第五章 回復(fù)及再結(jié)晶副本

1、材料的回復(fù)、材料的回復(fù)、再結(jié)晶與熱加工再結(jié)晶與熱加工變形金屬在加熱時(shí)組織性能變化的特點(diǎn)變形金屬在加熱時(shí)組織性能變化的特點(diǎn)回復(fù)回復(fù)再結(jié)晶再結(jié)晶晶粒的長大晶粒的長大金屬的熱加工金屬的熱加工超塑性超塑性 機(jī)械功(塑性變形) 熱量(散失) 晶體內(nèi)部缺陷金屬處于不穩(wěn)定的高能狀態(tài) 有向低能轉(zhuǎn)變的趨勢(shì) 轉(zhuǎn)變的三個(gè)階段：回復(fù)回復(fù)(recovery) 、再結(jié)晶再結(jié)晶(recrystallization) 和晶粒長大晶粒長大(grain growth) 回復(fù)與再結(jié)晶的用途：再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、金屬高溫強(qiáng)度調(diào)整等。 本章重點(diǎn)：轉(zhuǎn)變過程三個(gè)階段中的組織、性能的變化規(guī)律及主要影響因素本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容：回復(fù)

2、與再結(jié)晶定義顯微組織變化性能變化1.儲(chǔ)存能變化 冷加工變形：冷加工變形：加工硬化加工硬化可使位錯(cuò)數(shù)量增加，金屬的強(qiáng)度和硬度增加可使位錯(cuò)數(shù)量增加，金屬的強(qiáng)度和硬度增加冷加工缺點(diǎn)：冷加工缺點(diǎn)：內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力這種這種在金屬零件進(jìn)一步加工和使用過程中往往會(huì)在金屬零件進(jìn)一步加工和使用過程中往往會(huì)產(chǎn)生不應(yīng)有的變形，使用中也會(huì)由于大氣環(huán)境與內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生不應(yīng)有的變形，使用中也會(huì)由于大氣環(huán)境與內(nèi)應(yīng)力的共同作用，造成零件的應(yīng)力腐蝕；冷加工也可能使電阻率共同作用，造成零件的應(yīng)力腐蝕；冷加工也可能使電阻率增加等。這時(shí)金屬處于一種增加等。這時(shí)金屬處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài)。發(fā)生應(yīng)力腐蝕奧氏發(fā)生應(yīng)力腐蝕奧氏體不銹鋼管道內(nèi)

3、壁體不銹鋼管道內(nèi)壁應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋奧氏體不銹鋼易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。即在特定合金奧氏體不銹鋼易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。即在特定合金-環(huán)境體系環(huán)境體系中，應(yīng)力與腐蝕共同作用引起的破壞。應(yīng)力腐蝕易在含中，應(yīng)力與腐蝕共同作用引起的破壞。應(yīng)力腐蝕易在含Cl的介質(zhì)中發(fā)生，裂紋為樹枝狀。的介質(zhì)中發(fā)生，裂紋為樹枝狀。 消除的方法消除的方法 退火處理。退火處理。 退火可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)退火可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大過程。過程?；貜?fù)：回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無可見變化，但其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過程。再結(jié)晶再結(jié)晶：冷

4、變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，在變形組織內(nèi)部新的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過程。1、回復(fù)與再結(jié)晶定義對(duì)經(jīng)塑性變形后的金屬再進(jìn)行加熱，通常稱為“退火”，其目的是為了恢復(fù)與提高金屬的塑性。當(dāng)退火溫度達(dá)到一定時(shí)，金屬的性能可以完全恢復(fù)到冷變形冷變形以前的狀態(tài)。2、顯微組織的變化冷變形金屬組織加熱溫度及時(shí)間的變化示意圖回復(fù)階段：纖維組織仍為纖維狀，無可見變化；再結(jié)晶階段：變形晶粒通過形核長大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o畸變的等軸晶粒；晶粒長大階段：晶界移動(dòng)，晶粒粗化，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的形狀和尺寸。退火過程的三個(gè)階段退火過程的三個(gè)階段例：形變鋁合金形變、例：形變鋁合金形變、再結(jié)晶形核和

