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

金屬(jīnshǔ)在冷和熱塑性加工過(guò)程中組織和性能的變化規(guī)律

報(bào)告(bàogào)人：吳毅報(bào)告時(shí)間：2015年11月2日共二十九頁(yè)一、回復(fù)(huífù)二、再結(jié)晶三、晶粒長(zhǎng)大具體內(nèi)容：1/27共二十九頁(yè)觀(guān)察在不同加熱溫度下變化的特點(diǎn)，可將退火過(guò)程分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大(chánɡdà)三個(gè)階段。（1）回復(fù)：是指新的無(wú)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：是指出現(xiàn)無(wú)畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過(guò)程；（3）晶粒長(zhǎng)大：是指再結(jié)晶結(jié)束之后晶粒的繼續(xù)長(zhǎng)大。2/27共二十九頁(yè)冷變形金屬在退火(tuìhuǒ)過(guò)程中顯微組織的變化3/27共二十九頁(yè)冷變形金屬退火時(shí)某些(mǒuxiē)性能和能量的變化性能(xìngnéng)及其他指標(biāo)加熱溫度04/27共二十九頁(yè)同一變形程度(chéngdù)的多晶體鐵在不同溫度退火時(shí)，屈服強(qiáng)度的回復(fù)動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)一、回復(fù)(huífù)1.回復(fù)動(dòng)力學(xué)剩余應(yīng)變硬化分?jǐn)?shù)（1-R）時(shí)間/min5/27共二十九頁(yè)這種回復(fù)特征(tèzhēng)可用一級(jí)反應(yīng)方程式來(lái)表達(dá)：c值與溫度(wēndù)的關(guān)系具有典型的熱激活過(guò)程的特點(diǎn)，可由Arrhenius方程來(lái)描述：最終得到lnt~1/T的關(guān)系式為：6/27共二十九頁(yè)2.回復(fù)(huífù)機(jī)制

（1）低溫回復(fù)（0.1~0.3Tm）：主要與點(diǎn)缺陷的遷移有關(guān)(yǒuguān)。（2）中溫回復(fù)（0.3~0.5Tm）：主要與位錯(cuò)的滑移有關(guān)。（3）高溫回復(fù)（>0.5Tm）：高溫時(shí)，刃型位錯(cuò)可獲得足夠的能量產(chǎn)生攀移。7/27共二十九頁(yè)（a）多變化(biànhuà)前刃型位錯(cuò)散亂分布（b）多變化(biànhuà)后刃型位錯(cuò)排列成位錯(cuò)壁因此，回復(fù)退火主要是用作去應(yīng)力退火，使冷加工的金屬在基本上保持加工硬化狀態(tài)的條件下降低其內(nèi)應(yīng)力，以避免變形并改善工件的耐蝕性。8/27共二十九頁(yè)二、再結(jié)晶

與回復(fù)不同，再結(jié)晶是一個(gè)顯微組織重新改組的過(guò)程，驅(qū)動(dòng)力是變形金屬(jīnshǔ)經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲(chǔ)存能。1.再結(jié)晶過(guò)程：形核和長(zhǎng)大

