材料科學(xué)基礎(chǔ)第五章

材料科學(xué)基礎(chǔ)第五章第1頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

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1.變形材料加熱時的變化一、顯微組織的變化熱（～90％）儲存能（～10％）變形材料發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶的驅(qū)動力冷變形材料在加熱時先后發(fā)經(jīng)歷回復(fù)在較低溫度下變形材料的顯微組織基本上未發(fā)生變化，多邊化再結(jié)晶新的無畸變等軸小晶粒代替變形組織晶粒長大細(xì)小新晶粒通過互相吞并長大而形成穩(wěn)定的尺寸塑性變形外力所做的功第2頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、性能變化

sbHVργ第3頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月※

2.回復(fù)Recovery一、回復(fù)階段性能與組織的變化:在回復(fù)階段，觀察以下幾種現(xiàn)象:

1.宏觀內(nèi)應(yīng)力大部分去除，而微觀應(yīng)力仍存在

2.電阻率ρsr↓CuAlAg線材預(yù)先在90K下變形，發(fā)現(xiàn)在293K

下導(dǎo)電性能就可以逐漸恢復(fù)，相對原始變形態(tài)

ρ↓30％第4頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.HV、ss變化隨材料不同而異：Zn、Cd在室溫下就可以絕大部分去除冷變形所產(chǎn)生的加工硬化；

Cu、α黃銅則加熱至350℃，其HV仍無明顯變化

Fe在358℃以上就可看到部分加工硬化的去除4.在光鏡下顯微組織基本上未發(fā)生變化。但在高溫回復(fù)時，在熱激活能條件下，通過位錯與攀移，會發(fā)生多邊化結(jié)構(gòu)。

第5頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、回復(fù)動力學(xué)RecoveryKinetics變形材料加熱時，其力學(xué)和物理性能回復(fù)程度隨溫度T和時間t變化R為回復(fù)部分

s為回復(fù)退火后的流變應(yīng)力

s0為加工硬化完全消除的流變應(yīng)力

sm為退火前即冷態(tài)的流變應(yīng)力第6頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月馳豫過程無孕育期回復(fù)的初始階段去除硬化的程度較快，隨著時間的延長，回復(fù)的程度就減弱了，而且，隨變形量越大，起始回復(fù)速率也越快。進一步分析，在某一恒定溫度下，回復(fù)時間可表達(dá)為：

Q為回復(fù)過程的激活能，R為氣體常數(shù)T為絕對溫度AB為常數(shù)作lnt-1/T關(guān)系曲線若為直線，則由直線斜率可求得Q第7頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月三、回復(fù)機制在回復(fù)過程中，發(fā)生如下變化1.低溫回復(fù)遷移至表面或晶界點缺陷變化―與間隙原子復(fù)合與位錯交互作用聚集成空位片崩塌表現(xiàn)ρ↓

2.中溫回復(fù)位錯滑移――位錯重新組合以及異號位錯互相抵消(過飽和空位的消失)第8頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.高溫回復(fù)多邊化Polygonization

多邊化產(chǎn)生的條件

1）塑性變形使晶體點陣發(fā)生彎曲

2）在滑移面上有過剩的同號刃型位錯

3）熱激活下刃位錯產(chǎn)生攀移運動

刃型位錯可獲得足夠能量產(chǎn)生攀移⊥位錯排列成墻多邊化結(jié)構(gòu)第9頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

產(chǎn)生單滑移的單晶體中多邊化過程最為典型多晶體中，由于多系滑移→位錯纏結(jié)→形成胞狀組織，多邊化不明顯第10頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月※3.再結(jié)晶Recrystallizationt℃↑，在變形組織的基體上就會產(chǎn)生新的無畸變再結(jié)晶晶核，并逐漸長大形成等軸晶粒，從而取代變形組織，該過程就成為再結(jié)晶過程。再結(jié)晶——無晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的變化，不屬于相變。第11頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月一、再結(jié)晶的形核再結(jié)晶的轉(zhuǎn)變驅(qū)動力：——晶體的彈性畸變能可預(yù)料晶核必然產(chǎn)生于高畸變能區(qū)域：大角度晶界、相界面、孿晶或滑移帶界面上第12頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.晶界弓出形核

變形量較小（<20％）多晶體，其再結(jié)晶核心往往以晶界弓出方式形成或稱應(yīng)變導(dǎo)致的晶界遷移，凸出形核方式形成。再結(jié)晶的形核機制

