Z6回復及再結(jié)晶

1、第六章第六章 金屬及合金的回復與再結(jié)晶金屬及合金的回復與再結(jié)晶本章目的：本章目的： 1 揭示形變金屬在加熱過程中組織和性能揭示形變金屬在加熱過程中組織和性能變化的規(guī)律；變化的規(guī)律； 2 揭示再結(jié)晶的實質(zhì)揭示再結(jié)晶的實質(zhì) 3 說明熱加工與冷加工的本質(zhì)區(qū)別以及熱說明熱加工與冷加工的本質(zhì)區(qū)別以及熱加工的特點。加工的特點。 （1）回復與再結(jié)晶的概念和應(yīng)用；）回復與再結(jié)晶的概念和應(yīng)用； （2）臨界變形度的概念；）臨界變形度的概念； （3）再結(jié)晶晶粒度的控制；）再結(jié)晶晶粒度的控制； （4）熱加工與冷加工的區(qū)別；）熱加工與冷加工的區(qū)別；本章重點：本章重點：6-1 形變金屬與合金在退火過程中的變化形變金屬與合

2、金在退火過程中的變化一一 退火概念退火概念 1 定義定義： 將金屬加熱到某溫度保溫一定時間，而將金屬加熱到某溫度保溫一定時間，而后緩慢冷至室溫，通過組織結(jié)構(gòu)的變化使后緩慢冷至室溫，通過組織結(jié)構(gòu)的變化使材料熱力學穩(wěn)定性得以提高的熱處理工藝。材料熱力學穩(wěn)定性得以提高的熱處理工藝。 根據(jù)退火溫度不同根據(jù)退火溫度不同(或或 Ac1 時：時： 驅(qū)動力為相變中兩相的體積自由能之差驅(qū)動力為相變中兩相的體積自由能之差 退火退火TT再再 T再再0.4T熔熔；實際；實際: +100200 顯微組織顯著變化顯微組織顯著變化 ： 轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S無畸變新晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S無畸變新晶粒 亞結(jié)構(gòu)：位錯密度大大降低；亞結(jié)構(gòu)：位錯密度

3、大大降低； 性能顯著變化：性能顯著變化： HB、；、 內(nèi)應(yīng)力完全消除。內(nèi)應(yīng)力完全消除。3 再結(jié)晶形核機制再結(jié)晶形核機制亞晶合并相鄰亞晶合并相鄰亞晶界中位錯通亞晶界中位錯通過攀移和滑移消過攀移和滑移消失失(2)亞晶界移動亞晶界移動(3) 晶界突出形核晶界突出形核 變形度較小，變形度較小，40%時時4 影響影響T再再的因素的因素 T再再：指開始出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象時的最低溫度：指開始出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象時的最低溫度 T熔熔 ： T熔熔， T再再 如：如： Fe: 1538 450; Pb(Sn): 300(200) 0; W: 3300 11001200 原因：原子間結(jié)合力強，難擴散原因：原子間結(jié)合力強，難擴

4、散 純度：純度： 純度純度，雜質(zhì)，雜質(zhì)% ，T再再 如：如：高純鋁高純鋁(99.999%)： T再再80 ； 工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁(99.9%)： T再再 290 原因：阻礙原子擴散與晶界遷移原因：阻礙原子擴散與晶界遷移又：又： 純鐵：純鐵： T再再 450； 碳鋼：碳鋼： T再再 500650 變形程度變形程度： 變形程度變形程度，T再再原因：原因： 儲存能儲存能，驅(qū)動力，驅(qū)動力 當當60%, 趨于穩(wěn)定；趨于穩(wěn)定； 當當，T再再； 無再結(jié)晶過程無再結(jié)晶過程最低再結(jié)最低再結(jié)晶溫度晶溫度 故故生產(chǎn)上通常規(guī)定經(jīng)過大變形量生產(chǎn)上通常規(guī)定經(jīng)過大變形量(70%)后的金屬在保溫時間后的金屬在保溫時間1h內(nèi)完成

