第六章 回復(fù)與再結(jié)晶

1、第六章第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶本章目的：本章目的： 1 揭示形變金屬在加熱過程中組織和性能揭示形變金屬在加熱過程中組織和性能變化的規(guī)律；變化的規(guī)律； 2 揭示再結(jié)晶的實質(zhì)揭示再結(jié)晶的實質(zhì) 3 說明熱加工與冷加工的本質(zhì)區(qū)別以及熱說明熱加工與冷加工的本質(zhì)區(qū)別以及熱加工的特點。加工的特點。 （1）回復(fù)與再結(jié)晶的概念和應(yīng)用；）回復(fù)與再結(jié)晶的概念和應(yīng)用； （2）臨界變形度的概念；）臨界變形度的概念； （3）再結(jié)晶晶粒度的控制；）再結(jié)晶晶粒度的控制； （4）熱加工與冷加工的區(qū)別；）熱加工與冷加工的區(qū)別；本章重點：本章重點：1 金屬加熱中組織轉(zhuǎn)變的原因金屬加熱中組織轉(zhuǎn)變的原因

2、驅(qū)動力問題驅(qū)動力問題 退火退火T Ac1 時，驅(qū)動力為相變中兩相的時，驅(qū)動力為相變中兩相的體積自由能之差；體積自由能之差； 退火退火TT再再 T再再0.4T熔熔；實際；實際: +100200 顯微組織顯著變化，但無晶格類型變化：顯微組織顯著變化，但無晶格類型變化： 轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S無畸變新晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S無畸變新晶粒 亞結(jié)構(gòu)：位錯密度極大降低；亞結(jié)構(gòu)：位錯密度極大降低； 性能顯著變化：性能顯著變化： HB、；、 內(nèi)應(yīng)力完全消除。內(nèi)應(yīng)力完全消除。2 再結(jié)晶特點再結(jié)晶特點(與回復(fù)比較與回復(fù)比較)3 再結(jié)晶形核機制再結(jié)晶形核機制(3) 晶界突出形核晶界突出形核變形度較小，變形度較小，40%時時(2)亞晶界移

3、動亞晶界移動（1）亞晶合并，相鄰）亞晶合并，相鄰亞晶界中位錯通過攀亞晶界中位錯通過攀移和滑移消失移和滑移消失4 影響影響T再再的因素的因素 T再再：指開始出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象時的最低溫度：指開始出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象時的最低溫度 與金屬熔點有關(guān)：與金屬熔點有關(guān)： T熔熔， T再再 如：如： Fe: 1538 450; Pb(Sn): 300(200) 0; W: 3300 11001200 原因：原子間結(jié)合力強，難擴散原因：原子間結(jié)合力強，難擴散 純度純度，雜質(zhì)，雜質(zhì)% ，T再再 如：高純鋁如：高純鋁(99.999%)： T再再80 ； 而工業(yè)純鋁而工業(yè)純鋁(99.9%)： T再再 290 原因：雜質(zhì)原子阻

4、礙基體原子擴散以及晶界原因：雜質(zhì)原子阻礙基體原子擴散以及晶界 遷移遷移 又如：又如： 純鐵：純鐵： T再再 450； 而碳鋼：而碳鋼： T再再 500650 純度純度 變形程度變形程度，T再再原因：原因： 儲存能儲存能，驅(qū)動力，驅(qū)動力 當(dāng)當(dāng)60%, 趨于穩(wěn)定；趨于穩(wěn)定； 當(dāng)當(dāng)，T再再 無再結(jié)晶過程無再結(jié)晶過程最低再結(jié)晶最低再結(jié)晶溫度溫度 變形程度變形程度 生產(chǎn)上通常規(guī)定，經(jīng)過大變形量生產(chǎn)上通常規(guī)定，經(jīng)過大變形量(70%)后的金屬在保溫時間后的金屬在保溫時間1h內(nèi)完成再結(jié)內(nèi)完成再結(jié)晶晶(轉(zhuǎn)變量轉(zhuǎn)變量95)的溫度為的溫度為(最低最低)再結(jié)晶溫再結(jié)晶溫度。度。再結(jié)晶溫度的定義再結(jié)晶溫度的定義二二 晶