變形度較小時，多晶粒間變形不均勻性而導(dǎo)致多晶粒內(nèi)位錯密度不同。為了降低系統(tǒng)的自由能，再結(jié)晶時，通過晶界遷移原來平直的晶界會向位錯密度大的晶粒內(nèi)凸出，在其前沿掃過的區(qū)域內(nèi)通過吞食畸變亞晶的方式形成無畸變的再結(jié)晶晶核。

第13頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月晶核的臨界尺寸可作如下估算

形核時單位體積引起總的自由能變化

單位體積儲存的應(yīng)變能界面表面能dA

弓出的表面積dV

弓出的晶界由位置Ⅰ—Ⅱ時掃過的體積第14頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月若界面為一球面其半徑為r，則dA/dV＝2/r，則上式可改寫為由于弓出形核的能量條件為△G<0即若弓出部分兩端距離為2L則r=L/sina

當(dāng)α＝π/2時，L=rmin∴Lc=2g/Es第15頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2.亞晶形核

當(dāng)變形度較大（>20%）時，形成位錯纏結(jié)組成的胞狀結(jié)構(gòu)→多邊形化→亞晶，借助亞晶作為再結(jié)晶的核心，其形核機制為：

1)亞晶的遷移機制通過亞晶界的移動，吞并相鄰的形變基體和亞晶而生長

2)亞晶合并機制通過兩亞晶之間亞晶界的消失，使兩相鄰亞晶合并而生長

位錯網(wǎng)絡(luò)解離、拆散以及位錯的攀移與滑移加熱第16頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月亞晶無論以那種方式生長，包圍著它的一部分亞晶界的位向差必然會越來越大，最后構(gòu)成了大角度晶界。大角度晶界一旦形成，由于它較亞晶界具有大的多的遷移率，故可以迅速移動，而在其后留下無畸變的晶體——再結(jié)晶核心。第17頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、再結(jié)晶動力學(xué)

RecystallizationKinetics

再結(jié)晶過程是通過無畸變新晶粒的形核和長大而進行的，故再結(jié)晶的動力學(xué)決定于N和G。第18頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗：不同T，以縱坐標(biāo)表示再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)jR以橫坐標(biāo)表示再結(jié)晶的時間t

恒溫動力學(xué)曲線第19頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1）不同T，不同變形度，曲線不同，但有“S”特征2）發(fā)生再結(jié)晶，需要一段孕育期incubationperiod（T↑

，t孕↓）3）開始再結(jié)晶時，轉(zhuǎn)變量速率V轉(zhuǎn)很低，隨著轉(zhuǎn)變量↑，V轉(zhuǎn)

↑，至50％時，V轉(zhuǎn)

V轉(zhuǎn)max

轉(zhuǎn)變量進一步↑

V轉(zhuǎn)↓第20頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月Johnson&Mehl在假定：

均勻形核晶核為球形

N和G不隨t而改變推導(dǎo)出恒溫下經(jīng)過t時間后，再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)為：即所謂J－M方程第21頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月但實際N是隨t↑而呈指數(shù)關(guān)系↓，并非Const，故J－M方程應(yīng)修正，通常采用Avrami方程來描述再結(jié)晶過程比較合適，即：

B、K均為常數(shù)，再結(jié)晶為三維時，K＝3-4二維K＝2-3

一維K＝1-2

第22頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月取雙對數(shù)

截距斜率此分析結(jié)果與試驗結(jié)果完全吻合，且發(fā)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)，K不隨T而變不同T下，各直線基本平行,B則隨T不同而變

作關(guān)系圖（線性關(guān)系圖）第23頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月170℃>139℃>125℃

T1>T2>T3>T4>T5第24頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月再結(jié)晶是一熱激活過程，N和G均符合Arrhenius方程，因此等溫溫度T對再結(jié)晶速率V的影響可用表示之而再結(jié)晶速率V和產(chǎn)生某一體積分?jǐn)?shù)jR所需要的時間t成反比，（V∝1/t）∴

（2.3lgx=lnx）第25頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月作1/T--lgt圖即可求得Q（再結(jié)晶的激活能）在兩個不同的恒定溫度T1、T2

產(chǎn)生同樣程度的再結(jié)晶時可得第26頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月三、再結(jié)晶溫度

