材料科學(xué)基礎(chǔ)-第六章_金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：l 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化l 回復(fù)l 再結(jié)晶l 晶粒長大l 金屬的熱加工冷變形金屬在不同加熱溫度時(shí)冷變形金屬在不同加熱溫度時(shí)組織和性能的變化組織和性能的變化第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.1 6.1 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化第一節(jié)冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化第一節(jié)冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化 金屬經(jīng)冷變形后，組織處于亞穩(wěn)金屬經(jīng)冷變形后，組織處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，有自發(fā)恢復(fù)到變形前狀態(tài)定狀態(tài)，有自發(fā)恢復(fù)到變形前狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小，亞穩(wěn)定狀態(tài)可以維持相當(dāng)長力小，亞

2、穩(wěn)定狀態(tài)可以維持相當(dāng)長時(shí)間。加熱可以增加原子擴(kuò)散能力時(shí)間。加熱可以增加原子擴(kuò)散能力, ,金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大。與此同時(shí)，變形金屬的組粒長大。與此同時(shí)，變形金屬的組織與性能也發(fā)生相應(yīng)的變化。織與性能也發(fā)生相應(yīng)的變化?；貜?fù)和再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力：回復(fù)和再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力：冷變形后保留在金屬內(nèi)部的畸變冷變形后保留在金屬內(nèi)部的畸變能，或稱儲存能。能，或稱儲存能。一、顯微組織的變化一、顯微組織的變化第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.1 6.1 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化軸小晶粒，并隨時(shí)間的延長不斷長大，直至伸長的晶粒完全轉(zhuǎn)變

3、為新的等軸軸小晶粒，并隨時(shí)間的延長不斷長大，直至伸長的晶粒完全轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌牡容S晶粒為止。晶粒為止。3.3.晶粒長大階段晶粒長大階段再結(jié)晶過程中形成的等軸晶粒逐步相互吞并而長大，直至達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的再結(jié)晶過程中形成的等軸晶粒逐步相互吞并而長大，直至達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的尺寸。尺寸。1.1.回復(fù)階段回復(fù)階段顯微組織幾乎沒顯微組織幾乎沒有發(fā)生變化，晶粒有發(fā)生變化，晶粒仍保持冷變形后的仍保持冷變形后的伸長狀態(tài)。伸長狀態(tài)。2.2.再結(jié)晶階段再結(jié)晶階段在變形的晶粒內(nèi)在變形的晶粒內(nèi)部開始出現(xiàn)新的等部開始出現(xiàn)新的等冷變形金屬顯微組織隨加熱溫度和時(shí)間的變化冷變形金屬顯微組織隨加熱溫度和時(shí)間的變化 二、儲存能及內(nèi)應(yīng)力的變化二

4、、儲存能及內(nèi)應(yīng)力的變化第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.1 6.1 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化 1.1.儲存能的變化儲存能的變化冷變形造成的偏離平衡位置冷變形造成的偏離平衡位置大、能量較高的原子，在加熱大、能量較高的原子，在加熱過程中向能量較低的平衡位置過程中向能量較低的平衡位置遷移，使內(nèi)應(yīng)力得以松弛，儲遷移，使內(nèi)應(yīng)力得以松弛，儲存能隨之逐漸釋放出來。存能隨之逐漸釋放出來。 2.2.殘余內(nèi)應(yīng)力的變化殘余內(nèi)應(yīng)力的變化在回復(fù)階段，第一類內(nèi)應(yīng)力在回復(fù)階段，第一類內(nèi)應(yīng)力得到較為充分的消除，第二類得到較為充分的消除，第二類或第三類內(nèi)應(yīng)力部分得到消除?；虻谌悆?nèi)

5、應(yīng)力部分得到消除。在再結(jié)晶階段，因冷變形造成的殘余內(nèi)應(yīng)力得以完全消除。在再結(jié)晶階段，因冷變形造成的殘余內(nèi)應(yīng)力得以完全消除。冷變形金屬在加熱過程中能量的釋放冷變形金屬在加熱過程中能量的釋放1純金屬；純金屬；2不純金屬；不純金屬；3合金。合金。 三、性能的變化三、性能的變化第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.1 6.1 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化 1.1.回復(fù)階段的變化回復(fù)階段的變化硬度和強(qiáng)度略有下降，塑性和韌性硬度和強(qiáng)度略有下降，塑性和韌性略有提高，電阻率較顯著地降低，應(yīng)略有提高，電阻率較顯著地降低，應(yīng)力腐蝕傾向顯著減小。力腐蝕傾向顯著減小?；貜?fù)階段位錯(cuò)

