回復與再結晶

回復與再結晶第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月外力使金屬變形時，外力對金屬作功。這些能量大部分轉化為熱量散失到環(huán)境中；有一部分能量（2~10%）保存到變形金屬中-形變儲存能，金屬處于不穩(wěn)定狀態(tài)。金屬塑性變形后，其組織性能發(fā)生了很大變化，為了恢復性能，需要加熱-退火。加熱時，不穩(wěn)定狀態(tài)的金屬將發(fā)生一系列轉變，逐步向平衡狀態(tài)轉變。第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1冷變形金屬在加熱時的

組織與性能變化

(1)組織變化分為回復、再結晶和晶粒長大三個階段。第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月回復階段：顯微組織仍為纖維狀，無可見變化；再結晶階段：變形晶粒通過形核長大，逐漸轉變?yōu)樾碌臒o畸變的等軸晶粒。晶粒長大階段：晶界移動、晶粒粗化，達到相對穩(wěn)定的形狀和尺寸。沒有發(fā)生相變。第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)變形儲存能量的釋放能量存在形式：位錯（80～90％）、彈性應變能（3～12％）和點缺陷儲存能的釋放：原子遷移至平衡位置，儲存能得以釋放。第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)變形金屬加熱時的性能變化第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1力學性能回復階段：強度、硬度略有下降，塑性略有提高。再結晶階段：強度、硬度明顯下降，塑性明顯提高。晶粒長大階段：強度、硬度繼續(xù)下降，塑性繼續(xù)提高，粗化嚴重時下降。2物理性能密度：在回復階段變化不大，在再結晶階段急劇升高；電阻：電阻在回復階段可明顯下降。第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2回復

（1）回復的特征回復過程中，宏觀內(nèi)應力消除；強度、硬度基本不變位錯密度基本不變；顯微組織不變大角度晶界沒有移動回復退火的應用-去應力退火降低應力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開裂，提高耐蝕性第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）回復機理回復實質(zhì)是晶體中點缺陷和位錯移動，主要是空位的擴散，從而改變?nèi)毕莘植己腿毕輸?shù)量的過程?；貜偷尿寗恿Γ盒巫儍Υ婺芫唧w回復機制與溫度有關。第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月低溫回復溫度0.1－0.3Tm點缺陷（主要是空位）運動使點缺陷密度降低，如移至自由表面、晶界空位＋間隙原子對消空位與位錯發(fā)生作用而消失，如位錯攀移空位聚集崩塌成為位錯環(huán)電阻率明顯變化第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月中溫回復溫度0.3－0.5Tm位錯進行滑移和交滑移，位錯密度略有降低異號位錯相遇而抵消位錯重新排列、纏結程度降低亞晶粒規(guī)整化第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月高溫回復溫度>0.5Tm原子活動能力強，G降低。位錯可以攀移、滑移和交滑移，位錯垂直排列形成多邊化亞晶粒-多邊化。多變化可以降低彈性畸變能，消除宏觀、微觀應力。亞晶略有長大。第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）回復動力學回復是晶體缺陷減少的過程，可用一級反應方程表達第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月屈服強度的回復動力學與以上公式相符沒有孕育期；開始變化快，隨后變慢；長時間處理后，性能趨于一平衡值。實驗證明，Q與空位的擴散激活能十分接近，說明回復過程主要是由空位擴散實現(xiàn)的。第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3再結晶再結晶是低位錯密度、等軸晶粒取代高缺陷密度、拉長晶粒的過程。再結晶是形核長大過程,但不是相變再結晶的驅動力也是形變儲存能（位錯能量）再結晶徹底改變變形組織，消除加工硬化等冷變形影響。第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3.1再結晶的形核與長大(1)形核再結晶形核就是形成小塊低缺陷的區(qū)域；是依靠可動性較大界面的突發(fā)式移動實現(xiàn)的。界面的移動性取決于兩個因素界面兩側晶體的位向差大??；界面兩側形變儲存能差別大小界面兩側差別較大，界面的可動性較高，容易形核。大角度晶界；亞晶界。第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月形核時能量變化設界面兩側1，2兩(亞)晶粒中，2位錯密度較高，1中位錯密度較低；驅動力-兩側單位體積儲存能差ES;阻力-新增界面能總自由焓變化第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月形核機制亞晶長大形核機制

