第5章 材料的形变和再结晶5

《第5章 材料的形变和再结晶5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章 材料的形变和再结晶5（81页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、曾荣昌曾荣昌第五章第五章 材料的形变和再结晶材料的形变和再结晶(5)Chapter 5 Deformation and re-crystallization of materials回复和再结晶回复和再结晶(I)(I)本节主要内容1.1. 冷变形金属在加热时的组织与性能变化冷变形金属在加热时的组织与性能变化2.2. 回复回复3.3. 再结晶再结晶4.4. 晶粒长大晶粒长大5.5. 再结晶退火后的组织再结晶退火后的组织重要概念1.1. 回复回复2.2. 多边化多边化3.3. 再结晶再结晶4.4. 晶粒长大晶粒长大5.5. 二次再结晶二次再结晶6.6. 再结晶织构再结晶织构1.1. 再结晶温度再结

2、晶温度2.2. 弓出形核弓出形核3.3. 临界变形量临界变形量4.4. 回复激活能回复激活能5.5. 再结晶激活能再结晶激活能6.6. 退火孪晶退火孪晶黄铜弹壳的季裂(Season cracking)l 20世纪初，英军在印度贮存的黄铜弹壳，每当雨季就频繁发生大量裂缝，当时称之为季裂。l 经冷变形后的金属冷变形后的金属内有拉伸应力存在又处于特定环境中所发生的断裂。l 它是含锌量超过15%的黄铜具有的一种特殊腐蚀现象。图片来源：http:/en.wikipedia.org/wiki/Season_crackingl 金属经过塑性变形后，不仅内部组织结构与性能均发生相应的变化，而且由于空位、位错等

3、结构缺陷密度的增加，以及畸变能的升高，将使其处于热力学不稳定的高自由能状态。l 经过塑性变形的材料具有自发恢复到变形前低自由能的趋势。l 冷变形金属加热时会发生回复、再结晶和晶粒长大过程。l 了解这些过程对于改善和控制金属的组织和性能具有重要意义。5.3 回复（Recovery）l 概念：冷变形金属材料经重新加热进行退火时组织性能变化的早期阶段，即：新的无畸变晶粒出现之前新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。5.3.1显微组织的变化 回复：晶粒的形状和大小回复：晶粒的形状和大小无可见变化；无可见变化； 再结晶：形变组织完全改再结晶：形变组织完全改组为新的、无畸变的细等组为新的、

4、无畸变的细等轴晶粒；形核长大轴晶粒；形核长大 晶粒长大：晶粒长大：1.1. 小晶粒小晶粒大晶粒大晶粒2.2. 驱动力：晶界表面能的降驱动力：晶界表面能的降低低热挤压镁合金热挤压镁合金AM60AM60显微组织显微组织5.3.2 性能和能量的变化 强度和硬度强度和硬度 电阻电阻 内应力内应力 亚晶粒尺寸亚晶粒尺寸 密度密度 储能释放储能释放）力学性能 回复：硬度、强度略有下降，塑性略有提高；回复：硬度、强度略有下降，塑性略有提高； 再结晶：强度、硬度明显下降，塑性明显提高；再结晶：强度、硬度明显下降，塑性明显提高； 晶粒长大：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，晶粒长大：强度、硬度继续下降，塑性继续

5、提高，粗化严重时下降。粗化严重时下降。）物理性能 密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；剧升高； 电阻率：电阻在回复阶段可明显下降。电阻率：电阻在回复阶段可明显下降。 都与点缺陷浓度降低有关都与点缺陷浓度降低有关、内应力变化 回复阶段：回复阶段： 大部分或全部消除第一类内应力，部分消除大部分或全部消除第一类内应力，部分消除第二、三类内应力；第二、三类内应力； 再结晶阶段：再结晶阶段： 内应力可完全消除。内应力可完全消除。、储能的释放）储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分（）储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分（-10-10）变）变形功。形功

6、。）存在形式）存在形式）储存能的释放）储存能的释放 原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放。放。、亚晶粒尺寸的变化回复前期变化不大，回复后期亚晶粒尺寸显著增大。回复前期变化不大，回复后期亚晶粒尺寸显著增大。5.3.3 回复动力学纵坐标为剩余应变硬化分数1-R，R为屈服强度回复率=（m-r)/(m-0)m，r和0-变形后 、回复后和 完全退火后的屈服强度（1-R）越小，R越大，则回复程度越大。5.3.4 回复的动力学特点 回复是一个弛豫过程。 其特点为：1. 没有孕育期；2. 在一定温度下，初期的回复率很大，随后即逐渐变慢，直到趋近于零。3

