回复与再结晶PPT课件.ppt

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1、第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变化 一一 回复与再结晶回复与再结晶 回回复复：冷冷变变形形金金属属在在低低温温加加热热时时，其其显显微微组组织织无无可可见见变变化化，但但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。再再结结晶晶：冷冷变变形形金金属属被被加加热热到到适适当当温温度度时时，在在变变形形组组织织内内部部新新的的无无畸畸变变的的等等轴轴晶晶粒粒逐逐渐渐取取代代变变形形晶晶粒粒，而而使使形形变变强强化化效效应应完完全全消消除的过程。除的过程。第八章第一节加热时的变化第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变化 二二 显微组织变化（示意

2、图）显微组织变化（示意图）回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化；回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化；再再结结晶晶阶阶段段：变变形形晶晶粒粒通通过过形形核核长长大大，逐逐渐渐转转变变为为新新的的无无畸畸变变的等轴晶粒。的等轴晶粒。晶晶粒粒长长大大阶阶段段：晶晶界界移移动动、晶晶粒粒粗粗化化，达达到到相相对对稳稳定定的的形形状状和和尺寸。尺寸。第八章第一节加热时的变化第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变化 二二 显微组织变化（示意图）显微组织变化（示意图）第八章第一节加热时的变化Smith W F.Foundations of Materials Science and Engine

3、ering.McGRAW.HILL.3/E第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变化 三三 性能变化性能变化 1 1 力学性能（示意图）力学性能（示意图）回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降,塑性继续提高，塑性继续提高，粗化严重时下降。粗化严重时下降。2 2 物理性能物理性能 密度密度:在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；电阻：电阻在回复阶段

4、可明显下降。电阻：电阻在回复阶段可明显下降。第八章第一节加热时的变化第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变化 三三 性能变化性能变化 第八章第一节加热时的变化Smith W F.Foundations of Materials Science and Engineering.McGRAW.HILL.3/E第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变化 四四 储存能变化（示意图）储存能变化（示意图）1 1 储储存存能能：存存在在于于冷冷变变形形金金属属内内部部的的一一小小部部分分（1010）变形功。）变形功。弹性应变能（弹性应变能（3 31212）2 2 存在形式存在形式 位错（位错（808090

5、90）驱动力驱动力 点缺陷点缺陷 3 3 储储存存能能的的释释放放：原原子子活活动动能能力力提提高高，迁迁移移至至平平衡衡位位置，储存能得以释放。置，储存能得以释放。第八章第一节加热时的变化回回复复再再结结晶晶第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变化 五五 内应力变化内应力变化回回复复阶阶段段：大大部部分分或或全全部部消消除除第第一一类类内内应应力力，部部分分消消除第二、三类内应力；除第二、三类内应力；再结晶阶段：内应力可完全消除。再结晶阶段：内应力可完全消除。第八章第一节加热时的变化第二节 回复 一一 回复动力学（示意图）回复动力学（示意图）1 1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系加工

6、硬化残留率与退火温度和时间的关系 ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT)x x0 0 原始加工硬化残留率；原始加工硬化残留率；x x退火时加工硬化残留率；退火时加工硬化残留率；c c0 0比例常数；比例常数；t t加热时间；加热时间；T T加热温度。加热温度。第八章第二节回复第二节 回复 一一 回复动力学回复动力学（示意图）（示意图）2 2 动力学曲线特点动力学曲线特点 （1 1）没有孕育期；）没有孕育期；（2 2）开始变化快，随后变慢；）开始变化快，随后变慢；（3 3）长时间处理后，性能趋于一平衡值。）长时间处理后，性能趋于一平衡值。第八章第二节回复第二节 回复 二二 回复机理回复机理

