金屬塑性變形理論第4講_回復(fù)再結(jié)晶

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1、金屬塑性變形理論Theoryofmetalplasticdeformation第四講LessonFour張貴杰ZhangGuijieTel：0315-2592155E-Mail：zhguijie@vip.sina.com河北理工大學(xué)金屬材料與加工工程系DepartmentofMetalMaterialandProcessEngineeringHebeiPolytechnicUniversity,Tangshan063009第三章塑性加工時(shí)組織性能的變化主要內(nèi)容MainContent冷加工退火時(shí)的回復(fù)與再結(jié)晶熱加工時(shí)的回復(fù)與再結(jié)晶10/3/2021

2、23.3冷加工退火時(shí)的回復(fù)與再結(jié)晶經(jīng)塑性變形的材料具有自發(fā)恢復(fù)到變形前低自由能狀態(tài)的趨勢(shì)。當(dāng)冷變形金屬加熱時(shí)會(huì)發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大等過(guò)程。了解這些過(guò)程的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，對(duì)于改善和控制金屬材料的組織和性能具有重要的意義。10/3/20213回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大回復(fù)——是指新的無(wú)畸變晶粒出現(xiàn)之前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段；再結(jié)晶——是指出現(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——是指再結(jié)晶結(jié)束之后晶粒的繼續(xù)長(zhǎng)大。10/3/2021410/3/202153.3.1回復(fù)冷變形金屬在低于再結(jié)晶溫度下加熱時(shí)，顯微組織與強(qiáng)度、硬度均不

3、發(fā)生明顯變化，只有某些物理性能和微細(xì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。這是由于原子在微晶內(nèi)只能進(jìn)行短距離擴(kuò)散，使點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)在退火過(guò)程中發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而改變了它們的數(shù)量和分布。在回復(fù)階段，由于不發(fā)生大角度晶界的遷移，所以晶粒的形狀和大小與變形態(tài)的相同，仍保持著纖維狀或扁平狀，從光學(xué)顯微組織上幾乎看不出變化。10/3/20216低溫回復(fù)（0.1~0.2Tm）機(jī)理：點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)移至晶界、位錯(cuò)處空位＋間隙原子空位聚集（空位群、對(duì)）消失缺陷密度降低10/3/20217中溫回復(fù)（0.2~0.3Tm）：位錯(cuò)滑移異號(hào)位錯(cuò)相遇而抵銷(xiāo)位錯(cuò)纏結(jié)重新排列亞晶粒長(zhǎng)大位錯(cuò)密度降低高溫回復(fù)（0.3

4、~0.5Tm）：多邊化（亞晶粒）位錯(cuò)攀移（＋滑移）位錯(cuò)垂直排列（亞晶界）彈性畸變能降低10/3/20218多邊形化前、后刃型位錯(cuò)的排列情況10/3/202193.3.2再結(jié)晶在再結(jié)晶階段，首先是在畸變度大的區(qū)域產(chǎn)生新的無(wú)畸變晶粒的核心，然后逐漸消耗周?chē)淖冃位w而長(zhǎng)大，直到形變組織完全改組為新的、無(wú)畸變的細(xì)等軸晶粒為止。10/3/20211010/3/20211110/3/202112再結(jié)晶的形核與長(zhǎng)大形核亞晶長(zhǎng)大形核機(jī)制（變形量較大時(shí)）亞晶合并形核亞晶界移動(dòng)形核（吞并其它亞晶或變形部分）晶界凸出形核（變形量較小時(shí)）（晶界弓出形核，凸向亞晶粒小的

5、方向）長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力：畸變能差方式：晶核向畸變晶粒擴(kuò)展，直至新晶粒相互接觸注：再結(jié)晶不是相變過(guò)程10/3/202113具有亞晶組織的晶間凸出形核示意圖10/3/202114再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)再結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系開(kāi)始時(shí)再結(jié)晶速度很小，在體積分?jǐn)?shù)為0.5時(shí)最大，然后減慢。10/3/202115鋁在350℃的等溫再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)曲線10/3/202116再結(jié)晶溫度經(jīng)嚴(yán)重冷變形（變形量>70%）的金屬或合金，在1h內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的（再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)>95%）最低溫度。高純金屬：T再＝(0.25~0.35)Tm工業(yè)純金屬：T再＝(0.35~0.45)Tm合金：T再＝(

6、0.4~0.9)Tm10/3/202117影響再結(jié)晶溫度的因素變形量越大，驅(qū)動(dòng)力越大，再結(jié)晶溫度越低；純度越高，再結(jié)晶溫度越低；加熱速度太低或太高，再結(jié)晶溫度提高10/3/202118影響再結(jié)晶的因素退火溫度。溫度越高，再結(jié)晶速度越大變形量。變形量越大，再結(jié)晶溫度越低；隨變形量增大，再結(jié)晶溫度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結(jié)晶不能進(jìn)行。原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大；晶界越多，有利于形核。10/3/202119微量溶質(zhì)元素。阻礙位錯(cuò)和晶界的運(yùn)動(dòng)，不利于再結(jié)晶。第二分散相。間距和直徑都較大時(shí)，提高畸變能，并可作為形核核心，促進(jìn)再結(jié)晶；直徑和間距

7、很小時(shí)，提高畸變能，但阻礙晶界遷移，阻礙再結(jié)晶。10/3/202120再結(jié)晶晶粒大小的控制變形量。存在臨界變形量，生產(chǎn)中應(yīng)避免臨界變形量。原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大，形核位置越多，使晶粒細(xì)化。合金元素和雜質(zhì)。增加儲(chǔ)存能，阻礙晶界移動(dòng)，有利于晶粒細(xì)化。溫度。變形溫度越高，回復(fù)程度越大，儲(chǔ)存能減小，晶粒粗化；退火溫度越高，臨界變形度越小，晶粒粗大。10/3/202121由圖中的曲線可以看出，當(dāng)溫度一定時(shí)，變形程度越大，再結(jié)晶后晶粒越?。划?dāng)變形程度一定時(shí)，溫度越高，再結(jié)晶退火以后的晶粒越大。在低變形程度時(shí)出現(xiàn)一個(gè)晶粒尺寸非常大的區(qū)，即是由于臨界

8、變形量所造成的；當(dāng)強(qiáng)烈冷變形且在高溫下退火時(shí)也會(huì)產(chǎn)生特別粗大的晶粒。這是由于發(fā)生了二次再結(jié)晶的緣故。為獲得強(qiáng)度高的細(xì)晶組織，在制定塑性加