5、粒長大晶粒長大 隨隨T，t，晶粒長大，晶粒長大 1 驅(qū)動力驅(qū)動力界面能界面能 界面多少：細晶界面多少：細晶粗晶；粗晶； 界面形態(tài)：界面能界面形態(tài)：界面能 界面曲率界面曲率 直晶界最穩(wěn)定直晶界最穩(wěn)定120120120 “大吃小大吃小”； 晶界拉直晶界拉直: 120，近六邊形，近六邊形2 長大方式長大方式晶粒長大示意圖晶粒長大示意圖 三三 影響再結(jié)晶晶粒度的因素影響再結(jié)晶晶粒度的因素再結(jié)晶晶粒的平均直徑：再結(jié)晶晶粒的平均直徑： d = K (G/N)1/4；取決于形核率和長大速度取決于形核率和長大速度（1）再結(jié)晶加熱溫度）再結(jié)晶加熱溫度 T，d 原因：原子擴散能力強、原因：原子擴散能力強、 晶界易

6、遷移，晶界易遷移， 長大速度塊長大速度塊 = 1090%：, d = 210%：異常長大：異常長大 90%：異常長大：異常長大 原因：原因： 驅(qū)動力因素驅(qū)動力因素 變形量大，畸變能高變形量大，畸變能高 形核因素形核因素 變形量大，形核率高變形量大，形核率高 形變織構(gòu)因素形變織構(gòu)因素關(guān)鍵關(guān)鍵形變均勻度形變均勻度（2）預(yù)先變形量）預(yù)先變形量 均阻礙晶界運動均阻礙晶界運動細化再結(jié)晶晶粒；細化再結(jié)晶晶粒； 第二相愈彌散、細小、量愈多第二相愈彌散、細小、量愈多 細化效果愈明顯細化效果愈明顯 注意：注意： 第二相或雜質(zhì)元素分布須均勻，否則可能引第二相或雜質(zhì)元素分布須均勻，否則可能引起二次再結(jié)晶起二次再結(jié)晶

7、晶粒異常長大。晶粒異常長大。（3）合金元素、雜質(zhì)及第二相質(zhì)點等的影響）合金元素、雜質(zhì)及第二相質(zhì)點等的影響其它影響因素：原始晶粒尺寸、變形溫度等其它影響因素：原始晶粒尺寸、變形溫度等 形變量很大時形變量很大時(9095%)或在較高或在較高溫度下某些晶粒的異常長大過程。溫度下某些晶粒的異常長大過程。 實質(zhì)并非再結(jié)晶過程，而為再結(jié)晶實質(zhì)并非再結(jié)晶過程，而為再結(jié)晶后的晶粒長大：后的晶粒長大：“大吃小大吃小” = 210%：再結(jié)晶晶粒少、細小、被吃：再結(jié)晶晶粒少、細小、被吃 90%：含織構(gòu)且較多的雜質(zhì)時，某些：含織構(gòu)且較多的雜質(zhì)時，某些晶粒的長大被抑制。晶粒的長大被抑制。二次再結(jié)晶二次再結(jié)晶高純高純Fe

8、-Si 箔材于箔材于1200真空退火時真空退火時所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的 二次再結(jié)晶現(xiàn)象二次再結(jié)晶現(xiàn)象 避開過大避開過大(90%)、過小、過小(210%)的臨界變形量的臨界變形量不均勻變形引起的再結(jié)晶晶粒不均勻現(xiàn)象不均勻變形引起的再結(jié)晶晶粒不均勻現(xiàn)象目的：目的： 中間退火中間退火消除加工硬化；消除加工硬化； 例如冷拔鐵鉻鋁電阻絲生產(chǎn)中，冷拔道次間例如冷拔鐵鉻鋁電阻絲生產(chǎn)中，冷拔道次間采用氫氣保護再結(jié)晶退火；采用氫氣保護再結(jié)晶退火； 冷拉鋼絲、冷拔鋼管，道次間的軟化再結(jié)晶冷拉鋼絲、冷拔鋼管，道次間的軟化再結(jié)晶退火，等等。退火，等等。四四 再結(jié)晶應(yīng)用再結(jié)晶應(yīng)用再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 無相變金屬的細晶強化無相

