回复与再结晶讲解.ppt

第八章 回复与再结晶 冷变形后材料经重新加热进行退火之后，其组织和性能会发生变化。观察在不同加热温度下变化的特点，可将冷变形金属加热退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。回复是指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；再结晶是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程；晶粒长大是指再结晶结束之后晶粒的继续长大。了解这些过程的发生和发展规律，对于改善和控制金属材料的组织和性能具有重要的意义。 第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变化 一、 回复与再结晶的概念 回复：冷变形金属在低温加热时，其光学显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。 再结晶：冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。 二 、显微组织变化（示意图） 回复阶段：显微组织仍为变形晶粒(纤维状)，形态无可见变化； 再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变等轴晶粒。 晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。 三、性能变化 1.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。 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,塑性继续提高，粗化严重时下降。 2.物理性能 密度:在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高； 电阻：电阻在回复阶段可明显下降(因点缺陷减少)。 3.内应力 第二节 回复 一、回复动力学（P195） 1.加工硬化残留率与退火温度和时间的关系 回复是一种驰豫过程，金属在恒温下回复时，开始阶段性能恢复速度快，这种特征通常可用一级反应方程来表达： dx/dt=-cx 式中:t为恒温下的加热时间；x为冷变形导致的性能增量经加热后的残留分数；c为与材料和温度有关的比例常数。c值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点，可由著名的阿累尼乌斯（Arrhenius）方程来描述： c=c0exp(-Q/RT) 回复方程：ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT) 式中：x0 –原始加工硬化残留率； x－退火时加工硬化残留率； c0－比例常数；t－加热时间； T－加热温度。 2.动力学曲线特点 a.没有孕育期； b.开始回复速率快，随后变慢； c.长时间回复后，性能趋于一平衡值。温度↑,极限值↓,达到时间↓ d.预变形量↑ ，起始的 回复速率↑ ；晶粒尺寸↓ ，回复过程加快。 问题：激活能Q的确定方法？ 二、 回复机制 1.低温回复（T=0.1－0.3Tm） 点缺陷运动：空位迁移至晶界、位错处而消失；空位与间隙原子结合而消失； 空位聚集（空位群），然后崩塌成位错环而消失。 2.中温回复? （T=0.3－0.35Tm） 位错滑移：异号位错相遇而抵销、缠结位错重新排列，位错密度降低。 3.高温回复（T0.35Tm） 位错攀移（＋滑移）→位错垂直排列（亚晶界）→多边化（亚晶粒）→弹性畸变能降低。 多边化的条件：塑性变形使晶体点阵弯曲、滑移面上有塞积的同号刃型位错、较高的加热温度使刃型位错产生攀移运动。 三、 回复退火的应用 去应力退火：降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、开裂， 提高耐蚀性。 第三节 再结晶 一、再结晶驱动力 冷变形金属经回复后未被释放的储存能。 二、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。 1.形核 a.晶界弓出形核机制：对变形程度较小（＜20％） 的金属，再结晶核心多以晶界弓出方式形成，即应变诱导晶界移动，晶核伸向小位错胞晶粒内(畸变能较高区域、亚晶粒小的方向)。 b.亚晶形核机制：一般在大变形度下发生。 以亚晶为再结晶核心，形核机制可分为以下两种： ①亚晶合并机制：亚晶间亚晶界消失，亚晶粗化。 ②亚晶界迁移机制：亚晶界移动吞并相邻形变基体。 2.长大 驱动力：畸变能差。 方式：晶核借界面的移动向周围畸变晶粒扩展,至新晶粒相互接触。 三种再结晶形核方式的示意图 注：再结晶不是相变过程！！ 三、再结晶动力学 再结晶是一种热激活过程，再结晶速度v与温度T的关系： 式中：QR为再结晶激活能，R为气体常数，T为绝对温度，A为比例系数。 因再结晶速度v与产生一定量再结晶体积分数所需的时间t成反 比，则： 而边取对数，得： 因此，ln