塑性變形與再結(jié)晶

1、塑性變形與再結(jié)晶塑性變形與再結(jié)晶主要內(nèi)容1.經(jīng)塑性變形后，金屬材料的顯微組織變化。2.冷加工變形組織經(jīng)回復(fù)和再結(jié)晶后的變化。晶內(nèi)變化 滑移帶：由于晶體的塑性變形使試樣拋光表面產(chǎn)生高低不一的臺階，在高倍下觀察可知它是由更細(xì)的滑移線組成。 孿晶帶：孿生是一個發(fā)生在晶體內(nèi)部，產(chǎn)生孿晶的均勻切變過程，孿晶本身是一個晶體中的變形區(qū)域，它與相鄰未變形區(qū)域的晶體取向互成鏡面對稱關(guān)系。純鐵滑移線純鋅機(jī)械孿晶純鐵機(jī)械孿晶 形變孿晶的產(chǎn)生與金屬的點(diǎn)陣類型和層錯能高低等因素有關(guān)，如密排六方金屬(Zn，Mg等)，易以孿生方式變形而產(chǎn)生孿晶，層錯能低的奧氏體不銹鋼亦產(chǎn)生形變孿晶。 工業(yè)純鐵為體心立方金屬，它只有在0以下

2、受沖擊載荷時，才易產(chǎn)生孿晶。晶粒形貌的變化 隨著變形度的增加，等軸晶將逐漸沿變形方向伸長。 當(dāng)變形量很大時，晶粒變得模糊不清，形成纖維組織，纖維狀組織是由晶界和滑移線組成。低碳鋼（ 0.05wt.%）經(jīng)不同冷變形度冷變形后的組織變化冷變形度5%冷變形度10%冷變形度15%冷變形度20%冷變形度30%冷變形度50%冷變形度70%回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大 冷塑性變形后的金屬組織是不穩(wěn)定的，空位、位錯等結(jié)構(gòu)缺陷密度增大，畸變能升高，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定的高自由能狀態(tài)。因此經(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。當(dāng)加熱時會發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大等過程?；貜?fù)回復(fù)是指新的無畸變晶粒出現(xiàn)之前所

3、產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段?；貜?fù)是一個弛豫過程。機(jī)制：1.低溫回復(fù)：點(diǎn)缺陷發(fā)生遷移，密度明顯下降；2.中溫回復(fù)：位錯滑移并重新分布。3.高溫回復(fù)：位錯可產(chǎn)生攀移，發(fā)生重新分布，并產(chǎn)生多邊化結(jié)構(gòu)。再結(jié)晶 冷變形后的金屬加熱到一定程度之后，在原變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化并恢復(fù)到變形前的狀況，此過程稱之為再結(jié)晶。 是一種形核、長大過程，通過在變形組織的基體上產(chǎn)生新的無畸變再結(jié)晶晶核，并通過逐漸長大形成新等軸晶粒，從而取代全部變形組織，再結(jié)晶的晶核不是新相，其點(diǎn)陣(晶格)類型仍與舊晶粒相同。 驅(qū)動力來自應(yīng)變畸變能的下降。晶粒長大 晶粒長大是指再結(jié)晶之后晶粒的繼續(xù)長大

4、，驅(qū)動力來自總界面能的下降。 正常晶粒的長大規(guī)律：在恒溫下，平均晶粒直徑與保溫時間的平方根呈正比。影響再結(jié)晶的因素變形度：變形度越大，儲能增加，再結(jié)晶驅(qū)動力越大，再結(jié)晶溫度越低，同時等溫退火時的再結(jié)晶速度越快，但當(dāng)變形量大到一定程度后，再結(jié)晶溫度基本穩(wěn)定。在給定溫度下，發(fā)生再結(jié)晶需要一個最小變形量（臨界變形度）低于此變形度，不發(fā)生再結(jié)晶。同時，變形度越大，得到的再結(jié)晶晶粒越細(xì)。退火溫度：提高退火溫度可使再結(jié)晶速度顯著加快，臨界變形度數(shù)值變小，若再結(jié)晶過程已經(jīng)完成，隨后還有一個晶粒長大階段很明顯，溫度越高，晶粒越粗。 變形度對再結(jié)晶組織的影響冷變形程度對再結(jié)晶后晶粒大小影響規(guī)律：1.如變形程度很