6、密度減少有限，但點(diǎn)回復(fù)階段位錯(cuò)密度減少有限，但點(diǎn)缺陷數(shù)量明顯降低，導(dǎo)致上述性能的缺陷數(shù)量明顯降低，導(dǎo)致上述性能的變化。變化。 2.2.再結(jié)晶階段的變化再結(jié)晶階段的變化硬度和強(qiáng)度顯著下降，塑性和韌性硬度和強(qiáng)度顯著下降，塑性和韌性顯著提高，電阻率顯著地降低。顯著提高，電阻率顯著地降低。再結(jié)晶階段位錯(cuò)密度下降明顯，點(diǎn)再結(jié)晶階段位錯(cuò)密度下降明顯，點(diǎn)缺陷繼續(xù)減少，導(dǎo)致上述性能變化。缺陷繼續(xù)減少，導(dǎo)致上述性能變化。冷拉伸變形后的工業(yè)純銅在加冷拉伸變形后的工業(yè)純銅在加熱時(shí)性能的變化熱時(shí)性能的變化第二節(jié)回復(fù)第二節(jié)回復(fù)（Recovery）回復(fù)是冷變形金屬在較低溫度加熱時(shí)，在光學(xué)顯微組織發(fā)生改變前所產(chǎn)回復(fù)是冷變形

7、金屬在較低溫度加熱時(shí)，在光學(xué)顯微組織發(fā)生改變前所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能變化的過程。生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能變化的過程。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.2 6.2 回復(fù)回復(fù)cxtxdd式中，式中，t加熱時(shí)間；加熱時(shí)間；x冷變形導(dǎo)冷變形導(dǎo)RTQcc/0e式中，式中，Q回復(fù)激活能；回復(fù)激活能；R氣體常數(shù)；氣體常數(shù)；c0比例常數(shù)；比例常數(shù)；T絕對溫度。絕對溫度。在在50 C進(jìn)行約進(jìn)行約8%剪切變形的鋅單晶，剪切變形的鋅單晶，在不同溫度加熱后的性能變化在不同溫度加熱后的性能變化一、回復(fù)動(dòng)力學(xué)一、回復(fù)動(dòng)力學(xué)冷變形金屬在恒溫下回復(fù)時(shí)，開冷變形金屬在恒溫下回復(fù)時(shí)，開始階段的性能回復(fù)速度最快，然后始階段的性能回

8、復(fù)速度最快，然后隨回復(fù)量的增加而逐漸減慢。回復(fù)隨回復(fù)量的增加而逐漸減慢。回復(fù)的特征可用下式表達(dá)：的特征可用下式表達(dá)：致的性能增量經(jīng)加熱后的殘留分?jǐn)?shù)；致的性能增量經(jīng)加熱后的殘留分?jǐn)?shù)；c與材料和溫度有關(guān)的比例常數(shù)，由與材料和溫度有關(guān)的比例常數(shù)，由下式?jīng)Q定：下式?jīng)Q定：將后式代入前式并積分，以將后式代入前式并積分，以x0表示開始時(shí)性能增量的殘留分?jǐn)?shù)，則得：表示開始時(shí)性能增量的殘留分?jǐn)?shù)，則得：第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.2 6.2 回復(fù)回復(fù)tRTQxxtcxx0/00dedRTQtcxx/00eln回復(fù)的速度隨溫度升高和加熱時(shí)間的延長而增大?；貜?fù)的速度隨溫度升高和加熱時(shí)間的延長而增大。采用不同的

9、溫度加熱冷變形金屬使之回復(fù)到同樣的程度（即殘留分?jǐn)?shù)相采用不同的溫度加熱冷變形金屬使之回復(fù)到同樣的程度（即殘留分?jǐn)?shù)相同），則所需時(shí)間不同。同），則所需時(shí)間不同。或或從前圖和上式可求得鋅單晶的回復(fù)激活能從前圖和上式可求得鋅單晶的回復(fù)激活能Q =20000cal/gmol，鋅單晶在鋅單晶在0 回復(fù)到殘留回復(fù)到殘留7575的加工硬化需要分鐘，則鋅單晶在的加工硬化需要分鐘，則鋅單晶在2727 回復(fù)回復(fù)到殘到殘留留7575的加工硬化需要的時(shí)間為：的加工硬化需要的時(shí)間為：21/20/10RTQRTQtctcee或或)30012731(/2112RQRTQRTQtteee0.1855e)30012731(22

10、00001t同樣可以計(jì)算出在同樣可以計(jì)算出在50 C時(shí)回復(fù)到時(shí)回復(fù)到殘留殘留75的加工硬化需要約的加工硬化需要約13天。天。分。分。（R =2cal/gmolK）第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.2 6.2 回復(fù)回復(fù)二、回復(fù)機(jī)制二、回復(fù)機(jī)制 1.1.低溫回復(fù)低溫回復(fù)低溫回復(fù)是冷變形產(chǎn)生的過量空位消失，點(diǎn)低溫回復(fù)是冷變形產(chǎn)生的過量空位消失，點(diǎn)缺陷密度明顯下降的過程。缺陷密度明顯下降的過程。 回復(fù)機(jī)制：回復(fù)機(jī)制：空位聚集成空位片，然后崩塌成位錯(cuò)環(huán)空位聚集成空位片，然后崩塌成位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)環(huán)空位與間隙原子的合并空位與間隙原子的合并空位遷移到金屬的自由表面或空位遷移到金屬的自由表面或晶界處而消失；

