材料科學(xué)基礎(chǔ) 課件 第七章 形變金屬材料的回復(fù)與再結(jié)晶

第七章形變金屬材料的回復(fù)與再結(jié)晶§7.1形變金屬材料在退火過程中的變化§7.2回復(fù)§7.3再結(jié)晶§7.4晶粒長(zhǎng)大§7.5金屬材料的熱加工1冷變形金屬的形變儲(chǔ)存能：彈性應(yīng)變能畸變能2一、顯微組織的變化

冷變形金屬的組織和性能在加熱時(shí)逐漸發(fā)生變化，這個(gè)過程稱為退火。§7.1形變金屬材料在退火過程中的變化3

二、形變儲(chǔ)存能的降低是形變金屬材料回復(fù)和再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力。4三、殘余應(yīng)力和性能的變化

5§7.2回復(fù)回復(fù)——冷變形金屬材料加熱時(shí)，在光學(xué)顯微組織發(fā)生改變前（即在再結(jié)晶晶粒形成前）所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化過程。6一、退火溫度和時(shí)間對(duì)回復(fù)過程的影響

回復(fù)程度是溫度和時(shí)間的函數(shù)。溫度越高，回復(fù)程度越大；溫度一定，回復(fù)程度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，但回復(fù)初期變化顯著。7

二、回復(fù)機(jī)制1.低溫回復(fù)T＜0.2Tm（對(duì)點(diǎn)缺陷敏感的）電阻率顯著減小。機(jī)制：過量空位消失，空位濃度趨向平衡濃度。原因：1、空位遷移到金屬表面或晶界而消失；2、空位與間隙原子結(jié)合而消失；3、空位與位錯(cuò)交互作用而消失；4、空位聚集成群，使晶體崩塌而轉(zhuǎn)變成位錯(cuò)環(huán)。82.高溫回復(fù)0.2Tm

≤T＜0.35Tm內(nèi)應(yīng)力顯著減小，加工硬化略消除。機(jī)制：位錯(cuò)進(jìn)行滑移（包括交滑移）和攀移，異號(hào)位錯(cuò)抵消及位錯(cuò)重排，發(fā)生多邊化過程。92.高溫回復(fù)0.2Tm

≤T＜0.35Tm內(nèi)應(yīng)力顯著減小，加工硬化略消除。機(jī)制：位錯(cuò)進(jìn)行滑移（包括交滑移）和攀移，異號(hào)位錯(cuò)抵消及位錯(cuò)重排，發(fā)生多邊化過程。10攀移：是指在較高溫度和正應(yīng)力作用下，刃型位錯(cuò)沿垂直于滑移面的方向運(yùn)動(dòng)。如果額外半原子面下端的原子擴(kuò)散出去，或者與空位交換位置，使額外半原子面縮短，這種運(yùn)動(dòng)稱為正攀移。作用在半原子面上的壓應(yīng)力有助于正攀移。11多晶體回復(fù)退火過程的亞結(jié)構(gòu)變化1213四、回復(fù)退火/去應(yīng)力退火的應(yīng)用

1.減小內(nèi)應(yīng)力，尤其是第一類內(nèi)應(yīng)力；2.提高材料的耐蝕性；3.冷拔銅絲導(dǎo)線提高導(dǎo)電性。冷變形金屬材料在基本保持加工硬化的狀態(tài)下：再結(jié)晶——冷變形金屬材料在加熱到一定溫度或保溫一段時(shí)間之后，在原來形變組織中產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，且性能也發(fā)生顯著變化，并恢復(fù)到冷變形前水平的過程?！?.3再結(jié)晶14純鐵冷變形量80%650℃加熱670℃加熱再結(jié)晶的特點(diǎn)：1、包括再結(jié)晶晶粒的形核和長(zhǎng)大；2、不是相變（與多晶型轉(zhuǎn)變比較）；2、顯微組織（晶粒、位錯(cuò)密度）發(fā)生變化；3、力學(xué)性能發(fā)生顯著變化；4、內(nèi)應(yīng)力完全消除。15一、退火溫度和時(shí)間對(duì)再結(jié)晶過程的影響

1、發(fā)生再結(jié)晶需要孕育期；2、再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)約為50%時(shí)速度最快；3、退火溫度越高，孕育期越短，再結(jié)晶過程加速。1617三、再結(jié)晶溫度及其影響因素：

經(jīng)嚴(yán)重冷變形（變形量≥70%）的金屬在1小時(shí)的保溫時(shí)間內(nèi)能夠完成再結(jié)晶（再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)≥95%）的溫度。再結(jié)晶溫度不是一個(gè)物理常數(shù)。金屬材料的再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間存在以下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：T再≈δTm式中，T再、Tm均以熱力學(xué)溫度表示，δ為一系數(shù)。對(duì)于工業(yè)純金屬，δ值約為0.35～0.4。18三、再結(jié)晶溫度及其影響因素：影響再結(jié)晶溫度高低的因素：（1）冷變形量（2）純度（3）第二相顆粒（4）晶粒大小（5）加熱速度和保溫時(shí)間19預(yù)先變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒尺寸的影響四、控制再結(jié)晶晶粒尺寸——預(yù)先變形度、再結(jié)晶退火溫度、原始晶粒尺寸、合金元素及雜質(zhì)。20工業(yè)純鋁的再結(jié)晶晶粒大小與變形量的關(guān)系（再結(jié)晶退火溫度550℃，保溫時(shí)間30min）變形量自左至右依次為：1%、2.5%、4%、6%、8%、10%、12%、15%21§7.4晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大：指冷變形金屬在完成再結(jié)晶后，隨著加熱溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，無畸變新晶粒中的某些晶粒尺寸增大，另一些晶粒尺寸縮小而消失的過程。這一過程的驅(qū)動(dòng)力是界面能差。22晶粒長(zhǎng)大過程的特點(diǎn)：晶界本身趨于平直化，三個(gè)晶粒的晶界交角趨于120o；晶界遷移總是指向其曲率中心方向；隨著晶界遷移，小晶粒逐漸被吞并到相鄰的較大晶粒中。23晶粒長(zhǎng)大過程的特點(diǎn)：晶界本身趨于平直化，三個(gè)晶粒的晶界交角趨于120o；晶界遷移總是指向其曲率中心方向；隨著晶界遷移，小晶粒逐漸被吞并到相鄰的較大晶粒中。2425

晶粒的反常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶）2627四、再結(jié)晶退火/中間退火的應(yīng)用

1.冷變形金屬材料消除加工硬化——又稱中間退火，以利進(jìn)一步冷加工；2.對(duì)于無固態(tài)相變的金屬材料，通過冷塑性變形并再結(jié)晶退火，可獲得細(xì)小均勻的晶粒；3.磁性材料獲得高密度的再結(jié)晶織構(gòu)。28熱加工§7.5熱加工熱加工：在金屬材料的再結(jié)晶溫度以上對(duì)其進(jìn)行塑性變形。金屬材料在熱加工過程中同時(shí)發(fā)生加工硬化和回復(fù)軟化或再結(jié)晶軟化兩個(gè)過程。29

在熱加工過程中一些金屬材料（如鐵素體鋼、鋁及鋁合金、工業(yè)純鐵、鋯、鋅等）只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)，不發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。30

在熱加工過程中一些金屬材料（鎳及鎳合金、銅及銅合金、鎂及鎂合金、奧氏體鋼、金、銀等）通常發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。3