能。降低總畸變能。圖圖 回復(fù)過程中的位錯(cuò)攀移與滑移回復(fù)過程中的位錯(cuò)攀移與滑移 圖為經(jīng)彎曲變形的單晶體產(chǎn)生高溫回復(fù)多邊化過程的示意圖。圖a為彎曲變形后滑移面上存在的同號(hào)刃型位錯(cuò)塞積群； 圖b為高溫問復(fù)時(shí)，按攀移與滑移模型，沿垂直于滑移面方向排列并按攀移與滑移模型，沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位錯(cuò)墻具有一定取向差的位錯(cuò)墻( (小角度亞晶界小角度亞晶界) )以及由此所產(chǎn)生的亞晶（回復(fù)以及由此所產(chǎn)生的亞晶（回復(fù)亞晶），即多邊化結(jié)構(gòu)。亞晶），即多邊化結(jié)構(gòu)。圖圖 位錯(cuò)在多邊化過程中重新分布位錯(cuò)在多邊化過程中重新分布7.2 7.2 回復(fù)回復(fù)7.2.17.2.1回復(fù)過程中微觀結(jié)構(gòu)的

9、變化機(jī)制回復(fù)過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化機(jī)制 多邊化多邊化 -高溫回復(fù)階段，刃型位錯(cuò)通過攀移和滑移而形成低能排列方高溫回復(fù)階段，刃型位錯(cuò)通過攀移和滑移而形成低能排列方 式的過程。式的過程。ab7.2 7.2 回復(fù)回復(fù)7.2.2 7.2.2 回復(fù)動(dòng)力學(xué)回復(fù)動(dòng)力學(xué) 在回復(fù)階段，在回復(fù)階段，材料性能的變化是隨溫度和時(shí)間的變化而變化的材料性能的變化是隨溫度和時(shí)間的變化而變化的，圖所示，圖所示就是相同變形程度多晶體鐵在不同溫度下的回復(fù)動(dòng)力學(xué)曲線。就是相同變形程度多晶體鐵在不同溫度下的回復(fù)動(dòng)力學(xué)曲線。 圖中縱坐標(biāo)為余應(yīng)變硬化率(1R)。R R為屈服應(yīng)力回復(fù)率， )()(0mrmR其中m m、r r和和0 0分別代

10、表變形前、變形后以及回復(fù)后的屈服應(yīng)力。顯然，屈服應(yīng)力回復(fù)程度屈服應(yīng)力回復(fù)程度R R愈大，則剩余應(yīng)愈大，則剩余應(yīng)變硬化率變硬化率(1(1R R) )越小。越小。特點(diǎn)：特點(diǎn)：圖圖 同一變形度的同一變形度的FeFe在不同溫度等溫退火后的性能變化曲線在不同溫度等溫退火后的性能變化曲線無孕育期；無孕育期；開始變化快，隨后變慢；開始變化快，隨后變慢； 長(zhǎng)時(shí)間處理后，性能趨于一平衡值；長(zhǎng)時(shí)間處理后，性能趨于一平衡值；加熱溫度越高，回復(fù)程度也越高；加熱溫度越高，回復(fù)程度也越高；變形量越大，初始晶粒尺寸越小，變形量越大，初始晶粒尺寸越小， 有助于加快回復(fù)速率。有助于加快回復(fù)速率?；貜?fù)特征通?？捎靡患?jí)反應(yīng)方程來表

11、達(dá)，即：回復(fù)特征通?？捎靡患?jí)反應(yīng)方程來表達(dá)，即： 7.2 7.2 回復(fù)回復(fù)7.2.2 7.2.2 回復(fù)動(dòng)力學(xué)回復(fù)動(dòng)力學(xué) cxdtdx 式中t t為恒溫下的加熱時(shí)間，x x為冷變形導(dǎo)致的性能增量經(jīng)加熱后的殘留分?jǐn)?shù)，c c為與材料和溫度有關(guān)的比例常數(shù)，c c值與溫度的關(guān)系具有典型的熱激活過程的特點(diǎn)：值與溫度的關(guān)系具有典型的熱激活過程的特點(diǎn)：RTQecc0式中Q Q為激活能，R R為氣體常數(shù)(8.3110-3J/molK)，c c0 0為比例常數(shù)，T T為絕對(duì)溫度。 將式將式7.27.2代入方程代入方程7.17.1中并積分，以中并積分，以x x0 0表示開始時(shí)性能增量的殘留分?jǐn)?shù)，則得：表示開始時(shí)性能

12、增量的殘留分?jǐn)?shù)，則得： （7.1） （ 7.2） xxtRTQdtecxdx000 （ 7.3） RTQtecxx00ln （7.4） 說明說明：與其它熱激活過程一樣，回復(fù)的速度隨溫度升高而增大。 如果采用兩個(gè)不同溫度將同一冷變形金屬的性能回復(fù)到同樣程度，則有：如果采用兩個(gè)不同溫度將同一冷變形金屬的性能回復(fù)到同樣程度，則有：112121expTTRQtt-冷變形金屬的回復(fù)過程能使內(nèi)應(yīng)力得到很大程度的消除，同冷變形金屬的回復(fù)過程能使內(nèi)應(yīng)力得到很大程度的消除，同時(shí)又能保持冷變形強(qiáng)化狀態(tài)。時(shí)又能保持冷變形強(qiáng)化狀態(tài)。7.2 7.2 回復(fù)回復(fù)7.2.2 7.2.2 回復(fù)動(dòng)力學(xué)回復(fù)動(dòng)力學(xué) 7.2.3 7.

