金屬材料的變形與再結晶

1、1金屬的塑性變形與再結晶之回復與再結晶（P26）電廠金屬材料電廠金屬材料2022-5-292 回復與再結晶回復與再結晶 經(jīng)過塑性變形的金屬，發(fā)生一系列的的組織和結構以經(jīng)過塑性變形的金屬，發(fā)生一系列的的組織和結構以及性能的變化，金屬晶體的晶格也發(fā)生大量的畸變。由于及性能的變化，金屬晶體的晶格也發(fā)生大量的畸變。由于塑性變形而儲存在晶體中的這部分能量稱作形變儲存能。塑性變形而儲存在晶體中的這部分能量稱作形變儲存能。金屬釉自發(fā)地降低能量恢復變形前的組織和結構的趨勢，金屬釉自發(fā)地降低能量恢復變形前的組織和結構的趨勢，因此，形變后的金屬加熱時，將發(fā)生一系列的組織和性能因此，形變后的金屬加熱時，將發(fā)生一系列

2、的組織和性能的變化，變化的主要形式是回復與再結晶的變化，變化的主要形式是回復與再結晶 2022-5-293 回復與再結晶回復與再結晶 （1）組織變化）組織變化t0t1為第為第1階段，稱為階段，稱為回復回復 ：顯微組織幾乎不發(fā)生變化，：顯微組織幾乎不發(fā)生變化，晶粒仍保持變形后的形態(tài)晶粒仍保持變形后的形態(tài)t1t2為第為第階段，稱為階段，稱為再結晶再結晶:變形晶粒通過形核和長大變形晶粒通過形核和長大，變?yōu)樾碌牡容S晶粒（但不是相變）；，變?yōu)樾碌牡容S晶粒（但不是相變）；t2t3為第為第階段，稱為階段，稱為晶粒長大晶粒長大:晶粒通過晶界移動，發(fā)晶粒通過晶界移動，發(fā)生長大，直至達到一種相對穩(wěn)定的尺寸。生長大

3、，直至達到一種相對穩(wěn)定的尺寸。 冷變形金屬組織隨加熱溫度及時間的變化示意圖 t0t1t2t3回復回復再結晶再結晶晶粒長大晶粒長大2022-5-294（2）回復和再結晶的驅動力）回復和再結晶的驅動力 儲存能儲存能: 冷塑變形時，外力所做的功尚有一部分儲存在冷塑變形時，外力所做的功尚有一部分儲存在變形金屬的內部，這部分能量叫儲存能變形金屬的內部，這部分能量叫儲存能 儲存能是變形金屬加熱是發(fā)生回復和再結晶的驅動力儲存能是變形金屬加熱是發(fā)生回復和再結晶的驅動力（3）性能變化）性能變化 強度與硬度強度與硬度 電阻率電阻率 密度密度 內應力內應力2022-5-295（4）回）回 復復 機機 制制 低溫回復

4、低溫回復(0.10.3Tm) 主要涉及點缺陷的運動?？瘴恢饕婕包c缺陷的運動。空位或間隙原子移動到晶界或位錯處，空位與間隙原子相遇復或間隙原子移動到晶界或位錯處，空位與間隙原子相遇復合，使點缺陷密度大大下降。合，使點缺陷密度大大下降。 中溫回復中溫回復(0.30.5Tm) 位錯可以在滑移面上滑移或交位錯可以在滑移面上滑移或交滑移，使異號位錯相遇相消，位錯密度下降，位錯纏結內滑移，使異號位錯相遇相消，位錯密度下降，位錯纏結內部重新排列組合，使變形亞晶規(guī)整化。部重新排列組合，使變形亞晶規(guī)整化。 高溫回復高溫回復(0.5Tm) 位錯除滑移外，還可攀移，實現(xiàn)位錯除滑移外，還可攀移，實現(xiàn)多邊化，如下圖所

5、示。多邊化，如下圖所示。2022-5-296 再結晶再結晶1）定義）定義 冷變形后的金屬加熱到一定溫度時，在原來的變形冷變形后的金屬加熱到一定溫度時，在原來的變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，而性能發(fā)生了明組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，而性能發(fā)生了明顯的變化，并恢復到完全軟化的狀態(tài)，這個過程稱之顯的變化，并恢復到完全軟化的狀態(tài)，這個過程稱之為為再結晶再結晶。 2）形核機制）形核機制 晶界弓出形核機制晶界弓出形核機制 亞晶合并形核機制亞晶合并形核機制 亞晶蠶食形核機制亞晶蠶食形核機制 都是大都是大角度晶角度晶界的突界的突然遷移然遷移2022-5-297再結晶亞晶形核機制示意圖(b)亞晶合并形

6、核(a) 亞晶直接長大形核 形變造成了大位向差的界面形變造成了大位向差的界面界面遷移界面遷移再結晶晶核再結晶晶核ABC間位相差很小A和B合并ABC合并,形成大位相差界面2022-5-2983）影響再結晶的因素）影響再結晶的因素 （1）退火溫度：）退火溫度：加熱溫度越高，再結晶速度越快加熱溫度越高，再結晶速度越快（2）預先變形程度）預先變形程度：變形度越大，再結晶開始溫度越低：變形度越大，再結晶開始溫度越低；當變形量增大到一定程度后，再結晶開始溫度便趨于穩(wěn)；當變形量增大到一定程度后，再結晶開始溫度便趨于穩(wěn)定定（3）微量熔質原子：）微量熔質原子： 溶質或雜質原子與位錯，晶界存在溶質或雜質原子與位錯