7、 1 1 低温回复（低温回复（0.10.10.3Tm0.3Tm）移至晶界、位错处移至晶界、位错处点缺陷运动点缺陷运动 空位间隙原子空位间隙原子 消失消失 缺陷密度降低缺陷密度降低空位聚集（空位群、对）空位聚集（空位群、对）第八章第二节回复第二节 回复 二二 回复机理回复机理 2 2 中温回复中温回复 （0.30.30.5Tm0.5Tm）异号位错相遇而抵销异号位错相遇而抵销位错滑移位错滑移 位错密度降低位错密度降低 位错缠结重新排列位错缠结重新排列第八章第二节回复第二节 回复 二二 回复机理回复机理 3 3 高温回复（高温回复（0.5Tm0.5Tm）位错攀移位错攀移（滑移）（滑移）位错垂直排列（

8、亚晶界）位错垂直排列（亚晶界）多边化（亚晶粒）多边化（亚晶粒）弹性畸变能降低。弹性畸变能降低。第八章第二节回复第二节 回复 二二 回复机理回复机理 第八章第二节回复Smith W F.Foundations of Materials Science and Engineering.McGRAW.HILL.3/E第二节 回复 三三 回复退火的应用回复退火的应用 1 1回复机制与性能的关系回复机制与性能的关系 内应力降低内应力降低:弹性应变基本消除弹性应变基本消除;硬度、强度下降不多：位错密度降低不明显，亚晶较细；硬度、强度下降不多：位错密度降低不明显，亚晶较细；电阻率明显下降：空位减少，位错应变

9、能降低。电阻率明显下降：空位减少，位错应变能降低。2 2去应力退火去应力退火 降降低低应应力力（保保持持加加工工硬硬化化效效果果），防防止止工工件件变变形形、开裂，提高耐蚀性。开裂，提高耐蚀性。第八章第二节回复第三节 再结晶 一一 再结晶的形核与长大再结晶的形核与长大 1 1 形核形核 a.a.亚晶长大形核机制亚晶长大形核机制 （变形量较大时）（变形量较大时）亚晶合并形核亚晶合并形核 亚晶界移动亚晶界移动(长大长大)形核形核(亚晶蚕食亚晶蚕食)b.b.凸出形核（变形量较小时凸出形核（变形量较小时,20%,70%）的金属或合）的金属或合金，在金，在1h内能够完成再结晶的（再结晶体积分数内能够完成

10、再结晶的（再结晶体积分数95%）最低温度。最低温度。高纯金属：高纯金属：T再再(0.250.35)Tm。2经验公式经验公式工业纯金属：工业纯金属：T再再(0.350.45)Tm。合金：合金：T再再(0.40.9)Tm。注：再结晶退火温度一般比上述温度高注：再结晶退火温度一般比上述温度高100200。第八章第三节再结晶第三节 再结晶 四四 影响再结晶的因素影响再结晶的因素1.加热温度加热温度:(退火退火)退退火火温温度度越越高高,原原子子扩扩散散越越容容易易进进行行,V再再,完完成成再结晶时间短再结晶时间短.2.预先变形量预先变形量 变形度越大变形度越大,则则T再再越低越低 储存能大储存能大,再

11、结晶驱动力大再结晶驱动力大.第八章第三节再结晶3.溶质原子溶质原子 溶质原子溶质原子,使使T再再 偏聚在晶界处偏聚在晶界处,阻碍位错运动和晶界迁移阻碍位错运动和晶界迁移.4.原始晶粒大小原始晶粒大小 5.分散相粒子分散相粒子 间间距距和和直直径径都都较较大大时时，提提高高畸畸变变能能，并并可可作作为为形形核核核核心心，促促进进再再结结晶晶；直直径径和和间间距距很很小小时时，提提高高畸畸变变能能，但但阻阻碍碍晶晶界界迁迁移移，阻碍再结晶。阻碍再结晶。第三节 再结晶 五五 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小变形量关系图）再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小变形量关系图）再结晶晶粒的平均直径再结晶晶粒的平均直

