材料的形變和再結(jié)晶詳解演示文稿

材料的形變和再結(jié)晶詳解演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)優(yōu)選材料的形變和再結(jié)晶當(dāng)前第2頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)只有當(dāng)外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力達(dá)到一定臨界值時(shí)，該滑移系方可發(fā)生滑移，該分切應(yīng)力稱(chēng)為滑移的臨界分切應(yīng)力。晶體滑移并不是晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是借助位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)逐步進(jìn)行。

位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)遇到點(diǎn)陣阻力，又稱(chēng)為派-納（P-N）力：5,2晶體的塑形變形內(nèi)容回顧

3當(dāng)前第3頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)2、孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定晶面（孿晶面）和一定的晶向（孿生方向）相對(duì)于另一部分作均勻的切變、形成孿晶所產(chǎn)生的變形。

孿生的特點(diǎn)及與滑移的異同點(diǎn)。相同點(diǎn)：都是在切應(yīng)力作用下產(chǎn)生的剪切應(yīng)變過(guò)程。都不改變晶體結(jié)構(gòu)。都存在臨界分切應(yīng)力。都是晶體中的一部分相對(duì)于另一部分沿一定的晶面和晶向的平移。5,2晶體的塑形變形內(nèi)容回顧

4當(dāng)前第4頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)孿生的特點(diǎn)及與滑移的不同點(diǎn)：對(duì)塑性變形的貢獻(xiàn)小，但是可以改變位向，進(jìn)一步誘發(fā)滑移。孿晶的兩部分晶體形成鏡面對(duì)稱(chēng)的位向關(guān)系?；频臋C(jī)制是位錯(cuò)的產(chǎn)生和移動(dòng)，而孿生是孿生區(qū)內(nèi)的原子沿滑移方向的均勻切變，不全位錯(cuò)參與。孿生的臨界分切應(yīng)力大。晶體對(duì)稱(chēng)度越低，越容易發(fā)生孿生。變形溫度越低，加載速度越高，越容易發(fā)生孿生。5,2晶體的塑形變形內(nèi)容回顧

5當(dāng)前第5頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)3、扭折：為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過(guò)某一臨界值時(shí)晶體將會(huì)產(chǎn)生局部彎曲，這種變形方式稱(chēng)為扭折，變形區(qū)域則稱(chēng)為扭折帶。

二、多晶體的塑性變形：多晶體中每個(gè)晶粒變形的基本方式與單晶體相同，但由于相鄰晶粒之間取向不同，以及晶界的存在，因而多晶體的變形既需克服晶界的阻礙。1、晶粒取向的影響：各晶粒變形過(guò)程中的相互制約和協(xié)調(diào)性；多晶體塑性變形時(shí)要求每個(gè)晶粒至少能在5個(gè)獨(dú)立的滑移系上進(jìn)行滑移。65,2晶體的塑形變形內(nèi)容回顧

當(dāng)前第6頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)2、晶界的影響：晶界對(duì)滑移具有阻礙效應(yīng)。在變形過(guò)程中位錯(cuò)難以通過(guò)晶界，被堵塞在晶界附近。這種在晶界附近產(chǎn)生的位錯(cuò)塞積群會(huì)對(duì)晶內(nèi)的位錯(cuò)源產(chǎn)生一反作用力。此反作用力隨位錯(cuò)塞積的數(shù)目n而增大。多晶體的強(qiáng)度隨其晶粒細(xì)化而提高。多晶體的屈服強(qiáng)度s與晶粒平均直徑d的關(guān)系可用著名的霍爾—佩奇（Hall-Petch）公式表示在多晶體材料中往往存在一“等強(qiáng)溫度TE”，低于TE時(shí)，晶界強(qiáng)度高于晶粒內(nèi)部的；高于TE時(shí)則得到相反的結(jié)果。75,2晶體的塑形變形內(nèi)容回顧

當(dāng)前第7頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)三、合金的塑形變形：按合金組成相不同，主要可分為單相固溶體合金和多相合金。

