华南师范大学材料科学与工程教程第八章材料的变形与断裂(四).ppt

? 材料科学基础 ? ?第8章 材料的变形与断裂 ? * * 第八章 材料的变形与断裂（四） * * 十一、冷变形金属的再结晶 ?在加热温度更高时发生再结晶，而在此之前变形金属的力学性能和物 理性能都是逐渐变化的，但只要加热到某一确定值（或者说是一个很窄 的温度范围），就可看到力学性能和物理性能急剧变化，加工硬化可以 完全消除，性能可恢复到未变形前的退火状态。 ?显微组织也发生明显变化，由拉长的变形晶粒变为新的等轴晶粒 再结晶现象 再结晶的实际意义——冷变形而产生强烈的加工硬化，导致加工工艺（如拉拔线材）不能继续进行时，中间必须进行再结晶退火 ——同时也是改变金属组织结构与性能的一种方法，特别是对 那些在固态下没有相变的金属材料，在适当的场合下可以应用。 * * 概念:冷变形金属加热到一定温度后(T0.4T熔),在原来变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒,性能恢复到完全软化状态（冷变形前的状态）,这一过程称为再结晶. 再结晶是一个先产生无畸变的晶核，然后再在变形的金属基体中长大的过程，但是再结晶转变没有晶体结构和化学成分的改变。（本质上再结晶不属于相变） 在畸变的晶体中形成无畸变的晶核，晶核不断的长大，再结晶完成后，获得等轴晶粒。 再结晶是形核和晶核长大的过程 * * 1、 再结晶的形核 再结晶的转变驱动力是晶体的弹性畸变能，从而晶核必然是产生在高畸变区域, 若晶核本身无畸变，且畸变能的降低足以弥补新晶核形成时所增加的界面能，这使系统的能量降低，晶核就会进一步增大。 * * ?再结晶核心实际上是“现成的”，它已存在畸变能较大的区域，不需要原子逐个积累到超过某一临界尺寸。 ?实际观察到的再结晶核心首先产生在大角度界面上，如晶界、相界面、孪晶或滑移带界面上，也可能产生在晶粒内某些特定的位向差较大的亚晶上（右图） ?对于再结晶核心产生在大角度的晶界上，照Beck所提出的模型，也是变形的两个相邻晶粒内，其位错胞的尺寸相差悬殊（图8－38），晶核产生于位错胞尺寸大的晶粒一侧，长入到有小位错胞晶粒内，即伸向畸变能较高的区域 以减小畸变能. 再结晶的形核与长大 1.形核机制 (1)晶界弓出 小变形量时,各晶粒形变形核不均匀, 变形小的晶粒向变形度大的亚晶粒一侧弓出→形成无畸变晶核 (2)亚晶合并 变形大时:多边形化的亚晶合并为再结晶晶核. (3)亚晶蚕食 变形大时，低密度位错的亚晶蚕食途中遇到的位错。 2.长大 再结晶晶核形成后,自发长大,形成无畸变的新等轴晶粒. * * 2、 再结晶动力学 在一定变形量下，将变形金属在不同温度下退火，测定发生再结晶的体积分数随时间的变化； * * 下图表明再结晶的动力学与回复不同: (1)在每一固定温度下，转变曲线形成如S， 发生再结晶需要一孕育期，退火温度越高，孕育期越短 (2) 开始再结晶时，转变速率很低，随着转变量增加，转变速率逐渐增大，到转变量为50％时，速率最快（中间范围是一直线）转变量再增加，速率又减慢。 (3) 退火温度越高，转变曲线渐向左移, 即转变加速; (4) 如在恒定温度下，变形量不同，也会有不同的再结晶速率（图8－40） 变形量越大，再结晶速率越大 返回 * * 当再结晶是三维的，K在3～4之间；再结晶是二维的（如薄板），K在2～3之间；再结晶是一维的（如线材），K在1～2之间 如对前式取对数，则有： 得直线的斜率 K，在一定温度范围内 K 值几乎不随温度而变 阿弗拉米提出的再结晶动力学方程 ? ＝1－exp(－Bt K) 式中， ?在t时间已经再结晶的体积分数, B和K为常数 * * ?再结晶速率V再温度T的关系符合阿罗尼乌斯(Arrhenius）公式: V再 = Aexp(-Q/RT). 式中 Q —?再结晶激活能；R — 气体常数 再结晶速率与产生某一体积分数的再结晶所需要的时间成反比，即 故 在两个不同温度T1、T2进行等温退火，若要产生同样程度的再结晶所需的时间分别为t1、t2，则 此式在生产上极为有用。 * * 3 、影响再结晶的因素 ?临界变形度：在给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量，即通常为临界变形度，低于此变形度，不能再结晶； ?退火温度：变形度越小，开始再结晶的温度越高，这也意味着临界变形度随退火温度的升高而减小； * * ?再结晶后晶粒大小主要决定于变形程度，变形量越大，再结晶后的晶粒越小 而温度的影响，对刚完成再结晶来说，其影响很弱，随温度升高，同时增加 了形核率和生长速率，其比值没有变化，因而晶粒大小的变化也很小 温度只是加速了再结晶过程，若再结晶过程已完成，随后