13、2.3 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火回復(fù)退火的應(yīng)用回復(fù)退火的應(yīng)用 回復(fù)機(jī)制與性能的關(guān)系回復(fù)機(jī)制與性能的關(guān)系 -內(nèi)應(yīng)力降低內(nèi)應(yīng)力降低: :彈性應(yīng)變基本消除彈性應(yīng)變基本消除; ;硬度、強(qiáng)度下降不多：位錯(cuò)密度降低不明顯，硬度、強(qiáng)度下降不多：位錯(cuò)密度降低不明顯， 亞晶較細(xì)；亞晶較細(xì)； -電阻率明顯下降：空位減少，位錯(cuò)應(yīng)變能降低。電阻率明顯下降：空位減少，位錯(cuò)應(yīng)變能降低。 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 -降低應(yīng)力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開裂，提高耐蝕性。降低應(yīng)力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開裂，提高耐蝕性。7.3 7.3 再結(jié)晶再結(jié)晶7.3.1 7.3.1 再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大 再結(jié)

14、晶：再結(jié)晶：經(jīng)冷變形的金屬在足夠高的溫度下加熱時(shí)，通過新晶粒經(jīng)冷變形的金屬在足夠高的溫度下加熱時(shí)，通過新晶粒 的形核及長(zhǎng)大，以無畸變的等軸晶粒取代變形晶粒的過程。的形核及長(zhǎng)大，以無畸變的等軸晶粒取代變形晶粒的過程。（再結(jié)晶是一個(gè)顯微組織徹底改組、變形儲(chǔ)能充分釋放、性能顯著變化的過程。）（再結(jié)晶是一個(gè)顯微組織徹底改組、變形儲(chǔ)能充分釋放、性能顯著變化的過程。） 形核的兩種方式：形核的兩種方式：晶界凸出形核、亞晶形核。晶界凸出形核、亞晶形核。（1 1）晶界凸出形核）晶界凸出形核-晶核伸向小位錯(cuò)胞晶粒(畸變能較高區(qū)域)內(nèi) 對(duì)于變形程度較小的金屬（一般小于對(duì)于變形程度較小的金屬（一般小于20%20%），

15、再結(jié)晶晶核往往采用凸出形核機(jī)制生），再結(jié)晶晶核往往采用凸出形核機(jī)制生成，如圖所示。成，如圖所示。 圖圖 晶界弓出形核晶界弓出形核原因：當(dāng)變形度較小時(shí)，變形在各晶粒中往往不夠均勻，處于軟取向的晶粒變形較大。原因：當(dāng)變形度較小時(shí)，變形在各晶粒中往往不夠均勻，處于軟取向的晶粒變形較大。 7.3 7.3 再結(jié)晶再結(jié)晶7.3.1 7.3.1 再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大若界面由若界面由I I向向IIII推進(jìn)，則：推進(jìn)，則：當(dāng)當(dāng)/2/2時(shí)，晶界可以自發(fā)生長(zhǎng)，因時(shí)，晶界可以自發(fā)生長(zhǎng)，因此，此，凸出形核所需的能量條件為：凸出形核所需的能量條件為： E E 2/L 2/L如圖所示 ，設(shè)A、B為兩相鄰晶粒

16、，其中由于B晶粒變形時(shí)處于軟取向，因此變形程度也大于A晶粒，其形變后位錯(cuò)密度高于A晶粒，在回復(fù)階段所形成的亞晶尺寸也較小。為降低系統(tǒng)能量，在再結(jié)晶溫度下，晶界某處可能向B晶粒側(cè)弓出，并吞食B中亞晶，形成缺陷含量大大降低的晶核。圖圖 晶界凸出形核模晶界凸出形核模型型lldVAdVAEEAEdVsin2sin2E-單位體積A、B相鄰晶粒儲(chǔ)存能差；A-增加的晶界面積?？梢姡⒎蔷Ы缟先魏蔚胤蕉寄軌蛲钩鲂魏?，只有能量滿足一定條件才可能?？梢?，并非晶界上任何地方都能夠凸出形核，只有能量滿足一定條件才可能。7.3 7.3 再結(jié)晶再結(jié)晶7.3.1 7.3.1 再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大 某些取向差

17、較小取向差較小的相鄰亞晶界上的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)通過解離、拆散并轉(zhuǎn)移到其它亞晶界上，導(dǎo)致亞晶界的消失而形成亞晶間的合并，同時(shí)由于不斷有位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到新亞晶晶界上，因而其逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠼嵌染Ы?，它具有比小角度晶界大得多的遷移速度，從而成為再結(jié)晶晶核，如圖所示。（2 2）亞晶形核機(jī)制）亞晶形核機(jī)制對(duì)冷變形量較大的金屬，再結(jié)晶晶核往往采用亞晶形核機(jī)制生成。對(duì)冷變形量較大的金屬，再結(jié)晶晶核往往采用亞晶形核機(jī)制生成。原因：原因：形變量較大，晶界兩側(cè)晶粒的變形程度大致相似，因此弓出機(jī)制就不 顯著了。這時(shí)再結(jié)晶直接可借助于晶粒內(nèi)部的亞晶作為其形核核心。1 1）亞晶合并機(jī)制）亞晶合并機(jī)制圖圖 亞晶合并形核機(jī)制亞晶合并形核機(jī)制

