《材料科学基础》回复与再结晶.ppt

回复与再结晶 Recovery and Recrystallization 材料的变形与再结晶作业 教材374页习题2、4、8、10、11。 思考题 金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒？ 出现在热轧亚共析钢显微组织中，铁素体晶粒与珠光体晶粒沿轧制方向平行排列、成层状分布、形同条带，这种组织称带状组织。 原因：由于钢材在热轧后的冷却过程中发生相变时铁素体优先在由枝晶偏析和非金属夹杂延伸而成的条带中形成，导致铁素体形成条带，铁素体条带之间为珠光体，两者相间成层分布。 3. 形成带状组织 影响：带状组织的存在使钢的组织不均匀，并影响钢材性能，形成各向异性，降低钢的塑性、冲击韧性和断面收缩率，造成冷弯不合、冲压废品率高、热处理时钢材容易变形等不良后果。 消除：避免在两相区变形、减少夹杂元素含量、采用高温扩散退火或正火。 二、再结晶动力学 （1）具有 S 形特征，存在孕育期，开始时再结晶速度很小，在体积分数为0.5时最大，然后减慢。 （2）温度越高，孕育期越短，转变速度越快。 （3）变形量越大，孕育期越短，转变速度越快。 再结晶动力学曲线的表达式：x ＝ 1 - exp（-BtK） x为再结晶体积分数，实验表明在一定温度范围内K不随温度变化。 再结晶动力学特点： 1. 形变量： 三、影响再结晶的因素 需要一个最低的形变量（1~5%）才有足够的储存能作为驱动力和提供形核的位置，低于这个变形量不会发生再结晶。 在这个变形量（临界变形度）之上，变形量增大，加速再结晶。 2. 原始晶粒尺寸： （1）原始晶粒越小，再结晶形核位置越多，有利于再结晶； （2）但另一方面，原始晶粒小，变形比较均匀，减少形核位置，不利于再结晶。 但总的看来原始晶粒小加速再结晶。 溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，对位错但滑移和攀移以及晶界但迁移起着阻碍作用，从而不利于再结晶的形核和核但长大，阻碍再结晶过程。 3. 溶质原子： （1）增加形变储存能而增加再结晶驱动力：因为它使形变后的结构复杂，使位错密度增加的缘故。 （2）粒子附近可能作为再结晶形核位置：大而硬且间距宽的第二相粒子，由于形变时粒子附近出现更多的不均匀形变区，这些区域有大的显微取向差，可促发形核。 （3）弥散和稠密分布的第二相粒子钉扎晶界，阻碍迁动。 4. 第二分散相： 退火温度越高，再结晶速度越大。退火温度与再结晶速度v的关系可用阿累尼乌斯公式表示： v再＝Aexp（-Q/RT） 而再结晶速率和产生某一再结晶体积分数x所需时间成反比，故： 1/tx＝Bexp（-Q/RT） 5. 退火温度： 三、再结晶温度 对形变金属，从受形变开始就获得储存能，它立刻就具有回复和再结晶的热力学条件，原则上就可发生再结晶。 温度不同，只是过程的速度不同罢了，所以，再结晶并没有一个热力学意义的明确临界温度。人为定义了一个再结晶温度： 在一定时间内（一小时）刚好完成再结晶的温度，是一个动力学意义的温度。 高纯金属：T再＝（0.25~0.35）Tm。 工业纯金属：T再＝（0.35~0.45）Tm。 合金：T再＝（0.4~0.9）Tm。 （均为形变量足够大时的关系。） 再结晶温度与其熔点之间的近似关系: 四、再结晶的应用 主要用作再结晶退火，目的是使金属恢复变形能力、改善显微组织、消除各向异性 、提高组织稳定性。 再结晶退火温度：T再＋100～200℃。 第三节 晶粒长大 再结晶结束后，材料的晶粒一般比较细小（等轴晶），若继续升温或延长保温时间，晶粒会继续长大。晶粒长大是一个自发过程，晶粒长大的驱动力来自总的界面能的降低。 晶粒长大按其特点可分为两类： （1）正常晶粒长大（大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大）；（2）异常晶粒长大（少数晶粒突发性的不均匀长大）。 一、晶粒的正常长大 对于系统，晶粒长大的驱动力是总界面能的减小。 对于个别晶粒，不同曲率是造成晶界迁移的直接原因。 晶面是向着曲率中心的方向移动。 1. 驱动力 2. 晶粒的稳定形状 晶界趋于平直; 晶界夹角趋于120℃; 二维为六边形晶体，三维为理想十六面体。 （1）温度：温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。 3. 影响晶粒长大的因素 G：晶界迁移速度； G0：常数； QG：晶界迁移激活能。 弥散第二相粒子对晶界移动有钉扎作用。 产生原因：晶界开始穿过粒子时，晶界面积减小，即减少了总的界面能量，这时粒子是帮助晶界前进的。 但当