2023學(xué)年完整公開課版回復(fù)（V18版）

7-1回復(fù)7-1Recovery

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

1

MetallgraphyⅡ

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT2

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery概述：金屬和合金經(jīng)變形后，其顯微組織結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，形變量越大，形變存儲(chǔ)能越高，冷變形金屬越不穩(wěn)定。只要有合適的動(dòng)力學(xué)條件，它就會(huì)向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)變，恢復(fù)形變前的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)。這個(gè)過程稱為再結(jié)晶退火。通常形變長(zhǎng)條晶粒會(huì)演變?yōu)榈容S狀晶粒，硬度下降，塑性提高。退火過程（冷變形金屬加熱過程）由回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過程組成。

機(jī)械功(塑性變形)熱量(散失)

晶體內(nèi)部缺陷→金屬處于不穩(wěn)定的高能狀態(tài)→有向低能轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)

轉(zhuǎn)變的三個(gè)階段：回復(fù)(recovery)、再結(jié)晶(recrystallization)和晶粒長(zhǎng)大(graingrowth)

回復(fù)與再結(jié)晶的用途：再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、金屬高溫強(qiáng)度調(diào)整等。

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT3回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無可見變化，但其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過程。再結(jié)晶：冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，在變形組織內(nèi)部新的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過程。1.回復(fù)與再結(jié)晶定義對(duì)經(jīng)塑性變形后的金屬再進(jìn)行加熱，通常稱為“退火”，其目的是為了恢復(fù)與提高金屬的塑性。當(dāng)退火溫度達(dá)到一定時(shí)，金屬的性能可以完全恢復(fù)到冷變形以前的狀態(tài)。

MetallgraphyⅡ

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT47-1回復(fù)Recovery2、顯微組織的變化冷變形金屬組織熱溫度及時(shí)間的變化示意圖回復(fù)階段：纖維組織仍為纖維狀，無可見變化；再結(jié)晶階段：變形晶粒通過形核長(zhǎng)大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o畸變的等軸晶粒；晶粒長(zhǎng)大階段：晶界移動(dòng)，晶粒粗化，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的形狀和尺寸。

MetallgraphyⅡ

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

53、性能變化(1)力學(xué)性能：回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高；再結(jié)晶階段：強(qiáng)度、硬度明顯下降，塑性明顯提高；晶粒長(zhǎng)大階段：強(qiáng)度、硬度繼續(xù)下降，塑性繼續(xù)提高，晶粒粗化時(shí)嚴(yán)重下降。(2)物理性能：密度：回復(fù)階段變化不大，再結(jié)晶階段急劇升高；電阻：由于點(diǎn)缺陷密度下降，電阻在回復(fù)階段明顯下降。

MetallgraphyⅡ

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

64、儲(chǔ)存能變化儲(chǔ)存能：存在于冷變形金屬內(nèi)部的一小部分(2%~10%)變形功。儲(chǔ)存能的釋放：原子活動(dòng)能力提高，遷移至平衡位置，儲(chǔ)存能得以釋放。儲(chǔ)存能存在形式彈性應(yīng)變能(3~12%)位錯(cuò)(80~90%)點(diǎn)缺陷

MetallgraphyⅡ

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT

7

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery回復(fù)時(shí)的亞結(jié)構(gòu)變化與回復(fù)機(jī)制回復(fù)退火的應(yīng)用回復(fù)的作用：260℃進(jìn)行“去應(yīng)力退火”，內(nèi)應(yīng)力能夠大部分消除，而強(qiáng)度、硬度基本不變。這樣處理所發(fā)生的過程就是回復(fù)。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT8

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery回復(fù)過程的特點(diǎn)：（回復(fù)動(dòng)力學(xué)）可以看出，溫度越高，經(jīng)過回復(fù)后殘余的加工硬化越少，回復(fù)越快。而且當(dāng)溫度一定時(shí)，在前十幾分鐘時(shí)間里殘余的加工硬化減少得最快，說明：回復(fù)速度快，然后隨回復(fù)量的增加而逐漸減慢。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT9

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery回復(fù)的機(jī)制：0.1<T/Tm<0.3，低溫回復(fù);0.3<T/Tm<0.5，中溫回復(fù);T/Tm>0.5，高溫回復(fù)。T，為加熱溫度；Tm，為熔點(diǎn)。（1）低溫回復(fù)

變形金屬在較低溫度下加熱時(shí)所發(fā)生的回復(fù)過程稱為低溫回復(fù)。此時(shí)因溫度較低，原子活動(dòng)能力有限，一般局限于點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)，通過空位遷移至晶界、位錯(cuò)或與間隙原子結(jié)合而消失，使冷變形過程中形成的過飽和空位濃度下降。對(duì)點(diǎn)缺陷敏感的電阻率此時(shí)會(huì)發(fā)生明顯下降。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT10

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery（1）低溫回復(fù)一般認(rèn)為低溫回復(fù)主要是由于塑性變形所產(chǎn)生的過量空位消失的結(jié)果，其消失至少存在四種可能的機(jī)制：（1）空位遷移到金屬的自由表面或晶界而消失；（2）空位與塑性變形所產(chǎn)生的間隙原子重新結(jié)合而消失；（3）空位與位錯(cuò)發(fā)生交互作用而消失；（4）空位聚集成空位片，然后崩塌成位錯(cuò)環(huán)而消失。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT11

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery（1）低溫回復(fù)對(duì)點(diǎn)缺陷敏感的電阻率此時(shí)會(huì)發(fā)生明顯下降。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT12