18、7.3 7.3 再結(jié)晶再結(jié)晶7.3.1 7.3.1 再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大 某些取向差較大取向差較大的亞晶界具有較高的活性，可以直接吞食周圍亞晶，并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠼蔷Ы?，?shí)際上是某些亞晶的直接長(zhǎng)大，如圖所示。2 2）亞晶直接長(zhǎng)大機(jī)制）亞晶直接長(zhǎng)大機(jī)制圖圖 亞晶直接長(zhǎng)大形核機(jī)制亞晶直接長(zhǎng)大形核機(jī)制7.3 7.3 再結(jié)晶再結(jié)晶7.3.1 7.3.1 再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大 以凸出方式形成的再結(jié)晶核心，一旦超過臨界半徑，便自發(fā)向高畸變能的晶粒中生長(zhǎng)； 以亞晶機(jī)制形成的再結(jié)晶核心，一旦形成大角晶界，就可以迅速遷移生長(zhǎng)。（3 3）再結(jié)晶晶核的長(zhǎng)大）再結(jié)晶晶核的長(zhǎng)大晶界遷移的驅(qū)動(dòng)

19、力晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力：主要是相鄰晶粒間的畸變能差。主要是相鄰晶粒間的畸變能差。7.3 7.3 再結(jié)晶再結(jié)晶7.3.2 7.3.2 再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)再結(jié)晶過程存在著孕育期；再結(jié)晶過程存在著孕育期；開始時(shí)再結(jié)晶速度很小，然后逐漸加快，再結(jié)晶分?jǐn)?shù)約開始時(shí)再結(jié)晶速度很小，然后逐漸加快，再結(jié)晶分?jǐn)?shù)約50%50%時(shí)達(dá)到最大，然后時(shí)達(dá)到最大，然后 逐漸降低；逐漸降低；溫度越高，最再結(jié)晶轉(zhuǎn)變速度越快。溫度越高，最再結(jié)晶轉(zhuǎn)變速度越快。 再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)曲線如圖所示的“S S”形特征形特征（為Fe-0.03C-0.5Mn-0.19Nb合金冷軋80%）。圖中縱坐標(biāo)表示已再結(jié)晶晶粒分?jǐn)?shù)，橫坐標(biāo)表示保溫時(shí)間。圖圖 同

20、一變形度的同一變形度的FeFe在不同溫度在不同溫度等溫退火后的再結(jié)晶曲線等溫退火后的再結(jié)晶曲線（1 1）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：（2 2）描述：）描述： （Q QR R- -再結(jié)晶激活能；再結(jié)晶激活能；R-R-氣體常數(shù)；氣體常數(shù)；A-A-比例常數(shù)；比例常數(shù)；T-T-絕對(duì)絕對(duì)溫度）溫度）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： 由于：由于：v v再再1/t1/t，所以：，所以： RTRQAet/1在兩個(gè)不同溫度在兩個(gè)不同溫度T T1 1、T T2 2等溫等溫退火，產(chǎn)生同樣程度的再結(jié)退火，產(chǎn)生同樣程度的再結(jié)晶所需的時(shí)間分別為晶所需的時(shí)間分別為t t1 1、t t2 2，則：，則：112121TTRQ

21、ttReRTQRAev/再(1)(1)理論再結(jié)晶溫度理論再結(jié)晶溫度冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度。冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度。7.3 7.3 再結(jié)晶再結(jié)晶7.3.3 7.3.3 再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度( (再結(jié)晶在再結(jié)晶在0.50.51h1h內(nèi)完成時(shí)內(nèi)完成時(shí)) )測(cè)定方法：測(cè)定方法：硬度法硬度法金相法金相法（2 2）實(shí)際再結(jié)晶溫度）實(shí)際再結(jié)晶溫度 -經(jīng)過較大冷變形（變形量經(jīng)過較大冷變形（變形量70%70%）的金屬，在）的金屬，在1h1h內(nèi)能夠完成內(nèi)能夠完成再結(jié)晶（或再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)再結(jié)晶（或再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)95%95%）的最低溫度。）的最低溫度。 注：注：實(shí)際再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度

22、高實(shí)際再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度高100200。經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式l再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它是自某一溫過程，它是自某一溫度開始，在一個(gè)溫度度開始，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程。程。7.3 7.3 再結(jié)晶再結(jié)晶7.3.4 7.3.4 （1 1）退火溫度）退火溫度溫度越高，再結(jié)晶速度越大。溫度越高，再結(jié)晶速度越大。（2 2） 變形量變形量變形量越大，再結(jié)晶溫度越低；隨變形量增大，再結(jié)晶變形量越大，再結(jié)晶溫度越低；隨變形量增大，再結(jié)晶 溫度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結(jié)晶不能進(jìn)行。溫度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結(jié)晶不能進(jìn)行。（3 3） 原始晶粒尺寸原始晶