5、內(nèi)完成再結(jié)晶再結(jié)晶(轉(zhuǎn)變量轉(zhuǎn)變量95)的溫度為的溫度為(最低最低)再結(jié)晶溫度。再結(jié)晶溫度。二二 晶粒長大晶粒長大 隨隨T，t，晶粒長大，晶粒長大 1 驅(qū)動力驅(qū)動力界面能界面能 界面多少：細晶界面多少：細晶粗晶；粗晶； 界面形態(tài)：界面能界面形態(tài)：界面能 界面曲率界面曲率 直晶界最穩(wěn)定直晶界最穩(wěn)定1201201202 長大方式長大方式： “大吃小大吃小”； 晶界拉直晶界拉直: 120，近六邊形，近六邊形三三 影響再結(jié)晶晶粒度的因素影響再結(jié)晶晶粒度的因素 d = K (G/N)1/4；（1）再結(jié)晶加熱溫度）再結(jié)晶加熱溫度 T，d 原因：原因： 原子擴散能力強、原子擴散能力強、 晶界易遷移晶界易遷移（

6、2）預先變形量：）預先變形量： = 1090%：, d = 210%：異常長大：異常長大 90%：異常長大：異常長大 原因：原因： 驅(qū)動力因素驅(qū)動力因素 形核因素形核因素 形變織構(gòu)因素形變織構(gòu)因素關(guān)鍵關(guān)鍵形變均勻度形變均勻度（3）合金元素、雜質(zhì)及第二相質(zhì)點）合金元素、雜質(zhì)及第二相質(zhì)點 均阻礙晶界運動均阻礙晶界運動細化；細化； 第二相愈彌散、細小、量愈多第二相愈彌散、細小、量愈多 細化效果愈明顯細化效果愈明顯 注意：注意： 分布須均勻，否則可能引起二次再結(jié)晶分布須均勻，否則可能引起二次再結(jié)晶 其它因素：其它因素： 原始晶粒尺寸、變形溫度等原始晶粒尺寸、變形溫度等二次再結(jié)晶二次再結(jié)晶： 形變量很大

7、時形變量很大時(9095%)或在較高溫度下或在較高溫度下某些晶粒的異常長大過程。某些晶粒的異常長大過程。 實質(zhì)并非再結(jié)晶過程，而為再結(jié)晶后實質(zhì)并非再結(jié)晶過程，而為再結(jié)晶后的晶粒長大的晶粒長大: “大吃小大吃小” = 210%：再結(jié)晶晶粒少、細小、被吃：再結(jié)晶晶粒少、細小、被吃 90%：含織構(gòu)且較多的雜質(zhì)時：含織構(gòu)且較多的雜質(zhì)時 避開過大、過小的避開過大、過小的臨界變形量臨界變形量 210%、 90%高純高純Fe-Si 箔材于箔材于1200真空退火時所產(chǎn)生真空退火時所產(chǎn)生的的 二次再結(jié)晶現(xiàn)象二次再結(jié)晶現(xiàn)象四四 再結(jié)晶應(yīng)用再結(jié)晶應(yīng)用再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 目的：目的： 中間退火：中間退火：消除加工硬

8、化消除加工硬化； 冷拔鐵鉻鋁電阻絲生產(chǎn)中：冷拔鐵鉻鋁電阻絲生產(chǎn)中： 氫氣保護再結(jié)晶退火氫氣保護再結(jié)晶退火 無相變金屬的細晶強化無相變金屬的細晶強化(如如Al、Cu等等)： 冷塑變冷塑變 + 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火細化的再結(jié)晶晶粒細化的再結(jié)晶晶粒再結(jié)晶全圖的應(yīng)用再結(jié)晶全圖的應(yīng)用 指導塑性加工與再結(jié)晶退火工藝指導塑性加工與再結(jié)晶退火工藝 加熱溫度、預變形度、再結(jié)晶晶粒度加熱溫度、預變形度、再結(jié)晶晶粒度6-4 金屬的熱加工金屬的熱加工主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：（1）熱加工與冷加工區(qū)別）熱加工與冷加工區(qū)別（2）熱加工對組織與性能影響）熱加工對組織與性能影響一一 金屬熱加工與冷加工的概念金屬熱加工與冷加工的概念

9、 熱加工：熱加工：T T再再； 冷加工：冷加工： T T再再；實質(zhì)實質(zhì)： 有否再結(jié)晶軟化過程有否再結(jié)晶軟化過程 衡量依據(jù)：衡量依據(jù)：T再再 例：例：W 在在1000非熱加工；非熱加工； Sn、Pb 在室溫為熱加工；在室溫為熱加工；二二 熱加工對組織、性能的影響熱加工對組織、性能的影響 熱加工：鋼材的熱鍛與熱軋熱加工：鋼材的熱鍛與熱軋1 消除鑄態(tài)組織缺陷：消除鑄態(tài)組織缺陷：（1）氣孔、疏松、微裂紋的焊合；）氣孔、疏松、微裂紋的焊合； 宏觀組織宏觀組織致密化致密化；（2）破碎粗大的鑄態(tài)晶粒；）破碎粗大的鑄態(tài)晶粒； 再結(jié)晶過程再結(jié)晶過程 晶粒、組織的晶粒、組織的細化細化；（3）減輕枝晶偏析）減輕枝晶