12、径d=kG/N1/41 1 变形量。存在临界变形量，生产中应避免临界变变形量。存在临界变形量，生产中应避免临界变 形量。形量。第第八八章章第第三三节节再再结结晶晶第三节 再结晶 五五 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小变形量关系图）再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小变形量关系图）2 2 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，使晶粒细化。使晶粒细化。3 3 合金元素和杂质。增加储存能，阻碍晶界移动，有利于合金元素和杂质。增加储存能，阻碍晶界移动，有利于 晶粒细化。晶粒细化。4 4 温度。退火温度越高，临界变形度越小，晶粒粗大。温度。退火温度越

13、高，临界变形度越小，晶粒粗大。第八章第三节再结晶第三节 再结晶 六六 再结晶的应用再结晶的应用恢复变形能力恢复变形能力 改善显微组织改善显微组织 再结晶退火再结晶退火 消除各向异性消除各向异性 提高组织稳定性提高组织稳定性再结晶温度：再结晶温度：T再再100200。第八章第三节再结晶第四节 晶粒长大 驱驱 动动 力：力：界面能差界面能差.长大方式：长大方式：正常长大正常长大-再结晶后的晶粒均匀连续的长大再结晶后的晶粒均匀连续的长大 ；异异常常长长大大（二二次次再再结结晶晶）-个个别别一一些些晶晶粒粒过过分分长长大大、使材料内晶粒大小使材料内晶粒大小 相差悬殊。相差悬殊。第八章第四节晶粒长大1晶

14、粒长大的驱动力晶粒长大的驱动力 从个别晶粒长大的微观过程来说，晶界具有不同的曲率则是造成晶从个别晶粒长大的微观过程来说，晶界具有不同的曲率则是造成晶界迁移的直接原因。设想有一如图所示的双晶体，界迁移的直接原因。设想有一如图所示的双晶体，B晶粒呈球状存在于晶粒呈球状存在于A晶粒之中，两晶粒的交界是半径为晶粒之中，两晶粒的交界是半径为R的球面。显然，如果晶界向减小的球面。显然，如果晶界向减小R的方向移动，即向曲率中心移动，使体系总量下降。的方向移动，即向曲率中心移动，使体系总量下降。A、B双晶体的双晶体的界面能为界面能为 晶界能随晶界能随R的变化导致的变化是的变化导致的变化是作用于晶界上的力，此力

15、指向曲率作用于晶界上的力，此力指向曲率中心，中心，。所以晶界。所以晶界移动的单位面积上的驱动力为移动的单位面积上的驱动力为一一 晶粒的正常长大晶粒的正常长大1晶粒长大的驱动力晶粒长大的驱动力 考虑到空间任一曲面情况下，取两个主曲率半径考虑到空间任一曲面情况下，取两个主曲率半径R1，R2来描述任意曲面晶界的驱动力来描述任意曲面晶界的驱动力 由上式，晶界迁移驱动力随由上式，晶界迁移驱动力随Y的增大而增大，随晶界的曲率半径增大而的增大而增大，随晶界的曲率半径增大而减小。减小。晶界的移动方向总是指向曲率中心。晶界的移动方向总是指向曲率中心。高温下晶粒自发长大高温下晶粒自发长大*晶界向曲率中心方向移动晶

16、界向曲率中心方向移动(见图见图)晶粒长大是大晶粒吞并小晶粒晶粒长大是大晶粒吞并小晶粒.2晶粒的稳定形貌晶粒的稳定形貌 相同体积情况下，球形晶粒的晶界面积最小，但如果晶相同体积情况下，球形晶粒的晶界面积最小，但如果晶粒呈球形，会出现堆砌的空隙。所以实际晶粒的平衡形貌，粒呈球形，会出现堆砌的空隙。所以实际晶粒的平衡形貌，如图呈十四面体。当三个晶粒相交于一直线时，其二维晶如图呈十四面体。当三个晶粒相交于一直线时，其二维晶粒形状如图所示。由作用于粒形状如图所示。由作用于0点的张力平衡可得到点的张力平衡可得到2晶粒的稳定形貌晶粒的稳定形貌 比界面能通常为常数，故比界面能通常为常数，故1=2=3=120，