11、晶界處而消失；空位與間隙原子合并，空位與空位與間隙原子合并，空位與間隙原子同時(shí)消失；間隙原子同時(shí)消失；空位與位錯(cuò)發(fā)生交互作用而消空位與位錯(cuò)發(fā)生交互作用而消失；失；空位聚集成空位片，然后崩塌空位聚集成空位片，然后崩塌成位錯(cuò)環(huán)而消失。成位錯(cuò)環(huán)而消失。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.2 6.2 回復(fù)回復(fù) 2. 2.中溫回復(fù)中溫回復(fù)中溫回復(fù)是位錯(cuò)主要以滑移方式運(yùn)動(dòng)，以及位錯(cuò)發(fā)生重新排列，位錯(cuò)密中溫回復(fù)是位錯(cuò)主要以滑移方式運(yùn)動(dòng)，以及位錯(cuò)發(fā)生重新排列，位錯(cuò)密度略有下降的過程。度略有下降的過程。 回復(fù)機(jī)制：回復(fù)機(jī)制：位錯(cuò)滑移，導(dǎo)致位錯(cuò)重新組合排列；位錯(cuò)滑移，導(dǎo)致位錯(cuò)重新組合排列；位于同一滑移面上的位于同

12、一滑移面上的異號位錯(cuò)相互吸引，會(huì)聚后而互相抵消。異號位錯(cuò)相互吸引，會(huì)聚后而互相抵消。在中溫下，處于同一滑移面上的異號位錯(cuò)要實(shí)現(xiàn)會(huì)聚所需的激活能較小，在中溫下，處于同一滑移面上的異號位錯(cuò)要實(shí)現(xiàn)會(huì)聚所需的激活能較小，可以發(fā)生?？梢园l(fā)生。不在同一滑移面上的異號位錯(cuò)要會(huì)聚而互相抵消，則必須先通過攀移或不在同一滑移面上的異號位錯(cuò)要會(huì)聚而互相抵消，則必須先通過攀移或交滑移至同一滑移面上才能得以實(shí)現(xiàn)。顯然這一過程需要更大的激活能，交滑移至同一滑移面上才能得以實(shí)現(xiàn)。顯然這一過程需要更大的激活能，即需要更高的溫度，這在中溫下難以發(fā)生。即需要更高的溫度，這在中溫下難以發(fā)生。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.2

13、6.2 回復(fù)回復(fù) 3. 3.高溫回復(fù)高溫回復(fù)高溫回復(fù)是位錯(cuò)攀移和滑移，發(fā)生多邊化，使不規(guī)則的位錯(cuò)重新分布，形高溫回復(fù)是位錯(cuò)攀移和滑移，發(fā)生多邊化，使不規(guī)則的位錯(cuò)重新分布，形成穩(wěn)定的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成亞結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)密度下降，畸變能顯著降低的過程。成穩(wěn)定的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成亞結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)密度下降，畸變能顯著降低的過程。 回復(fù)機(jī)制：回復(fù)機(jī)制：多邊化多邊化（Polygonization）。多邊化前多邊化前多邊化后多邊化后位錯(cuò)墻位錯(cuò)墻多邊化過程多邊化過程刃位錯(cuò)通過攀移和滑移排列成位錯(cuò)墻刃位錯(cuò)通過攀移和滑移排列成位錯(cuò)墻多邊化過程是一種熱激活過程。多邊化過程是一種熱激活過程。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.2 6.

14、2 回復(fù)回復(fù)三、回復(fù)過程中亞結(jié)構(gòu)的變化三、回復(fù)過程中亞結(jié)構(gòu)的變化經(jīng)冷變形的金屬，顯微組織中經(jīng)冷變形的金屬，顯微組織中形成了胞狀亞結(jié)構(gòu)，在胞壁處位形成了胞狀亞結(jié)構(gòu)，在胞壁處位錯(cuò)密度很高。錯(cuò)密度很高?；貜?fù)過程中，胞狀亞結(jié)構(gòu)發(fā)生回復(fù)過程中，胞狀亞結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化：顯著變化：胞壁內(nèi)位錯(cuò)密度有所下降；胞壁內(nèi)位錯(cuò)密度有所下降；彎曲的位錯(cuò)逐漸伸直；彎曲的位錯(cuò)逐漸伸直；位錯(cuò)纏結(jié)逐漸轉(zhuǎn)變成能量較位錯(cuò)纏結(jié)逐漸轉(zhuǎn)變成能量較低的穩(wěn)定的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)；低的穩(wěn)定的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)；胞壁變得較清晰，成為亞晶胞壁變得較清晰，成為亞晶界；界；位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生分解，并入更位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生分解，并入更穩(wěn)定的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)中，使亞晶粒聚穩(wěn)定的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)中，使亞晶