5、再結(jié)晶再結(jié)晶形核和再結(jié)晶完畢后的組織完畢后的組織/350oC加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅(a)(b)(c)(d)(e)(f)（a）是黃銅冷加工變形量達(dá)到）是黃銅冷加工變形量達(dá)到CW38后的組織，可見粗大晶粒內(nèi)后的組織，可見粗大晶粒內(nèi)的滑移線。的滑移線。（b）經(jīng)過）經(jīng)過580 C保溫保溫3秒后，試樣秒后，試樣上開始出現(xiàn)白色小的顆粒，即再結(jié)上開始出現(xiàn)白色小的顆粒，即再結(jié)晶出的新的晶粒。晶出的新的晶粒。（c）是在）是在580 C保溫保溫4秒后，顯示秒后，顯示有更多新的晶粒出現(xiàn)。有更多新的晶粒出現(xiàn)。（d）在）在580 C保溫保溫8秒后，粗大的秒后，粗大的帶有滑移線的晶粒已完全被細(xì)小的帶有滑移線的晶粒已完

6、全被細(xì)小的新晶粒所取代，即完成了再結(jié)晶。新晶粒所取代，即完成了再結(jié)晶。（e）是保溫）是保溫15分后的金相組織。分后的金相組織。晶粒已有所長大。晶粒已有所長大。（f）則是在）則是在700 C保溫保溫10分后晶粒分后晶粒長大的情形。長大的情形。3、性能變化(1) 力學(xué)性能：力學(xué)性能： 回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高； 再結(jié)晶階段：強(qiáng)度、硬度明顯下降，塑性明顯提高； 晶粒長大階段：強(qiáng)度、硬度繼續(xù)下降，塑性繼續(xù)提高，晶粒粗化時(shí)嚴(yán)重下降。(2) 物理性能：物理性能： 密度：回復(fù)階段變化不大，再結(jié)晶階段急劇升高； 電阻：由于點(diǎn)缺陷密度下降，電阻在回復(fù)階段明顯下降。(3) 內(nèi)應(yīng)力變化內(nèi)應(yīng)力變化

7、回復(fù)階段：大部分或全部消除第一類內(nèi)應(yīng)力，部分消除第二、三類內(nèi)應(yīng)力； 再結(jié)晶階段：內(nèi)應(yīng)力可完全消除。4、儲(chǔ)存能變化幾種曲線的區(qū)別：幾種曲線的區(qū)別：高純金屬回復(fù)階段釋放的儲(chǔ)存能很少，曲線為高純金屬回復(fù)階段釋放的儲(chǔ)存能很少，曲線為A A型；型；合金具有合金具有B B或或C C型曲線，在回復(fù)階段就釋放出較多的儲(chǔ)存能，因型曲線，在回復(fù)階段就釋放出較多的儲(chǔ)存能，因合金元素和雜質(zhì)原子阻礙再結(jié)晶，使儲(chǔ)存能在再結(jié)晶以前就通過合金元素和雜質(zhì)原子阻礙再結(jié)晶，使儲(chǔ)存能在再結(jié)晶以前就通過回復(fù)過程釋放。回復(fù)過程釋放。隨著儲(chǔ)存能的釋放，金屬的顯微組織和性能也發(fā)生相應(yīng)變化。隨著儲(chǔ)存能的釋放，金屬的顯微組織和性能也發(fā)生相應(yīng)變化