Recrystallizationtemperature冷變形材料開始進行再結(jié)晶的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度，它可以用不同的方法來測定。1）金相法：從顯微鏡中觀察到第一個新晶?；蛘呔Ы缫蛲蛊鹦魏硕霈F(xiàn)鋸齒狀邊緣的退火溫度為TR。2）硬度法：以硬度－退火溫度曲線上硬度開始顯著降低的溫度定為TR，有時也將該曲線上軟化50％的退火溫度定為TR。第27頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)指出，TR并不是一個物理常數(shù)，它隨變形程度，純度，及退火時間而變工業(yè)生產(chǎn)中，通常以經(jīng)過大變形量(>70%)的冷變形金屬，經(jīng)一小時退火能完全再結(jié)晶或再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)>95％的最低退火溫度定為TR

。TR↑

，VR↑

，達(dá)到一定再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)所需時間必愈短第28頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)Johnson和Mehl方程式，令R＝0.95，則可求出完成95％再結(jié)晶所需時間為由于N、G隨t℃↑

而↑即為溫度的函數(shù)，故可根據(jù)各t℃下的N、G值建立t℃與t0.95關(guān)系，于是，一小時內(nèi)能完成再結(jié)晶的溫度TR即可確定。對工業(yè)純金屬經(jīng)大變形后，若完成再結(jié)晶的為0.5-1小時則TR≈（0.35-0.4）Tm第29頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響再結(jié)晶的主要因素

凡是影響和的因素均將反映再結(jié)晶動力學(xué)曲線變化1.在給定溫度下發(fā)生再結(jié)晶需要一個最小變形量，這就是臨界變形度

（Criticaldeformationdegree）。低于此變形度，不能再結(jié)晶。2.ψ％↓，開始TR

↑

，當(dāng)t℃一定，ψ％↑，TR

↓

3.再結(jié)晶后的晶粒大小主要取決于變形度ψ％↑，再結(jié)晶的晶?！５?0頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月4.微量雜質(zhì)元素可明顯地升高TR或推遲再結(jié)晶過程的進行。5.第二相的影響：當(dāng)?shù)诙喑叽巛^大（>1mm）且間距較寬時，再結(jié)晶核心能在其表面產(chǎn)生；當(dāng)?shù)诙喑叽绾苄∮州^密集時，則會阻礙再結(jié)晶的進行。6.原始晶粒愈細(xì)或者退火時間增加都會TR

↓

。第31頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月五、再結(jié)晶晶粒長大經(jīng)再結(jié)晶后形成的晶粒，通常呈等軸狀，其大小受多種因素的影響，主要有：變形度：臨界變形度，ψ％↑晶粒↓退火溫度：t℃↑

晶?！R界變形度↓

化學(xué)成分和雜質(zhì)：凡延緩再結(jié)晶及阻礙晶粒長大的合金元素、雜質(zhì)，有利于得到細(xì)晶原始晶粒度：原始晶粒度↓→晶界總面積↑→

→

N↑→

再結(jié)晶晶粒↓加熱速度：V加

↑可獲得細(xì)小再結(jié)晶晶粒第32頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月再結(jié)晶后晶粒的平均直徑d與、存在以下關(guān)系：

k為常數(shù)故愈小，則再結(jié)晶后晶粒愈細(xì)小。第33頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月※

4、再結(jié)晶后晶粒的長大

GraingrowthafterRecrystallization

冷變形材料在完成再結(jié)晶后繼續(xù)加熱時會發(fā)生晶粒長大再結(jié)晶晶粒長大正常長大異常長大——二次再結(jié)晶

Secondaryrecrystallizaton第34頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月一、晶粒的正常長大NormalGrainGrowth1.晶界移動的驅(qū)動力再結(jié)晶完成后，晶粒長大是一自發(fā)過程，因為它總是力圖使界面自由能變小，所以晶粒長大的驅(qū)動力是來自晶界移動后體系總的自由能的降低。就個別晶粒長大的微觀過程而言，晶粒界面的不同曲率是造成晶界遷移的直接原因，實際上，晶粒長大時，晶界總是向著曲率中心的方向移動。第35頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月模型：晶面曲率為什么成為晶界面移動的動力？圓柱界面

