第五章 回复与再合金.pdf

第5章 回复与再结晶 材料学院武建军教授 外力使金属变形时，外力对金属作功。这些能 量大部分转化为热量散失到环境中；有一部分 能量（2~ 10% ）保存到变形金属中-形变储存 能，使金属处于不稳定状态。 金属塑性变形后，其组织性能发生了很大变 化，为了恢复性能，需要加热-退火。 加热时，不稳定状态的金属将发生一系列转 变，逐步向平衡状态转变。 5.1冷变形金属在加热时的 组织与性能变化 (1) （光学）显微组织变化 分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。 回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变 化； 再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转 变为新的无畸变的等轴状晶粒。 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。 没有发生相变。 (2)变形储存能量的释放 能量存在形式：位错 （80 ～90 ％）、弹性应 变能（3 ～12 ％）和点缺 陷 储存能的释放：原子迁 移至平衡位置，储存能 得以释放。 (3)变形金属加热时的性能变化 1 力学性能 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，当晶粒粗化严重时塑性则下降。 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； 电阻率：电阻率在回复阶段明显下降。 5.2 回复 （1）回复的特征 回复过程中，宏观内应力消除； 强度、硬度基本不变→位错密度基本不 变； 显微组织不变→大角度晶界没有移动 回复退火的工业应用-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 研究方法 难以直接观察 量热法 电阻法 硬度法 位错密度法 X射线衍射 密度测量 （2 ）回复机理 回复实质是晶体中点缺陷和位错移动， 主要是空位的扩散，从而改变缺陷分布 和缺陷数量的过程。 回复的驱动力：形变储存能 具体回复机制与温度有关。 低温回复 温度0.1 －0.3Tm 点缺陷（主要是空位）运动使点缺陷密 度降低，如 移至自由表面、晶界 空位＋间隙原子对消 空位与位错发生作用而消失，如位错攀移 空位聚集崩塌成为位错环 电阻率明显变化 中温回复 温度0.3 －0.5Tm 位错进行滑移和交滑移，位错密度略有 降低 异号位错相遇而抵消 位错重新排列、缠结程度降低 亚晶粒规整化 高温回复 温度0.5Tm 原子活动能力强，G 降低。位错可以攀移、滑移和交 滑移，位错垂直排列形成多边化亚晶粒-多边化。 多边化可以降低弹性畸变能，消除宏观、微观应力。 亚晶略有长大。 5.3 再结晶 再结晶是低位错密度、等轴状晶粒取代 高缺陷密度、拉长晶粒的过程。 再结晶是形核长大过程,但不是相变 再结晶的驱动力也是形变储存能（位错 能量） 再结晶彻底改变变形组织，消除加工硬 化等冷变形影响。 5.3.1再结晶的形核与长大 (1) 形核 再结晶形核就是形成小块低缺陷的区域；是依靠可动 性较大界面的突发式移动实现的。 界面的移动性取决于两个因素 界面两侧晶体的位向差大小(界面能大小) ； 界面两侧形变储存能差别大小(驱动力大小) 界面两侧差别较大，界面的可动性较高，容易形核。 大角度晶界； 亚晶界。 形核机制 亚晶长大形核机制（变形量较大时） 亚晶合并形核 亚晶界移动形核（吞并其它亚晶或变形部分） 晶界凸出形核（变形量较小时） 晶界弓出形核，凸向亚晶粒小(位错密度较高) 的方 向 （2 ）长大 驱动力：界面两侧的畸变能差 方式：晶核向畸变晶粒扩展，直至新晶粒相互 接触。 无畸变晶粒长大是形变储存能释放的过程，自 发过程。 再结晶不是相变过程。 5.3.2 影响再结晶的因素 退火温度。温度越高，再结晶速度越大。 变形量。变形量越大，再结晶温度越低；随变形量