8、。發(fā)生的原因：金屬形變后的變化；熱力學(xué)不穩(wěn)定性；儲(chǔ)存能主要依附于點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)和層錯(cuò)等形式的缺陷而儲(chǔ)存能主要依附于點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)和層錯(cuò)等形式的缺陷而存在于晶體中。儲(chǔ)存能的數(shù)值并不大存在于晶體中。儲(chǔ)存能的數(shù)值并不大(約幾十到幾百約幾十到幾百J/mol)，熱力學(xué)不穩(wěn)定向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)條件控制溫度、加熱速度、材料本身性質(zhì)等與相變的異同點(diǎn)：沒有晶體結(jié)構(gòu)變化；驅(qū)動(dòng)力不是化學(xué)位差；組織示意圖組織示意圖純銅棒純銅棒硬度硬度冰水中冰水中900本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容：回復(fù)動(dòng)力學(xué)回復(fù)動(dòng)力學(xué)回復(fù)時(shí)的亞結(jié)構(gòu)變化與回復(fù)機(jī)制回復(fù)時(shí)的亞結(jié)構(gòu)變化與回復(fù)機(jī)制1.1.回復(fù)退火的應(yīng)用回復(fù)退火的應(yīng)用回復(fù)階段不涉及大角度晶面的遷移

9、；回復(fù)階段不涉及大角度晶面的遷移；通過點(diǎn)缺陷消除、位錯(cuò)的對(duì)消和重新排列來實(shí)現(xiàn)；通過點(diǎn)缺陷消除、位錯(cuò)的對(duì)消和重新排列來實(shí)現(xiàn)；此過程是均勻的。此過程是均勻的。1、回復(fù)動(dòng)力學(xué)回復(fù)動(dòng)力學(xué)是研究某種性能回復(fù)的速度?；貜?fù)動(dòng)力學(xué)是研究某種性能回復(fù)的速度。如圖表示同一變形程度的多晶體鐵在不同溫度退火時(shí)，屈服應(yīng)力的回復(fù)動(dòng)力學(xué)曲線。橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為剩余應(yīng)變硬化分?jǐn)?shù)(1-R)。0mrmR式中 、 、 分別表示變形后、回復(fù)后及完全退火后的屈服應(yīng)力。顯然，R越大，表示回復(fù)階段性能恢復(fù)程度越大。mr0(1) 回復(fù)的動(dòng)力學(xué)曲線1.00.80.60.40.20100200300400500oC450oC400oC350

10、oC300oC時(shí)間時(shí)間/min./min.剩余應(yīng)變硬化分?jǐn)?shù)（剩余應(yīng)變硬化分?jǐn)?shù)（1-R1-R）同一變形度的同一變形度的Fe在不同溫度下的回復(fù)在不同溫度下的回復(fù)回復(fù)特征通?？捎靡患?jí)反應(yīng)方程來表達(dá)(2) 回復(fù)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)回復(fù)過程沒有孕育期沒有孕育期，隨著退火的開始進(jìn)行，發(fā)生軟化；在一定溫度下，開始變化快，隨后變慢開始變化快，隨后變慢，直到最后回復(fù)速率為零；每一溫度的回復(fù)程度有一極限值有一極限值，退火溫度越高，這個(gè)極限值也越高，而達(dá)到此極限所需時(shí)間則越短。預(yù)變形量越大，起始的回復(fù)速率也越快，晶粒尺寸預(yù)變形量越大，起始的回復(fù)速率也越快，晶粒尺寸減小減小也有利于回復(fù)過程的加快，回復(fù)不能使金屬性回復(fù)不能使金屬

11、性能恢復(fù)到冷變形前的水平能恢復(fù)到冷變形前的水平。設(shè)P為冷變形后在回復(fù)階段發(fā)生變化的某種性能，P0為變形前該性能的值，P為加工硬化造成的該性能的增量。這個(gè)增量P與晶體中晶體缺陷(空位、位錯(cuò))的體積濃度Cp成正比，即0pPPKC缺陷的變化是一個(gè)熱激活的過程，假設(shè)其激活能為Q，則0()pdCd PPKdtdt在某一溫度進(jìn)行等溫回復(fù)過程中，晶體缺陷的體積濃度將發(fā)生變化，伴隨著性能P也發(fā)生變化，其隨時(shí)間的變化率為exp()ppdCQACdtRT 將(2)代入(3)中(1)(2)(3)0()exp()pd PPQKC AdtRT 將(1)代入(4)中(4)00()exp()d PPQAdtPPRT (5)