23、粒尺寸晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大；晶界越多，有利于形核。晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大；晶界越多，有利于形核。（4 4） 微量溶質(zhì)元素微量溶質(zhì)元素阻礙位錯(cuò)和晶界的運(yùn)動(dòng)，不利于再結(jié)晶。阻礙位錯(cuò)和晶界的運(yùn)動(dòng)，不利于再結(jié)晶。（5 5）第二分散相）第二分散相間距和直徑都較大時(shí)，提高畸變能，并可作為形核核心，間距和直徑都較大時(shí)，提高畸變能，并可作為形核核心， 促進(jìn)再結(jié)晶；直徑和間距很小時(shí)，提高畸變能，但阻礙晶促進(jìn)再結(jié)晶；直徑和間距很小時(shí)，提高畸變能，但阻礙晶 界遷移，阻礙再結(jié)晶。界遷移，阻礙再結(jié)晶。7.3 7.3 再結(jié)晶再結(jié)晶7.3.5 7.3.5 4/1NGkd （G-長(zhǎng)大速率； N再結(jié)晶晶粒的平均直徑再結(jié)晶晶粒的平

24、均直徑d d 可用下式表示：可用下式表示：凡影響形核率及長(zhǎng)大速度的因素都對(duì)再結(jié)晶完成后的晶粒大小產(chǎn)生作用一般情況下，總是希望晶粒細(xì)小。一般情況下，總是希望晶粒細(xì)小。 -形核速率；k-常數(shù)）預(yù)先變形度預(yù)先變形度當(dāng)變形程度很小時(shí)，晶粒尺寸與原始 晶粒相當(dāng)。當(dāng)變形程度繼續(xù)增加至某一量時(shí)（一 般在2%8%），晶粒尺寸特別粗大， 這一變形度常稱為臨界形變量臨界形變量。當(dāng)變形量繼續(xù)增大后，再結(jié)晶后晶粒 不斷細(xì)化。7.3 7.3 再結(jié)晶再結(jié)晶7.3.5 7.3.5 再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響 7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大 按照其長(zhǎng)大過程的特征，分為兩類：

25、按照其長(zhǎng)大過程的特征，分為兩類：1 1）正常長(zhǎng)大：正常長(zhǎng)大：大多數(shù)晶粒長(zhǎng)大速率相差不多，幾乎是均勻長(zhǎng)大。大多數(shù)晶粒長(zhǎng)大速率相差不多，幾乎是均勻長(zhǎng)大。2 2）反常長(zhǎng)大反常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶二次再結(jié)晶）：少數(shù)晶粒突發(fā)性的、不均勻的長(zhǎng)大。）：少數(shù)晶粒突發(fā)性的、不均勻的長(zhǎng)大。再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，這是一個(gè)自發(fā)的過程。這是一個(gè)自發(fā)的過程。580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580580C C保溫保溫1515分后的組織分后的組織700700C C保溫保溫1010分后的組織分后的組織圖圖 黃銅再結(jié)晶后晶

26、粒的長(zhǎng)大黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力：晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力：晶粒長(zhǎng)大后總的界面能的降低晶粒長(zhǎng)大后總的界面能的降低（界面能差）（界面能差）。7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大7.4.1 7.4.1 晶粒正常長(zhǎng)大晶粒正常長(zhǎng)大 長(zhǎng)大方式：長(zhǎng)大方式：以大角度晶界遷移、晶粒相互吞食的方式進(jìn)行。以大角度晶界遷移、晶粒相互吞食的方式進(jìn)行。（1 1）晶粒的長(zhǎng)大方式）晶粒的長(zhǎng)大方式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 再結(jié)晶完成后，新等軸晶已完全接觸，形變儲(chǔ)存能已完全釋放，但再結(jié)晶完成后，新等軸晶已完全接觸，形變儲(chǔ)存能已完全釋放，但在繼續(xù)保溫或升高溫度情況下，仍然可以

27、繼續(xù)長(zhǎng)大。在繼續(xù)保溫或升高溫度情況下，仍然可以繼續(xù)長(zhǎng)大。7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大7.4.1 7.4.1 晶粒正常長(zhǎng)大晶粒正常長(zhǎng)大（2 2）晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力）晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力 plrdld2sin2 設(shè)有一段園柱晶面面積元其曲率半徑為r r，長(zhǎng)為l l，晶界張力為（晶界能）為，界面兩側(cè)的平衡條件為： (pp-界面兩邊的壓力差界面兩邊的壓力差，p=pp=p凹凹-p-p凸凸) 當(dāng)界面變成平直當(dāng)界面變成平直( (pp=0)=0)時(shí)，界面不再遷移。時(shí)，界面不再遷移。因?yàn)橐驗(yàn)閐很小很小，sin（d/2）d/2p p = =/ /r r所以：所以：p=(1/r1+1/r2)對(duì)于一

28、般曲面界面：對(duì)于一般曲面界面：對(duì)于球面界面，對(duì)于球面界面，r r1 1= =r r2 2= =r r；pp=2=2/ /r r。（3 3）晶粒的穩(wěn)定形狀）晶粒的穩(wěn)定形狀1) 1) 兩個(gè)條件：兩個(gè)條件： 界面張力平衡界面張力平衡: : 其中1，2，3分別是晶粒1，2和3之間的二面角。12， 23， 31是晶粒1/2，晶粒2/3和晶粒3/1之間界面的晶界能。231123312sinsinsin7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大7.4.1 7.4.1 晶粒正常長(zhǎng)大晶粒正常長(zhǎng)大pp=0=0（界面為平面）；（界面為平面）；圖圖 三個(gè)晶界相交于一直三個(gè)晶界相交于一直線線大角度晶界，界面能