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery（2）中溫回復(fù)

變形金屬在中等溫度下加熱時(shí)所發(fā)生的回復(fù)過程稱為中溫回復(fù)。此時(shí)因溫度升高，原子活動(dòng)能力也增強(qiáng)，除點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)外，位錯(cuò)也被激活，在內(nèi)應(yīng)力作用下開始滑移，部分異號(hào)位錯(cuò)發(fā)生抵消，因此位錯(cuò)密度略有降低。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT13

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery（3）高溫回復(fù)變形金屬在較高溫下，變形金屬的回復(fù)機(jī)制主要與位錯(cuò)的攀移運(yùn)動(dòng)有關(guān)。這時(shí)同一滑移面上的同號(hào)刃型位錯(cuò)在本身彈性應(yīng)力場(chǎng)作用下，還可能發(fā)生攀移運(yùn)動(dòng)，最終通過滑移和攀移使得這些位錯(cuò)從同一滑移面變?yōu)樵诓煌泼嫔县Q直排列的位錯(cuò)墻，以降低總畸變能。高溫回復(fù)的主要機(jī)制為多邊化。R.W.Cahn于1949年發(fā)表了形變鐵回復(fù)退火時(shí)的多邊形化模型。形變時(shí)形成的同類型位錯(cuò)在退火時(shí)發(fā)生合并或重新排列，形成位錯(cuò)墻或小角度晶界。如果是單晶，原來均勻彎曲的邊緣將變?yōu)閿?shù)段折線，稱為多邊形化。Polygonisation。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT147-1回復(fù)Recovery高溫回復(fù)：多邊形化經(jīng)彎曲變形的單晶體沿平行的滑移面散亂的分布著過剩的正刃位錯(cuò)，此時(shí)晶體中的彈性畸變較大，如圖(a)所示。若將此晶體加熱，則滑移面的刃型位錯(cuò)通過滑移和攀移，沿豎直方向排成有規(guī)律的位錯(cuò)壁，即成為小角度傾斜晶界，如(b)所示。此時(shí)，單晶體被位錯(cuò)壁分割成幾個(gè)位向差不大的亞晶粒，亞晶粒內(nèi)的彈性畸變能大大減少，顯然這是一個(gè)能量降低的過程。由于這個(gè)連續(xù)彎曲的單晶經(jīng)回復(fù)退火后變?yōu)槎噙呅?，故稱此過程為“多邊化”。多邊化過程示意圖(a)(b)

MetallgraphyⅡ

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT15

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery高溫回復(fù)：多邊形化回復(fù)時(shí)，空位遷移和消失是不會(huì)影響顯微組織的，只有涉及位錯(cuò)遷移，才會(huì)影響到顯微組織。位錯(cuò)的遷移和重排引起的顯微組織的變化主要是多邊形化和亞晶的形成和長(zhǎng)大。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT16

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery影響多邊形化的因素：（1）原子的擴(kuò)散和位錯(cuò)的攀移：必須在較高的溫度下進(jìn)行；位錯(cuò)的攀移是通過空位擴(kuò)散到位錯(cuò)線處來實(shí)現(xiàn)的，而空位的擴(kuò)散又是一種熱激活過程，因此，多邊化的速度隨溫度升高而迅速增加；（2）多邊形化溫度受金屬純度影響：雜質(zhì)原子可釘扎位錯(cuò)，阻礙位錯(cuò)攀移，推遲多邊形化過程；（3）層錯(cuò)能：低層錯(cuò)能的金屬較之層錯(cuò)能高的金屬，多邊形化過程更不易進(jìn)行。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT17

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery高溫回復(fù)：亞晶的形成

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT18在回復(fù)階段，很多金屬(Cu、Al、Zr)中相鄰的兩亞晶粒會(huì)相互合并而長(zhǎng)大，如下圖所示。它可能是通過位錯(cuò)的攀移和位錯(cuò)壁的消失，從而導(dǎo)致亞晶轉(zhuǎn)動(dòng)來完成的，合并之后，原來的亞晶界消失，兩個(gè)亞晶的取向趨于一致。(a)(b)(c)(d)

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery高溫回復(fù)：亞晶的形成1.形變后，晶內(nèi)形成位錯(cuò)胞，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低，胞間高位錯(cuò)密度的位錯(cuò)纏結(jié)構(gòu)成的漫散胞壁。2.退火初期，胞內(nèi)位錯(cuò)變少，胞壁位錯(cuò)變直、重新排列和對(duì)消。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT19

MetallgraphyⅡ7-1回復(fù)Recovery高溫回復(fù)：亞晶的形成3.退火保溫時(shí)間延長(zhǎng)，胞壁位錯(cuò)繼續(xù)重新排列和對(duì)消，使胞壁減薄變鋒銳，形成位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT20

MetallgraphyⅡ總結(jié)：回復(fù)機(jī)制是空位和位錯(cuò)通過熱激活改變了它們的組態(tài)分布和數(shù)量的過程。

Jincheng,YuInst.MechanicalTechnology

iMT21溫度回復(fù)機(jī)制低溫1、點(diǎn)缺陷移至晶界或位錯(cuò)而消失2、點(diǎn)缺陷合并中溫1、纏結(jié)中的位錯(cuò)重新組合2、異號(hào)位錯(cuò)互相抵消3、亞晶粒長(zhǎng)大高溫1、位錯(cuò)攀移和位錯(cuò)環(huán)縮小2、亞晶粒合并3、多邊化