Z6回復(fù)及再結(jié)晶

1、第六章第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶本章目的：本章目的： 1 揭示形變金屬在加熱過(guò)程中組織和性能揭示形變金屬在加熱過(guò)程中組織和性能變化的規(guī)律；變化的規(guī)律； 2 揭示再結(jié)晶的實(shí)質(zhì)揭示再結(jié)晶的實(shí)質(zhì) 3 說(shuō)明熱加工與冷加工的本質(zhì)區(qū)別以及熱說(shuō)明熱加工與冷加工的本質(zhì)區(qū)別以及熱加工的特點(diǎn)。加工的特點(diǎn)。 （1）回復(fù)與再結(jié)晶的概念和應(yīng)用；）回復(fù)與再結(jié)晶的概念和應(yīng)用； （2）臨界變形度的概念；）臨界變形度的概念； （3）再結(jié)晶晶粒度的控制；）再結(jié)晶晶粒度的控制； （4）熱加工與冷加工的區(qū)別；）熱加工與冷加工的區(qū)別；本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：6-1 形變金屬與合金在退火過(guò)程中的變化形變金屬與合

2、金在退火過(guò)程中的變化一一 退火概念退火概念 1 定義定義： 將金屬加熱到某溫度保溫一定時(shí)間，而將金屬加熱到某溫度保溫一定時(shí)間，而后緩慢冷至室溫，通過(guò)組織結(jié)構(gòu)的變化使后緩慢冷至室溫，通過(guò)組織結(jié)構(gòu)的變化使材料熱力學(xué)穩(wěn)定性得以提高的熱處理工藝。材料熱力學(xué)穩(wěn)定性得以提高的熱處理工藝。 根據(jù)退火溫度不同根據(jù)退火溫度不同(或或 Ac1 時(shí)：時(shí)： 驅(qū)動(dòng)力為相變中兩相的體積自由能之差驅(qū)動(dòng)力為相變中兩相的體積自由能之差 退火退火TT再再 T再再0.4T熔熔；實(shí)際；實(shí)際: +100200 顯微組織顯著變化顯微組織顯著變化 ： 轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S無(wú)畸變新晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S無(wú)畸變新晶粒 亞結(jié)構(gòu)：位錯(cuò)密度大大降低；亞結(jié)構(gòu)：位錯(cuò)密度

3、大大降低； 性能顯著變化：性能顯著變化： HB、；、 內(nèi)應(yīng)力完全消除。內(nèi)應(yīng)力完全消除。3 再結(jié)晶形核機(jī)制再結(jié)晶形核機(jī)制亞晶合并相鄰亞晶合并相鄰亞晶界中位錯(cuò)通亞晶界中位錯(cuò)通過(guò)攀移和滑移消過(guò)攀移和滑移消失失(2)亞晶界移動(dòng)亞晶界移動(dòng)(3) 晶界突出形核晶界突出形核 變形度較小，變形度較小，40%時(shí)時(shí)4 影響影響T再再的因素的因素 T再再：指開始出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象時(shí)的最低溫度：指開始出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象時(shí)的最低溫度 T熔熔 ： T熔熔， T再再 如：如： Fe: 1538 450; Pb(Sn): 300(200) 0; W: 3300 11001200 原因：原子間結(jié)合力強(qiáng)，難擴(kuò)散原因：原子間結(jié)合力強(qiáng)，難擴(kuò)

4、散 純度：純度： 純度純度，雜質(zhì)，雜質(zhì)% ，T再再 如：如：高純鋁高純鋁(99.999%)： T再再80 ； 工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁(99.9%)： T再再 290 原因：阻礙原子擴(kuò)散與晶界遷移原因：阻礙原子擴(kuò)散與晶界遷移又：又： 純鐵：純鐵： T再再 450； 碳鋼：碳鋼： T再再 500650 變形程度變形程度： 變形程度變形程度，T再再原因：原因： 儲(chǔ)存能儲(chǔ)存能，驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力 當(dāng)當(dāng)60%, 趨于穩(wěn)定；趨于穩(wěn)定； 當(dāng)當(dāng)，T再再； 無(wú)再結(jié)晶過(guò)程無(wú)再結(jié)晶過(guò)程最低再結(jié)最低再結(jié)晶溫度晶溫度 故故生產(chǎn)上通常規(guī)定經(jīng)過(guò)大變形量生產(chǎn)上通常規(guī)定經(jīng)過(guò)大變形量(70%)后的金屬在保溫時(shí)間后的金屬在保溫時(shí)間1h內(nèi)完成