15、粒聚合而長大。合而長大?；貜?fù)前的冷變形狀態(tài)回復(fù)前的冷變形狀態(tài)回復(fù)回復(fù)0.1小時(shí)小時(shí)回復(fù)回復(fù)50小時(shí)小時(shí)回復(fù)回復(fù)300小時(shí)小時(shí)經(jīng)經(jīng)5%冷變形的純鋁在冷變形的純鋁在200 C回復(fù)的亞結(jié)構(gòu)變化回復(fù)的亞結(jié)構(gòu)變化纏結(jié)位錯(cuò)纏結(jié)位錯(cuò)伸直了的位錯(cuò)伸直了的位錯(cuò)位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)大的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)大的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)四、回復(fù)的應(yīng)用四、回復(fù)的應(yīng)用 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火（Stress-relief Annealing）：將已經(jīng)加工硬化的金屬在較低的溫度下加熱，使其內(nèi)應(yīng)力基本消除，耐將已經(jīng)加工硬化的金屬在較低的溫度下加熱，使其內(nèi)應(yīng)力基本消除，耐應(yīng)力腐蝕性提高，同時(shí)又保持加工硬化的工藝方法。應(yīng)力腐蝕性提高，同時(shí)又保持加工硬化的工藝方法。

16、深沖成形的黃銅彈殼，經(jīng)深沖成形的黃銅彈殼，經(jīng)260260 C C的去應(yīng)力退火，充分消除殘余內(nèi)應(yīng)力，的去應(yīng)力退火，充分消除殘余內(nèi)應(yīng)力，避免發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。避免發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。如果不進(jìn)行去應(yīng)力退火，彈殼在放置一段時(shí)間后，由于內(nèi)應(yīng)力的作用，如果不進(jìn)行去應(yīng)力退火，彈殼在放置一段時(shí)間后，由于內(nèi)應(yīng)力的作用，加上外界氣氛對晶界的腐蝕，導(dǎo)致發(fā)生晶間開裂加上外界氣氛對晶界的腐蝕，導(dǎo)致發(fā)生晶間開裂（稱為稱為“季裂季裂”）。 冷卷彈簧制品，在成型后進(jìn)行一次冷卷彈簧制品，在成型后進(jìn)行一次250250300300 C C的低溫加熱，充分消除的低溫加熱，充分消除殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，同時(shí)保持其強(qiáng)度和硬度基本不變。殘余

17、內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，同時(shí)保持其強(qiáng)度和硬度基本不變。如果不進(jìn)行去應(yīng)力退火，彈簧尺寸會(huì)發(fā)生變化。如果不進(jìn)行去應(yīng)力退火，彈簧尺寸會(huì)發(fā)生變化。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.2 6.2 回復(fù)回復(fù)第三節(jié)再結(jié)晶第三節(jié)再結(jié)晶（Recrystallization）再結(jié)晶是冷變形金屬在加熱到一定溫度后，在已變形組織中重新產(chǎn)生無再結(jié)晶是冷變形金屬在加熱到一定溫度后，在已變形組織中重新產(chǎn)生無畸變的新晶粒，性能發(fā)生明顯的變化，并恢復(fù)到完全軟化狀態(tài)的過程?；兊男戮Я?，性能發(fā)生明顯的變化，并恢復(fù)到完全軟化狀態(tài)的過程。加熱前加熱前625加熱加熱（不完全再結(jié)晶）（不完全再結(jié)晶） 670加熱加熱（完全再結(jié)晶）（完全再結(jié)晶）

18、 第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再結(jié)晶再結(jié)晶無畸變的再結(jié)晶晶粒無畸變的再結(jié)晶晶粒在變形組織中形核，然在變形組織中形核，然后長大，最后完全取代后長大，最后完全取代變形的晶粒。變形的晶粒。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再結(jié)晶再結(jié)晶回復(fù)和再結(jié)晶對冷變形金屬性能的影響回復(fù)和再結(jié)晶對冷變形金屬性能的影響經(jīng)過再結(jié)晶，冷變形所導(dǎo)致的各經(jīng)過再結(jié)晶，冷變形所導(dǎo)致的各種性能改變基本消失，加工硬化被種性能改變基本消失，加工硬化被消除，內(nèi)應(yīng)力得到充分釋放，電阻消除，內(nèi)應(yīng)力得到充分釋放，電阻率降低到變形前的水平。率降低到變形前的水平。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再

19、結(jié)晶再結(jié)晶一、再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)一、再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)再結(jié)晶具有典型的形核長大過程的動(dòng)力學(xué)特征：再結(jié)晶具有典型的形核長大過程的動(dòng)力學(xué)特征：等溫下，再結(jié)晶速度開始時(shí)很小，隨再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)的增加而增大，并在等溫下，再結(jié)晶速度開始時(shí)很小，隨再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)的增加而增大，并在50%50%處達(dá)到最大，然后又逐漸減小。處達(dá)到最大，然后又逐漸減小。經(jīng)經(jīng)98%冷軋的純銅（冷軋的純銅（99.999%Cu）在不同溫度下的等溫再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)曲線）在不同溫度下的等溫再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)曲線第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再結(jié)晶再結(jié)晶式中，式中， V在在t時(shí)間已經(jīng)再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)；時(shí)間已經(jīng)再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)；B、K常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)決定。