17、故其平故其平衡形貌如图衡形貌如图,三叉晶界，晶界角三叉晶界，晶界角120。2.晶粒的稳定形状晶粒的稳定形状（1）若晶粒小于六边（小晶粒）若晶粒小于六边（小晶粒）若为直线，夹角若为直线，夹角120度度 若满足若满足120度，晶界必向外凸度，晶界必向外凸 小晶粒只能逐渐缩小，直至消失。小晶粒只能逐渐缩小，直至消失。（2）若晶粒大于六边）若晶粒大于六边 若为直线，夹角大于若为直线，夹角大于120度度 若满足若满足120度，晶界必向内凹。度，晶界必向内凹。晶粒长大规律是大晶粒吞并小晶粒。晶粒长大规律是大晶粒吞并小晶粒。3 3.影响晶粒长大的因素影响晶粒长大的因素 晶粒长大，是通过晶界处的原子扩散晶粒

18、长大，是通过晶界处的原子扩散迁移实现。迁移实现。（1 1）温度）温度 温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。（2 2）杂质与合金元素）杂质与合金元素 异异类类原原子子吸吸附附晶晶界界处处，降降低低晶晶界界能能，减减少少驱驱动动力力，阻碍晶粒长大。阻碍晶粒长大。（3）第二相质点）第二相质点 第二相粒子越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大能力越强。第二相粒子越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大能力越强。（4）相邻晶粒位向差）相邻晶粒位向差位位向向差差越越大大，则则晶晶面面能能越越高高，驱驱动动力力越越大大，晶界移动快。晶界移动快。第四节 晶粒长大晶粒长大二二 晶粒的异常长大晶

19、粒的异常长大1 1 异常长大异常长大:少数再结晶晶粒的急剧长大现象。少数再结晶晶粒的急剧长大现象。(二次再结晶二次再结晶）2 2 基本条件基本条件:正常晶粒长大过程被正常晶粒长大过程被(第二分散相微粒、织构）第二分散相微粒、织构）强烈阻碍。强烈阻碍。3 3 驱动力：界面能变化。（不是重新形核）驱动力：界面能变化。（不是重新形核）第八章第四节晶粒长大第四节 晶粒长大晶粒长大二二 晶粒的异常长大晶粒的异常长大 钉扎晶界的第二相溶于基体钉扎晶界的第二相溶于基体.4 4 机制机制 再结晶织构中位向一致晶粒的合并再结晶织构中位向一致晶粒的合并.金属薄板形成的热蚀沟金属薄板形成的热蚀沟 大晶粒吞并小晶粒大

20、晶粒吞并小晶粒.各向异性各向异性织构明显织构明显优化磁导率优化磁导率5对组织和性能的影响对组织和性能的影响晶粒大小不均晶粒大小不均性能不均性能不均降低强度和塑韧性降低强度和塑韧性晶粒粗大晶粒粗大提高表面粗糙度提高表面粗糙度第八章第四节晶粒长大第四节 晶粒长大晶粒长大三三 再结晶退火的组织再结晶退火的组织1 1 再结晶图。退火温度、变形量与晶粒大小的关系图。再结晶图。退火温度、变形量与晶粒大小的关系图。2 2 再结晶织构再结晶织构:再结晶退火后形成的织构。退火可将形变织再结晶退火后形成的织构。退火可将形变织 构消除，也可形成新织构。构消除，也可形成新织构。择优形核（沿袭形变织构）择优形核（沿袭形