5、內(nèi)完成再結(jié)晶再結(jié)晶(轉(zhuǎn)變量轉(zhuǎn)變量95)的溫度為的溫度為(最低最低)再結(jié)晶溫度。再結(jié)晶溫度。二二 晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大 隨隨T，t，晶粒長(zhǎng)大，晶粒長(zhǎng)大 1 驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力界面能界面能 界面多少：細(xì)晶界面多少：細(xì)晶粗晶；粗晶； 界面形態(tài)：界面能界面形態(tài)：界面能 界面曲率界面曲率 直晶界最穩(wěn)定直晶界最穩(wěn)定1201201202 長(zhǎng)大方式長(zhǎng)大方式： “大吃小大吃小”； 晶界拉直晶界拉直: 120，近六邊形，近六邊形三三 影響再結(jié)晶晶粒度的因素影響再結(jié)晶晶粒度的因素 d = K (G/N)1/4；（1）再結(jié)晶加熱溫度）再結(jié)晶加熱溫度 T，d 原因：原因： 原子擴(kuò)散能力強(qiáng)、原子擴(kuò)散能力強(qiáng)、 晶界易遷移晶界易遷移（

6、2）預(yù)先變形量：）預(yù)先變形量： = 1090%：, d = 210%：異常長(zhǎng)大：異常長(zhǎng)大 90%：異常長(zhǎng)大：異常長(zhǎng)大 原因：原因： 驅(qū)動(dòng)力因素驅(qū)動(dòng)力因素 形核因素形核因素 形變織構(gòu)因素形變織構(gòu)因素關(guān)鍵關(guān)鍵形變均勻度形變均勻度（3）合金元素、雜質(zhì)及第二相質(zhì)點(diǎn)）合金元素、雜質(zhì)及第二相質(zhì)點(diǎn) 均阻礙晶界運(yùn)動(dòng)均阻礙晶界運(yùn)動(dòng)細(xì)化；細(xì)化； 第二相愈彌散、細(xì)小、量愈多第二相愈彌散、細(xì)小、量愈多 細(xì)化效果愈明顯細(xì)化效果愈明顯 注意：注意： 分布須均勻，否則可能引起二次再結(jié)晶分布須均勻，否則可能引起二次再結(jié)晶 其它因素：其它因素： 原始晶粒尺寸、變形溫度等原始晶粒尺寸、變形溫度等二次再結(jié)晶二次再結(jié)晶： 形變量很大

7、時(shí)形變量很大時(shí)(9095%)或在較高溫度下或在較高溫度下某些晶粒的異常長(zhǎng)大過(guò)程。某些晶粒的異常長(zhǎng)大過(guò)程。 實(shí)質(zhì)并非再結(jié)晶過(guò)程，而為再結(jié)晶后實(shí)質(zhì)并非再結(jié)晶過(guò)程，而為再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大的晶粒長(zhǎng)大: “大吃小大吃小” = 210%：再結(jié)晶晶粒少、細(xì)小、被吃：再結(jié)晶晶粒少、細(xì)小、被吃 90%：含織構(gòu)且較多的雜質(zhì)時(shí)：含織構(gòu)且較多的雜質(zhì)時(shí) 避開過(guò)大、過(guò)小的避開過(guò)大、過(guò)小的臨界變形量臨界變形量 210%、 90%高純高純Fe-Si 箔材于箔材于1200真空退火時(shí)所產(chǎn)生真空退火時(shí)所產(chǎn)生的的 二次再結(jié)晶現(xiàn)象二次再結(jié)晶現(xiàn)象四四 再結(jié)晶應(yīng)用再結(jié)晶應(yīng)用再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 目的：目的： 中間退火：中間退火：消除加工硬