20、常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)決定。等溫再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程：等溫再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程：KBteV1 或或tKBlnlg11lnlgV 冷變形金屬在加熱發(fā)生再結(jié)晶時(shí)，溫度越高，再結(jié)晶進(jìn)行得越快，產(chǎn)生冷變形金屬在加熱發(fā)生再結(jié)晶時(shí)，溫度越高，再結(jié)晶進(jìn)行得越快，產(chǎn)生一定體積分?jǐn)?shù)再結(jié)晶所需的時(shí)間也越短。一定體積分?jǐn)?shù)再結(jié)晶所需的時(shí)間也越短。（溫度恒定）（溫度恒定）等溫下，時(shí)間越長，再結(jié)晶進(jìn)行得越充分。等溫下，時(shí)間越長，再結(jié)晶進(jìn)行得越充分。再結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系：再結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系：/RTQRAve再式中：式中：v再再再結(jié)晶的速度；再結(jié)晶的速度；QR再結(jié)晶的激活能；再結(jié)晶的激活能；R氣體常數(shù)；氣體常數(shù)；T絕對溫度；絕對溫度；A

21、比例常數(shù)。比例常數(shù)。再結(jié)晶是一種熱激活過程，溫度越高，再結(jié)晶進(jìn)行得越快。再結(jié)晶是一種熱激活過程，溫度越高，再結(jié)晶進(jìn)行得越快。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再結(jié)晶再結(jié)晶采用不同的溫度加熱冷變形金屬使之再結(jié)晶到同樣的程度（即再結(jié)晶的采用不同的溫度加熱冷變形金屬使之再結(jié)晶到同樣的程度（即再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)相同），溫度越高，所需時(shí)間越短。體積分?jǐn)?shù)相同），溫度越高，所需時(shí)間越短。再結(jié)晶的速度與產(chǎn)生一定再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)所需的時(shí)間再結(jié)晶的速度與產(chǎn)生一定再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)所需的時(shí)間t 成反比。成反比。/RTQRAte1)(e121121TTRQRtt則：則：H70黃銅黃銅(含含30%Zn)分別在分別

22、在400 C和和390 C下完成再結(jié)晶所需要的時(shí)間：下完成再結(jié)晶所需要的時(shí)間：400 C下需要下需要1小時(shí)，小時(shí)，390 C下需要下需要1.97小時(shí)。小時(shí)。H70H70黃銅的再結(jié)晶激活能為黃銅的再結(jié)晶激活能為251kJ/gmol251kJ/gmol。或或tQRAQRTRRlg3 . 2lg3 . 21（2.3lgx=lnx）第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再結(jié)晶再結(jié)晶二、再結(jié)晶的形核與長大二、再結(jié)晶的形核與長大再結(jié)晶的核心再結(jié)晶的核心( (晶核晶核) )在變形造成的最大畸變處形成，隨后進(jìn)一步長大。在變形造成的最大畸變處形成，隨后進(jìn)一步長大。1.1.形核形核亞晶形核機(jī)制亞晶形核機(jī)

23、制亞晶形核主要發(fā)生在經(jīng)較大亞晶形核主要發(fā)生在經(jīng)較大冷變形金屬的再結(jié)晶過程中。冷變形金屬的再結(jié)晶過程中。l亞晶合并形核亞晶合并形核通過亞晶粒之間的亞晶界消通過亞晶粒之間的亞晶界消失，使亞晶合并而長大成再結(jié)失，使亞晶合并而長大成再結(jié)晶的核心。晶的核心。l亞晶直接長大形核亞晶直接長大形核通過亞晶界的移動(dòng)，吞并相通過亞晶界的移動(dòng)，吞并相鄰的變形基體和亞晶而長大成鄰的變形基體和亞晶而長大成再結(jié)晶的核心。再結(jié)晶的核心。亞晶粒合并形核機(jī)制亞晶粒合并形核機(jī)制亞晶直接長大形核機(jī)制亞晶直接長大形核機(jī)制第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再結(jié)晶再結(jié)晶晶界凸出形核機(jī)制（晶界弓出形核機(jī)制）晶界凸出形核機(jī)制（

24、晶界弓出形核機(jī)制）晶界凸出形核主要發(fā)生在經(jīng)較小冷變形金屬的再結(jié)晶過程中。晶界凸出形核主要發(fā)生在經(jīng)較小冷變形金屬的再結(jié)晶過程中。變形程度小，變形很不均勻，各晶粒中的位錯(cuò)密度不同，則亞晶粒的大小變形程度小，變形很不均勻，各晶粒中的位錯(cuò)密度不同，則亞晶粒的大小也有所不同，因此，晶界中的某一段就會(huì)向亞晶細(xì)小、位錯(cuò)密度高的一側(cè)弓也有所不同，因此，晶界中的某一段就會(huì)向亞晶細(xì)小、位錯(cuò)密度高的一側(cè)弓出，被這段晶界掃過的區(qū)域，位錯(cuò)密度下降，成為無畸變的晶體，即再結(jié)晶出，被這段晶界掃過的區(qū)域，位錯(cuò)密度下降，成為無畸變的晶體，即再結(jié)晶的核心。的核心。晶界凸出形核機(jī)制晶界凸出形核機(jī)制具有亞晶粒組織晶粒間的凸出形核機(jī)制