7、，晶界存在交互作用，偏聚在位錯及晶界處，對位錯的運動及晶界的交互作用，偏聚在位錯及晶界處，對位錯的運動及晶界的遷移起阻礙作用，因此不利于再結晶的形核與長大，阻礙遷移起阻礙作用，因此不利于再結晶的形核與長大，阻礙再結晶，使再結晶溫度升高。再結晶，使再結晶溫度升高。2022-5-2993）影響再結晶的因素）影響再結晶的因素 （4）原始晶粒尺寸：）原始晶粒尺寸：其他條件相同情況下，晶粒越細，其他條件相同情況下，晶粒越細，變形抗力越大，冷變形后儲存能越多，再結晶溫度越低。變形抗力越大，冷變形后儲存能越多，再結晶溫度越低。相同變形度，晶粒越細，晶界總面積越大，可供形核場所相同變形度，晶粒越細，晶界總面積

8、越大，可供形核場所越多，生核率也增大，故再結晶速度加快。越多，生核率也增大，故再結晶速度加快。（5）分散相粒子）分散相粒子 ：既可能促進基體金屬的再結晶，也可：既可能促進基體金屬的再結晶，也可能阻礙再結晶能阻礙再結晶2022-5-2910影響再結晶后晶粒大小的主要因素有影響再結晶后晶粒大小的主要因素有1.預先變形程度預先變形程度 當變形度很小時當變形度很小時(c)不發(fā)生再結晶，故不發(fā)生再結晶，故晶粒大小不變；當晶粒大小不變；當=2%8%時，再結晶后的晶粒特別粗時，再結晶后的晶粒特別粗大，此時的變形度即所謂臨界變形度；當變形度大于臨大，此時的變形度即所謂臨界變形度；當變形度大于臨界變形度時，隨變

9、形度的增加，晶粒逐漸細化界變形度時，隨變形度的增加，晶粒逐漸細化 。2022-5-2911影響再結晶后晶粒大小的主要因素有影響再結晶后晶粒大小的主要因素有2. 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸 變形度一定時，原始晶粒越細，再結晶后變形度一定時，原始晶粒越細，再結晶后的晶粒也越細的晶粒也越細3. 退火溫度退火溫度 提高退火溫度，不僅使再結晶后的晶粒粗大，提高退火溫度，不僅使再結晶后的晶粒粗大，而且還影響臨界變形度的大小而且還影響臨界變形度的大小4. 微量熔質原子和雜質微量熔質原子和雜質 一般都能起細化晶粒的作用一般都能起細化晶粒的作用2022-5-2912 再結晶后的晶粒長大再結晶后的晶粒長大 9.3.

10、3.1晶粒的正常長大（即均勻長大）晶粒的正常長大（即均勻長大）（1）定義）定義：再結晶剛剛完成，得到細小的無畸變等軸晶粒：再結晶剛剛完成，得到細小的無畸變等軸晶粒，當升高溫度或延長保溫時間，晶粒仍可繼續(xù)長大，若均，當升高溫度或延長保溫時間，晶粒仍可繼續(xù)長大，若均勻地連續(xù)生長叫勻地連續(xù)生長叫正常長大正常長大。（2）長大方式）長大方式：依靠大角度晶界的移動并吞食其他晶粒：依靠大角度晶界的移動并吞食其他晶粒實現(xiàn)的。實現(xiàn)的。（3）長大的驅動力）長大的驅動力：晶粒長大的驅動力，從整體上看，：晶粒長大的驅動力，從整體上看，是晶粒長大前后總的界面能差。從個別晶粒長大的微觀過是晶粒長大前后總的界面能差。從個別

11、晶粒長大的微觀過程來說，晶界具有不同的曲率則是造成晶界遷移的直接原程來說，晶界具有不同的曲率則是造成晶界遷移的直接原因。因。2022-5-2913鋁晶粒長大的晶界遷移 1 遷移前晶界位置 2 遷移后晶界位置2022-5-29149.3.3.2 晶粒的反常長大（不均勻長大，或稱為二次再結晶）晶粒的反常長大（不均勻長大，或稱為二次再結晶） 某些金屬材料經(jīng)過嚴重變形之后，在較高溫度退火，會某些金屬材料經(jīng)過嚴重變形之后，在較高溫度退火，會出現(xiàn)晶粒的反常長大，如下圖所示。這個過程就像在再結出現(xiàn)晶粒的反常長大，如下圖所示。這個過程就像在再結晶后，細小、均勻的等軸晶粒中又重新發(fā)生了形核和長大晶后，細小、均勻的等軸晶粒中又重新發(fā)生了形核和長大，故又稱之為，故又稱之為“二次再結晶二次再結晶”。 晶粒異常長大過程 2022-5-2915（2）長大方式）長大方式：來自總界面的降低。：來自總界面的降低。 （3）長大的驅動力）長大的驅動力：少數(shù)晶粒突發(fā)性地迅速地粗化，使：少數(shù)晶粒突發(fā)性地迅速地粗化，使晶粒間的尺寸差別顯著增大。不需重新形核。晶粒間的尺寸差別顯著增大。不需重新形核。（4）二次再結晶有以下特征：）二次再結晶有以下特征： 1.驅動力來自界面能或表面能的降低。驅動力來自界面能或表面能的降低。 2.不需要重新形核，是以一次再結晶后的某些特殊晶粒作不需要重新形核，是以一次再結晶后的某些特殊晶