第20讲 金属及合金的回复与再结晶Ⅰ.ppt

第七章金属及合金的回复与再结晶 上讲内容回顾 合金的塑性变形 单相固溶体的塑性变形——柯氏气团 多相合金的塑性变形 塑性变形对金属组织和性能的影响 金属组织和结构的变化 加工硬化 残余内应力 第七章 回复与再结晶 本章内容提要 引言 §7-1 回复 §7-2 再结晶 §7-3 晶粒长大 §7-4 金属的热加工 引言 冷变形后的材料加热转变 §7-1 回复 一、回复概念 二、回复的组织性能变化 三、回复机制 四、回复退火的应用 一、回复概念 回复：冷变形金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前的微观结构及性能的变化过程。 冷变形金属加热，当温度不高时，由于原子扩散能力不很大，变形金属的显微组织不发生明显变化，仅强度和硬度略有降低，而塑性略有增大，但电阻和内应力显著下降，这就是回复阶段。 种类： 低温回复：0.1Tm~0.3Tm，空位浓度显著下降 中温回复：0.3Tm~0.5Tm，位错密度略有下降 高温回复：≥ 0.5Tm，多边化过程 回复驱动力：弹性畸变能的降低。 工业上利用这种回复过程，可对变形金属进行除应力退火，以恢复某些物理、化学性能，但保留加工硬化效果。 二、回复的组织性能变化 三、回复机制 四、回复退火的应用 加热到这个阶段的退火，工程上称为去应力退火，主要用于冷变形后希望保持形变强化效果，减小内应力，提高塑性韧性，减小变形，提高耐蚀性的场合。 如冷成形弹簧在冷卷成形后的退火；对精密机件精加工阶段在工序间的退火，消除加工造成的内应力；黄铜件冲压后退火消除内应力防止应力腐蚀等。 §7-2 再结晶 一、再结晶概念 二、再结晶形核与长大 三、再结晶温度和及其影响因素 四、再结晶晶粒大小的控制 一、再结晶概念 冷变形后的金属在较高的温度下[T＞0.4Tm]，由高畸变的变形组织转变为低畸变的等轴晶粒，伴随的强度硬度大大下降，塑性韧性大大提高的变化叫再结晶。 再结晶的驱动力也是冷变形所产生的储存能。 再结晶过程是不伴随有晶格类型变化但导致晶格畸变消除的特殊结晶过程。 再结晶在生产上主要用于冷变形加工过程中的中间处理，以消除加工硬化作用，便于继续冷加工，其处理工艺叫做再结晶退火。再结晶过程，如图7-3所示。 材料发生了再结晶后，由于全部用新生成的晶粒替换了原发生过塑性变形的晶粒，所以材料经过再结晶后，由冷塑性变形带来的所有性能变化就全部消失，材料的组织发生了变化，性能完全彻底回到变形前的状态。 冷塑性变形后的发生再结晶，晶粒以形核和晶核长大 来进行，但再结晶过程不是相变。原因有： 变化前后的晶粒成分相同，晶体结构并未发生变化，因此它们是属于同一个相。 再结晶不像相变那样，有转变的临界温度点，即没有确定的转变温度。 再结晶过程是不可逆的，相变过程在外界条件变化后可以发生可逆变化。 发生再结晶的热力学驱动力是冷塑性变形晶体的畸变能，也称为储存能。 二、再结晶形核与长大 1. 再结晶形核 ⑴ 亚晶长大形核机制 一般发生在冷变形度大时 ① 亚晶合并形核—— 适于高层错能金属 通过亚晶界上是位错的攀移和滑移来实现。 ② 亚晶界移动形核——适于低层错能金属 通过亚晶合并和亚晶长大，使亚晶界与基体间的取向差增大，直至形成大角度晶界，便成为再结晶的核心 ⑵ 晶界弓出形核机制 一般发生在形变较小（变形度~＜40%）的金属中，变形不均匀，位错密度不同。再结晶退火时，晶界中的某一段就会向亚晶粒细小位错密度高的一侧弓出。 2. 再结晶的长大 形核之后，无畸变核心与周围畸变的旧晶粒之间的应变能差是核心长大的驱动力，当各个新晶粒彼此接触，原来变形的旧晶粒全部消失时，再结晶过程即告完成。 三、再结晶温度和及其影响因素 再结晶是一个原子扩散过程，原子必须有足够的活 度，所以必须加热到一定的温度以上。 1. 再结晶温度 2. 影响再结晶温度的因素 1. 再结晶温度 经严重冷变形(＞70％)的金属在一小时左右能完成再结晶（＞95％转变量）的温度为再结晶温度。 考虑到再结晶温度受许多因素影响，同时为了缩短退火周期，生产上采用的再结晶退火温度，比最低再结晶温度高100～200℃。 2. 影响再结晶温度的因素 ⑴ 变形程度 变形度↑→储存能↑→驱动力↑→ T再↓。当变形度小于一定值时，不发生再结晶，而变形度大到一定值后，T再趋于稳定值，称最低再结晶温度。 ⑵ 金属纯度 纯度高，T再下降。因为杂质和合金元素溶入基体后阻止原子扩散和位错运动，使T再增加。但合金元素较多，显著降低熔点时又使T再下降。 ⑶ 加热速度与保温时间 非常缓慢的加热使回复充分，储存能下降，使T再增加，但加热速度很快时，使再结晶形核－长大来不及进行， T再上升。同样，若延长保温时间， T再