7、. 每一温度的回复程度有一极限值，退火温度越高，这个极限值也越高，达到此极限值所需的时间则越短；4. 预变形量越大，起始的回复速率也越快，晶粒尺寸减少也有利于回复过程的加快。回复动力学 回复特征可用一级反应方程来表达： （5.17） 式中，x-冷变形导致的性能增量经加热后的残留分数，t 恒温下的加热时间， c-材料和温度有关的比例常数。c值具有典型的热激活过程的特点，可由阿累尼乌斯公式来描述： （5.18） 式中，Q-激活能，R-气体常数，T-热力学温度，C0-比例常数dxcxdt 0QRTcc e 式（5.18）代入式（5.17）并积分，x0表示开始时性能增量的残留分数，则得 在不同温度下，

8、如以回复到相同程度作比较，此时上式左边为一常数，取对数，可得 如作lnt-1/T图，如为直线，则可由斜率求得激活能Q Q。000QxtRTxdxc edtdt 00lnQRTxc texlnQtART例题 铁的回复激活能为88.9KJ/mol,如果将经冷变形的铁在400下进行回复处理，使残留加工硬化为60%需160min，问在450 下回复处理至同样效果需要多长时间？ 根据公式 那么lnQtART2111()21QR TTtet8890011()8.31723 673216053.3minte回复机制 低温回复低温回复回复主要与点缺陷的迁移有关。回复主要与点缺陷的迁移有关。冷变形产生了大量点缺

9、陷冷变形产生了大量点缺陷- -空位和间隙原子空位和间隙原子点缺陷所需的热激活较低，因而在较低温度下可进行。点缺陷所需的热激活较低，因而在较低温度下可进行。点缺陷可迁移至晶界或表面消失方式：1.1. 空位与位错的交互作用；空位与位错的交互作用；2.2. 空位与间隙原子的重新结合；空位与间隙原子的重新结合；3.3. 空位聚合形成空位对空位聚合形成空位对/ /空位群空位群/ /空位片空位片- -坍塌成位错环坍塌成位错环中温回复 发生位错运动和重新分布发生位错运动和重新分布 主要与位错的滑移有关：主要与位错的滑移有关：1.1. 同一滑移面上的异号位错可以相互吸引而抵消；同一滑移面上的异号位错可以相互吸

10、引而抵消；2.2. 位错偶极子的两条位错线相消。位错偶极子的两条位错线相消。高温回复 高温（高温（0.3Tm）时，刃型位错可获得足够的能量产）时，刃型位错可获得足够的能量产生攀移（生攀移（climb）。）。 攀移产生攀移产生2种重要的结果：种重要的结果：1. 刃型位错垂直排列成墙：刃型位错垂直排列成墙：使滑移面上不规则排列的使滑移面上不规则排列的位错重新分布，显著降低位错的弹性畸变能。位错重新分布，显著降低位错的弹性畸变能。2. 形成多边化结构形成多边化结构（polygonization） ：沿垂直于滑移沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位错墙面方向排列并具有一定取向差的位错墙小角度亚小

11、角度亚晶界，以及由此产生的亚晶。晶界，以及由此产生的亚晶。3. 驱动力：应变能的降低。驱动力：应变能的降低。多边化产生的条件1.1. 塑性变形使晶体点阵发生弯曲；塑性变形使晶体点阵发生弯曲；2.2. 在滑移面上有塞积的同号刃型位错；在滑移面上有塞积的同号刃型位错；3.3. 须加热到较高温度，使刃位错产生攀移运动。须加热到较高温度，使刃位错产生攀移运动。攀移同号刃型同号刃型位错位错镁合金的塑形变形 200锥面滑移锥面滑移使冷加工的金属件在基本上保持加工硬化状态的条件下使冷加工的金属件在基本上保持加工硬化状态的条件下降低其内应力（主要为第一内应力）；降低其内应力（主要为第一内应力）；减轻工件的翘曲