材料的变形和再结晶课件.ppt

再结晶 再结晶的驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能（相当于变形总储能的90％）。通过再结晶退火可以消除冷加工的影响，故在实际生产中起着重要作用。 1．再结晶过程 再结晶是一种形核和长大过程，即通过在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织的过程。 a．形核 （1）晶界弓出形核。对于变形程度较小（一般小于20％）的金属，其再结晶核心多以晶界弓出方式形成，即应变诱导晶界移动或称为凸出形核机制。 （2）亚晶形核。此机制一般是在大的变形度下发生。借助亚晶作为再结晶的核心，其形核机制又可分为以下两种： ①亚晶合并机制; ②亚晶迁移机制。 上述两机制都是依靠亚晶粒的粗化来发展为再结晶核心的。亚晶粒本身是在剧烈应变的基体只通过多边化形成的，几乎无位错的低能量地区，它通过消耗周围的高能量区长大成为再结晶的有效核心，因此，随着形变度的增大会产生更多的亚晶而有利于再结晶形核。这就可解释再结晶后的晶粒为什么会随着变形度的增大而变细的问题。 b．长大 再结晶晶核形成之后，它就借界面的移动而向周围畸变区域长大。 2．再结晶动力学 再结晶动力学决定于形核率 和长大速率 的大小。 和 不随时间而改变的情况下，在恒温下经过t时间后，已经再结晶的体积分数?R可用下式表示： 再结晶速率和产生某一体积分数?R所需的时间t成反比，即v?/t，故此 式中 为常数，Q为再结晶的激活能；R为气体常数，T为绝对温度。 Johnson-Mehl方程 3．再结晶温度及其影响因素 冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为再结晶温度，它可用金相法或硬度法测定，即以显微镜中出现第一颗新晶粒时的温度或以硬度下降50％所对应的温度，定为再结晶温度。 再结晶温度并不是一个物理常数，它不仅随材料而改变，同一材料其冷变形程度、原始晶粒度等因素也影响着再结晶温度。 a．变形程度的影响 随着冷变形程度的增加，储能也增多，再结晶的驱动力就越大，因此再结晶温度越低，同时等温退火时的再结晶速度也越快。但当变形量增大到一定程度后，再结晶温度就基本上稳定不变了。对工业纯金属，经强烈冷变形后的最低再结晶温度TR/K约等于其熔点Tm／K的0.35~04。 b．原始晶粒尺寸 金属的原始晶粒越细小，则变形的抗力越大，冷变形后储存的能量较高，再结晶温度则较低。 c．微量溶质原子 微量溶质原子的存在对金属的再结晶有很大的影响。微量溶质原子存在显著提高再结晶温度的原因可能是溶质原子与位错及晶界间存在着交互作用，使溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起着阻碍作用，从而不利于再结晶的形核和核的长大，阻碍再结晶过程。 d．第二相粒子 第二相粒子的存在既可能促进基体金属的再结晶，也可能阻碍再结晶。 e．再结晶退火工艺参数 加热速度、加热温度与保温时间等退火工艺参数，对变形金属的再结晶有着不同程度的影响。 若加热速度过于缓慢时，再结晶温度上升。 当变形程度和退火保温时间一定时，退火温度愈高，再结晶速度愈快。 4．再结晶后的晶粒大小 由于晶粒大小对材料性能将产生重要影响，因此，调整再结晶退火参数，控制再结晶的晶粒尺寸，在生产中具有一定的实际意义。 运用约翰逊－梅厄方程，可以证明再结晶后晶粒尺寸d与 和长大速率 之间存在着下列关系： a．变形度的影响 冷变形程度对再结晶后晶粒大小的影响如图5.56所示。当变形程度很小时，晶粒尺寸即为原始晶粒的尺寸，这是因为变形量过小，造成的储存能不足以驱动再结晶，所以晶粒大小没有变化。当变形程度增大到一定数值后，此时的畸变能已足以引起再结晶，但由于变形程度不大， / 比值很小，因此得到特别粗大的晶粒。通常，把对应于再结晶后得到特别粗大晶粒的变形程度称为“临界变形度”， 当变形量大于临界变形量之后，变形度愈大，晶粒愈细化。 b．退火温度的影响 退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的影响比较弱。提高退火温度可使再结晶的速度显著加快，临界变形度数值变小 晶粒长大 再结晶结束后，材料通常得到细小等轴晶粒，若继续提高加热温度或延长加热时间，将引起晶粒进一步长大。 对晶粒长大而言，晶界移动的驱动力通常来苏总的界面能的降低。晶粒长大按其特点可分为两类：正常晶粒长大与异常晶粒长大（二次再结晶人前者表现为大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大；而后者则为少数晶粒突发性的不均匀长大。 再结晶织构与退火孪晶 1．再结晶织构 通常具有变形织构的金属经再结晶后的新晶粒若仍具有择优取向，称为再结晶织构。 再结晶织