平衡時

σ：界面張力

ΔP：界面兩側(cè)壓力差，凹側(cè)所存在的壓應(yīng)力>凸側(cè)壓力a/2

sla/2

slrdar界面曲率半徑厚度△Plda第36頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)dα很小時，對非圓柱面可改寫為因為任一段曲率界面，可通過其法線的兩個相互垂直平面上的兩個主曲率半徑r1和r2來表示若界面為球面時，則r1＝r2＝r則由此可見當(dāng)σ一定時，r↓

則表征晶界遷移的驅(qū)動力△P↑

∴晶粒長大過程就是“大吃小”和凹面變平的過程

第37頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月實踐表明，當(dāng)晶界移動的驅(qū)動力單純來自晶界能時，晶界的移動速度V與晶界移動驅(qū)動力△P成正比。

m為比例常數(shù)稱晶界的遷移率第38頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2.晶粒的穩(wěn)定形狀為了降低界面能晶粒長大晶粒不斷平直化

向其曲率中心方向遷移晶粒趨向穩(wěn)定形狀第三章晶界一節(jié)曾指出三晶粒交合處各晶界的表面張力與晶界角存在下述平衡關(guān)系:

q1q2q3s3s2s1第39頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月由于再結(jié)晶后的晶界屬于大角度晶界，其界面張力與兩側(cè)晶粒位向無關(guān)，因此

這就是二維晶粒穩(wěn)定形狀的平衡條件：晶界為平直線晶界夾角為120°的六邊形，該形狀晶粒若繼續(xù)加熱時，不再發(fā)生晶界遷移而處于穩(wěn)定狀態(tài)，因三晶界交會點的任何移動都會增加晶界的總長度總晶界能第40頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

若二維晶粒不是六邊形，為了使晶粒的各頂角形成120°的夾角：

1.邊數(shù)小于6的晶粒，尺寸較小的晶粒，其晶界必然是向外彎曲的

2.邊數(shù)大于6的晶粒，尺寸較大的晶粒，其晶界必然是向內(nèi)彎曲的這樣，由于高溫下彎曲的晶界在晶界能的驅(qū)動下會移動其曲率中心趨于平直

1.邊數(shù)<6，即尺寸較小晶粒，必然逐漸縮小而最終消失

2.邊數(shù)>6，即尺寸較大晶粒，必然存在長大傾向

為了在三維情況下實現(xiàn)平衡，多晶體晶粒在平衡狀態(tài)下最穩(wěn)定形狀是十四面體。第41頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.晶粒長大速度正常晶粒長大時，晶界的平均移動速度為：晶界平均遷移率：晶界平均驅(qū)動力：晶界平均曲率半徑：晶粒平均直徑的增大速度第42頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月對于大致均勻晶粒而言，，m和s在一定溫度下均可看作常數(shù)，因此

積分為常數(shù)若》則有或這表明恒溫下發(fā)生正常晶粒長大時，平均晶粒直徑隨保溫時間的平方根而增大更常見的情況下，，n<1/2因存在晶界移動和阻礙晶粒長大諸因素第43頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月歸納晶界遷移的規(guī)律性有如下幾點：1.為降低表面能，彎曲的晶界總是趨向于平直化，即晶界向曲率中心移動以減小表面積；2.當(dāng)三個晶粒的晶界夾角不等于120°時，晶界總是向角度較銳的晶粒方向移動，力圖使其夾角趨向于120°；3.在二維坐標(biāo)中，晶界邊數(shù)<6的晶粒（晶界向外凹出）必然逐步縮小，甚至消失

晶界邊數(shù)>6的晶粒（晶界向內(nèi)凹進）必然逐步長大晶界邊數(shù)=6晶界平直，且夾角＝120°，處于平衡狀態(tài)不再移動4.晶界遷移速度將隨晶界曲率半徑增大而減小，且隨時間而改變第44頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月4.影響晶粒長大的因素