1、單相固溶體合金的塑性變形：溶質(zhì)原子對(duì)合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在（1）固溶強(qiáng)化作用；（2）提高了塑性變形的阻力；（3）有些固溶體會(huì)出現(xiàn)明顯的屈服點(diǎn)和應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。85,2晶體的塑形變形內(nèi)容回顧

當(dāng)前第8頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)屈服現(xiàn)象本質(zhì)：（1）Cottrell氣團(tuán)理論：在固溶體合金中，溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子可以與位錯(cuò)交互作用而形成溶質(zhì)原子氣團(tuán)，即所謂的Cottrell氣團(tuán)。上屈服點(diǎn)：掙脫Cottrel氣團(tuán)，需要較大的應(yīng)力下屈服點(diǎn)：掙脫以后位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)就容易，應(yīng)力下降（2）位錯(cuò)增殖理論9由位錯(cuò)理論得位錯(cuò)的平均運(yùn)動(dòng)速度5,2晶體的塑形變形內(nèi)容回顧

當(dāng)前第9頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)2、多相合金的塑性變形：根據(jù)尺寸大小分為聚合型相差不多彌散型細(xì)?。?）聚合型合金的塑性變形：10（2）彌散分布型合金的塑性變形：1）不可變形粒子的強(qiáng)化作用2）可變形微粒的強(qiáng)化作用5,2晶體的塑形變形內(nèi)容回顧

當(dāng)前第10頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)四、塑性變形對(duì)材料組織與性能的影響：1、顯微組織的變化：晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大量的滑移帶或?qū)\晶帶；晶粒外觀(guān)結(jié)構(gòu)將逐漸沿其變形方向伸長(zhǎng)；當(dāng)變形量很大時(shí)，出現(xiàn)纖維組織。2、亞結(jié)構(gòu)的變化：隨著變形度的增大，晶體中的位錯(cuò)密度迅速提高，出現(xiàn)胞狀亞結(jié)構(gòu)。3、性能的變化：加工硬化及其他物理化學(xué)性能的變化。4、形變織構(gòu)：晶面轉(zhuǎn)動(dòng)使多晶體中原來(lái)取向互不相同的各個(gè)晶粒在空間取向上呈現(xiàn)一定程度的規(guī)律性，這一現(xiàn)象稱(chēng)為擇優(yōu)取向，這種組織狀態(tài)則稱(chēng)為形變織構(gòu)。絲織構(gòu)；板織構(gòu)。由于取向，造成了材料性能的各向異性。115,2晶體的塑形變形內(nèi)容回顧

當(dāng)前第11頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)5．殘余應(yīng)力（儲(chǔ)存能）：外力做的功中一部分儲(chǔ)存在材料內(nèi)部。根據(jù)范圍大小，分三種：宏觀(guān)殘余應(yīng)力：各部分宏觀(guān)變形不均勻引起占總的儲(chǔ)存能很少，約0.1%；微觀(guān)殘余應(yīng)力：晶?；騺喚ЯＶg的變形不均勻引起，可能引起微裂紋；點(diǎn)陣畸變：作用范圍是幾十至幾百納米，由于工件在塑性變形中形成的大量點(diǎn)陣缺陷（如空位、間隙原子、位錯(cuò)等）引起的，占儲(chǔ)存能的絕大部分（80-90%）。125,2晶體的塑形變形內(nèi)容回顧

當(dāng)前第12頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)13本章章節(jié)結(jié)構(gòu)5.1彈性和粘彈性5.2晶體的塑性變形5.3回復(fù)和再結(jié)晶5.4熱變形與動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶5.5陶瓷材料變形的特點(diǎn)5.6高聚物的塑性變形