（變形量較大時）

亞晶合并形核亞晶界移動形核（吞并其它亞晶或變形部分）晶界凸出形核（變形量較小時）晶界弓出形核，凸向亞晶粒小的方向第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）長大驅動力：界面兩側的畸變能差方式：晶核向畸變晶粒擴展，直至新晶粒相互接觸。無畸變晶粒長大是形變儲存能釋放的過程，自發(fā)過程。再結晶不是相變過程。第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3.2再結晶動力學開始時再結晶速度很小，在體積分數(shù)為0.5時最大，然后減慢第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月再結晶溫度再結晶溫度并非定值，與成分、原始組織、變形量、加熱條件等有關。規(guī)定：經(jīng)嚴重冷變形（變形量>70%）的金屬或合金，在1h內(nèi)能夠完成再結晶的（再結晶體積分數(shù)>95%）最低溫度為材料的再結晶溫度。高純金屬：T再＝(0.25~0.35)Tm。2經(jīng)驗公式工業(yè)純金屬：T再＝(0.35~0.45)Tm。合金：T再＝(0.4~0.9)Tm。注：再結晶退火溫度一般比上述溫度高100～200℃。第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3.3影響再結晶的因素退火溫度。溫度越高，再結晶速度越大。變形量。變形量越大，再結晶溫度越低；隨變形量增大，再結晶溫度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結晶不能進行。原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅動力越大；晶界越多，有利于形核。微量溶質(zhì)元素。阻礙位錯和晶界的運動，不利于再結晶。第二分散相。間距和直徑都較大時，提高畸變能，并可作為形核核心，促進再結晶；直徑和間距很小時，提高畸變能，但阻礙晶界遷移，阻礙再結晶。第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月再結晶晶粒大小的控制影響再結晶的因素同樣影響再結晶后晶粒的大小。第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月變形量。存在臨界變形量，生產(chǎn)中應避免臨界變形量。原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅動力越大，形核位置越多，使晶粒細化。合金元素和雜質(zhì)。增加儲存能，阻礙晶界移動，有利于晶粒細化。溫度。變形溫度越高，回復程度越大，儲存能減小，晶粒粗化；退火溫度越高，臨界變形度越小，晶粒粗大。第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月再結晶圖第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月退火孿晶Fcc結構的金屬或合金，如Cu、Ni及合金、奧氏體鋼等，冷變形后退火時容易得到退火孿晶。第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月再結晶織構具有形變織構的金屬在再結晶后往往仍具有織構-再結晶織構。再結晶織構可能與變形織構相同，但是大多數(shù)不同。形成原因再結晶時擇尤長大再結晶時擇尤形核第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月再結晶的應用恢復變形能力改善顯微組織再結晶退火消除各向異性提高組織穩(wěn)定性再結晶溫度：T再＋100～200℃。第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.4晶粒長大加熱時，晶粒會逐漸長大，降低界面面積。冷變形金屬在再結晶完成后，繼續(xù)加熱也會發(fā)生晶粒長大。晶粒長大是通過大角度界面的移動、大晶粒吃掉小晶粒方式進行的。驅動力：界面能差；長大方式：正常長大；異常長大（二次再結晶）第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.4.1晶界移動的驅動力晶界移動的驅動力源于晶界移動后體系自由能的降低，一般是晶界能量降低；個別情況是表面能降低；對于大角度晶界，比界面能幾乎為常數(shù)，界面張力指向曲率中心—界面移動方向與再結晶時方向相反第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月設有雙晶體，其中B晶粒呈球狀存在于A晶粒之內(nèi)。A、B晶粒間的晶界為曲率半徑為R的球面。界面能單位面積界面受到的驅動力力的方向指向曲率中心，B晶粒將逐漸縮小直至消失。第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.4.2晶粒的正常長大如果所有晶界具有相近的可動性，那么長大的晶粒數(shù)很多，晶粒的尺寸比較均勻，晶粒平均尺寸的增大也是連續(xù)的，這種晶粒長大稱為正常晶粒長大或連續(xù)晶粒長大。第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月影響晶粒長大的因素（1）溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。（2）分散相粒子。阻礙晶界遷移，降低晶粒長大速率。（3）雜質(zhì)與合金元素。降低界面能，不利于晶界移動。（4）晶粒位向差。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。（5）表面熱蝕溝阻礙晶粒長大。第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.4.3晶粒的異常長大少數(shù)再結晶晶粒的急劇長大現(xiàn)象，晶粒尺寸差別顯著增大，直至這些迅速長大的晶粒完全互相接觸為止。也稱二次再結晶、不連續(xù)晶粒長大。發(fā)生條件：正常晶粒長大被阻止。第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月晶粒長大的后果各向異性明顯力學性能惡化，強度、韌性降低且不均勻磁導率上升提高表面粗糙度第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

8.5金屬熱加工

8.5.1動態(tài)回復與動態(tài)再結晶在加熱過程中，冷變形金屬發(fā)生的回復、再結晶也稱為靜態(tài)回復、靜態(tài)再結晶。如果變形溫度較高，回復、再結晶可在變形后馬上發(fā)生，稱為動態(tài)回復、動態(tài)再結晶。加工硬化與動態(tài)回復、動態(tài)再結晶軟化同時進行。第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月動態(tài)回復動態(tài)回復：在塑變過程中發(fā)生的回復。穩(wěn)定階段，位錯增殖與消失速率相等組織中包含亞晶粒，位錯密度較高。

影響和流變應力第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月動態(tài)再結晶動態(tài)再結晶：在塑變過程中發(fā)生的再結晶。

影響和流變應力包含亞晶粒，位錯密度較高。反復形核，有限長大，晶粒較細。采用低的變形終止溫度、大的最終變形量、快的冷卻速度可獲得細小晶粒。第39頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.5.2金屬的熱加工

(1)塑性加工的分類

冷加工：在再結晶溫度以下的加工過程。發(fā)生加工硬化。（溫加工：只發(fā)生動態(tài)回復的變形；）熱加工：在再結晶溫度以上的加工過程。（硬化、回復、再結晶。）熱加工溫度：T再<T熱加工<T固－100～200℃。第40頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）熱加工后的組織與性能改善鑄錠組織與性能。由于阻力小，可以進行大量變形，使氣泡焊合、破碎大塊化合物、細化晶粒、降低偏析。提高強度、塑性、韌性。形成纖維組織（流線）。枝晶、偏析、夾雜物沿變形方向呈纖維狀分布。各向異性。沿流線方向塑性和韌性提高明顯。第41頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月帶狀組織形成：兩相合金變形或帶狀偏析被拉長。影響：各向異性。消除：避免在兩相區(qū)變形、減少夾雜元