Severalimportantfactorsongraingrowth積分得溫度由于晶界遷移與原子的熱激活有關(guān)，其中晶界的平均遷移速率與成正比（Qm為晶界遷移的激活能）第45頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2）可溶解的雜質(zhì)或合金元素溶解原子都能阻礙晶界移動，特別是晶界偏聚現(xiàn)象顯著的元素，其作用更大。一般認(rèn)為被吸附在晶界上的溶質(zhì)原子會降低晶界的界面能，能拖住晶界使之不易移動第46頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3）不溶解的第二相彌散的第二相質(zhì)點對于阻礙晶界移動起著重要的作用。當(dāng)運動的晶界遷移到第二相質(zhì)點（設(shè)為球形）時，第二相質(zhì)點對晶界的移動產(chǎn)生一阻力，拖住晶界使之不向前移動，如果此時處于平衡狀態(tài)，則阻力F的大小必須等于總張力在⊥方向的分力此處加圖5-60第47頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月假定彌散相在晶體中呈均勻分布,單位體積晶體中存在著N個粒子,當(dāng)單位面積的晶界移動2r距離時，切過體積為2r×1,必然會切過2rN個第二相質(zhì)點∴單位面積晶界上各粒子對晶界移動所施加的總約束力接觸周界晶界能當(dāng)q＝45°時，此約束力為極大值：實際上晶界遷移能力及其所決定的晶粒長大速度，不僅與分散相粒子的尺寸有關(guān)，而且與第二相顆粒的彌散度密切相關(guān)。第48頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月因單位體積晶體中分散相粒子所占體積分?jǐn)?shù)為：

故而晶界移動的驅(qū)動力當(dāng)時，正常晶粒長大就停止，此時晶粒平均直徑成為極限的晶粒平均直徑（Dlim）

∴

第49頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月4）晶粒間的位向差晶界的界面能決定于相鄰晶粒間的位相差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界的，而驅(qū)使界面移動的力又與界面能成正比。因此，前者的遷移速度要小于后者。5）熱蝕溝金屬在高溫下長時間加熱，晶界與金屬表面相交處會產(chǎn)生熱蝕溝（為了達(dá)到表面張力互相平衡，通過表面擴散而產(chǎn)生）它存在也影響晶粒長大。

第50頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、晶粒的異常長大——二次再結(jié)晶

SecondaryRecrastallization晶粒的異常長大又稱不連續(xù)晶粒長大或二次再結(jié)晶，是一種特殊的晶粒長大現(xiàn)象，通常發(fā)生于一次再結(jié)晶后經(jīng)正常晶粒長大的基體中。其特點為少數(shù)晶粒迅速長大，使晶粒之間的尺寸差別顯著增大，直到這些迅速長大的晶粒完全接觸為止。第51頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二次再結(jié)晶過程有以下特征：1.二次再結(jié)晶的驅(qū)動力是來自界面能或表面能的降低，而不是來自應(yīng)變能，所以它比一次再結(jié)晶的驅(qū)動力要小的多。2.二次再結(jié)晶并不需要重新形核，它是以一次再結(jié)晶后的某些特殊晶粒作為基礎(chǔ)而長大的，因此，嚴(yán)格說它是特殊條件下的晶粒長大過程，而非再結(jié)晶。3.只有正常晶粒長大受阻的情況才產(chǎn)生二次再結(jié)晶，阻礙正常晶粒長大的主要因素有a)含有適量夾雜物b)具有強烈的一次再結(jié)晶織構(gòu)。

第52頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月4.二次再結(jié)晶的動力學(xué)類似于一次再結(jié)晶的動力學(xué)，也有一孕育期5.二次再結(jié)晶完成時也產(chǎn)生明顯的織構(gòu)，但它與一次的不同6.必須超過一最低溫度進行退火時才會發(fā)生二次再結(jié)晶。通常最大的晶粒是在加熱溫度剛剛超過這一溫度時得到的，當(dāng)加熱溫度更高時，得到的二次再結(jié)晶晶粒的尺寸反而較小。第53頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二次再結(jié)晶機制二次再結(jié)晶形成的大晶粒在長大到某一臨界尺寸后便迅速長大，這一點不難解釋，因為在初次再結(jié)晶的各晶粒中，達(dá)到臨界晶體尺寸的晶粒必超過它周圍的晶粒，由于大晶粒的晶界總是凹向外測的，因而晶界總是向外遷移而擴大，結(jié)果它就愈長愈大。形成二次再結(jié)晶。至于大晶粒是怎樣長到臨界尺寸的，一般認(rèn)為，初次再結(jié)晶后，大多數(shù)晶粒具有明顯的織構(gòu)，但也有一些晶粒具有與這個織構(gòu)不同位向，其中更有少數(shù)具有特殊的位向，使其晶界的遷移率較高，因而能夠長大到臨界直徑，另一方面，要發(fā)生二次再結(jié)晶，還必須有某種阻礙晶粒正常長大的因素存在，如第二相質(zhì)點，一次再結(jié)晶織構(gòu)，熱蝕溝等，只有正常晶粒長大進行得很慢時，二次再結(jié)晶才能發(fā)生。第54頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月5.再結(jié)晶退火后得組織一、再結(jié)晶退火后的晶粒大小GrainSize取決于預(yù)先變形程度：Ψ％退火后晶粒退火溫度：t℃晶粒