12、(6)積分得：0ln()exp()QPPAtCRT (3) 回復(fù)的動(dòng)力學(xué)方程(6)積分得：0ln()exp()QPPAtCRT 若在不同溫度下回復(fù)退火，讓性能達(dá)到同一P值時(shí)，所需時(shí)間顯然是不同的，對(duì)式(6)取對(duì)數(shù)，可得lnt 常數(shù)+QRT(7)從lnt-1/T關(guān)系可求出激活能，利用對(duì)激活能值的分析可以推斷回復(fù)的機(jī)制。(3) 回復(fù)的動(dòng)力學(xué)方程(1) 多邊化多邊化多邊化過程示意圖 若將一單晶體經(jīng)彎曲變形后在不同溫度下回火，這個(gè)單晶就會(huì)變成若干無畸變的亞晶粒。這個(gè)過程是如何實(shí)現(xiàn)的呢？(a)(b)2、回復(fù)時(shí)的亞結(jié)構(gòu)變化與回復(fù)機(jī)制經(jīng)彎曲變形的單晶體沿平行的滑移面散亂的分布著過剩的正刃位錯(cuò)，此時(shí)晶體中的彈

13、性畸變較大，如圖(a)所示。若將此晶體加熱，則滑移面的刃型位錯(cuò)通過滑移和攀移，沿豎直方向排成有規(guī)律的位錯(cuò)壁，即成為小角度傾斜晶界，如(b)所示。此時(shí)，單晶體被位錯(cuò)壁分割成幾個(gè)位向差不大的亞晶粒，亞晶粒內(nèi)的彈性畸變能大大減少，顯然這是一個(gè)能量降低的過程。由于這個(gè)連續(xù)彎曲的單晶經(jīng)回復(fù)退火后變?yōu)槎噙呅?，故稱此過程為“多邊化”。多邊化過程示意圖(a)(b)以冷變形5%的純鋁多晶體在200回復(fù)退火時(shí)亞組織變化為例，分析其回復(fù)時(shí)亞結(jié)構(gòu)的變化及回復(fù)機(jī)制(a)(b)(c)(d)(2) 胞狀組織的規(guī)整化胞狀組織的規(guī)整化1) 金屬經(jīng)過塑性變形后存在胞狀組織，其胞壁位錯(cuò)密度很高，位錯(cuò)纏結(jié)相當(dāng)寬(如圖(a)所示)。在

14、回復(fù)過程中，這種變形后的胞狀組織將發(fā)生變化。2) 在回復(fù)初期，首先是過?？瘴幌В麪罱M織內(nèi)的位錯(cuò)被吸引到胞壁，并于胞壁中的異號(hào)位錯(cuò)相互抵消，使位錯(cuò)密度降低，而且位錯(cuò)變得較直，較規(guī)整，如圖(b)所示。3) 回復(fù)繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，胞內(nèi)變得幾乎無位錯(cuò)，胞壁中的位錯(cuò)纏結(jié)逐漸形成能量較低的位錯(cuò)網(wǎng)，胞壁變薄，且更清晰，單胞有所長大，如圖(c)所示。此時(shí)，胞狀組織實(shí)際上就是亞晶粒。4) 隨著回復(fù)的繼續(xù)進(jìn)行，亞晶粒繼續(xù)長大，亞晶界上有更多的位錯(cuò)按低能態(tài)的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)排列，如圖(d)所示?？偨Y(jié)：材料冷變形程度越大，回復(fù)退火溫度越低，最后獲得亞晶粒的尺寸越小。(3) 亞晶粒的合并亞晶粒的合并在回復(fù)階段，很多金屬(Cu、A