8、化消除加工硬化； 冷拔鐵鉻鋁電阻絲生產(chǎn)中：冷拔鐵鉻鋁電阻絲生產(chǎn)中： 氫氣保護(hù)再結(jié)晶退火氫氣保護(hù)再結(jié)晶退火 無(wú)相變金屬的細(xì)晶強(qiáng)化無(wú)相變金屬的細(xì)晶強(qiáng)化(如如Al、Cu等等)： 冷塑變冷塑變 + 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火細(xì)化的再結(jié)晶晶粒細(xì)化的再結(jié)晶晶粒再結(jié)晶全圖的應(yīng)用再結(jié)晶全圖的應(yīng)用 指導(dǎo)塑性加工與再結(jié)晶退火工藝指導(dǎo)塑性加工與再結(jié)晶退火工藝 加熱溫度、預(yù)變形度、再結(jié)晶晶粒度加熱溫度、預(yù)變形度、再結(jié)晶晶粒度6-4 金屬的熱加工金屬的熱加工主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：（1）熱加工與冷加工區(qū)別）熱加工與冷加工區(qū)別（2）熱加工對(duì)組織與性能影響）熱加工對(duì)組織與性能影響一一 金屬熱加工與冷加工的概念金屬熱加工與冷加工的概念

9、 熱加工：熱加工：T T再再； 冷加工：冷加工： T T再再；實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)： 有否再結(jié)晶軟化過(guò)程有否再結(jié)晶軟化過(guò)程 衡量依據(jù)：衡量依據(jù)：T再再 例：例：W 在在1000非熱加工；非熱加工； Sn、Pb 在室溫為熱加工；在室溫為熱加工；二二 熱加工對(duì)組織、性能的影響熱加工對(duì)組織、性能的影響 熱加工：鋼材的熱鍛與熱軋熱加工：鋼材的熱鍛與熱軋1 消除鑄態(tài)組織缺陷：消除鑄態(tài)組織缺陷：（1）氣孔、疏松、微裂紋的焊合；）氣孔、疏松、微裂紋的焊合； 宏觀組織宏觀組織致密化致密化；（2）破碎粗大的鑄態(tài)晶粒；）破碎粗大的鑄態(tài)晶粒； 再結(jié)晶過(guò)程再結(jié)晶過(guò)程 晶粒、組織的晶粒、組織的細(xì)化細(xì)化；（3）減輕枝晶偏析）減輕枝晶

10、偏析 實(shí)際熱加工溫度遠(yuǎn)高于再結(jié)晶溫度實(shí)際熱加工溫度遠(yuǎn)高于再結(jié)晶溫度 成分成分均勻化均勻化 塑韌性塑韌性，熱加工組織優(yōu)于鑄態(tài)，熱加工組織優(yōu)于鑄態(tài)2 改善第二相、夾雜的分布改善第二相、夾雜的分布 纖維組織纖維組織（流線）（流線） ：鑄態(tài)組織的：鑄態(tài)組織的 枝晶偏析、枝晶偏析、夾雜物分布沿加工方向細(xì)碎延伸形成的組夾雜物分布沿加工方向細(xì)碎延伸形成的組織?？?。 使流線與力性方向分布合理使流線與力性方向分布合理 3 缺陷：存在帶狀組織與纖維組織缺陷：存在帶狀組織與纖維組織 帶狀組織帶狀組織：復(fù)相合金中各個(gè)相沿?zé)峒庸し剑簭?fù)相合金中各個(gè)相沿?zé)峒庸し较蚪惶娉蕩Щ驅(qū)訝罱M織。向交替呈帶或?qū)訝罱M織。 纖維組織纖維組織

11、：晶粒、區(qū)域偏析：晶粒、區(qū)域偏析(成分偏析、成分偏析、夾雜物分布夾雜物分布)沿加工方向延伸形成的組織。沿加工方向延伸形成的組織。 力性的各向異性力性的各向異性 鐵素體鐵素體珠光體珠光體 三、熱加工與冷加工的應(yīng)用三、熱加工與冷加工的應(yīng)用 熱加工優(yōu)點(diǎn)熱加工優(yōu)點(diǎn)：改善組織：改善組織 塑性好，變形抗力小；塑性好，變形抗力?。?缺缺 陷陷：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低、：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低、 應(yīng)應(yīng) 用用: （1）室溫下硬度、脆性較大的金屬；室溫下硬度、脆性較大的金屬； （2）截面尺寸大、精度低、變形量大；）截面尺寸大、精度低、變形量大； 冷加工冷加工：（1）用于）用于塑性好的金屬；塑性好的金屬

