3.3冷变形加工金属在加热时组织和性能变化幻灯片.ppt

3.3 冷变形加工的金属在加热时组织与性能的变化 The Microstructure and Property Changes of Cold Deformed Metals during Heating 塑性变形时,有一小部分能量储存在金属内部，成为储存能。 储存能使塑性变形的金属的自由能升高，热力学上处于亚稳状态，有自发恢复到变形前低自由能的稳定状态的趋势。 常温下，原子活动能力很小，扩散速度不足，亚稳状态无明显变化。 若温度升高，原子活动能力增强，扩散速度增加，冷变形金属就会由亚稳状态向稳定状态转变，引起组织和性能变化。 储存能就是这一系列变化过程的驱动力。 3.3 冷变形加工的金属在加热时组织与性能的变化 变化过程随着温度的升高可分为 回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。 3.3.1 回复（Recovery） 回复： 冷变形金属在低温加热时，在光学显微组织发生改变前，产生的某些结构和性能变化的过程。 Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 加热温度 （0.2～0.35Tm） 显微组织仍为纤维状， 无可见变化； 力学性能 基本保持加工硬化， 仅强度和硬度稍有下降， 塑性略有提高。 内应力↓↓ 耐蚀性↑↑ 电阻↓↓ Strength：强度 Ductility：延展性 Hardness：硬度 Internal residual stresses 回复 3.3.1 回复（Recovery） 产生回复的机理：点缺陷特别是空位的运动和位错短距离迁移 使晶格畸变减小，内应力明显下降。 空位的逸出 ——空位比较容易移动，如可以移至晶界或位错处而消失，也可聚合起来形成空位对、空位群，还可与间隙原子相互作用而消失，结果使点缺陷密度明显下降。 多边形化 ——由于位错运动使其由冷塑性变形时的无序状态变为垂直分布，形成亚晶界，称为多边形化过程。 多边形化过程 是位错从高能态的混乱排列向低能态的规则排列移动的过程。 3.3.1 回复（Recovery） 生产中的应用： 去应力退火—是利用回复阶段的低温加热处理，既可保留加工硬化的效果又可降低内应力，稳定组织，以减轻变形和翘曲，并改善工件耐蚀性，降低电阻率。 冷拉钢丝卷制弹簧。 对铸件和焊接件及时进行去应力退火以防止变形和开裂，也是通过回复过程来实现的。 退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却（通常是缓慢冷却，有时是控制冷却）。 目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷；均匀材料组织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备。 3.3.2 再结晶 （Recrystallization） 1.再结晶： 冷变形加工的金属被加热至较高温度（高于回复温度）时，在变形组织（拉长、压扁及破碎晶粒）的基体上产生新的无畸变的晶核，并迅速长大形成等轴晶粒，逐渐取代全部变形组织，也是形核长大过程。 冷变形黄铜组织性能随温度的变化 3.3.2 再结晶 （Recrystallization） 冷变形(变形量为38%)黄铜580oC保温15分后的的再结晶组织 3.3.2 再结晶 （Recrystallization） 2.特点 性能上，强度、硬度↓↓ 塑性、韧性↑↑ 内应力完全消除 再结晶与结晶、重结晶 的根本区别： 无相变，无恒定转变温度， 无晶格类型的变化 工程上为了消除加工硬化现象，降低硬度，提高塑形，使压力加工能继续进行，广泛采用再结晶退火（中间退火）。 3.3.2 再结晶 （Recrystallization） 机理简介 冷变形金属的再结晶是通过形核-长大方式完成的。 形核是在变形后由破碎晶粒中无畸变的小晶块（即低能晶块） 作为核心长大为晶核的。 晶核的长大则是通过晶界的迁移成长为新的等轴晶粒的。 3.3.2 再结晶 （Recrystallization） 经70%塑变的纯铁 加热时的 组织变化 3.3.2 再结晶 （Recrystallization） 黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片 冷变形量为38％的组织 580oC保温3秒后的组织 580oC保温4秒后的组织 580oC保温8秒后的组织 580oC保温15分后的组织 700oC保温10分后的组织 3.3.2 再结晶 （Recrystallization） 4. 再结晶温度 再结晶不是一个恒温过