晶界弓出形核形核

亞晶形核

亞晶合并(hébìng)機(jī)制亞晶遷移機(jī)制9/27長(zhǎng)大：再結(jié)晶晶核形成后，借助界面的移動(dòng)向周?chē)儏^(qū)域長(zhǎng)大，直到全部形成無(wú)畸變的等軸晶為止。共二十九頁(yè)（1）晶界弓出形核具有(jùyǒu)亞晶粒組織晶粒間的凸出形核示意圖晶界弓出形核模型(móxíng)示意圖10/27共二十九頁(yè)（2）亞晶合并(hébìng)機(jī)制亞晶粒合并(hébìng)形核示意圖11/27共二十九頁(yè)（3）亞晶遷移(qiānyí)機(jī)制亞晶粒遷移(qiānyí)長(zhǎng)大示意圖12/27共二十九頁(yè)2.再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)（1）再結(jié)晶速度與溫度(wēndù)的關(guān)系：（2）特點(diǎn)：再結(jié)晶過(guò)程有一孕育期，開(kāi)始速度慢，然后逐漸增大，在體積分?jǐn)?shù)為50%最大，然后減慢。經(jīng)98%冷軋的純銅（質(zhì)量(zhìliàng)分?jǐn)?shù)為ωCu=99.999%）在不同溫度下的等溫再結(jié)晶曲線(xiàn)再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)/%時(shí)間/min13/27共二十九頁(yè)作1/T~lgt圖，直線(xiàn)(zhíxiàn)的斜率為2.3R/Q（3）動(dòng)力學(xué)方程(fāngchéng)表達(dá)式（1/T）/×10-3K-1經(jīng)98%冷軋的純銅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為ωCu=99.999%）在不同溫度下等溫再結(jié)晶時(shí)的1/T~lgt圖t(φR為50%所需的時(shí)間)/min14/27共二十九頁(yè)3.再結(jié)晶溫度及其影響(yǐngxiǎng)因素（1）定義：冷變形金屬開(kāi)始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度。高純金屬：T再=0.25~0.35Tm經(jīng)驗(yàn)公式工業(yè)純金屬：T再=0.35~0.45Tm合金：T再=0.4~0.9Tm注：再結(jié)晶退火溫度一般(yībān)比上述溫度高100~200℃15/27共二十九頁(yè)a.變形(biànxíng)量（2）再結(jié)晶溫度(wēndù)的影響因素開(kāi)始再結(jié)晶溫度/℃變形度/%a—電解鐵b—鋁16/27共二十九頁(yè)b.原始晶粒尺寸c.微量溶質(zhì)原子d.第二相粒子e.再結(jié)晶退火工藝參數(shù)，如加熱速度、加熱溫度與保溫(bǎowēn)時(shí)間等。再結(jié)晶溫度(wēndù)退火時(shí)間17/27共二十九頁(yè)4.再結(jié)晶后的晶粒大小及其影響(yǐngxiǎng)因素（1）利用(lìyòng)約翰遜-梅厄方程，可得再結(jié)晶后晶粒尺寸d的表達(dá)式為：（2）影響因素a.變形度的影響18/27共二十九頁(yè)低碳鋼（ωC=0.06%）變形度及退火(tuìhuǒ)溫度對(duì)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，以及形變溫度(wēndù)等均對(duì)再結(jié)晶后的晶粒大小也有影響。b.退火溫度的影響放大100倍時(shí)每6.45cm2中晶粒數(shù)變形度/%19/27共二十九頁(yè)三、晶粒長(zhǎng)大(chánɡdà)驅(qū)動(dòng)力：界面(jièmiàn)能差。長(zhǎng)大方式

正常長(zhǎng)大異常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶）20/27共二十九頁(yè)（1）定義：再結(jié)晶后晶粒的均勻連續(xù)長(zhǎng)大。（2）驅(qū)動(dòng)力：界面(jièmiàn)能差。界面(jièmiàn)能越大，曲率半徑越小，驅(qū)動(dòng)力越大。(長(zhǎng)大方向是指向曲率中心,而再結(jié)晶晶核的長(zhǎng)大方向相反.)注：由于晶粒長(zhǎng)大是通過(guò)大角度晶界的遷移來(lái)進(jìn)行的，因而所有影響晶界遷移的因素均對(duì)晶粒長(zhǎng)大有影響。1.正常(zhèngcháng)長(zhǎng)大21/27共二十九頁(yè)a.溫度(wēndù)（3）影響晶粒長(zhǎng)大(chánɡdà)的因素Dt/×108cm2時(shí)間/minɑ黃銅在恒溫下的晶粒長(zhǎng)大曲線(xiàn)22/27共二十九頁(yè)b.分散相粒子：一般有晶粒穩(wěn)定(wěndìng)尺寸d和第二相質(zhì)點(diǎn)半徑r、體積分?jǐn)?shù)

的關(guān)系：

移動(dòng)(yídòng)中的晶界與分散相粒子的交互作用示意圖23/27共二十九頁(yè)c.晶粒間的位向差：小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者(qiánzhě)的移動(dòng)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(dòng)。300℃時(shí)，微量錫對(duì)區(qū)域提純的高純鉛的晶界遷移(qiānyí)速度的影響晶界遷移速度/mm?min-1ω(Sn)/%24/27共二十九頁(yè)2、異常(yìcháng)長(zhǎng)大（1）定義：少數(shù)再結(jié)晶晶粒的急劇(jíjù)長(zhǎng)大現(xiàn)象。（2）機(jī)制a.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c.大晶粒吞并小晶粒

25/27共二十九頁(yè)（3）對(duì)組織(zǔzhī)和性能的影響織構(gòu)明顯(míngxiǎn)各向異性?xún)?yōu)化磁導(dǎo)率晶粒大小不均性能不均晶粒粗大降低強(qiáng)度和塑韌性提高表面粗糙度純的和含MnS的Fe-3Si合金（冷軋到0.35mm厚，ε=50%）在不同溫度退火1h的晶粒尺寸硅鐵二次再結(jié)晶的反常晶粒26/27共二十九頁(yè)最后，謝謝(xièxie)大家！參考書(shū)目：1、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》第三版，胡庚祥，蔡珣，戎詠華編著(biānzhù)，上海交通大學(xué)出版社。2、《金屬塑性變形物理基礎(chǔ)》，楊覺(jué)先編著，冶金工業(yè)出版社。27/27共二十九頁(yè)內(nèi)容(nèiróng)總結(jié)金屬在冷和熱塑性加工過(guò)程中組織和性能的變化規(guī)律。金屬在冷和熱塑性加工過(guò)程中組織