10、偏析 實際熱加工溫度遠高于再結(jié)晶溫度實際熱加工溫度遠高于再結(jié)晶溫度 成分成分均勻化均勻化 塑韌性塑韌性，熱加工組織優(yōu)于鑄態(tài)，熱加工組織優(yōu)于鑄態(tài)2 改善第二相、夾雜的分布改善第二相、夾雜的分布 纖維組織纖維組織（流線）（流線） ：鑄態(tài)組織的：鑄態(tài)組織的 枝晶偏析、枝晶偏析、夾雜物分布沿加工方向細碎延伸形成的組夾雜物分布沿加工方向細碎延伸形成的組織?？棥?使流線與力性方向分布合理使流線與力性方向分布合理 3 缺陷：存在帶狀組織與纖維組織缺陷：存在帶狀組織與纖維組織 帶狀組織帶狀組織：復相合金中各個相沿熱加工方：復相合金中各個相沿熱加工方向交替呈帶或?qū)訝罱M織。向交替呈帶或?qū)訝罱M織。 纖維組織纖維組織

11、：晶粒、區(qū)域偏析：晶粒、區(qū)域偏析(成分偏析、成分偏析、夾雜物分布夾雜物分布)沿加工方向延伸形成的組織。沿加工方向延伸形成的組織。 力性的各向異性力性的各向異性 鐵素體鐵素體珠光體珠光體 三、熱加工與冷加工的應(yīng)用三、熱加工與冷加工的應(yīng)用 熱加工優(yōu)點熱加工優(yōu)點：改善組織：改善組織 塑性好，變形抗力??；塑性好，變形抗力??； 缺缺 陷陷：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低、：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低、 應(yīng)應(yīng) 用用: （1）室溫下硬度、脆性較大的金屬；室溫下硬度、脆性較大的金屬； （2）截面尺寸大、精度低、變形量大；）截面尺寸大、精度低、變形量大； 冷加工冷加工：（1）用于）用于塑性好的金屬；塑性好的金屬

12、； （2）截面小，精度與表面質(zhì)量要求高；）截面小，精度與表面質(zhì)量要求高；第六章第六章 習題與思考題習題與思考題1 名詞解釋：回復名詞解釋：回復 多邊形化多邊形化 再結(jié)晶再結(jié)晶 臨界變形度臨界變形度2 指出下列名詞的區(qū)別：指出下列名詞的區(qū)別： 結(jié)晶結(jié)晶 再結(jié)晶再結(jié)晶 重結(jié)晶重結(jié)晶 熱加工與冷加工熱加工與冷加工 去應(yīng)力退火與再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火與再結(jié)晶退火3 舉例說明回復、再結(jié)晶退火在工業(yè)上的應(yīng)用。舉例說明回復、再結(jié)晶退火在工業(yè)上的應(yīng)用。4 金屬經(jīng)冷變形、熱加工后組織與性能各有何變化。金屬經(jīng)冷變形、熱加工后組織與性能各有何變化。5 試述位錯對金屬材料強度與塑性的作用。試述位錯對金屬材料強度與塑性的

13、作用。1 何謂加工硬化？產(chǎn)生的原因及消除的方法是何謂加工硬化？產(chǎn)生的原因及消除的方法是什么？加工硬化有何意義？什么？加工硬化有何意義？ 答：塑性變形中隨變形程度增加，金屬強硬答：塑性變形中隨變形程度增加，金屬強硬度增加而塑韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化；度增加而塑韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化； 加工硬化產(chǎn)生的原因：塑性變形引起的加工硬化產(chǎn)生的原因：塑性變形引起的位錯密度的增加，導致大量位錯間交互作用，位錯密度的增加，導致大量位錯間交互作用，互為阻礙，使位錯運動阻力增大，變形抗力互為阻礙，使位錯運動阻力增大，變形抗力增加；增加； 消除方法：再結(jié)晶退火消除方法：再結(jié)晶退火 加工硬化的意義：強化機制；加工