15、l、Zr)中相鄰的兩亞晶粒會(huì)相互合并而長大，如下圖所示。它可能是通過位錯(cuò)的攀移和位錯(cuò)壁的消失，從而導(dǎo)致亞晶轉(zhuǎn)動(dòng)來完成的，合并之后，原來的亞晶界消失，兩個(gè)亞晶的取向趨于一致。(a)(b)(c)(d)Dillamore-Katoh模型1974過渡帶中亞晶是伸長的，在垂直于過渡帶方向的位向梯度大，平行于過渡帶方向的位向梯度小，這樣，平行于過渡帶的亞晶界界面能t比垂直于形變帶的亞晶界的界面能r大。三叉點(diǎn)處有以下關(guān)系：導(dǎo)致向外弓出相鄰的亞晶界中所含的是反號(hào)位錯(cuò)），通過位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，這些亞晶很易和很快聚合，形成一個(gè)大的亞晶。總結(jié)：回復(fù)機(jī)制是空位和位錯(cuò)通過熱激活改變了它們的組態(tài)分布和數(shù)量的過程。低溫回復(fù)：經(jīng)冷

16、加工變形的金屬通常在較低的溫度范圍就開始回復(fù)，表現(xiàn)在因變形而增高的電阻率發(fā)生不同程度的下降，但這時(shí)其機(jī)械性能不出現(xiàn)變化。由于金屬的電阻率對(duì)點(diǎn)缺陷很敏感，而機(jī)械性能對(duì)點(diǎn)缺陷不敏感，所以這種低溫下發(fā)生的回復(fù)與金屬中點(diǎn)缺陷的變化有關(guān)。 一般認(rèn)為低溫回復(fù)主要是由于塑性變形所產(chǎn)生的過量空位消失的結(jié)果，其消失至少存在四種可能的機(jī)制：（1）空位遷移到金屬的自由表面或晶界自由表面或晶界而消失；（2）空位與塑性變形所產(chǎn)生的間隙原子間隙原子重新結(jié)合而消失；（3）空位與位錯(cuò)位錯(cuò)發(fā)生交互作用而消失；（4）空位聚集成空位片空位片，然后崩塌崩塌成位錯(cuò)環(huán)而消失。中溫回復(fù)中溫回復(fù)：主要機(jī)制是位錯(cuò)滑移位錯(cuò)滑移，導(dǎo)致位錯(cuò)重新組合

17、位錯(cuò)重新組合，異號(hào)位錯(cuò)會(huì)聚而互相抵消以及亞晶粒長大，位錯(cuò)密度降低位錯(cuò)密度降低；高溫回復(fù)高溫回復(fù)：回復(fù)是機(jī)制包括攀移攀移在內(nèi)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和多邊化多邊化，以及亞晶粒合并，彈性畸變能降低亞晶粒合并，彈性畸變能降低。 異號(hào)位錯(cuò)相遇而抵銷異號(hào)位錯(cuò)相遇而抵銷位錯(cuò)滑移位錯(cuò)滑移 位錯(cuò)密度降低位錯(cuò)密度降低 位錯(cuò)纏結(jié)重新排列位錯(cuò)纏結(jié)重新排列位錯(cuò)攀移（滑移）位錯(cuò)攀移（滑移） 位錯(cuò)垂直排列（亞晶界）位錯(cuò)垂直排列（亞晶界） 多邊化（亞晶粒）多邊化（亞晶粒） 彈性畸變能降低。彈性畸變能降低。條件塑性變形使晶體點(diǎn)陣彎曲同號(hào)刃形位錯(cuò)在滑移面上塞積需要高溫加熱，使刃形位錯(cuò)能夠產(chǎn)生攀移運(yùn)動(dòng)多邊化一般在單晶體中產(chǎn)生，對(duì)于多晶