12、； （2）截面小，精度與表面質(zhì)量要求高；）截面小，精度與表面質(zhì)量要求高；第六章第六章 習(xí)題與思考題習(xí)題與思考題1 名詞解釋：回復(fù)名詞解釋：回復(fù) 多邊形化多邊形化 再結(jié)晶再結(jié)晶 臨界變形度臨界變形度2 指出下列名詞的區(qū)別：指出下列名詞的區(qū)別： 結(jié)晶結(jié)晶 再結(jié)晶再結(jié)晶 重結(jié)晶重結(jié)晶 熱加工與冷加工熱加工與冷加工 去應(yīng)力退火與再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火與再結(jié)晶退火3 舉例說(shuō)明回復(fù)、再結(jié)晶退火在工業(yè)上的應(yīng)用。舉例說(shuō)明回復(fù)、再結(jié)晶退火在工業(yè)上的應(yīng)用。4 金屬經(jīng)冷變形、熱加工后組織與性能各有何變化。金屬經(jīng)冷變形、熱加工后組織與性能各有何變化。5 試述位錯(cuò)對(duì)金屬材料強(qiáng)度與塑性的作用。試述位錯(cuò)對(duì)金屬材料強(qiáng)度與塑性的

13、作用。1 何謂加工硬化？產(chǎn)生的原因及消除的方法是何謂加工硬化？產(chǎn)生的原因及消除的方法是什么？加工硬化有何意義？什么？加工硬化有何意義？ 答：塑性變形中隨變形程度增加，金屬?gòu)?qiáng)硬答：塑性變形中隨變形程度增加，金屬?gòu)?qiáng)硬度增加而塑韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化；度增加而塑韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化； 加工硬化產(chǎn)生的原因：塑性變形引起的加工硬化產(chǎn)生的原因：塑性變形引起的位錯(cuò)密度的增加，導(dǎo)致大量位錯(cuò)間交互作用，位錯(cuò)密度的增加，導(dǎo)致大量位錯(cuò)間交互作用，互為阻礙，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，變形抗力互為阻礙，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，變形抗力增加；增加； 消除方法：再結(jié)晶退火消除方法：再結(jié)晶退火 加工硬化的意義：強(qiáng)化機(jī)制；加工

14、硬化的意義：強(qiáng)化機(jī)制； 使塑性變形均勻使塑性變形均勻2、（、（1）列舉）列舉4種強(qiáng)化金屬和合金的方法；種強(qiáng)化金屬和合金的方法； （2）指出晶粒大小對(duì)材料的機(jī)械性能影響）指出晶粒大小對(duì)材料的機(jī)械性能影響的特殊性？如何獲得細(xì)小的再結(jié)晶晶粒？的特殊性？如何獲得細(xì)小的再結(jié)晶晶粒？ 答：答： (1)固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化、第二固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化相強(qiáng)化 (2)在常溫條件下，晶粒愈細(xì)小，金屬的強(qiáng)在常溫條件下，晶粒愈細(xì)小，金屬的強(qiáng)硬度愈高，塑韌性亦愈好。但高溫下晶界硬度愈高，塑韌性亦愈好。但高溫下晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)，晶粒細(xì)小強(qiáng)度反而下降，強(qiáng)度低于晶內(nèi)，晶粒細(xì)小強(qiáng)度反而下降，但晶粒過(guò)于