當(dāng)前第13頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)5.3回復(fù)和再結(jié)晶金屬經(jīng)過(guò)一定程度冷塑性變形后，組織和性能都發(fā)生了明顯的變化，由于各種缺陷及內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，導(dǎo)致金屬晶體在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有自發(fā)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。通過(guò)適當(dāng)?shù)募訜岷捅剡^(guò)程，這種趨勢(shì)就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。這種變化的表現(xiàn)就是一系列組織、性能的變化。根據(jù)其顯微組織及性能的變化情況，可將這種變化分為三個(gè)階段：回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。14當(dāng)前第14頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)5.3.1冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化1.顯微組織變化回復(fù)（recovery):新的無(wú)畸變晶粒出現(xiàn)前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段，在金相顯微鏡中無(wú)明顯變化；再結(jié)晶：指出現(xiàn)無(wú)畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過(guò)程；晶粒長(zhǎng)大：指再結(jié)晶結(jié)束后晶粒的長(zhǎng)大過(guò)程。15當(dāng)前第15頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)加熱時(shí)冷變形金屬顯微組織發(fā)生變化16當(dāng)前第16頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)性能變化

冷變形金屬在退火過(guò)程中的性能和能量變化：17當(dāng)前第17頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)1.力學(xué)性能(1)硬度（hardness）和強(qiáng)度（strength）:回復(fù)階段,變化不大,再結(jié)晶下降較大。(2)塑性:回復(fù)階段,變化不大;再結(jié)晶階段上升；粗化后下降。2.物理性能(1)電阻（resistance）:回復(fù)階段，電阻率明顯下降。(2)密度（density）:回復(fù)階段變化不大，再結(jié)晶階段上升。18當(dāng)前第18頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)3.內(nèi)應(yīng)力:回復(fù)階段基本消除宏觀(guān)應(yīng)力,而微觀(guān)應(yīng)力消除需再結(jié)晶后才能完成；4.亞晶粒尺寸：回復(fù)前期變化不大，后期顯著增大；5.儲(chǔ)存能釋放（releaseofstoredenergy）。19當(dāng)前第19頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)5.3.2回復(fù)（一）回復(fù)動(dòng)力學(xué)

在回復(fù)階段，材料性能的變化是隨溫度和時(shí)間的變化而變化，相同變形程度多晶體鐵在不同溫度下的回復(fù)動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)。縱坐標(biāo)為余應(yīng)變硬化率(1－R)。R為屈服強(qiáng)度回復(fù)率，

σm、σ

r和σ0分別代表變形后、回復(fù)后和完全退火后的屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度回復(fù)程度R愈大，則剩余應(yīng)變硬化率(1－R)越小。

20當(dāng)前第20頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)

回復(fù)過(guò)程是一個(gè)馳豫過(guò)程，具有以下特點(diǎn)：①回復(fù)過(guò)程在加熱后立刻開(kāi)始，沒(méi)有孕育期；②回復(fù)開(kāi)始的速率很大，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸降低，直至趨于零；③加熱溫度越高，最終回復(fù)程度也越高；④變形量越大，初始晶粒尺寸越小，都有助于加快回復(fù)速率。21當(dāng)前第21頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)

回復(fù)特征通?？捎靡患?jí)反應(yīng)方程來(lái)表達(dá)，即：（1）

式中t為恒溫下的加熱時(shí)間，x為冷變形導(dǎo)致的性能增量經(jīng)加熱后的殘留分?jǐn)?shù)，c為與材料和溫度有關(guān)的比例常數(shù)，c值與溫度的關(guān)系具有典型的熱激活過(guò)程的特點(diǎn)：

（2）

式中Q為激活能，R為氣體常數(shù)(8.31×10-3J/kg·mol·K)，c0為比例常數(shù)，T為絕對(duì)溫度。將式（2）代入方程（1）中并積分，以x0表示開(kāi)始時(shí)性能增量的殘留分?jǐn)?shù)，則得：

22當(dāng)前第22頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)

在不同溫度下如以回復(fù)到相同程度作比較，即上式左邊為常數(shù)，這樣對(duì)兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)：