18、體，多系滑移往往導(dǎo)致位錯(cuò)纏結(jié)，從而易形成胞狀結(jié)構(gòu)?；?復(fù) 機(jī) 制3、回復(fù)退火的應(yīng)用主要作用是去應(yīng)力退火，使冷加工硬化后的金屬一方面基本上保持加工硬化狀態(tài)的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)，使內(nèi)應(yīng)力消除，以穩(wěn)定和改善性能，減少變形和開裂，提高耐蝕性?；貜?fù)機(jī)制與性能的關(guān)系回復(fù)機(jī)制與性能的關(guān)系 a. a. 內(nèi)應(yīng)力降低內(nèi)應(yīng)力降低: :彈性應(yīng)變基本消除彈性應(yīng)變基本消除; ; b. b. 硬度、強(qiáng)度下降不多：位錯(cuò)密度降低不明顯，亞晶較硬度、強(qiáng)度下降不多：位錯(cuò)密度降低不明顯，亞晶較細(xì)；細(xì)； c. c. 電阻率明顯下降：空位減少，位錯(cuò)應(yīng)變能降低。電阻率明顯下降：空位減少，位錯(cuò)應(yīng)變能降低?；貜?fù)退火產(chǎn)生的結(jié)果：回復(fù)退火產(chǎn)生的結(jié)果

19、： 電阻率下降電阻率下降 硬度、強(qiáng)度下降不多硬度、強(qiáng)度下降不多 降低內(nèi)應(yīng)力降低內(nèi)應(yīng)力 回復(fù)階段退火的作用：回復(fù)階段退火的作用： 提高擴(kuò)散提高擴(kuò)散 促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 釋放內(nèi)應(yīng)變能釋放內(nèi)應(yīng)變能本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容：再結(jié)晶形核長大機(jī)制再結(jié)晶形核長大機(jī)制再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度再結(jié)晶后的晶粒大小及再結(jié)晶全圖再結(jié)晶后的晶粒大小及再結(jié)晶全圖再結(jié)晶織構(gòu)再結(jié)晶織構(gòu)1.1.退火孿晶退火孿晶再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度后，無畸變的新晶粒取代變形晶粒的過程。 經(jīng)過再結(jié)晶，性能可恢復(fù)到變形以前的完全軟化狀態(tài)再結(jié)晶過程示意圖1、再結(jié)晶形核長大機(jī)制再結(jié)晶過程是通過形核和長大來進(jìn)行

20、的，但再結(jié)晶的晶核不是結(jié)構(gòu)不同的新相，而是無畸變的新晶粒核心，它們是由大角度界面所包圍的。其形核機(jī)制主要有兩種：一是亞晶粒粗化的形核機(jī)制；二是原有晶界弓出的形核機(jī)制。驅(qū)動(dòng)力：變形金屬經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲(chǔ)存能（相當(dāng)于變形總驅(qū)動(dòng)力：變形金屬經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲(chǔ)存能（相當(dāng)于變形總儲(chǔ)能的儲(chǔ)能的90%90%）。）。(1)、亞晶粒粗化的形核機(jī)制一般是發(fā)生在冷變形度大的金屬。亞晶合并形核，適于高層錯(cuò)能的金屬。 過程：位錯(cuò)多邊化回復(fù)亞晶形核亞晶合并形核示意圖(a)(b)(c)上述過程的具體描述是相鄰亞晶粒某些邊界上的位錯(cuò)，通過攀移和滑移，轉(zhuǎn)移到這兩個(gè)亞晶外邊的亞晶界上去，而使這兩個(gè)亞晶之間的亞晶界消失，合成為

