金属学与热处理第五章.ppt

所以平衡时总阻力应为：F=2?rscosfsin(90o－a＋f)=2?rscosfcos(a-f)对于固定材料体系和质点，质点和晶粒间的表面张力固定，a也不变，而f随晶界与质点的相对位置而变化。对f求极值，令dF/df=0，则有：f=a/2，代入上述Ｆ表达式中可得：Ｆmax=2?rscosfcos(a-f)=2?rscos2a/2=?rs(1+cosa)若单位体积中二相质点个数为Nv，当单位面积的晶界移动2r距离时，横切的颗粒数为：N=2rNv不溶解的第二相rFfabfs周长＝2?rcosf颗粒s晶界第32页,共54页，星期六，2024年，5月因此作用在单位面积晶界上的总阻力为：F总=FmaxN=2?r2sNv(1+cosa)另一方面，对于球形晶粒（半径为R），驱动其晶界移动的驱动力P为：P=2s/R阻力驱动力平衡时有：2s/R=2?r2sNv(1+cosa)因此：R=[?r2Nv(1+cosa)]-1由于Nv为单位体积中二相质点个数,则其体积分数为：f=4?r3Nv/3；将Nv换算成体积分数f代入得：若a角在迁移过程中保持不变，则：不溶解的第二相第33页,共54页，星期六，2024年，5月讨论：不溶解的第二相R是平衡状态下的晶粒半径，也即是该条件下晶粒长大的极限尺寸。晶粒长大的极限尺寸与二相颗粒的半径成正比，与颗粒的体积分数成反比。二相颗粒愈细小，数量愈多，则对晶粒长大的阻滞能力愈强。二相颗粒对晶粒长大的阻碍作用主要取决于其大小和体积分数，而二相颗粒本身的性质影响相对较小，因为它只影响a值。应用实例：灯泡W丝中加ThO2质点；钢中含有Al2O3或AlN质点、Mg中加入微量Zr，Al中含有MnAl6质点，均可明显阻止加热时晶粒的长大。第34页,共54页，星期六，2024年，5月再结晶晶粒通常缓慢均匀长大，但如有少数晶粒处在特别有利的环境，它们将吞食周围晶粒，迅速长大，这种现象称为晶粒的异常长大。早期的研究以为异常长大也是形核和核心的生长过程，因此称为“二次再结晶”4.2晶粒的非正常长大异常长大的实质是一次再结晶后的长大过程中，某些晶粒的环境特殊而产生的优先长大，不存在再次形核过程。异常长大导致晶粒分布严重不均，长大后期可能造成材料晶粒尺寸过大，对材料的性能带来十分不利的影响。第35页,共54页，星期六，2024年，5月基本条件:正常晶粒长大过程被(第二分散相微粒、织构）强烈阻碍。驱动力：界面能变化。(不是重新形核)4.2晶粒的非正常长大第36页,共54页，星期六，2024年，5月钉扎晶界的第二相溶于基体.机制再结晶织构中位向一致晶粒的合并.大晶粒吞并小晶粒.对组织和性能的影响织构明显各向异性 优化磁导率性能不均降低强度和塑韧性晶粒粗大提高表面粗糙度4.2晶粒的非正常长大第37页,共54页，星期六，2024年，5月再结晶温度再结晶后的晶粒尺寸其它组织变化第五节再结晶后的组织第38页,共54页，星期六，2024年，5月5.1再结晶温度再结晶并不是只能在固定的温度以上才能发生，而是温度愈高，转变速度愈快。再结晶温度定义为在一定时间内完成再结晶所对应的温度，通常规定在一小时内再结晶完成95%所对应的温度为再结晶温度再结晶温度与材料的类型、纯度有关，而且和材料冷变形程度也有关。再结晶温度随着变形量的增加而降低，最终有一下限值，对于工业纯金属来讲，经验表明最低再结晶温度在0.35TM左右，一般再结晶温度用0.4TM来估计。第3