若將變形量，退火溫度和再結(jié)晶的晶粒大小三者綜合于三維圖上，即得靜態(tài)再結(jié)晶圖在臨界變形量下和二次再結(jié)晶階段出現(xiàn)兩個粗大晶粒

Itmaybeusedforthepreparationforperfectstrain-freesinglecrystals。工業(yè)純鋁再結(jié)晶第55頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、再結(jié)晶織構(gòu)

RecrystallizationTextures

冷變形金屬在再結(jié)晶過程中形成的織構(gòu)稱再結(jié)晶織構(gòu)。它與退火織構(gòu)不同，因不發(fā)生再結(jié)晶的回復(fù)退火也能形成基本上與變形織構(gòu)相同的退火織構(gòu)。

再結(jié)晶織構(gòu)與原變形織構(gòu)之間的關(guān)系存在一下情況：

a)晶粒取向保持與原有織構(gòu)一致

b)原有織構(gòu)消失而代之以新的織構(gòu)

c)原有織構(gòu)消失不再形成新的織構(gòu)。第56頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月再結(jié)晶織構(gòu)的形成機制定向形核理論OrientedNucleationTheory當(dāng)變形量較大并產(chǎn)生變形織構(gòu)時，因各亞晶的位向相近，而使再結(jié)晶形核具有擇優(yōu)取向再結(jié)晶織構(gòu)（與原變形織構(gòu)位向一致）長大第57頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2)定向生長理論OrientedGrowthTheory認(rèn)為再結(jié)晶的晶粒取向大都是無規(guī)則的，只有某些具有特殊位向的晶核才可能迅速向變形基體中長大再結(jié)晶織構(gòu)。因晶界的移動速度取決晶界兩側(cè)晶粒間的位相差，當(dāng)基體存在變形織構(gòu)時，其中大多數(shù)晶粒取向是相近的，晶粒不易長大，而某些與變形織構(gòu)呈特殊位向關(guān)系的再結(jié)晶晶核，其晶界則具有很高的遷移速度。故發(fā)生擇優(yōu)生長，并通過逐漸吞食其周圍變形基體達(dá)到互相接觸，形成與原變形織構(gòu)取向不同的再結(jié)晶織構(gòu)。

第58頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月三、退火孿晶AnnealingTwinsf.c.c.結(jié)構(gòu)的Cu及Cu合金，不銹鋼在再結(jié)晶退火組織中，常在其晶粒內(nèi)部出現(xiàn)片狀孿晶——退火孿晶形成退火孿晶時，在(111)密排面上發(fā)生層錯退火孿晶的形成機制：晶粒生長過程中形成當(dāng)孿晶界面能＜＜大角度晶界能時，退火孿晶主要與其層錯能較低有關(guān)第59頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月※6.材料的熱加工

hotworkingprocessesofmaterials

通常把在再結(jié)晶溫度以上的加工成為“熱加工”在再結(jié)晶溫度以下又不加熱的加工稱為“冷加工”ColdworkingProcess為減小變形抗力和加工動力能耗，其加熱溫度大多控制在固相線以下100-200℃范圍內(nèi)。再結(jié)晶溫度是區(qū)分冷、熱加工的分界線此外還有“溫加工”其加工溫度低于再結(jié)晶溫度，但高于室溫第60頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月前面已談及，冷加工所引起的加工硬化可通過退火使之發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶等軟化過程來加以消除。熱加工時由于溫度很高，在變形的同時就會發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，因此，硬化過程與軟化過程是同時進行的。第61頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月熱加工的回復(fù)和再結(jié)晶過程比較復(fù)雜，按其特征不同，可分為

動態(tài)回復(fù)動態(tài)再結(jié)晶在變形時，即在溫度和負(fù)荷聯(lián)合作用下發(fā)生Dynamic靜態(tài)回復(fù)靜態(tài)再結(jié)晶在變形時，即在溫度和負(fù)荷聯(lián)合作用下發(fā)生Static亞動態(tài)再結(jié)晶第62頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