21、一個(gè)大的亞晶。同時(shí)，通過原子擴(kuò)散和位置的調(diào)整，使兩個(gè)亞晶的取向變?yōu)橐恢?，如圖(a)所示。合并后的較大亞晶的晶界上吸收了更多的位錯(cuò)，它逐漸轉(zhuǎn)化為移動(dòng)性大的大角度晶界，這種亞晶就成為再結(jié)晶晶核。亞晶合并形核示意圖(a)(b)(c)亞晶遷移形核，適于低層錯(cuò)能的金屬。 亞晶長大形核示意圖(a)(b)(c)具體過程：變形后的亞晶組織中，有些位錯(cuò)密度很高，同號(hào)位錯(cuò)過剩量大的亞晶界與它相鄰的亞晶取向差就比較大。退火時(shí)，這種亞晶界很容易轉(zhuǎn)變成為易動(dòng)性大的大角度亞晶界，它就可能向變形區(qū)弓出“吞食”周圍亞晶而成為再結(jié)晶核。(2)、原有晶界弓出的形核機(jī)制對(duì)于變形程度較小的金屬(一般小于20%)，再結(jié)晶晶核往往采用弓

22、出形核機(jī)制生成。一般是發(fā)生在形變較小的金屬中，由應(yīng)變誘導(dǎo)晶界移動(dòng)。Strain induced grain boundary migration (SIBM)Figure. (a) SIBM of a boundary separating a grain of low stored energy (E1) from one of higher energy (E2), (b) dragging of the dislocation structure behind the migrating boundary, (c) the migrating boundary is free from

23、the dislocation structure, (d) SIBM originating at a single large subgrain.Figure. TEM micrograph of SIBM in copper deformed 14% in tension and annealed 5 min at 234C, (Bailey and Hirsch 1962).變形不均勻，位錯(cuò)密度不同。能量條件：Es：單位體積變形畸變能的增量b：晶面能L：球冠半徑變形程度較小時(shí)，金屬的變形不均勻，各晶粒的位錯(cuò)密度不同，原有晶界兩側(cè)的胞狀組織粗細(xì)各異。退火時(shí)在原來的大角度晶界中可能有一小段

24、突然向位錯(cuò)密度大、胞狀組織細(xì)的一側(cè)弓出，并形成一小塊無位錯(cuò)區(qū)，此區(qū)域成為再結(jié)晶晶核。(3)、再結(jié)晶長大長大驅(qū)動(dòng)力：無畸變的新晶粒本身與周圍畸變的母體之間的畸變能差(整體)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)晶不是相變過程2、再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)N331 exp()3NG N1 exp()nkt 長大速率。形核率；再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)；)3exp(143GNtGNRR常數(shù)。常數(shù)；再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)；)exp(1KBBtRKR約翰遜約翰遜-梅厄梅厄（Johnson-Mehl）方程：）方程：阿弗拉密阿弗拉密（Avrami）方程：）方程：假定條件：假定條件：均勻成核、球形晶核，均勻成核、球形晶核，N、

25、G不隨時(shí)間改變、恒溫不隨時(shí)間改變、恒溫假定條件：假定條件：均勻成核、球形晶核，均勻成核、球形晶核，N隨時(shí)間指數(shù)衰減、恒溫隨時(shí)間指數(shù)衰減、恒溫211121TTRQett 實(shí)驗(yàn)計(jì)算數(shù)分積體晶結(jié)再時(shí)間/sNNNNS型曲線型曲線轉(zhuǎn)變率轉(zhuǎn)變率 時(shí)間時(shí)間孕育期孕育期長大期長大期開始開始終了終了轉(zhuǎn)變率轉(zhuǎn)變率時(shí)間（對(duì)數(shù)形式）時(shí)間（對(duì)數(shù)形式） 再結(jié)晶再結(jié)晶的晶核不是的晶核不是新相，晶體結(jié)構(gòu)未變，新相，晶體結(jié)構(gòu)未變，而而固態(tài)相變固態(tài)相變出現(xiàn)新相；出現(xiàn)新相； 固態(tài)相變固態(tài)相變傾向于晶傾向于晶界成核，而界成核，而再結(jié)晶再結(jié)晶以亞以亞晶為基礎(chǔ)；晶為基礎(chǔ)； 兩者動(dòng)力學(xué)過程相兩者動(dòng)力學(xué)過程相似。似。固態(tài)相變固態(tài)相變?cè)俳Y(jié)晶再