9、變金屬的細晶強化(如如Al、Cu等等)： 熱處理強化的前提是有相變發(fā)生，或固態(tài)熱處理強化的前提是有相變發(fā)生，或固態(tài)內(nèi)有溶解度的顯著變化，但對于無相變金屬內(nèi)有溶解度的顯著變化，但對于無相變金屬尤其是純金屬，無法利用重結(jié)晶細化或過飽尤其是純金屬，無法利用重結(jié)晶細化或過飽和固溶處理和固溶處理 利用冷加工形成高畸變能：利用冷加工形成高畸變能： 冷塑變冷塑變 + 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火細化的再結(jié)晶晶粒細化的再結(jié)晶晶粒再結(jié)晶應(yīng)用之二再結(jié)晶應(yīng)用之二指導(dǎo)塑性加工與再結(jié)晶退火工藝指導(dǎo)塑性加工與再結(jié)晶退火工藝 加熱溫度、預(yù)變形度、再結(jié)晶晶粒度加熱溫度、預(yù)變形度、再結(jié)晶晶粒度再結(jié)晶全圖的應(yīng)用再結(jié)晶全圖的應(yīng)用6-4 金

10、屬的熱加工金屬的熱加工 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： （1）熱加工與冷加工區(qū)別）熱加工與冷加工區(qū)別 （2）熱加工對組織與性能影響）熱加工對組織與性能影響 一一 金屬熱加工與冷加工的概念金屬熱加工與冷加工的概念 熱加工：在再結(jié)晶溫度以上進行的塑熱加工：在再結(jié)晶溫度以上進行的塑性變形加工過程；性變形加工過程； 冷加工：塑性變形冷加工：塑性變形T 還是還是 T再再。本質(zhì)差別本質(zhì)差別：塑性加工中是否有再結(jié)晶軟化過：塑性加工中是否有再結(jié)晶軟化過程，是否能在塑性變形的同時消除加工硬程，是否能在塑性變形的同時消除加工硬化化 例：例：W 在在1000塑性變形非熱加工；塑性變形非熱加工； 純純Sn、Pb 在室溫塑性變形

11、為熱加工在室溫塑性變形為熱加工熱加工與冷加工的本質(zhì)差別熱加工與冷加工的本質(zhì)差別二二 熱加工對組織、性能的影響熱加工對組織、性能的影響1 消除鑄態(tài)組織缺陷：消除鑄態(tài)組織缺陷： （1）氣孔、疏松、微裂紋的焊合；）氣孔、疏松、微裂紋的焊合； 宏觀組織致密化宏觀組織致密化； （2）破碎粗大的鑄態(tài)晶粒：熱加工中包含再結(jié)）破碎粗大的鑄態(tài)晶粒：熱加工中包含再結(jié) 晶或重結(jié)晶過程晶或重結(jié)晶過程 晶粒、組織的細化晶粒、組織的細化； （3）減輕枝晶偏析，實際熱加工溫度遠高于再結(jié)）減輕枝晶偏析，實際熱加工溫度遠高于再結(jié)晶溫度晶溫度 成分均勻化成分均勻化 塑韌性塑韌性，熱加工組織優(yōu)于鑄態(tài)，熱加工組織優(yōu)于鑄態(tài)2 改善第二

12、相、夾雜的分布改善第二相、夾雜的分布 流線流線 ：鑄態(tài)組織的：鑄態(tài)組織的 枝晶偏析、夾雜物枝晶偏析、夾雜物分布沿加工方向細碎延伸形成的組織。分布沿加工方向細碎延伸形成的組織。 使流線與力性方向分布合理使流線與力性方向分布合理 3 缺陷：存在帶狀組織與纖維組織缺陷：存在帶狀組織與纖維組織 帶狀組織帶狀組織：復(fù)相合金中各個相沿?zé)峒庸ぃ簭?fù)相合金中各個相沿?zé)峒庸し较蚪惶娉蕩Щ驅(qū)訝罱M織。方向交替呈帶或?qū)訝罱M織。 纖維組織纖維組織：晶粒、區(qū)域偏析：晶粒、區(qū)域偏析(成分偏析、成分偏析、夾雜物分布夾雜物分布)沿加工方向延伸形成的組織。沿加工方向延伸形成的組織。 導(dǎo)致導(dǎo)致力性的各向異性力性的各向異性 鐵素體鐵素

13、體珠光體珠光體 鋼中的帶狀組織與纖維組織鋼中的帶狀組織與纖維組織熱加工熱加工優(yōu)點優(yōu)點：改善組織：改善組織 塑性好，變形抗力小；塑性好，變形抗力?。?缺缺 陷：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低、陷：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低、應(yīng)應(yīng) 用用: （1）室溫下硬度、脆性較大的金屬；室溫下硬度、脆性較大的金屬； （2）截面尺寸大、精度低、變形量大；）截面尺寸大、精度低、變形量大； 冷加工：冷加工：（1）用于）用于塑性好的金屬；塑性好的金屬； （2）截面小，精度與表面質(zhì)量要求高；）截面小，精度與表面質(zhì)量要求高； 三、熱加工與冷加工的應(yīng)用三、熱加工與冷加工的應(yīng)用第六章第六章 習(xí)題與思考題習(xí)題與思考題1 名詞解釋

