6、第五章5.3回复和再结晶.ppt

5.3 回复和再结晶 金属经过一定程度冷塑性变形后，组织和性能都发生了明显的变化，由于各种缺陷及内应力的产生，导致金属晶体在热力学上处于不稳定状态，有自发向稳定态转化的趋势。通过适当的加热和保温过程，这种趋势就会成为现实。这种变化的表现就是一系列组织、性能的变化。根据其显微组织及性能的变化情况，可将这种变化分为三个阶段：回复、再结晶和晶粒长大。 1.冷变形金属在加热时的组织和性能变化 2. 回复 3. 再结晶 4. 晶粒长大 5. 再结晶织构与退火孪晶 5.3.1 冷变形金属在加热时的组织和性能变化 1.显微组织变化 回复（recovery):是指新的无畸变晶粒出现前所产生的亚结构和性能变化的阶段，在金相显微镜中无明显变化； 再结晶：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 ：指再结晶结束后晶粒的长大过程。 这一过程如下图所示 加热时冷变形金属显微组织发生变化 性能变化 冷变形金属在退火过程中的性能和能量变化如下图所示： 1.力学性能 (1) 硬度（hardness）和强度（strength）:回复阶段,变化不大,再结晶下降较大 (2) 塑性:回复阶段,变化不大; 再结晶阶段上升；粗化后下降。 2. 物理性能 (1) 电阻（resistance）:回复阶段，电阻率明显下降。 (2) 密度（density）:回复阶段变化不大，再结晶阶段上升。 3. 内应力:回复阶段基本消除完毕宏观应力,而微观应力消除需再结晶后才能完成 4. 亚晶粒尺寸：回复前期变化不大，后期显著增大； 5. 储存能释放（release of stored energy） 5.3.2 回复 （一）回复动力学 在回复阶段，材料性能的变化是随温度和时间的变化而变化的，下图所示是相同变形程度多晶体铁在不同温度下的回复动力学曲线。图中纵坐标为余应变硬化率(1－R)。R为屈服应力回复率， 其中σs 、σ r和σ0分别代表变形前、变形后以及回复后的屈服应力。显然．屈服应力回复程度R愈大，则剩余应变硬化率(1－R)越小。 回复过程是一个驰豫过程，具有以下特点： ①回复过程在加热后立刻开始，没有孕育期； ②回复开始的速率很大，随着时间的延长，逐渐降低，直至趋于零； ③加热温度越高，最终回复程度也越高； ④变形量越大，初始晶粒尺寸越小，都有助于加快回复速率。 回复特征通常可用一级反应方程来表达，即： （1） 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： （2） 式中Q为激活能，R为气体常数(8.31×10-3J/kg·mol·K)，c0为比例常数，T为绝对温度。将式（2）代入方程（1）中并积分，以x0表示开始时性能增量的残留分数，则得： (二) 回复机制 （1）低温回复 此时因温度较低，原子活动能力有限，一般局限于点缺陷的运动，通过空位迁移至晶界、位错或与间隙原子结合而消失，使冷变形过程中形成的过饱和空位浓度下降。对点缺陷敏感的电阻率此时会发生明显下降。 （2）中温回复 此时因温度升高，原子活动能力也增强，除点缺陷运动外，位错也被激活，在内应力作用下开始滑移，部分异号位错发生抵消，因此位错密度略有降低。 （3）高温回复 变形金属在较高温（～0.3Tm）下，变形金属的回复机制主要与位错的攀移运动有关。这时同一滑移面上的同号刃型位错在本身弹性应力场作用下，还可能发生攀移运动，最终通过滑移和攀移使得这些位错从同一滑移面变为在不同滑移面上竖直排列的位错墙以降低总畸变能。 多边化过程的驱动力主要来自应变能的下降，产生的条件: (1) 塑性变形使晶体点阵发生弯曲。 (2) 在滑移面上有塞积的同号刃型位错。 (3) 需加热到较高温度使刃型位错能产生攀移运动。 多边化前后刃型位错的排列情况下图所示： 5.3.3 再结晶 再结晶是指经冷变形金属加热到一定温度时，通过形成新的等轴晶粒并逐步取代变形晶粒的过程。与前述回复过程的主要区别是再结晶是一个光学显微组织完全改变的过程，随着保温