于是，通過(guò)作圖所得到的直線(xiàn)關(guān)系，由其斜率即可求出回復(fù)過(guò)程的激活能Q。鐵的回復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，短時(shí)間回復(fù)時(shí)，其激活能與空位遷移激活能相近，長(zhǎng)時(shí)間回復(fù)時(shí)，其激活能與鐵的自擴(kuò)散激活能相近。因此對(duì)于冷變形金屬的回復(fù)不能用單一機(jī)制描述。

23當(dāng)前第23頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)(二)回復(fù)機(jī)制

（1）低溫回復(fù)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(guò)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(guò)程中形成的過(guò)飽和空位濃度下降。對(duì)點(diǎn)缺陷敏感的電阻率此時(shí)發(fā)生明顯下降。（2）中溫回復(fù)溫度升高，原子活動(dòng)能力增強(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(kāi)始滑移，部分異號(hào)位錯(cuò)發(fā)生抵消，位錯(cuò)密度略有降低。（3）高溫回復(fù)變形金屬在較高溫（～0.3Tm）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(guò)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，并產(chǎn)生亞晶（多邊化結(jié)構(gòu)）。24當(dāng)前第24頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)

多邊化過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自應(yīng)變能的下降，產(chǎn)生的條件:(1)塑性變形使晶體點(diǎn)陣發(fā)生彎曲。(2)在滑移面上有塞積的同號(hào)刃型位錯(cuò)。(3)需加熱到較高溫度使刃型位錯(cuò)能產(chǎn)生攀移運(yùn)動(dòng)。多邊化前后刃型位錯(cuò)的排列情況下圖所示：25當(dāng)前第25頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)5.3.3再結(jié)晶

再結(jié)晶是指經(jīng)冷變形金屬加熱到一定溫度時(shí)，通過(guò)形成新的等軸晶粒并逐步取代變形晶粒的過(guò)程。與回復(fù)過(guò)程主要區(qū)別：再結(jié)晶是一個(gè)光學(xué)顯微組織完全改變的過(guò)程，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，新等軸晶數(shù)量及尺寸不斷增加，直至原變形晶粒全部消失為止，再結(jié)晶過(guò)程結(jié)束。26當(dāng)前第26頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)(一)再結(jié)晶過(guò)程

再結(jié)晶過(guò)程是形核和長(zhǎng)大,但無(wú)晶格類(lèi)型變化。

1.形核

實(shí)驗(yàn)表明，再結(jié)晶通常在變形金屬中能量較高的局部區(qū)域優(yōu)先形成無(wú)畸變的再結(jié)晶晶核，其形核機(jī)制有：

(1)晶界弓出形核(凸出形核機(jī)制)

對(duì)于變形度較?。?lt;20%）的金屬；27當(dāng)前第27頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)假設(shè)弓出形核核心為球冠型，球冠半徑為L(zhǎng)，晶界界面能為γ，冷變形金屬中單位體積儲(chǔ)存能為Es，若界面由I推進(jìn)至II，其掃過(guò)的體積為dV，界面的面積為dA，若dV體積內(nèi)全部?jī)?chǔ)存能都被釋放，則此過(guò)程中的自由能變化為：

28當(dāng)前第28頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)若晶界為球面，設(shè)其半徑為r，則若晶界弓出段兩端a、b固定，且γ值恒定，則開(kāi)始階段隨ab弓出彎曲，r逐漸減小、ΔG值增大。當(dāng)r達(dá)到最小值(r＝ab/2＝L)時(shí)，ΔG將達(dá)到最大值。若繼續(xù)弓出，r的增大使ΔG減小，晶界將自發(fā)地向前推移。因此，一般段長(zhǎng)為2L的晶界，其弓出形核的能量條件為Δ

G<0，即：

Es≥2γ/L29當(dāng)前第29頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)(2)亞晶形核