25、具有亞晶粒組織晶粒間的凸出形核機(jī)制在晶界處在晶界處A 晶粒中的某些亞晶粒能通過晶粒中的某些亞晶粒能通過晶界遷移而凸入晶界遷移而凸入B 晶粒中，借消耗晶粒中，借消耗B 中的中的亞晶而生長，從而形成再結(jié)晶的核心。亞晶而生長，從而形成再結(jié)晶的核心。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再結(jié)晶再結(jié)晶2.2.長大長大再結(jié)晶晶核形成之后，即借界面的移動(dòng)向周圍畸變區(qū)域長大。再結(jié)晶晶核形成之后，即借界面的移動(dòng)向周圍畸變區(qū)域長大。再結(jié)晶晶核長大（晶界遷移）的驅(qū)動(dòng)力再結(jié)晶晶核長大（晶界遷移）的驅(qū)動(dòng)力無畸變的新晶粒與周圍畸變的舊晶粒之間的畸變能差。無畸變的新晶粒與周圍畸變的舊晶粒之間的畸變能差。晶界的遷移

26、方向晶界的遷移方向晶界總是背離其曲率中心，向著畸變區(qū)域推進(jìn)，直至全部形成無畸變的等晶界總是背離其曲率中心，向著畸變區(qū)域推進(jìn)，直至全部形成無畸變的等軸晶粒為止，再結(jié)晶即告完成。軸晶粒為止，再結(jié)晶即告完成。三、再結(jié)晶溫度及其影響因素三、再結(jié)晶溫度及其影響因素1.1.再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度。冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度。再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，沒有恒定的轉(zhuǎn)變溫度。再結(jié)晶溫度可定義為：再結(jié)晶溫度可定義為：經(jīng)過大變形量（變形度經(jīng)過大變形量（變形度70%70%以上）冷變形的金屬，以上）冷變形的金屬，保溫保溫1h1h能夠完成再結(jié)晶（能夠完成再

27、結(jié)晶（ V95%95%）的溫度。）的溫度。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再結(jié)晶再結(jié)晶 再結(jié)晶溫度的經(jīng)驗(yàn)公式：再結(jié)晶溫度的經(jīng)驗(yàn)公式：高純金屬：高純金屬：T再再(0.250.35)Tm工業(yè)純金屬：工業(yè)純金屬：T再再(0.350.45)Tm合金：合金：T再再(0.40.9)Tm2.2.影響再結(jié)晶溫度的因素影響再結(jié)晶溫度的因素變形度變形度冷變形度越大，冷變形度越大，T再再越低。越低。原始晶粒度原始晶粒度變形金屬的晶粒越小，變形金屬的晶粒越小，T再再越低。越低。金屬的純度金屬的純度純度越高，純度越高，T再再越低。越低。加熱速度和保溫時(shí)間加熱速度和保溫時(shí)間加熱速度緩慢和極快，均使加熱速度

28、緩慢和極快，均使T再再升高。升高。保溫時(shí)間越長，保溫時(shí)間越長，T再再越低。越低。T T再再再結(jié)晶溫度；再結(jié)晶溫度；T Tmm熔點(diǎn)。熔點(diǎn)。冷變形度與開始再結(jié)晶溫度的關(guān)系冷變形度與開始再結(jié)晶溫度的關(guān)系FeAl第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再結(jié)晶再結(jié)晶四、再結(jié)晶后的晶粒大小四、再結(jié)晶后的晶粒大小式中：式中：d再結(jié)晶晶粒的平均直徑；再結(jié)晶晶粒的平均直徑； 形核率；形核率； G長大線速度；長大線速度；K比例常數(shù)。比例常數(shù)。1.1.再結(jié)晶后的晶粒尺寸再結(jié)晶后的晶粒尺寸1/4)(NGKdN2.2.影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素變形度變形度l變形度較小變形度較小不發(fā)生再

29、結(jié)晶，晶粒保持原狀、大小。l變形度達(dá)到變形度達(dá)到2 210%10%再結(jié)晶后的晶粒異常粗大。2 210%10%的變形度稱為臨界變形度。的變形度稱為臨界變形度。l變形度超過臨界變形度變形度超過臨界變形度變形度越大，晶粒越細(xì)小。冷變形度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響冷變形度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再結(jié)晶再結(jié)晶加熱（退火）溫度和保溫時(shí)間加熱（退火）溫度和保溫時(shí)間 退火溫度越高、保溫時(shí)間越長，晶粒越粗大。退火溫度越高、保溫時(shí)間越長，晶粒越粗大。Cu-35Zn退火溫度與晶粒尺寸的關(guān)系退火溫度與晶粒尺寸的關(guān)系含碳含碳0.06%的低碳鋼變形度的低碳鋼變形度及退火溫度對

