2-4 冷变形金属的回复,再结晶与热加工.ppt

中南大学材料学院 柏振海 第9章 冷变形金属的回复、再结晶与热加工 §1 变形金属加热时组织性能变化的特点 §2 回复 §3 再结晶 §4 晶粒长大 §5 金属的热加工 §6 超塑性 冷变形金属的回复、再结晶与热加工 塑性变形后的金属发生组织改变、产生了大量晶体缺陷，同时，变形金属中还储存了相当数量的弹性畸变能，因此冷加工金属的组织和性能处于亚稳定状态 室温下，原子扩散能力低，这种亚稳状态可一直维持下去 金属的加热过程 如果把冷变形金属进行加热，就会发生组织结构和性能的变化 储能是促使冷变形金属发生变化的驱动力 根据冷变形金属加热时加热温度的不同，从储能释放及组织结构和性能的变化来分析，将发生回复、再结晶及晶粒长大过程 经塑性变形后的金属再进行加热的过程称之为“退火” 冷变形金属退火时晶粒形状和大小的变化 H68黄铜退火组织 金属的储能 金属在塑性变形时所消耗的大量能量，除绝大部分转化为热以外，尚有一小部分以储能的形式保留在金属之中 储能的主要形式是与点阵畸变和晶体缺陷相联系的畸变能 储能是回复和再结晶的驱动力，在回复和再结晶阶段全部释放出来 按材料种类的不同，储能释放曲线A、B、C三种形式 冷变形材料退火时储能的释放 冷变形材料退火时储能的释放 纯金属，不纯的金属和合金共同特点是每一曲线都出现一高峰，这个高峰出现的位置对应于再结晶开始的温度，在此之前，只发生回复 在回复阶段，A（纯金属）型曲线储能释放少，C型曲线储能释放多，B型曲线则介乎二者之间 这种差别是由于杂质原子和合金元素阻碍再结晶的形核和长大，推迟再结晶过程，从而使不纯金属和合金中的储能在再结晶开始以前能通过回复而较多地释放出来 冷变形金属退火时某些性能的变化 回复、再结晶、晶粒长大三个阶段金属性能变化 电阻率在回复阶段已有明显下降，到再结晶开始时下降更快，最后恢复到变形前的电阻 强度与硬度在回复阶段下降不多，到再结晶开始后，硬度一般急剧下降 有的金属在回复阶段硬度反而有所增加 冷变形金属退火时某些性能的变化 内应力在回复阶段也明显降低 1.宏观内应力在回复时可以全部或大部被消除 2.而微观内应力在回复时部分消除 3.要全部消除，必须加热到再结晶温度以上 材料的密度随退火温度升高而逐渐增加 9.2 冷变形金属的回复 9.2.1 回复动力学 所谓回复是指冷变形金属加热时，在新的无畸变晶粒出现之前，所产生的亚结构与性能变化的过程。回复动力学主要研究冷变形结束后，材料的性能向变形前回复的速率问题 同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，屈服应力的回复动力学曲线 回复动力学 定义R为回复时已恢复的加工硬化，如式所示 R=（σm- σr ）/（ σm- σ0） (9-1) 式中σm，σr ，σ0分别表示变形后、回复后及完全退火的屈服应力 （1-R）则为剩余硬化分数 R越大，即（1-R）越小，表示回复阶段性能恢复程度愈大 回复动力学特点 （1）回复过程没有孕育期 （2）在一定温度下，初期的回复速率很大，以后逐渐变慢，直到最后回复速率为零 （3）每一温度的回复程度都有一极限值，退火温度愈高，这个极限值也愈高，而达到此极限值所需时间则愈短 4）回复不能使金属性能恢复到冷变形前的水平 回复动力学 回复动力学特征可以用一方程式来描述 设P为冷变形后在回复阶段发生变化的某种性能，P0为变形前该性能的值，ΔP为加工硬化造成的该性能的增量 P-P0=ΔP 这个增量与晶体中晶体缺陷（空位、位错等）的体积浓度CP成正比 P-P0=ΔP=KCp (9-2) 回复动力学 在某一温度进行等温回复过程中，晶体缺陷的体积浓度将发生变化，伴随着性能P也发生变化。它们随时间的变化率为 d（P-P0）/dt=KdCp/dt (9-3) 缺陷的运动（变化）是一个热激活的过程，假定其激活能为Q，按照化学动力学的方法dCp/dt=-ACpe（-Q/RT） 则 d（P-P0）/dt=-K ACpe（-Q/RT） 回复动力学 将式（9-2）代入得 d（P-P0）/（P- P0 ）= - ACpe（-Q/RT）dt 积分得 ln（P-P0 ）=-ACpe（-Q/RT）t (9-4) 式中A、C为常数，此式表示回复阶段性能随时间而衰减，并遵从指数规律 回复动力学 假若在不同温度下回复退火，让性能都达到同一P值时，所需时间显然是不同的 测量出几个温度下回复到相同P值所需的时间，利用式（9-4）并取对数，可得： lnt=常数+Q/RT