對(duì)于變形度較大的金屬,再結(jié)晶形核方式有：

亞晶合并機(jī)制：某些取向差較小的相鄰亞晶界上的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)解離、拆散并轉(zhuǎn)移到其它亞晶界上，導(dǎo)致亞晶界的消失而形成亞晶間的合并，通常在變形度大,而層錯(cuò)能低的金屬中。30當(dāng)前第30頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)亞晶遷移（boundarymigration）機(jī)制：某些取向差較大的亞晶界具有較高的活性，可以直接吞食周?chē)鷣喚?，并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠼蔷Ы?，?shí)際上是某些亞晶的直接長(zhǎng)大，在變形度大,而層錯(cuò)能低的金屬中。31當(dāng)前第31頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)

2.長(zhǎng)大再結(jié)晶晶核是依靠晶界的遷移而長(zhǎng)大的。以弓出方式形成的晶核，當(dāng)r>rc便會(huì)借助于界面向高畸變區(qū)域長(zhǎng)大。以亞晶遷移機(jī)制形成的晶核，一旦形成大角度晶界就可迅速移動(dòng),掃除其遇到的位錯(cuò),留下無(wú)應(yīng)變的晶體。晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力為新、舊晶粒之間的自由能差。遷移方向總是背向曲率中心，向著畸變區(qū)推進(jìn)，直到完全形成無(wú)畸變晶粒。32當(dāng)前第32頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)(二)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)

再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)：取決于形核率N和長(zhǎng)大速率G的大小?？v坐標(biāo)表示已再結(jié)晶晶粒分?jǐn)?shù)，橫坐標(biāo)表示保溫時(shí)間。其特點(diǎn)：

(1)

恒溫動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)呈“S”形

(2)

有一孕育期

(3)等溫下,再結(jié)晶速度呈現(xiàn)“慢、快、慢”的特點(diǎn)33當(dāng)前第33頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)(三)再結(jié)晶溫度

再結(jié)晶溫度：冷變形金屬開(kāi)始進(jìn)行再結(jié)晶最低溫度。測(cè)定方法：金相法：顯微鏡中出現(xiàn)第一顆新晶粒溫度

硬度法：硬度下降50%時(shí)的溫度一般工業(yè)上所說(shuō)的再結(jié)晶溫度是指經(jīng)較大冷變形量（>70%）的金屬，在1h完成再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)95%所對(duì)應(yīng)的溫度。

實(shí)際生產(chǎn)上確定方法：一般TR=（0.35～0.40）Tm34當(dāng)前第34頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)一些金屬的再結(jié)晶溫度35當(dāng)前第35頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)影響再結(jié)晶的因素

1.變形程度：變形度增大、開(kāi)始TR下降，等溫退火再結(jié)晶速度越快，而大到一定程度，TR趨于穩(wěn)定。2.原始晶粒尺寸：其它條件相同時(shí)，金屬原始晶粒細(xì)小，則變形抗力大，形變儲(chǔ)存能高，則TR越低，同時(shí)形核率和長(zhǎng)大速度均增加，有利于再結(jié)晶。3.微量溶質(zhì)原子：溶質(zhì)原子偏聚于位錯(cuò)和晶界處，起阻礙作用，使TR提高。36當(dāng)前第36頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)4.第二相粒子：其作用是兩方面的,這主要取決于分散相粒子大小與分布。第二相粒子尺寸較大,間距較寬（>1微米），促進(jìn)再結(jié)晶。第二相粒子尺寸較小且又密集分布時(shí)阻礙再結(jié)晶形成。5.退火工藝參數(shù)：加熱速度過(guò)于緩慢或極快時(shí)，TR上升；當(dāng)變形程度和保溫時(shí)間一定，退火溫度越高，再結(jié)晶速度快；在一定范圍內(nèi)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，TR降低。37當(dāng)前第37頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)(四)再結(jié)晶后晶粒大小

再結(jié)晶晶粒的平均直徑d與形核率N及長(zhǎng)大速度G之間的關(guān)系如下：

d=常數(shù)（G/N）1/4

影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素：

1.