30、再結(jié)晶后晶粒及退火溫度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響大小的影響原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸 當(dāng)變形度一定時(shí)，冷變形金屬的晶粒越細(xì)小，再結(jié)晶后的晶粒越細(xì)小。當(dāng)變形度一定時(shí)，冷變形金屬的晶粒越細(xì)小，再結(jié)晶后的晶粒越細(xì)小。提高退火溫度，臨界變形度數(shù)值變小。提高退火溫度，臨界變形度數(shù)值變小。五、再結(jié)晶的應(yīng)用五、再結(jié)晶的應(yīng)用 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火（Recrystallization Annealing）：將已經(jīng)加工硬化的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，使其發(fā)生再結(jié)晶，以消除將已經(jīng)加工硬化的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，使其發(fā)生再結(jié)晶，以消除加工硬化的工藝方法。加工硬化的工藝方法。 再結(jié)晶退火溫度：再結(jié)晶退火溫度：T T再再

31、100100200200。 再結(jié)晶退火的主要作用：再結(jié)晶退火的主要作用：恢復(fù)變形能力；消除各向異性；改善顯微組織；提高組織穩(wěn)定性?；謴?fù)變形能力；消除各向異性；改善顯微組織；提高組織穩(wěn)定性。 冷拔鋼絲時(shí)，每拉拔一次，中間均進(jìn)行再結(jié)晶退火，消除加工硬化，以便冷拔鋼絲時(shí)，每拉拔一次，中間均進(jìn)行再結(jié)晶退火，消除加工硬化，以便于下一次拉拔。于下一次拉拔。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.3 6.3 再結(jié)晶再結(jié)晶第四節(jié)晶粒長大第四節(jié)晶粒長大（Grain Growth）冷變形金屬在再結(jié)晶結(jié)束后，繼續(xù)升高溫度或延長保溫時(shí)間，晶粒就會(huì)不冷變形金屬在再結(jié)晶結(jié)束后，繼續(xù)升高溫度或延長保溫時(shí)間，晶粒就會(huì)不斷長大，這

32、一過程稱為晶粒長大。斷長大，這一過程稱為晶粒長大。一、晶粒的正常長大一、晶粒的正常長大隨溫度的升高或保溫時(shí)間的延長，晶粒均勻連續(xù)地長大。隨溫度的升高或保溫時(shí)間的延長，晶粒均勻連續(xù)地長大。1.1.晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力晶粒長大前后總的界面能差。晶粒長大前后總的界面能差。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.4 6.4 晶粒長大晶粒長大晶粒長大時(shí)晶界移動(dòng)方向晶粒長大時(shí)晶界移動(dòng)方向晶粒越小，晶界越多，界面能越高，晶粒晶粒越小，晶界越多，界面能越高，晶粒長大可以降低總的界面能。長大可以降低總的界面能。2.2.晶粒的長大方式晶粒的長大方式晶粒長大的實(shí)質(zhì)是晶界的移動(dòng)。晶粒長大的實(shí)質(zhì)是晶界的移動(dòng)。晶

33、界向著晶界的曲率中心移動(dòng)，結(jié)果是：晶界向著晶界的曲率中心移動(dòng)，結(jié)果是：“大晶粒吞并小晶粒，凹界面變平直界面大晶粒吞并小晶粒，凹界面變平直界面”。3.3.晶粒的穩(wěn)定形狀晶粒的穩(wěn)定形狀 晶界移動(dòng)的基本規(guī)律：晶界移動(dòng)的基本規(guī)律：彎曲的晶界向其曲率中心的方向移動(dòng)；彎曲的晶界向其曲率中心的方向移動(dòng)；三個(gè)（或三個(gè)以上）晶粒交會(huì)處的界面角的變化是趨向于使作用在各晶三個(gè)（或三個(gè)以上）晶粒交會(huì)處的界面角的變化是趨向于使作用在各晶界的表面張力在交會(huì)點(diǎn)達(dá)到互相平衡的狀態(tài)界的表面張力在交會(huì)點(diǎn)達(dá)到互相平衡的狀態(tài)。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.4 6.4 晶粒長大晶粒長大三晶粒交會(huì)處的界面角三晶粒交會(huì)處的界面角二維

34、晶粒的穩(wěn)定形狀二維晶粒的穩(wěn)定形狀332211TTTsinsinsin在平衡狀態(tài)下，三在平衡狀態(tài)下，三晶界交會(huì)處的各界面晶界交會(huì)處的各界面角相等，均為角相等，均為120120 ，此時(shí)晶粒達(dá)到穩(wěn)定的此時(shí)晶粒達(dá)到穩(wěn)定的形狀，形狀，晶界平直晶界平直，晶，晶粒不會(huì)長大，也不會(huì)粒不會(huì)長大，也不會(huì)縮小?？s小。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.4 6.4 晶粒長大晶粒長大晶粒的平衡形狀十四面體晶粒的平衡形狀十四面體晶界曲率與晶粒形狀晶界曲率與晶粒形狀晶界曲率與晶粒形狀晶界曲率與晶粒形狀4.4.影響晶粒長大的因素影響晶粒長大的因素溫度溫度溫度越高，晶粒長大速度越快，晶粒越粗大。溫度越高，晶粒長大速度越快，晶粒