29、為常數(shù)，大角度晶界，界面能為常數(shù)，1212= = 2323= = 3131， 1 1= =2 2= =3 3=120 =120 2 2）趨勢(shì)：）趨勢(shì)：邊數(shù)為邊數(shù)為6 6的二維晶的二維晶 粒，晶界為直線，粒，晶界為直線， 夾角為夾角為120120；邊數(shù)大于邊數(shù)大于6 6的二維晶的二維晶 粒，晶界向內(nèi)凹，粒，晶界向內(nèi)凹， 夾角趨夾角趨120120；邊數(shù)小于邊數(shù)小于6 6的二維晶的二維晶 粒，晶界向外凸，粒，晶界向外凸， 夾角趨于夾角趨于120120。7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大7.4.1 7.4.1 晶粒正常長(zhǎng)大晶粒正常長(zhǎng)大（3 3）晶粒的穩(wěn)定形狀）晶粒的穩(wěn)定形狀7.4 7

30、.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大7.4.1 7.4.1 晶粒正常長(zhǎng)大晶粒正常長(zhǎng)大（4 4）影響晶粒正常長(zhǎng)大的因素）影響晶粒正常長(zhǎng)大的因素溫度溫度分散相微粒分散相微粒微量溶質(zhì)或雜質(zhì)微量溶質(zhì)或雜質(zhì)晶粒間位向差晶粒間位向差表面熱蝕溝：表面熱蝕溝：金屬薄板經(jīng)高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，在晶界與板面相交處，為了達(dá)金屬薄板經(jīng)高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，在晶界與板面相交處，為了達(dá) 到表面張力間的互相平衡將會(huì)通過表面擴(kuò)散而產(chǎn)生。到表面張力間的互相平衡將會(huì)通過表面擴(kuò)散而產(chǎn)生。 7.4.2 7.4.2 晶粒的反常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶）晶粒的反常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶） 產(chǎn)生的主要原因：組織中大多數(shù)晶粒邊界比較穩(wěn)定或被釘扎而只有少數(shù)晶

31、粒邊界易遷移。 二次再結(jié)晶對(duì)材料性能有害，但也有有利用價(jià)值的一面。圖圖 金屬薄板表面熱蝕溝金屬薄板表面熱蝕溝7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大 7.4.2 7.4.2 晶粒的反常長(zhǎng)大晶粒的反常長(zhǎng)大二次再結(jié)晶的一般規(guī)律二次再結(jié)晶的一般規(guī)律二次再結(jié)晶中形成的大晶粒二次再結(jié)晶中形成的大晶粒不是重新形核不是重新形核后長(zhǎng)大的，是某些特殊晶粒的后長(zhǎng)大的，是某些特殊晶粒的 繼續(xù)長(zhǎng)大。繼續(xù)長(zhǎng)大。二次再結(jié)晶開始之前，二次再結(jié)晶開始之前，有一個(gè)孕育期有一個(gè)孕育期。二次再結(jié)晶完成以后，有時(shí)也有明顯的二次再結(jié)晶完成以后，有時(shí)也有明顯的織構(gòu)織構(gòu)。和初次再結(jié)晶得到的織構(gòu)。和初次再結(jié)晶得到的織構(gòu) 明顯不同

32、。明顯不同。 要發(fā)生二次再結(jié)晶，加熱溫度必須在某一溫度以上。要發(fā)生二次再結(jié)晶，加熱溫度必須在某一溫度以上。二次再結(jié)晶的二次再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力也是晶界能驅(qū)動(dòng)力也是晶界能。 晶粒的異常長(zhǎng)大一般是在晶粒正常長(zhǎng)大過程被分散相粒子、結(jié)構(gòu)或表面熱蝕晶粒的異常長(zhǎng)大一般是在晶粒正常長(zhǎng)大過程被分散相粒子、結(jié)構(gòu)或表面熱蝕 溝等強(qiáng)烈阻礙情況下發(fā)生的。溝等強(qiáng)烈阻礙情況下發(fā)生的。圖圖 Mg-3Al-0.8ZnMg-3Al-0.8Zn合金退火組織合金退火組織 a a 正常再結(jié)晶，正常再結(jié)晶，b b 晶粒長(zhǎng)大，晶粒長(zhǎng)大，c c 二次再結(jié)晶二次再結(jié)晶 織構(gòu)明顯織構(gòu)明顯對(duì)組織和性能的影響對(duì)組織和性能的影響晶粒大小不均晶粒大小不均晶

33、粒粗大晶粒粗大7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大 7.4.2 7.4.2 晶粒的反常長(zhǎng)大晶粒的反常長(zhǎng)大7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大 7.4.3 7.4.3 再結(jié)晶退火及其組織控制再結(jié)晶退火及其組織控制作用：消除冷變形金屬的加工硬化及內(nèi)應(yīng)力。作用：消除冷變形金屬的加工硬化及內(nèi)應(yīng)力。（1 1）再結(jié)晶退火）再結(jié)晶退火恢復(fù)變形能恢復(fù)變形能改善顯微組織改善顯微組織消除各向異性消除各向異性提高組織穩(wěn)定性提高組織穩(wěn)定性再結(jié)晶溫度：再結(jié)晶溫度：T T再再100100200200。將冷變形的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保溫一定時(shí)間后，緩慢冷卻至將冷變形的金屬加熱到再結(jié)晶溫