變形程度的影響變形度很小時(shí)，晶粒尺寸為原始晶粒尺寸；

臨界變形度εc時(shí)，晶粒特別粗大，一般金屬εc=2～8%;當(dāng)變形度大于εc時(shí)，隨變形度增加，晶粒逐漸細(xì)化。

38當(dāng)前第38頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)2.退火溫度：對(duì)剛完成再結(jié)晶時(shí)的晶粒尺寸影響較小，若T升高，再結(jié)晶速度快，εc值變小。再結(jié)晶完成后，溫度越高，晶粒長(zhǎng)大越快，晶粒越粗。

3.原始晶粒尺寸當(dāng)變形度一定時(shí)，原始晶粒越細(xì)，D越小。39當(dāng)前第39頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)（六）再結(jié)晶全圖

再結(jié)晶全圖是表示變形程度、退火溫度及再結(jié)晶后晶粒大小關(guān)系的立體圖形。40當(dāng)前第40頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)5.3.4.晶粒長(zhǎng)大

再結(jié)晶結(jié)束后，材料的晶粒一般比較細(xì)小(等軸晶)，若繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，晶粒會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)大。晶粒長(zhǎng)大是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。晶粒長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力來(lái)自總的界面能的降低。根據(jù)再結(jié)晶后晶粒長(zhǎng)大特點(diǎn)，分為:

（1）正常晶粒長(zhǎng)大:均勻長(zhǎng)大（2）異常晶粒長(zhǎng)大:不均勻長(zhǎng)大，又稱(chēng)二次再結(jié)晶；把通常說(shuō)的再結(jié)晶稱(chēng)為一次再結(jié)晶。41當(dāng)前第41頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)（一）晶粒正常長(zhǎng)大

1.晶粒長(zhǎng)大的方式：長(zhǎng)大是通過(guò)大晶粒吞食小晶粒，晶界向曲率中心的方向移動(dòng)進(jìn)行的。2.驅(qū)動(dòng)力：來(lái)源于晶界遷移后體系總的自由能的降低，即總的界面能的降低，即晶界凸側(cè)晶粒不斷長(zhǎng)大,凹側(cè)晶粒不斷縮小。3.晶粒大小:平均晶粒直徑與保溫時(shí)間關(guān)系:Dt=ct1/2恒溫下發(fā)生正常晶粒長(zhǎng)大時(shí)，平均晶粒直徑隨保溫時(shí)間的平方根而增大。當(dāng)金屬中存在阻礙晶界遷移的因素(如雜質(zhì))時(shí),t的指數(shù)項(xiàng)小于1/2。42當(dāng)前第42頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)4.影響因素

(1)溫度

T升高，晶粒長(zhǎng)大速度也越快，越易粗化。

(2)分散相微粒

當(dāng)合金中存在第二相微粒時(shí),粒子對(duì)晶界的阻礙作用使晶粒長(zhǎng)大速度降低。正常長(zhǎng)大停止時(shí)晶粒平均尺寸稱(chēng)為極限平均晶粒尺寸，其值為式:

Dlim=4r/3φ極限平均晶粒尺寸決定于分散相粒子的尺寸及所占的體積分?jǐn)?shù)。當(dāng)φ一定、r越小時(shí),極限平均晶粒尺寸越小。43當(dāng)前第43頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)（3）晶粒間位向差

一般小角度晶界或具有孿晶結(jié)構(gòu)的晶界遷移速度很??；大角度晶界遷移速度一般較快。（4）雜質(zhì)與微量元素

阻礙晶界的遷移。44當(dāng)前第44頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)(二)晶粒異常長(zhǎng)大晶粒異常長(zhǎng)大(二次再結(jié)晶、不連續(xù)晶粒長(zhǎng)大)：1.驅(qū)動(dòng)力：來(lái)自界面能的降低。2.長(zhǎng)大方式：少數(shù)晶粒突發(fā)性地迅速地粗化，使晶粒間的尺寸差別顯著增大，不需重新形核。3.條件：組織中存在使大多數(shù)晶粒邊界比較穩(wěn)定或被釘扎，而只有少數(shù)晶粒邊界易遷移的因素。455.3.5再結(jié)晶退火后的組織自學(xué)了解當(dāng)前第45頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)5.4熱變形與動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶

