金属材料与热处理第七章.ppt

第一节 形变金属与合金在退火过程  中的变化 将塑性变形后的金属材料加热到0.5Tm温度附近，进行保温，随着时间的延长，金属的组织将发生一系列的变化，这种变化可以分为三个阶段，如图7-1所示。 显微组织的变化 第一阶段为0～1，在这段时间内从显微组织上几乎看不出任何变化，晶粒仍保持伸长的纤维状，称之为回复阶段；第二阶段为1～2，从1开始，在变形的晶粒内部开始出现新的小晶粒，随着时间的延长，新晶粒不断出现并长大，这个过程一直进行到塑性变形后的纤维状晶粒完全改组为新的等轴晶粒为止，称之为再结晶阶段；第三阶段为2～3，新的晶粒逐步相互吞并而长大，直到3，晶粒长大到一个较为稳定的尺寸，称之为晶粒长大阶段。 若将保温时间确定不变，而使加热温度由低温逐步升高时，也可以得到相似的三个阶段，0～T1为回复阶段，T1～T2为再结晶阶段，T2～T3为晶粒长大阶段。 在加热过程中，由于原子具备了足够的活动能力，偏离平衡位置大、能量较高的原子，将向能量较低的平衡位置迁移，使内应力得以松弛，储存能也将逐渐释放出来。根据材料种类的不同，储存能释放曲线有图7-2所示的1、2、3三种形式，其中1代表纯金属的，而2、3分别代表非纯金属和合金的。它们的共同特点是每一曲线都出现一个高峰，高峰开始出现的地方（如图中箭头所示）对应于第一批再结晶晶粒出现的温度。在此温度之前，只发生回复，不发生再结晶。 储存能及内应力的变化 在回复阶段，大部分甚至全部第一类内应力可以得以消除，第二类或第三类内应力只能消除一部分，经再结晶之后，因塑性变形而造成的内应力可以完全被消除。 储存能及内应力的变化 从图7-3中的硬度变化曲线可以看出，在回复阶段，硬度值略有下降，但数值变化很小，而塑性有所提高。强度一般是和硬度成正比例的一个性能指标，所以由此可以推知，回复过程中强度的变化也应该与硬度的变化相似。在再结晶阶段，硬度与强度均显著下降，塑性大大提高。如前所述，金属与合金因塑性变形所引起的硬度和强度的增加与位错密度的增加有关，由此可以推知，在回复阶段，位错密度的减少有限，只有在再结晶阶段，位错密度才会显著下降。 力学性能的变化 与力学性能的变化不同，电阻在回复阶段发生了较显著的变化，这种变化与再结晶过程中的电阻变化相差无几，随着加热温度的升高，电阻不断下降（见图7-3）。 金属的电阻与晶体中点缺陷的密度相关，点缺陷所引起的晶格畸变会使电子产生散射，提高电阻率，它的散射作用比位错所引起的更为强烈。由此可知，在回复阶段，形变金属中的点缺陷密度将有明显的降低。此外，点缺陷密度的降低，还将使金属的密度不断增加，应力腐蚀倾向显著减小。 其他性能的变化 在回复阶段的前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶温度时，亚晶粒尺寸显著增大。 第二节 回 复 回复是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。通常指冷塑性变形金属在退火处理时，其组织和性能变化的早期阶段。 退火温度和时间对回复过程的影响 图7-4为经拉伸变形后的纯铁在不同温度下回复时屈服强度随时间的变化。图中的横坐标为加热时间，纵坐标表示剩余加工硬化分数1-R。其中R=（σm-σr）/σm-σ0，σ0是纯铁经充分退火后的屈服极限，σm是冷变形后的屈服极限，σr是冷变形后经不同规程回复处理的屈服极限。显然1-R越小，则R越大，表示回复的程度越大。 退火温度和时间对回复过程的影响 退火温度和时间对回复过程的影响 从图中的各条曲线不难看出，回复的程度是温度和时间的函数。温度越高，回复的程度越大。当温度一定时，回复的程度随时间的延长而逐渐增加。但在回复初期，变化较大，随后就逐渐变慢，当达到了一个极限值后，回复也就停止了。在每一温度，回复程度大都有一个相应的极限值，温度越高，这个极限值越大，同时达到这个极限值所需的时间越短。达到极限值后，进一步延长回复退火时间，没有多大的实际意义 一般认为，回复是空位和位错在退火过程中发生运动，从而改变了它们的数量和组态的过程。 在低温回复时，主要涉及到空位的运动，它们可以移至表面、晶界或位错处消失，也可以聚合起来形成空位对、空位群，还可以与间隙原子相互作用而消失。总之，空位运动的结果，使空位密度大大减少。由于电阻率对空位比较敏感，所以它的数值有较显著的下降，而力学性能对空位的变化不敏感，所以不出现变化。 回 复 机 制 在较高温度回复时，主要涉及到位错的运动。此时不仅原子有很大的活动能力，而且位错也开始运动起来：同一滑移面上的异号位错可以互相吸引而抵消。当温度更高时，位错不但可以滑移