15、粗大會(huì)降低塑性，故須采取適但晶粒過(guò)于粗大會(huì)降低塑性，故須采取適當(dāng)粗的晶粒度當(dāng)粗的晶粒度 。細(xì)化再結(jié)晶晶粒：細(xì)化再結(jié)晶晶粒： (1)控制變形度：控制變形度： 首先須避開臨界變形度，臨界變形度首先須避開臨界變形度，臨界變形度之外，變形度越大晶粒越細(xì)；之外，變形度越大晶粒越細(xì)； （2）控制變形溫度：）控制變形溫度： 變形溫度越低，晶粒越細(xì)?。蛔冃螠囟仍降?，晶粒越細(xì)??； （3）細(xì)化原始晶粒尺寸；）細(xì)化原始晶粒尺寸； （4）原始組織中保留一定量合金元素或雜）原始組織中保留一定量合金元素或雜質(zhì)原子等。質(zhì)原子等。3 拉制半成品銅絲的過(guò)程如圖所示，試?yán)L拉制半成品銅絲的過(guò)程如圖所示，試?yán)L出不同階段的組織與性能變

16、化示意圖，出不同階段的組織與性能變化示意圖，并加以解釋。并加以解釋。HBb4 金屬金屬Ag經(jīng)大變形量經(jīng)大變形量(70)冷加工后，試?yán)浼庸ず螅嚇右欢私氡?，一端加熱至樣一端浸入冰水中，一端加熱?.9Tm，過(guò)，過(guò)程持續(xù)程持續(xù)1小時(shí)，然后將試樣冷至室溫。試畫小時(shí)，然后將試樣冷至室溫。試畫出沿試樣長(zhǎng)度的組織與硬度分布曲線，并出沿試樣長(zhǎng)度的組織與硬度分布曲線，并簡(jiǎn)要說(shuō)明之。簡(jiǎn)要說(shuō)明之。. 溫度溫度TT再，僅回復(fù)，硬度略有下降；再，僅回復(fù)，硬度略有下降；II. 隨隨T ，再結(jié)晶，硬度大大，再結(jié)晶，硬度大大， 且隨且隨T，再結(jié)晶的體積，再結(jié)晶的體積，HB；. 隨溫度隨溫度，晶粒長(zhǎng)大，晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻

17、，晶粒長(zhǎng)大，晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻 礙礙，故，故HB進(jìn)進(jìn)步步。T00.9TmT再再HRC5、低碳鋼、低碳鋼(01C)板經(jīng)大變形量冷軋后，板經(jīng)大變形量冷軋后，進(jìn)行了再結(jié)晶退火，對(duì)其進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了再結(jié)晶退火，對(duì)其進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，拉伸至延伸率為拉伸至延伸率為8時(shí)卸載，若：時(shí)卸載，若： (1) 卸載后立即拉伸；卸載后立即拉伸； (2) 卸載后室溫下放置卸載后室溫下放置10天后拉伸；天后拉伸； (3) 卸載后卸載后700退火退火1小時(shí)，空冷至室溫后小時(shí)，空冷至室溫后再拉伸；再拉伸； (4) 卸載后在卸載后在900退火保溫退火保溫10分鐘，空冷分鐘，空冷至室溫后再拉伸。至室溫后再拉伸。 試分別畫出上述試分別畫出上述4種情況下的應(yīng)力一種情況下的應(yīng)力一應(yīng)變曲線，并簡(jiǎn)要說(shuō)明之。應(yīng)變曲線，并簡(jiǎn)要說(shuō)明之。（1）卸載后立即拉伸，）卸載后立即拉伸，溶質(zhì)原子來(lái)不及在位錯(cuò)溶質(zhì)原子來(lái)不及在位錯(cuò)附近聚集，故無(wú)釘扎作附近聚集，故無(wú)釘扎作用，所以無(wú)上、下屈服用，所以無(wú)上、下屈服點(diǎn)；且因加工硬化的作點(diǎn)；且因加工硬化的作用，屈服強(qiáng)度較第一次用，屈服強(qiáng)度較第一次拉伸時(shí)有所提高；拉伸時(shí)有所提高；（2）經(jīng)過(guò)室溫時(shí)效，溶質(zhì)原子在位錯(cuò)附近聚集又形）經(jīng)過(guò)室溫時(shí)效，溶質(zhì)原子在位錯(cuò)附近聚集又形成氣團(tuán)，釘扎位錯(cuò)