26、結(jié)晶3、再結(jié)晶溫度影響再結(jié)晶溫度的因素N即：增大形核率或減小長大速率可得細(xì)小再結(jié)晶晶粒。所有能夠使G/ 值發(fā)生變化的因素都可能引起再結(jié)晶晶粒的變化，那么如何控制再結(jié)晶晶粒的尺寸呢？4、再結(jié)晶后的晶粒大小及再結(jié)晶全圖常數(shù)14GNd N再結(jié)晶晶粒大小的控制晶粒尺寸變形量臨近變形量材料：工業(yè)純鋁狀態(tài)：不同冷變形度后，經(jīng)550再結(jié)晶退火30min說明：變形度很小(1%)時(shí)，因不發(fā)生再結(jié)晶，晶粒保持原來大小，臨界變形度(2.5%)時(shí)，再結(jié)晶后晶粒特別粗大。隨著變形量的增加，再結(jié)晶晶粒減小再結(jié)晶后的晶粒尺寸,mm原始晶粒尺寸,mm兩方面影響：兩方面影響：晶界是有利的再結(jié)晶形核晶界是有利的再結(jié)晶形核位置，原

27、始晶粒小，再結(jié)位置，原始晶粒小，再結(jié)晶形核位置多，有利于再晶形核位置多，有利于再結(jié)晶；結(jié)晶；但原始晶粒小，變形較均但原始晶粒小，變形較均勻，減少形核位置，不利勻，減少形核位置，不利于再結(jié)晶。于再結(jié)晶。放大100倍時(shí)每0.45cm2中的晶粒數(shù)晶粒度應(yīng)變/%5、再結(jié)晶織構(gòu)(2) 再結(jié)晶織構(gòu)對(duì)性能的影響(2) 再結(jié)晶織構(gòu)形成的機(jī)制定向生長理論定向形核理論6、退火孿晶ACB本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容：正常晶粒長大正常晶粒長大1.1.反常晶粒長大反常晶粒長大晶粒長大過程正常長大(均勻長大)反常長大(非均勻長大或二次再結(jié)晶)1、正常晶粒長大制約因素驅(qū)動(dòng)力晶界遷移率長大方式：長大方式：依靠界面移動(dòng)依靠界面移

28、動(dòng)“大吃小、凹吃凸大吃小、凹吃凸”，長大中界面向曲率中心方向，長大中界面向曲率中心方向移動(dòng)，大晶粒吞食了小晶粒，直到晶界平直化。移動(dòng)，大晶粒吞食了小晶粒，直到晶界平直化。dEdR晶粒A晶粒B晶界穩(wěn)態(tài)形貌R楔形雙晶體界面的遷移dEFdRFPRRR1211()()PRR2PR2PRsinsinsinCABTTTABC界面張力不平衡界面彎曲5邊晶粒消失恒溫下，正常晶粒長大時(shí)，平均晶粒直徑與保溫時(shí)間關(guān)系推導(dǎo)：恒溫下，正常晶粒長大時(shí)，平均晶粒直徑與保溫時(shí)間關(guān)系推導(dǎo)：正常晶粒長大時(shí)晶界的平均移動(dòng)速度 dtDdRmpmb2晶界的平均遷移率晶界的平均驅(qū)動(dòng)力晶界的平均曲率半徑晶粒平均直徑的增大速度 mpRdtDddtDdDK1對(duì)于大致上均勻的晶粒組織來說， ， 、 為常數(shù)，所以（8-21）可寫成 RDmbtKDDt202兩邊積分得 恒定溫度下的起始平均晶粒直徑t時(shí)間的平均晶粒直徑0DtD如果 遠(yuǎn)大于 ，則 tD0D上式表明在恒溫下發(fā)生正常晶粒長大時(shí)，平均晶粒直徑隨保溫時(shí)間的平方根而增大。tKDt221CtDt 但是，有不少的恒溫晶粒長大實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合： ntKtD（ ）2