金屬在冷和熱塑性加工過程中組織和性能變化規(guī)律之回復和再結晶

金屬(jīnshǔ)在冷和熱塑性加工過程中組織和性能的變化規(guī)律

報告(bàogào)人：吳毅報告時間：2015年11月2日共二十九頁一、回復(huífù)二、再結晶三、晶粒長大具體內(nèi)容：1/27共二十九頁觀察在不同加熱溫度下變化的特點，可將退火過程分為回復、再結晶和晶粒長大(chánɡdà)三個階段。（1）回復：是指新的無畸變晶粒出現(xiàn)前所產(chǎn)生的亞結構和性能變化的階段；（2）再結晶：是指出現(xiàn)無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程；（3）晶粒長大：是指再結晶結束之后晶粒的繼續(xù)長大。2/27共二十九頁冷變形金屬在退火(tuìhuǒ)過程中顯微組織的變化3/27共二十九頁冷變形金屬退火時某些(mǒuxiē)性能和能量的變化性能(xìngnéng)及其他指標加熱溫度04/27共二十九頁同一變形程度(chéngdù)的多晶體鐵在不同溫度退火時，屈服強度的回復動力學曲線一、回復(huífù)1.回復動力學剩余應變硬化分數(shù)（1-R）時間/min5/27共二十九頁這種回復特征(tèzhēng)可用一級反應方程式來表達：c值與溫度(wēndù)的關系具有典型的熱激活過程的特點，可由Arrhenius方程來描述：最終得到lnt~1/T的關系式為：6/27共二十九頁2.回復(huífù)機制

（1）低溫回復（0.1~0.3Tm）：主要與點缺陷的遷移有關(yǒuguān)。（2）中溫回復（0.3~0.5Tm）：主要與位錯的滑移有關。（3）高溫回復（>0.5Tm）：高溫時，刃型位錯可獲得足夠的能量產(chǎn)生攀移。7/27共二十九頁（a）多變化(biànhuà)前刃型位錯散亂分布（b）多變化(biànhuà)后刃型位錯排列成位錯壁因此，回復退火主要是用作去應力退火，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)應力，以避免變形并改善工件的耐蝕性。8/27共二十九頁二、再結晶

與回復不同，再結晶是一個顯微組織重新改組的過程，驅動力是變形金屬(jīnshǔ)經(jīng)回復后未被釋放的儲存能。1.再結晶過程：形核和長大

晶界弓出形核形核

亞晶形核

亞晶合并(hébìng)機制亞晶遷移機制9/27長大：再結晶晶核形成后，借助界面的移動向周圍畸變區(qū)域長大，直到全部形成無畸變的等軸晶為止。共二十九頁（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（2）亞晶合并(hébìng)機制亞晶粒合并(hébìng)形核示意圖11/27共二十九頁（3）亞晶遷移(qiānyí)機制亞晶粒遷移(qiānyí)長大示意圖12/27共二十九頁2.再結晶動力學（1）再結晶速度與溫度(wēndù)的關系：（2）特點：再結晶過程有一孕育期，開始速度慢，然后逐漸增大，在體積分數(shù)為50%最大，然后減慢。經(jīng)98%冷軋的純銅（質(zhì)量(zhìliàng)分數(shù)為ωCu=99.999%）在不同溫度下的等溫再結晶曲線再結晶的體積分數(shù)/%時間/min13/27共二十九頁作1/T~lgt圖，直線(zhíxiàn)的斜率為2.3R/Q（3）動力學方程(fāngchéng)表達式（1/T）/×10-3K-1經(jīng)98%冷軋的純銅（質(zhì)量分數(shù)為ωCu=99.999%）在不同溫度下等溫再結晶時的1/T~lgt圖t(φR為50%所需的時間)/min14/27共二十九頁3.再結晶溫度及其影響(yǐngxiǎng)因素（1）定義：冷變形金屬開始進行再結晶的最低溫度。高純金屬：T再=0.25~0.35Tm經(jīng)驗公式工業(yè)純金屬：T再=0.35~0.45Tm合金：T再=0.4~0.9Tm注：再結晶退火溫度一般(yībān)比上述溫度高100~200℃15/27共二十九頁a.變形(biànxíng)量（2）再結晶溫度(wēndù)的影響因素開始再結晶溫度/℃變形度/%a—電解鐵b—鋁16/27共二十九頁b.原始晶粒尺寸c.微量溶質(zhì)原子d.第二相粒子e.再結晶退火工藝參數(shù)，如加熱速度、加熱溫度與保溫(bǎowēn)時間等。再結晶溫度(wēndù)退火時間17/27共二十九頁4.再結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，可得再結晶后晶粒尺寸d的表達式為：（2）影響因素a.變形度的影響18/27共二十九頁低碳鋼（ωC=0.06%）變形度及退火(tuìhuǒ)溫度對再結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)等均對再結晶后的晶粒大小也有影響。b.退火溫度的影響放大100倍時每6.45cm2中晶粒數(shù)變形度/%19/27共二十九頁三、晶粒長大(chánɡdà)驅動力：界面(jièmiàn)能差。長大方式

正常長大異常長大（二次再結晶）20/27共二十九頁（1）定義：再結晶后晶粒的均勻連續(xù)長大。（2）驅動力：界面(jièmiàn)能差。界面(jièmiàn)能越大，曲率半徑越小，驅動力越大。(長大方向是指向曲率中心,而再結晶晶核的長大方向相反.)注：由于晶粒長大是通過大角度晶界的遷移來進行的，因而所有影響晶界遷移的因素均對晶粒長大有影響。1.正常(zhèngcháng)長大21/27共二十九頁a.溫度(wēndù)（3）影響晶粒長大(chánɡdà)的因素Dt/×108cm2時間/minɑ黃銅在恒溫下的晶粒長大曲線22/27共二十九頁b.分散相粒子：一般有晶粒穩(wěn)定(wěndìng)尺寸d和第二相質(zhì)點半徑r、體積分數(shù)

的關系：

移動(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。300℃時，微量錫對區(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2、異常(yìcháng)長大（1）定義：少數(shù)再結晶晶粒的急劇(jíjù)長大現(xiàn)象。（2）機制a.釘扎晶界的第二相溶于基體b.再結晶織構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（3）對組織(zǔzhī)和性能的影響織構明顯(míngxiǎn)各向異性優(yōu)化磁導率晶粒大小不均性能不均晶粒粗大降低強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晶的反常晶粒26/27共二十九頁最后，謝謝(xièxie)大家！參考書目：1、《材料科學基礎》第三版，胡庚祥，蔡珣，戎詠華編著(biānzhù)，上海交通大學出版社。2、《金屬塑性變形物理基礎》，楊覺先編著，冶金工業(yè)出版社。27/27共二十九頁內(nèi)容(nèiróng)總結金屬在冷和熱塑性加工過程中組織和性能的變化規(guī)律。金屬在冷和熱塑性加工過程中組織