34、度以上，保溫一定時(shí)間后，緩慢冷卻至 室溫的過程。室溫的過程。（2 2）再結(jié)晶組織）再結(jié)晶組織1 1）再結(jié)晶圖）再結(jié)晶圖-用三維圖形表示的退火溫度、冷變形程度對(duì)再結(jié)晶晶粒大小的影響。用三維圖形表示的退火溫度、冷變形程度對(duì)再結(jié)晶晶粒大小的影響。7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大 7.4.3 7.4.3 再結(jié)晶退火及其組織控制再結(jié)晶退火及其組織控制圖圖 再結(jié)晶退火溫度及變形量與再結(jié)晶后晶粒尺寸的關(guān)系再結(jié)晶退火溫度及變形量與再結(jié)晶后晶粒尺寸的關(guān)系l工業(yè)純鋁的再工業(yè)純鋁的再 結(jié)晶圖存在兩結(jié)晶圖存在兩 個(gè)粗晶區(qū)：個(gè)粗晶區(qū)：臨界變形度臨界變形度區(qū)域；區(qū)域；二次再結(jié)晶二次再結(jié)晶區(qū)域。區(qū)域。l

35、再結(jié)晶全圖對(duì)再結(jié)晶全圖對(duì) 于控制冷變形于控制冷變形 后退火的金屬后退火的金屬 材料的晶粒尺材料的晶粒尺 寸有很好的參寸有很好的參 考作用。考作用。2 2） 再結(jié)晶織構(gòu)再結(jié)晶織構(gòu): :7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大 7.4.3 7.4.3 再結(jié)晶退火及其組織控制再結(jié)晶退火及其組織控制擇優(yōu)生長(zhǎng)（特殊位向的再結(jié)晶晶核快速長(zhǎng)大）擇優(yōu)生長(zhǎng)（特殊位向的再結(jié)晶晶核快速長(zhǎng)大）-冷變形金屬在再結(jié)晶過程中形成具有擇優(yōu)取向的晶粒稱為再結(jié)晶織構(gòu)。冷變形金屬在再結(jié)晶過程中形成具有擇優(yōu)取向的晶粒稱為再結(jié)晶織構(gòu)。再結(jié)晶織構(gòu)形成理論：再結(jié)晶織構(gòu)形成理論：擇優(yōu)形核（沿襲形變織構(gòu)）擇優(yōu)形核（沿襲形變織構(gòu)）

36、擇優(yōu)形核理論認(rèn)為，擇優(yōu)形核理論認(rèn)為，當(dāng)當(dāng)變形量較大的金屬組織存在變形織構(gòu)時(shí)變形量較大的金屬組織存在變形織構(gòu)時(shí)，由于各，由于各亞晶的位向相近，而使亞晶的位向相近，而使再結(jié)晶形核具有擇優(yōu)取向再結(jié)晶形核具有擇優(yōu)取向，并經(jīng)，并經(jīng)長(zhǎng)大形成與原有織長(zhǎng)大形成與原有織構(gòu)相一致的再結(jié)晶織構(gòu)。構(gòu)相一致的再結(jié)晶織構(gòu)。 擇優(yōu)長(zhǎng)大理論認(rèn)為，擇優(yōu)長(zhǎng)大理論認(rèn)為，盡管金屬中盡管金屬中存在著強(qiáng)烈的變形織構(gòu)，存在著強(qiáng)烈的變形織構(gòu)，但是其但是其再結(jié)再結(jié)晶晶核的取向大都是無規(guī)則的晶晶核的取向大都是無規(guī)則的，只有，只有某些具有特殊位向的晶核才可能迅某些具有特殊位向的晶核才可能迅速向變形基體中長(zhǎng)大，速向變形基體中長(zhǎng)大，即形成了再結(jié)晶織構(gòu)

37、。即形成了再結(jié)晶織構(gòu)。 再結(jié)晶織構(gòu)對(duì)材料加工性能有害，但也有有利用價(jià)值的一面。再結(jié)晶織構(gòu)對(duì)材料加工性能有害，但也有有利用價(jià)值的一面。圖1 退火孿晶 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：晶界遷移出現(xiàn)層錯(cuò)形成晶界遷移出現(xiàn)層錯(cuò)形成的。的。7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大 7.4.3 7.4.3 再結(jié)晶退火及其組織控制再結(jié)晶退火及其組織控制(3(3） 退火孿晶退火孿晶: :在滑移受阻的情況下，晶體有可能采取孿生的方式進(jìn)行塑性變形，形成所在滑移受阻的情況下，晶體有可能采取孿生的方式進(jìn)行塑性變形，形成所 謂的謂的形變孿晶形變孿晶。在再結(jié)晶退火過程中，一些在再結(jié)晶退火過程中，一些不易產(chǎn)生形變孿晶不易產(chǎn)生

38、形變孿晶面心立方金屬面心立方金屬，如銅合金、，如銅合金、 奧氏體不銹鋼、鎳基合金等經(jīng)冷變形退火后，會(huì)出現(xiàn)如圖所示的退火孿晶。奧氏體不銹鋼、鎳基合金等經(jīng)冷變形退火后，會(huì)出現(xiàn)如圖所示的退火孿晶。 圖2 形成退火孿晶時(shí)111面上的堆垛次序 在面心立方金屬密排面111由正常堆垛順序ABCABCABC變?yōu)锳BCBACBACABC，如圖2所示。其中，C和A兩面為共格孿晶界面，其間的晶體則構(gòu)成一退火孿晶帶。 AB 一般認(rèn)為，一般認(rèn)為，退火孿晶是在晶粒生長(zhǎng)過程中形成的，如圖所示，當(dāng)晶粒通過晶界遷移而生長(zhǎng)時(shí)，若原子層在晶界角(111)面上的堆垛順序偶然發(fā)生錯(cuò)堆，則出現(xiàn)一共格的孿晶界面T。該孿晶界面在大角晶界不斷