金屬的熱加工和冷加工冷加工：在再結(jié)晶溫度以下的變形加工.熱加工：在再結(jié)晶溫度以上的變形加工.46當(dāng)前第46頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶

若提高金屬變形的溫度,使金屬在熱變形的同時(shí)也發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，這種與金屬變形同時(shí)發(fā)生的回復(fù)與再結(jié)晶稱(chēng)為動(dòng)態(tài)回復(fù)(dynamicrecovery)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(dynamicrecrystallization)。47當(dāng)前第47頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)（一）動(dòng)態(tài)回復(fù)

1.

動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)的真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線(xiàn)曲線(xiàn)分為三段：第Ⅰ階段—微應(yīng)變階段:應(yīng)力增加很快,但應(yīng)變量不大(小于1%),加工硬化開(kāi)始出現(xiàn)。第Ⅱ階段—均勻變形階段:金屬材料開(kāi)始均勻塑性變形，伴隨加工硬化作用的加強(qiáng),開(kāi)始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)回復(fù)并逐漸加強(qiáng),其造成的軟化逐漸抵消加工硬化作用,使曲線(xiàn)的斜率下降并趨于水平。第Ⅲ階段—穩(wěn)態(tài)流變階段:由變形產(chǎn)生的加工硬化與動(dòng)態(tài)回復(fù)產(chǎn)生的軟化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,流變應(yīng)力不再隨應(yīng)變的增加而增大,曲線(xiàn)保持水平狀態(tài)。達(dá)到穩(wěn)態(tài)流變時(shí)應(yīng)力值與變形溫度和應(yīng)變速率有關(guān),增高變形溫度或降低應(yīng)變速率,都將使穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力降低。48當(dāng)前第48頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)2.動(dòng)態(tài)回復(fù)機(jī)制隨著應(yīng)變量的增加，位錯(cuò)通過(guò)增殖密度升高，形成位錯(cuò)纏結(jié)和胞狀亞結(jié)構(gòu)。熱變形溫度較高，為回復(fù)提供了熱激活條件。通過(guò)刃型位錯(cuò)的攀移、螺型位錯(cuò)的交滑移、位錯(cuò)結(jié)點(diǎn)的脫釘，異號(hào)位錯(cuò)的抵銷(xiāo)，位錯(cuò)密度不斷減小。位錯(cuò)的增殖速率和消亡速率平衡，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)轉(zhuǎn)為水平的穩(wěn)態(tài)流變階段。49當(dāng)前第49頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)（二）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶

1.

動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的應(yīng)力金屬在一定溫度下以不同應(yīng)變速率變形并發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的曲線(xiàn)，三個(gè)階段：第一階段-加工硬化階段：應(yīng)力隨應(yīng)變上升很快，金屬出現(xiàn)加工硬化（0<ε<εc）。第二階段-動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開(kāi)始階段：應(yīng)變達(dá)到臨界值εc，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開(kāi)始，其軟化作用隨應(yīng)變?cè)黾佣仙?；?dāng)σ>σmax，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的軟化作用超過(guò)加工硬化，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣陆担é與<ε<εs）。第三階段-穩(wěn)定流變階段：隨真應(yīng)變的增加，加工硬化和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶引起的軟化趨于平衡，流變應(yīng)力趨于恒定。但當(dāng)ε以低速率進(jìn)行時(shí)，曲線(xiàn)出現(xiàn)波動(dòng)，其原因主要是位錯(cuò)密度變化慢引起。50當(dāng)前第50頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)2.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的機(jī)制

動(dòng)態(tài)再結(jié)晶通過(guò)形核和長(zhǎng)大完成。

應(yīng)變速率較低時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶通過(guò)原晶界的弓出機(jī)制形核；