14、硬化的意義：強化機制； 使塑性變形均勻使塑性變形均勻2、（、（1）列舉）列舉4種強化金屬和合金的方法；種強化金屬和合金的方法； （2）指出晶粒大小對材料的機械性能影響）指出晶粒大小對材料的機械性能影響的特殊性？如何獲得細小的再結(jié)晶晶粒？的特殊性？如何獲得細小的再結(jié)晶晶粒？ 答：答： (1)固溶強化、位錯強化、晶界強化、第二固溶強化、位錯強化、晶界強化、第二相強化相強化 (2)在常溫條件下，晶粒愈細小，金屬的強在常溫條件下，晶粒愈細小，金屬的強硬度愈高，塑韌性亦愈好。但高溫下晶界硬度愈高，塑韌性亦愈好。但高溫下晶界強度低于晶內(nèi)，晶粒細小強度反而下降，強度低于晶內(nèi)，晶粒細小強度反而下降，但晶粒過于

15、粗大會降低塑性，故須采取適但晶粒過于粗大會降低塑性，故須采取適當粗的晶粒度當粗的晶粒度 。細化再結(jié)晶晶粒：細化再結(jié)晶晶粒： (1)控制變形度：控制變形度： 首先須避開臨界變形度，臨界變形度首先須避開臨界變形度，臨界變形度之外，變形度越大晶粒越細；之外，變形度越大晶粒越細； （2）控制變形溫度：）控制變形溫度： 變形溫度越低，晶粒越細??；變形溫度越低，晶粒越細??； （3）細化原始晶粒尺寸；）細化原始晶粒尺寸； （4）原始組織中保留一定量合金元素或雜）原始組織中保留一定量合金元素或雜質(zhì)原子等。質(zhì)原子等。3 拉制半成品銅絲的過程如圖所示，試繪拉制半成品銅絲的過程如圖所示，試繪出不同階段的組織與性能變

16、化示意圖，出不同階段的組織與性能變化示意圖，并加以解釋。并加以解釋。HBb4 金屬金屬Ag經(jīng)大變形量經(jīng)大變形量(70)冷加工后，試冷加工后，試樣一端浸入冰水中，一端加熱至樣一端浸入冰水中，一端加熱至0.9Tm，過，過程持續(xù)程持續(xù)1小時，然后將試樣冷至室溫。試畫小時，然后將試樣冷至室溫。試畫出沿試樣長度的組織與硬度分布曲線，并出沿試樣長度的組織與硬度分布曲線，并簡要說明之。簡要說明之。. 溫度溫度TT再，僅回復，硬度略有下降；再，僅回復，硬度略有下降；II. 隨隨T ，再結(jié)晶，硬度大大，再結(jié)晶，硬度大大， 且隨且隨T，再結(jié)晶的體積，再結(jié)晶的體積，HB；. 隨溫度隨溫度，晶粒長大，晶界對位錯運動阻

17、，晶粒長大，晶界對位錯運動阻 礙礙，故，故HB進進步步。T00.9TmT再再HRC5、低碳鋼、低碳鋼(01C)板經(jīng)大變形量冷軋后，板經(jīng)大變形量冷軋后，進行了再結(jié)晶退火，對其進行拉伸實驗，進行了再結(jié)晶退火，對其進行拉伸實驗，拉伸至延伸率為拉伸至延伸率為8時卸載，若：時卸載，若： (1) 卸載后立即拉伸；卸載后立即拉伸； (2) 卸載后室溫下放置卸載后室溫下放置10天后拉伸；天后拉伸； (3) 卸載后卸載后700退火退火1小時，空冷至室溫后小時，空冷至室溫后再拉伸；再拉伸； (4) 卸載后在卸載后在900退火保溫退火保溫10分鐘，空冷分鐘，空冷至室溫后再拉伸。至室溫后再拉伸。 試分別畫出上述試分別畫出上述4種情況下的應(yīng)力一種情況下的應(yīng)力一應(yīng)變曲線，并簡要說明之。應(yīng)變曲線，并簡要說明之。（1）卸載后立即拉伸，）卸載后立即拉伸，溶質(zhì)原子來不及在位錯溶質(zhì)原子來不及在位錯附近聚集，故無釘扎作附近聚集，故無釘扎作用，所以無上、下屈服用，所以無上、下屈服點；且因加工硬化的作點；且因加工硬化的作用，屈服強度較第一次用，屈服強度較第一次拉伸時有所提高；拉伸時有所提高；（2）經(jīng)過室溫時效，溶質(zhì)原子在位錯附近聚集又形）經(jīng)過室溫時效，溶質(zhì)原子在位錯附近聚集又形成氣團，釘扎位錯