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第九章
材料的变形与再结晶 第一节 材料的弹性变形第二节 单晶体的塑性变形第三节 多晶体的塑性变形第四节 高分子的塑性变形第五节 塑性变形对材料组织性能的影响第六节 晶体的断裂第七节 冷变形金属的内应力和储存能第八节 冷变形金属的的回复
第九节 冷变形金属的再结晶第十节 晶体的高温变形 ; 第八节 冷变形金属的的回复
储能是促使冷变形金属发生变化的驱动力。观察冷变形金属加热时的变化,从储能释放及组织结构和性能的变化来分析,可分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。
; 变形金属加热时显微组织的变化
;; 变形金属加热时储能的释放
;变形金属加热时性能的变化;一、回复过程中的特征
(1) 回复过程中组织不发生改变,但经高温回复后,胞状位错缠结转变成的亚晶;
(2) 经过回复可完全消除宏观残余内应力,但微观残余内应力仍部分残存;
(3) 回复过程中力学性能变化不大;
(4) 回复过程对物理性能的影响较大,点缺陷的浓度有明显的降低。 ;二、回复机制
一般认为是点缺陷和位错在退火过程中发生运动,从而改变了它们的组态和分布。
1.低温回复:回复的机制主要是过剩空位的消失,趋向于平衡空位浓度。
2.中温回复:其主要机制是位错滑移导致位错重新组合;异号位错会聚而互相抵消以及亚晶粒长大。
3.高温回复:回复机制是包括攀移在内的位错运动和多边化,以及亚晶粒合并。
;;;;三、回复动力学
1.回复动力学曲线
;回复动力学特点:
(1)回复过程没有孕育期,随着退火的开始进行,发生软化。
(2)在一定温度下,初期的回复速率很大,以后逐渐变慢,直到最后回复速率为零。
(3)每一温度的回复程度有一极限值,退火温度越高,这个极限值也越高,而达到此极限所需时间则越短
(4)回复不能使金属性能恢复到冷变形前的水平。
;2.回复动力学方程
设P为冷变形后在回复阶段发生变化的某种性能,如临界切应力,P0为变形前该性能的值,ΔP=P-P0为加工硬化造成的该性能的增量,与晶体中晶体缺陷的体积浓度CP成正比。
P-P0=ΔP=K CP (1)
; (3)
积分得:
(4)
由(4)式得出:回复阶段性能随时间而衰减,服从指数规律。;回复动力学方程
例:已知锌单晶的回复激活能Q=20000cal/mol,在0℃回复到残留75%的加工硬化需5min,请问在27℃和-50℃回复到同样程度需多长时间?
解: (min)
min≈13(天)
测量出几个不同温度下回复到相同P值所需的时间,利用(4)式并取对数,得到:
从 关系可求出激活能,利用Q以推断可能的回复机制。;
冷变形后的金属加热到一定温度后,在原来的变形组织中产生无畸变的新晶粒,而且性能恢复到变形以前的完全软化状态,这个过程称为再结晶。
其驱动力为冷变形时所产生的储能。
;;;(1).亚晶粒粗化的形核机制一般发生在冷变形度大时
A.亚晶合并形核, 适于高层错能金属
。;再结晶的形核亚晶粒粗化的形核之---- B.亚晶粒长大形核 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;再结晶的形核---- (2)原有晶界弓出的形核机制
一般发生在形变较小的金属中,变形不均匀,位错密度不同
;二、影响再结晶速率与再结晶温度的主要因素
通常把再结晶温度定义为经过严重冷变形的金属(ε70%),加热1小时,再结晶体积占到总体积的95%的温度。另外,有的文献把保温30-60min,开始发生再结晶或完成50%再结晶的温度定义为再结晶温度,因此,引用再结晶温度时,必须注意它的具体条件。
对于工业纯金属,其起始再结晶温度与熔
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