5、小時，造成的儲能不足以驅(qū)動再結(jié)晶，所以晶粒大小沒有變化。2.當(dāng)變形程度增大到一定數(shù)值后，可以引起再結(jié)晶，但由于形核率很小，所以得到的晶粒特別粗大，把對應(yīng)于再結(jié)晶后得到特別粗大晶粒的變形程度稱為臨界變形度，一般金屬的臨界變形為210。3.當(dāng)變形量大于臨界變形量后，儲能隨變形量的增加而增大，從而使形核率增加，由此再結(jié)晶晶粒得到細(xì)化。冷變形度5%+850保溫0.5小時冷變形度10%+850保溫0.5小時冷變形度15%+850保溫0.5小時冷變形度20%+850保溫 0.5小時冷變形度50%+850保溫 0.5小時冷變形度70%+850保溫 0.5小時截線法測定晶粒大小 n 單位面積中的晶粒個數(shù) N

6、數(shù)到的晶粒數(shù)Lt 測試線長度（mm）注:在400倍的放大倍數(shù)下每格長度為0.0033mm/格退火溫度對再結(jié)晶組織的影響 當(dāng)變形程度和退火保溫時間一定時，退火溫度越高，再結(jié)晶速度越快，產(chǎn)生一定體積分?jǐn)?shù)的再結(jié)晶所需要的時間越短，再結(jié)晶后的晶粒越粗大。變形度70%+400 退火0.5小時變形度70%+450 退火0.5小時變形度70%+500 退火0.5小時變形度70%+600 退火0.5小時變形度70%+850 退火0.5小時退火孿晶 某些面心立方金屬和合金如銅及銅合金等冷變形后經(jīng)再結(jié)晶退火后，其晶粒中會出現(xiàn)退火孿晶。純銅退火孿晶退火孿晶的生成機(jī)制 一般認(rèn)為是在晶粒生長過程中形成的，當(dāng)晶粒通過晶界

7、移動而生長時，原子層在晶界角（111）面上的堆垛順序偶然錯堆，就會出現(xiàn)一共格的孿晶界，該退火孿晶通過大角度晶界的移動而長大。在長大過程中，如果在原子（111）面上再次發(fā)生錯堆而恢復(fù)原來的堆垛順序，則又形成第二個共格的孿晶界，構(gòu)成孿晶帶。 層錯能低的晶體容易形成退火孿晶。實(shí)驗(yàn)步驟 觀察并描繪純鐵冷變形的滑移線。 觀察低碳鋼經(jīng)5，10，20，50，70變形度變形后的顯微組織，并描繪其組織特征。 觀察低碳鋼經(jīng)5，10，20，30，70六種變形度變形后在850 退火半小時后組織，并用割線法測得其晶粒度。 觀察低碳鋼經(jīng)70變形度在400 ，450 ，500 ，600 ，850 退火半小時后的試樣，從中找

8、出再結(jié)晶后晶粒大小與退火溫度之間的定性關(guān)系。 觀察并描繪黃銅的退火孿晶。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.分析低碳鋼經(jīng)不同冷變形后的顯微組織。2.分析金屬再結(jié)晶溫度及再結(jié)晶后晶粒度大小的影響因素。晶內(nèi)變化 滑移帶：由于晶體的塑性變形使試樣拋光表面產(chǎn)生高低不一的臺階，在高倍下觀察可知它是由更細(xì)的滑移線組成。 孿晶帶：孿生是一個發(fā)生在晶體內(nèi)部，產(chǎn)生孿晶的均勻切變過程，孿晶本身是一個晶體中的變形區(qū)域，它與相鄰未變形區(qū)域的晶體取向互成鏡面對稱關(guān)系。再結(jié)晶 冷變形后的金屬加熱到一定程度之后，在原變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化并恢復(fù)到變形前的狀況，此過程稱之為再結(jié)晶。 是一種形核、長大過程，通

9、過在變形組織的基體上產(chǎn)生新的無畸變再結(jié)晶晶核，并通過逐漸長大形成新等軸晶粒，從而取代全部變形組織，再結(jié)晶的晶核不是新相，其點(diǎn)陣(晶格)類型仍與舊晶粒相同。 驅(qū)動力來自應(yīng)變畸變能的下降。 變形度對再結(jié)晶組織的影響冷變形程度對再結(jié)晶后晶粒大小影響規(guī)律：1.如變形程度很小時，造成的儲能不足以驅(qū)動再結(jié)晶，所以晶粒大小沒有變化。2.當(dāng)變形程度增大到一定數(shù)值后，可以引起再結(jié)晶，但由于形核率很小，所以得到的晶粒特別粗大，把對應(yīng)于再結(jié)晶后得到特別粗大晶粒的變形程度稱為臨界變形度，一般金屬的臨界變形為210。3.當(dāng)變形量大于臨界變形量后，儲能隨變形量的增加而增大，從而使形核率增加，由此再結(jié)晶晶粒得到細(xì)化。冷變形度50%+850保溫 0.5小時 n