39、遷移的長(zhǎng)大過程中，若原子再次在(111)面上發(fā)生錯(cuò)堆而恢復(fù)正常堆垛順序，則又形成第二個(gè)共格孿晶界面T，即構(gòu)成了一個(gè)退火孿晶帶。7.4 7.4 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大 7.4.3 7.4.3 再結(jié)晶退火及其組織控制再結(jié)晶退火及其組織控制圖9.73 退火孿晶的形成在孿晶界面能遠(yuǎn)小于大角晶界能的條件下，某些金屬與合金再結(jié)晶退火時(shí)在孿晶界面能遠(yuǎn)小于大角晶界能的條件下，某些金屬與合金再結(jié)晶退火時(shí)所發(fā)生的退火孿晶，主要與其層錯(cuò)能較低有關(guān)。所發(fā)生的退火孿晶，主要與其層錯(cuò)能較低有關(guān)。7.5 7.5 熱加工過程的回復(fù)和再結(jié)晶過程比較復(fù)雜，按其特征不同，可分為熱加工過程的回復(fù)和再結(jié)晶過程比較復(fù)雜，按

40、其特征不同，可分為 五種形式：五種形式：熱變形與冷變形的區(qū)別：熱變形與冷變形的區(qū)別： 一般地，以加工過程中所處溫度一般地，以加工過程中所處溫度是否高于再結(jié)晶溫度區(qū)分。是否高于再結(jié)晶溫度區(qū)分。 嚴(yán)格地說，嚴(yán)格地說，熱變形是指金屬在應(yīng)變硬化速率等于其軟化速率溫度以上熱變形是指金屬在應(yīng)變硬化速率等于其軟化速率溫度以上的變形。的變形。熱加工熱加工-在再結(jié)晶溫度以上的加工過程，在再結(jié)晶溫度以上的加工過程，硬化過程與軟化過程同時(shí)硬化過程與軟化過程同時(shí) 進(jìn)行。進(jìn)行。的。即在無負(fù)荷作用下發(fā)生它們是在變形停止后，靜態(tài)回復(fù)靜態(tài)再結(jié)晶亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生的；溫度和負(fù)荷聯(lián)合作用下它們是在變形時(shí)，即在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)態(tài)回復(fù))5

41、()4()3()2() 1 (冷加工冷加工-在再結(jié)晶溫度以下的加工過程，發(fā)生加工硬化。在再結(jié)晶溫度以下的加工過程，發(fā)生加工硬化。u利用熱加工的余熱來進(jìn)行，而不需重新加熱。利用熱加工的余熱來進(jìn)行，而不需重新加熱。 熱加工溫度：熱加工溫度：T T再再TT熱加工熱加工TTm m100100200200。7.5 7.5 7.5.1 7.5.1 第一階段：第一階段：微應(yīng)變階段微應(yīng)變階段，應(yīng)力增加很快，但應(yīng)變量不大，加工硬化開始出現(xiàn)。圖圖 動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線 （1 1）動(dòng)態(tài)回復(fù)動(dòng)態(tài)回復(fù)u層錯(cuò)能較高的金屬中易發(fā)生位錯(cuò)層錯(cuò)能較高的金屬中易發(fā)生位錯(cuò)的交滑移和攀移，因此易發(fā)生

42、動(dòng)態(tài)的交滑移和攀移，因此易發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)?；貜?fù)。第二階段：第二階段：均勻變形階段，均勻變形階段，曲線斜率逐漸減小，加工硬化部分地被回復(fù)引起的軟化所抵消。應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線分為三個(gè)不同階段：應(yīng)變曲線分為三個(gè)不同階段：第三階段：第三階段：穩(wěn)態(tài)變形階段，穩(wěn)態(tài)變形階段，曲線接近一水平線，加工硬化與動(dòng)態(tài)回復(fù)所引起的軟化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。變形溫度越高，應(yīng)變速率越低，變形溫度越高，應(yīng)變速率越低，此恒定值越低。此恒定值越低。7.5 7.5 7.5.1 7.5.1 對(duì)層錯(cuò)能較低的金屬，對(duì)層錯(cuò)能較低的金屬，不發(fā)生位錯(cuò)的交滑移，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶成為動(dòng)態(tài)軟化的主要方式。 在較高的應(yīng)變速率下，其應(yīng)力在較高的應(yīng)變速率下，其應(yīng)力-

43、 -應(yīng)變曲線（如圖所示）可分為三個(gè)階段：應(yīng)變曲線（如圖所示）可分為三個(gè)階段：（2 2）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 圖圖 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線第第階段：階段：穩(wěn)態(tài)流變階段，穩(wěn)態(tài)流變階段，此時(shí)加工硬化與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。第第I I階段：階段：加工硬化階段加工硬化階段，應(yīng)力隨應(yīng)變上升很快，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶沒有發(fā)生，金屬出現(xiàn)加工硬化。第第IIII階段：階段：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開始階段，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開始階段，當(dāng)應(yīng)變量達(dá)到臨界值時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開始，其軟化作用隨應(yīng)變?cè)黾又饾u加強(qiáng)，使應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾拥姆戎饾u降低當(dāng)應(yīng)力超過最大值后，軟化作用超過加工硬化，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣陆?。?dāng)應(yīng)變