其中靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶的變化規(guī)律與上述討論一致，不過它們是利用熱加工余熱來進行，而不需要重新加熱。熱加工后材料組織和性能取決于軟化作用與強化作用互相抵消的程度。第63頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月一、動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶

Dynamicrecoveryanddynamicrecrystallization1）動態(tài)回復(fù)時的應(yīng)力應(yīng)變曲線特征應(yīng)力－應(yīng)變曲線分為三個階段：Ⅰ――微變形階段：應(yīng)力增大很快，總變形量<1％Ⅱ――均勻應(yīng)變階段：斜率逐漸下降，材料開始均勻塑性變形，并發(fā)生加工硬化，同時出現(xiàn)動態(tài)回復(fù)。Ⅲ――穩(wěn)態(tài)流變階段：加工硬化與動態(tài)回復(fù)作用近于平衡，出現(xiàn)應(yīng)力不隨應(yīng)變而增高的穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)流變的應(yīng)力受t℃和e影響很大

1.動態(tài)回復(fù)DynamicRecovery第64頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

2)動態(tài)回復(fù)機制：隨著應(yīng)變量，位錯通過增殖,其密度，開始形成位錯纏結(jié)與胞狀結(jié)構(gòu)，但由于所處溫度較高，通過以下途徑：刃型位錯的攀移螺形位錯的交滑移位錯纏結(jié)的脫釘新滑移面上異號位錯相遷而發(fā)生抵消當(dāng)位錯的增殖速率和消失速率達(dá)到平衡時，因而不發(fā)生硬化，曲線轉(zhuǎn)為水平的穩(wěn)定流變階段t℃=const

t℃第65頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3）動態(tài)回復(fù)時的組織結(jié)構(gòu)晶粒沿變形方向伸長呈纖維狀，但晶體內(nèi)卻保持等軸亞晶無應(yīng)變的結(jié)構(gòu)，動態(tài)回復(fù)所形成的亞晶，其完整程度，尺寸大小及相鄰亞晶間的位相差，主要取決于變形溫度和應(yīng)變速率：d:平均直徑a、b常數(shù)z用溫度修正過的應(yīng)變率

第66頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2.動態(tài)再結(jié)晶DynamicRecrystallization1）動態(tài)再結(jié)晶時的應(yīng)力--應(yīng)變曲線特征也分三個階段Ⅰ――微應(yīng)變加工硬化階段，應(yīng)力隨應(yīng)變增加而迅速↑

ε<εC

開始發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的臨界變形量對應(yīng)的臨界應(yīng)力為σCⅡ――動態(tài)再結(jié)晶開始階段，但此時加工硬化仍占主導(dǎo)地位

ε>εCⅢ――穩(wěn)態(tài)流變階段，加工硬化與動態(tài)再結(jié)晶軟化達(dá)到動平衡

ε>εS（發(fā)生均勻變形的應(yīng)變量）第67頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月在低時，穩(wěn)態(tài)流變曲線出現(xiàn)波動，主要與變形引起的加工硬化和動態(tài)再結(jié)晶所產(chǎn)生的軟化交替作用以及周期性變化有關(guān)。當(dāng)t℃＝const隨曲線向上、向右移動

σmax所對應(yīng)的ε當(dāng)＝const隨t℃曲線向下、左移動

σmax所對應(yīng)的ε

第68頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2）動態(tài)再結(jié)晶的機制動態(tài)再結(jié)晶也是通過形核與長大完成的。形核方式與及及由此引起位錯組態(tài)變化有關(guān)：當(dāng)較低時，通過原晶界弓出機制形核當(dāng)較高時，通過亞晶合并的長大方式進行第69頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3）動態(tài)再結(jié)晶的組織結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)變形期間，晶粒是等軸的，晶界呈鋸齒狀晶粒內(nèi)還會包含著被位錯纏結(jié)所分割的亞晶粒。這與退火時靜態(tài)再結(jié)晶所產(chǎn)生的位錯密度很低的晶粒顯然不同，故同樣晶粒大小的動態(tài)再結(jié)晶組織的強度和硬度要比靜態(tài)再結(jié)晶的高。動態(tài)再結(jié)晶后的晶粒大小與流變應(yīng)力成反比，另外，應(yīng)變速率越低，變形溫度越高，則動態(tài)再結(jié)晶后的晶粒越大且越完整。第70頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月