35、越粗大。雜質(zhì)及合金元素雜質(zhì)及合金元素雜質(zhì)及合金元素阻礙晶界移動(dòng)，使晶粒長大速度減小，晶粒細(xì)化。雜質(zhì)及合金元素阻礙晶界移動(dòng)，使晶粒長大速度減小，晶粒細(xì)化。第二相質(zhì)點(diǎn)第二相質(zhì)點(diǎn)彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)烈阻礙晶界移動(dòng)，使晶粒長大速度減小，晶粒細(xì)化。彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)烈阻礙晶界移動(dòng)，使晶粒長大速度減小，晶粒細(xì)化。相鄰晶粒的位向差相鄰晶粒的位向差位向差越大，晶粒長大速度越快，晶粒越粗大。位向差越大，晶粒長大速度越快，晶粒越粗大。晶界與金屬表面相交處的熱蝕溝晶界與金屬表面相交處的熱蝕溝熱蝕溝對晶界產(chǎn)生約束，阻礙晶界移動(dòng)，晶粒細(xì)化。熱蝕溝對晶界產(chǎn)生約束，阻礙晶界移動(dòng)，晶粒細(xì)化。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.

36、4 6.4 晶粒長大晶粒長大二、晶粒的反常長大（二次再結(jié)晶）二、晶粒的反常長大（二次再結(jié)晶）在較高退火溫度下，冷變形金屬的再結(jié)晶晶粒不均勻不連續(xù)地迅速長大。在較高退火溫度下，冷變形金屬的再結(jié)晶晶粒不均勻不連續(xù)地迅速長大。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.4 6.4 晶粒長大晶粒長大Fe-Si箔材二次再結(jié)晶的反常晶粒箔材二次再結(jié)晶的反常晶粒1.1.二次再結(jié)晶的特點(diǎn)二次再結(jié)晶的特點(diǎn)二次再結(jié)晶的反常晶粒是以一次再結(jié)晶后二次再結(jié)晶的反常晶粒是以一次再結(jié)晶后的某些特殊晶粒為基礎(chǔ)而長大的。的某些特殊晶粒為基礎(chǔ)而長大的。一次再結(jié)晶后，絕大多數(shù)晶粒長大速度很一次再結(jié)晶后，絕大多數(shù)晶粒長大速度很慢，僅少數(shù)晶粒

37、大具有特別大的長大能力。慢，僅少數(shù)晶粒大具有特別大的長大能力。少數(shù)反常長大的晶粒與其他晶粒的尺寸懸少數(shù)反常長大的晶粒與其他晶粒的尺寸懸殊后，更有利于殊后，更有利于“大呑并小大呑并小”。反常長大的晶粒只在局部區(qū)域出現(xiàn)，造成反常長大的晶粒只在局部區(qū)域出現(xiàn)，造成明顯不均勻的晶粒尺寸。明顯不均勻的晶粒尺寸。2.2.二次再結(jié)晶的原理二次再結(jié)晶的原理組織中的夾雜物、第二相質(zhì)點(diǎn)、表面熱蝕溝等對晶界移動(dòng)產(chǎn)生阻礙，但由組織中的夾雜物、第二相質(zhì)點(diǎn)、表面熱蝕溝等對晶界移動(dòng)產(chǎn)生阻礙，但由于分布不均勻，導(dǎo)致少數(shù)晶粒能脫離它們的約束，獲得優(yōu)先長大的機(jī)會(huì)。于分布不均勻，導(dǎo)致少數(shù)晶粒能脫離它們的約束，獲得優(yōu)先長大的機(jī)會(huì)。第五

38、節(jié)金屬的熱加工第五節(jié)金屬的熱加工一、熱加工與冷加工一、熱加工與冷加工 工業(yè)生產(chǎn)中，熱加工通常指將金屬材料加熱至高溫進(jìn)行鍛造、軋制工業(yè)生產(chǎn)中，熱加工通常指將金屬材料加熱至高溫進(jìn)行鍛造、軋制等壓力加工過程。等壓力加工過程。 金屬學(xué)角度的冷、熱加工：金屬學(xué)角度的冷、熱加工： 熱加工熱加工（Hot Working）：指在再結(jié)晶溫度以上的加工過程。指在再結(jié)晶溫度以上的加工過程。 冷加工冷加工（Cold Working）：指在再結(jié)晶溫度以下的加工過程。指在再結(jié)晶溫度以下的加工過程。 FeFe的再結(jié)晶溫度的再結(jié)晶溫度T T再再450450 C C，在，在400400 C C對其加工，則為冷加工。對其加工，則為冷加工。 PbPb的再結(jié)晶溫度的再結(jié)晶溫度T T再再-33-33 C C，在，在2525 C(C(常溫常溫) )對其加工，則為熱加工。對其加工，則為熱加工。第六章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶6.5 6.5 金屬的熱加工金屬的熱加工二、動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶二、動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)態(tài)回復(fù)動(dòng)態(tài)回復(fù)（Dynamic Recovery）：金屬在進(jìn)行熱加工時(shí)幾乎與塑性變