44、以高速率進(jìn)行時(shí)，曲線為一水平線；當(dāng)應(yīng)變以高速率進(jìn)行時(shí)，曲線為一水平線；而應(yīng)變以低速率進(jìn)行時(shí)，曲線出現(xiàn)波動(dòng)。而應(yīng)變以低速率進(jìn)行時(shí)，曲線出現(xiàn)波動(dòng)。 u動(dòng)態(tài)再結(jié)晶在穩(wěn)態(tài)變形期間，金屬的晶粒為等軸狀，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶在穩(wěn)態(tài)變形期間，金屬的晶粒為等軸狀，晶界呈鋸齒晶界呈鋸齒狀，晶粒內(nèi)含有被位錯(cuò)纏結(jié)所分割的亞晶粒。因此，由動(dòng)態(tài)再結(jié)晶狀，晶粒內(nèi)含有被位錯(cuò)纏結(jié)所分割的亞晶粒。因此，由動(dòng)態(tài)再結(jié)晶獲得同樣大小的晶粒的金屬材料，其強(qiáng)度和硬度要比由靜態(tài)再結(jié)晶獲得同樣大小的晶粒的金屬材料，其強(qiáng)度和硬度要比由靜態(tài)再結(jié)晶獲得的高。獲得的高。u 顯然，加熱時(shí)只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)的金屬，由于內(nèi)部有較高的位錯(cuò)密顯然，加熱時(shí)只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)的金

45、屬，由于內(nèi)部有較高的位錯(cuò)密度，若能在熱加工后快速冷卻至室溫，可使材料具有較高的強(qiáng)度。度，若能在熱加工后快速冷卻至室溫，可使材料具有較高的強(qiáng)度。但若但若緩慢冷卻則會(huì)發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶而使材料徹底軟化。緩慢冷卻則會(huì)發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶而使材料徹底軟化。7.5 7.5 7.5.1 7.5.1 （3 3）晶粒大小的控制）晶粒大小的控制7.5 7.5 7.5.2 7.5.2 熱變形可焊合鑄態(tài)組織中的氣孔和疏松等缺陷，增加組織致密性，并通過熱變形可焊合鑄態(tài)組織中的氣孔和疏松等缺陷，增加組織致密性，并通過反復(fù)的形變和再結(jié)晶破碎粗大的鑄態(tài)組織，減小偏析，改善材料的機(jī)械性能。反復(fù)的形變和再結(jié)晶破碎粗大的鑄態(tài)組織，減小偏析

46、，改善材料的機(jī)械性能。熱加工后，材料中的偏析、夾雜物、第二相、晶界等將沿金屬變形方向呈熱加工后，材料中的偏析、夾雜物、第二相、晶界等將沿金屬變形方向呈斷續(xù)、鏈狀斷續(xù)、鏈狀( (脆性?shī)A雜脆性?shī)A雜) )和帶狀和帶狀( (塑性?shī)A雜塑性?shī)A雜) )延伸，形成流動(dòng)狀的纖維組織，稱延伸，形成流動(dòng)狀的纖維組織，稱為為流線流線。通常，沿流線方向比垂直流線方向具有較高的機(jī)械性能。通常，沿流線方向比垂直流線方向具有較高的機(jī)械性能。在共析鋼中，熱加工可使鐵索體和珠光體沿變形方向呈帶狀或?qū)訝罘植?，在共析鋼中，熱加工可使鐵索體和珠光體沿變形方向呈帶狀或?qū)訝罘植?，稱為稱為帶狀組織帶狀組織。有時(shí)，在層、帶間還伴隨著夾雜或偏析

47、元素的流線，使材料。有時(shí)，在層、帶間還伴隨著夾雜或偏析元素的流線，使材料表現(xiàn)出較強(qiáng)的各向異性，橫向的塑、韌性顯著降低，切削性能也變壞表現(xiàn)出較強(qiáng)的各向異性，橫向的塑、韌性顯著降低，切削性能也變壞熱加工時(shí)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的晶粒大小主要取決于變形時(shí)的流變應(yīng)力，熱加工時(shí)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的晶粒大小主要取決于變形時(shí)的流變應(yīng)力，應(yīng)力越大，應(yīng)力越大，晶粒越細(xì)小晶粒越細(xì)小。想在熱加工后獲得細(xì)小的晶粒必須想在熱加工后獲得細(xì)小的晶粒必須控制變形量、變形的終止溫度和隨后的控制變形量、變形的終止溫度和隨后的冷卻速度，冷卻速度，同時(shí)同時(shí)添加微量的合金元素抑制熱加工后的靜態(tài)再結(jié)晶添加微量的合金元素抑制熱加工后的靜態(tài)再結(jié)晶也是很好的也是很好的方法。熱加工后的細(xì)晶材料具有較高的強(qiáng)韌性。方法。熱加工后的細(xì)晶材料具有較高的強(qiáng)韌性。（2 2）形成流線和帶狀組織使材料性能各向異性）形成流線和帶狀組