21、变织构）择优生长（特殊位向的再结晶晶核快速长大）择优生长（特殊位向的再结晶晶核快速长大）3 3 退火孪晶退火孪晶:再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程 中因晶界迁移出现层错形成的。中因晶界迁移出现层错形成的。第八章第四节晶粒长大第五节 金属的热变形金属的热变形一一 动态回复与动态再结晶动态回复与动态再结晶 1 1 动态回复：在塑变过程中发生的回复。（静态动态回复：在塑变过程中发生的回复。（静态)2 2 动动态态再再结结晶晶：在在塑塑变变过过程程中中发发生生的的再再结结晶晶。（静静态态)特点特点反复形核，有限长大，晶粒较细。反复形核，有限长大，晶粒较细

22、包含亚晶粒，位错密度较高包含亚晶粒，位错密度较高,强度硬度高。强度硬度高。应用：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、应用：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、快的冷却速度可获得细小晶粒。快的冷却速度可获得细小晶粒。第八章第五节热变形第五节 金属的热变形金属的热变形二二 金属的热加工金属的热加工1加工的分类加工的分类冷加工：在再结晶温度以下的加工过程。发生加工硬化。冷加工：在再结晶温度以下的加工过程。发生加工硬化。热加工：在再结晶温度以上的加工过程（硬化、回复、热加工：在再结晶温度以上的加工过程（硬化、回复、再结晶）。如高温下：锻造、轧制、拉拔、挤压等。再结晶）。如高温下：锻造、轧制、拉拔

23、挤压等。2热加工温度热加工温度：T再再T热加工热加工T固固100200。第八章第五节热变形二二 金属的热加工金属的热加工3热加工后的组织与性能热加工后的组织与性能热加工对组织和性能有如下影响：热加工对组织和性能有如下影响：1）.改善铸锭组织和性能改善铸锭组织和性能(1)焊合气孔、疏松，使材料密度升高；焊合气孔、疏松，使材料密度升高；(2)细化组织：打碎粗大树枝晶、柱状晶、细化组织：打碎粗大树枝晶、柱状晶、块状碳化物；块状碳化物；(3)消除偏析；消除偏析；从而使性能提高。从而使性能提高。2）.使纤维组织分布合理使纤维组织分布合理 热加工时：枝晶偏析、夹杂物、第二相沿热加工时：枝晶偏析、夹杂物、

24、第二相沿 变形方向被拉长，呈纤维状。变形方向被拉长，呈纤维状。3）产生带状组织）产生带状组织第五节 金属的热变形金属的热变形二二 金属的热加工金属的热加工4热加工的优点热加工的优点（1）可持续大变形量加工。）可持续大变形量加工。（2）动力消耗小。）动力消耗小。（3）提高材料质量和性能）提高材料质量和性能第八章第五节热变形三三 超塑性超塑性 某些金属在高温下拉伸时，具有极大的延伸率；某些金属在高温下拉伸时，具有极大的延伸率；可达可达200%1000%，这种性能称为超塑性。这种性能称为超塑性。获得超塑性的条件是：获得超塑性的条件是：1.变形一般在变形一般在0.50.65T熔进行。熔进行。2.应变速

25、率应加以控制，通常应变速率应加以控制，通常1 0.01%.s-1。3.在超塑性变形温度下，材料具有微细等轴晶粒（在超塑性变形温度下，材料具有微细等轴晶粒（10um）的组织。）的组织。4.金属具有超塑性时，其流变应力金属具有超塑性时，其流变应力和应变速率和应变速率有如下关系：有如下关系：m为为应应变变速速率率敏敏感感性性系系数数，超超塑塑性性时时m0.5,一一般般金金属属材材料料仅仅为为0.010.04之间。之间。超超塑塑性性变变形形时时，抛抛光光表表面面不不出出现现滑滑移移线线，也也无无形形变变亚亚晶晶出出现现，这这说说明明变变形形不不靠靠滑滑移移进进行行。大大多多数数人人认认为为超超塑塑性性变变形形与与晶晶界界的的相相对对滑滑动动和和回回转有关，较高温度下的晶界的粘性流动可产生很大的变形。转有关，较高温度下的晶界的粘性流动可产生很大的变形。