應(yīng)變速率較高時(shí)，通過(guò)亞晶聚集長(zhǎng)大方式進(jìn)行。515.4.2熱加工對(duì)組織和性能的影響自學(xué)了解當(dāng)前第51頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)蠕變?cè)缙?，人們?duì)金屬材料強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)不足，設(shè)計(jì)金屬構(gòu)件時(shí)僅以短時(shí)強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)依據(jù)。不少構(gòu)件，即使使用應(yīng)力低于彈性極限，使用一段時(shí)間后仍然會(huì)發(fā)生因塑性受形而失效或因破斷而失效的現(xiàn)象。隨著金屬材料的使用溫度逐步提高，這就使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到材料強(qiáng)度與使用期限之間尚有密切的聯(lián)系，從而相繼開(kāi)拓了蠕變、蠕變斷裂、松弛、疲勞、斷裂力學(xué)等長(zhǎng)時(shí)強(qiáng)度研究領(lǐng)域。蠕變則是其中研究最早、內(nèi)容較豐富而成果較顯著的一個(gè)領(lǐng)域，成為其他幾個(gè)研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)。52當(dāng)前第52頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)在一定溫度下，金屬受持續(xù)應(yīng)力的作用而產(chǎn)生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象稱(chēng)為金屬的蠕變。引起蠕變的這一應(yīng)力稱(chēng)蠕變應(yīng)力。在這種持續(xù)應(yīng)力作用下，蠕變變形逐漸增加，最終可以導(dǎo)致斷裂，這種斷裂稱(chēng)蠕變斷裂。53當(dāng)前第53頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)1.蠕變曲線(xiàn)在恒定溫度下，一個(gè)受單向恒定載荷(拉或壓)作用的試樣，其變形ε與時(shí)間t的關(guān)系可用典型的蠕變曲線(xiàn)表示，斜率表示蠕變速率，曲線(xiàn)可分下列幾個(gè)階段：第I階段：減速蠕變階段(圖中ab段)，在加載的瞬間產(chǎn)生了的彈性變形ε0，以后隨加載時(shí)間的延續(xù)，變形連續(xù)進(jìn)行，但變形速率不斷降低；第II階段：恒定蠕變階段，曲線(xiàn)bc段，此階段蠕變變形速率隨加載時(shí)間的延續(xù)而保持恒定，且為最小蠕變速率；第III階段：曲線(xiàn)上從c點(diǎn)到d點(diǎn)斷裂為止，也稱(chēng)加速蠕變階段，隨蠕變過(guò)程的進(jìn)行，蠕變速率顯著增加，直至最終產(chǎn)生蠕變斷裂。54當(dāng)前第54頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)2.蠕變機(jī)制蠕變主要形變機(jī)理有3種：（1）位錯(cuò)蠕變：一般情況，滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻產(chǎn)生塞積，滑移受阻，只有在更大的切應(yīng)力才能使位錯(cuò)重新開(kāi)動(dòng)增殖。高溫下，刃型位錯(cuò)借助熱激活攀移到鄰近的滑移面而繼續(xù)滑移，攀移減小了位錯(cuò)塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集中，使加工硬化減弱了，回復(fù)過(guò)程得以進(jìn)行，當(dāng)蠕變引起的加工硬化速率和高溫回復(fù)的軟化速率相等時(shí)-蠕變第二階段；（2）擴(kuò)散蠕變：當(dāng)溫度很高和應(yīng)力很低時(shí)，蠕變是靠空位的移動(dòng)造成的；（3）晶界滑動(dòng)蠕變：在高溫蠕變條件下，晶界上的原子易于擴(kuò)散，受力后易于產(chǎn)生滑動(dòng)，故促進(jìn)蠕變進(jìn)行。55當(dāng)前第55頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)超塑性材料在一定條件下進(jìn)行熱變形，可獲得延伸率達(dá)到500%－2000%的均勻塑性變形，且不發(fā)生縮頸現(xiàn)象，材料的這種特性，稱(chēng)為超塑性。

56當(dāng)前第56頁(yè)\共有63頁(yè)\編于星期三\3點(diǎn)1.產(chǎn)生超塑性的條件：①材料具有等軸細(xì)小的組織，晶粒直徑小