14、：回復(fù)名詞解釋：回復(fù) 多邊形化多邊形化 再結(jié)晶再結(jié)晶 臨界變形度臨界變形度2 指出下列名詞的區(qū)別：指出下列名詞的區(qū)別： 結(jié)晶結(jié)晶 再結(jié)晶再結(jié)晶 重結(jié)晶重結(jié)晶 熱加工與冷加工熱加工與冷加工 去應(yīng)力退火與再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火與再結(jié)晶退火3 舉例說明回復(fù)、再結(jié)晶退火在工業(yè)上的應(yīng)用。舉例說明回復(fù)、再結(jié)晶退火在工業(yè)上的應(yīng)用。4 金屬經(jīng)冷變形、熱加工后組織與性能各有何變化。金屬經(jīng)冷變形、熱加工后組織與性能各有何變化。5 試述位錯對金屬材料強度與塑性的作用。試述位錯對金屬材料強度與塑性的作用。 答：塑性變形中隨變形程度增加，金屬強硬度增答：塑性變形中隨變形程度增加，金屬強硬度增加而塑韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬

15、化；加而塑韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化； 加工硬化產(chǎn)生的原因：塑性變形引起的位錯加工硬化產(chǎn)生的原因：塑性變形引起的位錯密度的增加，導(dǎo)致大量位錯間交互作用，互為阻密度的增加，導(dǎo)致大量位錯間交互作用，互為阻礙，使位錯運動阻力增大，變形抗力增加。礙，使位錯運動阻力增大，變形抗力增加。 消除方法：再結(jié)晶退火消除方法：再結(jié)晶退火 加工硬化的意義：加工硬化的意義： 是重要的強化機制；是重要的強化機制； 使塑性變形均勻使塑性變形均勻1 何謂加工硬化？產(chǎn)生的原因及消除的方法是什何謂加工硬化？產(chǎn)生的原因及消除的方法是什么？加工硬化有何意義？么？加工硬化有何意義？ 答：答： (1)固溶強化、位錯強化、晶界強化、第二

16、相強固溶強化、位錯強化、晶界強化、第二相強化；化； (2)在常溫條件下，晶粒愈細小，金屬的強硬度在常溫條件下，晶粒愈細小，金屬的強硬度愈高，塑韌性亦愈好。但高溫下晶界強度低于晶愈高，塑韌性亦愈好。但高溫下晶界強度低于晶內(nèi)，晶粒細小強度反而下降，但晶粒過于粗大會內(nèi)，晶粒細小強度反而下降，但晶粒過于粗大會降低塑性，故須采取適當(dāng)粗的晶粒度降低塑性，故須采取適當(dāng)粗的晶粒度 。2、（、（1）列舉）列舉4種強化金屬和合金的方法；種強化金屬和合金的方法； （2）指出晶粒大小對材料的機械性能影響的特殊）指出晶粒大小對材料的機械性能影響的特殊性？如何獲得細小的再結(jié)晶晶粒？性？如何獲得細小的再結(jié)晶晶粒？ 細化再結(jié)

17、晶晶粒：細化再結(jié)晶晶粒： (1)控制變形度：首先須避開臨界變形度，臨界控制變形度：首先須避開臨界變形度，臨界變形度之外，變形度越大晶粒越細；變形度之外，變形度越大晶粒越細； （2）控制變形溫度：）控制變形溫度： 變形溫度越低，晶粒越細??；變形溫度越低，晶粒越細??； （3）細化原始晶粒尺寸；）細化原始晶粒尺寸； （4）原始組織中保留一定量合金元素或雜質(zhì)原）原始組織中保留一定量合金元素或雜質(zhì)原子等子等3 拉制半成品銅絲的過程如圖所示，試?yán)L出不同階段的拉制半成品銅絲的過程如圖所示，試?yán)L出不同階段的組織與性能變化示意圖，并加以解釋。組織與性能變化示意圖，并加以解釋。HBb 4 金屬金屬Ag經(jīng)大變形量經(jīng)大變形量(70)冷加工后，試樣一端冷加工后，試樣一端浸入冰