第九章 回復(fù)和再結(jié)晶

1、第九章 回復(fù)和再結(jié)晶余方新2022-5-9變形金屬加熱時顯微組織的變化例：形變鋁合金形變、再結(jié)晶形核和再結(jié)晶完畢后的組織/350。發(fā)生的原因發(fā)生的原因：儲存能主要依附于點缺陷、位錯和層錯等形式的缺陷而存儲存能主要依附于點缺陷、位錯和層錯等形式的缺陷而存在于晶體中。儲存能的數(shù)值并不大在于晶體中。儲存能的數(shù)值并不大( (約幾十到幾百約幾十到幾百J/mol)J/mol)，熱力學(xué)不穩(wěn)定熱力學(xué)不穩(wěn)定向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)變向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)變動力學(xué)條件控制動力學(xué)條件控制溫度、加熱速度、材料本身性質(zhì)等溫度、加熱速度、材料本身性質(zhì)等與相變的異同點：沒有晶體結(jié)構(gòu)變化；驅(qū)動力不是化學(xué)位差；與相變的異同點：沒有晶體結(jié)構(gòu)變化；驅(qū)動

2、力不是化學(xué)位差；金屬形變后有機械儲存能，熱力學(xué)不穩(wěn)定性金屬形變后有機械儲存能，熱力學(xué)不穩(wěn)定性本章涉及內(nèi)容：本章涉及內(nèi)容：冷加工后退火時的回復(fù)、再結(jié)晶、長大；冷加工后退火時的回復(fù)、再結(jié)晶、長大；熱加工過程的動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶；熱加工過程的動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶；回復(fù)時的基本特征、組織變化、性能變化、動回復(fù)時的基本特征、組織變化、性能變化、動力學(xué)過程表征；力學(xué)過程表征；再結(jié)晶時組織變化的基本規(guī)律、形核、長大機再結(jié)晶時組織變化的基本規(guī)律、形核、長大機制、動力學(xué)過程、與脫溶的交互作用、取向變化；制、動力學(xué)過程、與脫溶的交互作用、取向變化；連續(xù)及不連續(xù)式的長大的現(xiàn)象、原因；連續(xù)及不連續(xù)式的長大的現(xiàn)象、原

3、因；熱加工過程組織變化原因、判別及利用；熱加工過程組織變化原因、判別及利用；9.1 回復(fù)特點：回復(fù)階段不涉及大角度晶面的遷動特點：回復(fù)階段不涉及大角度晶面的遷動通過點缺陷消除、位錯的對消和重新排列來實現(xiàn)的；通過點缺陷消除、位錯的對消和重新排列來實現(xiàn)的；這些結(jié)構(gòu)變化在基體的各處同時發(fā)生，因此過程是均勻的。這些結(jié)構(gòu)變化在基體的各處同時發(fā)生，因此過程是均勻的?；貜?fù)過程示意圖回復(fù)過程示意圖回復(fù)過程隨著組織結(jié)構(gòu)的變化，物理和機械性能也有變化，回復(fù)過程隨著組織結(jié)構(gòu)的變化，物理和機械性能也有變化，它們向著未形變前的值變化。它們向著未形變前的值變化。研究方法研究方法量熱法，測量回復(fù)時放出的儲存能；量熱法，測量

4、回復(fù)時放出的儲存能；電阻法，測量回復(fù)過程電阻的減小量；電阻法，測量回復(fù)過程電阻的減小量；測量回復(fù)過程硬度或流變應(yīng)力的降低量；測量回復(fù)過程硬度或流變應(yīng)力的降低量；測量回復(fù)過程位錯密度的減小以及位錯排列結(jié)測量回復(fù)過程位錯密度的減小以及位錯排列結(jié)構(gòu)的變化；構(gòu)的變化；測量因形變而使測量因形變而使X X射線譜線的寬展和在回復(fù)過程射線譜線的寬展和在回復(fù)過程中鋒銳化程度。中鋒銳化程度。9.1.1 儲存能的釋放儲存能釋放量及釋放過程動力學(xué)是了解回復(fù)過程的重要信息。儲存能釋放量及釋放過程動力學(xué)是了解回復(fù)過程的重要信息。方法：用高靈敏度示差量熱計直接測量釋放的儲存能量。方法：用高靈敏度示差量熱計直接測量釋放的儲存

5、能量。測量形變及未形變試樣在相同升溫速度加熱時的功率差測量形變及未形變試樣在相同升溫速度加熱時的功率差間接測量釋放的儲存能量。間接測量釋放的儲存能量。曲線下的面積正比于釋放能量。曲線下的面積正比于釋放能量。低形變量試樣：低形變量試樣：3 3個釋放能量峰。個釋放能量峰。低溫的低溫的2 2個峰對應(yīng)回復(fù)，和空位個峰對應(yīng)回復(fù)，和空位消失有關(guān)。高溫峰對應(yīng)再結(jié)晶。消失有關(guān)。高溫峰對應(yīng)再結(jié)晶。回復(fù)釋放的總能量大于再結(jié)晶釋回復(fù)釋放的總能量大于再結(jié)晶釋放的能量。放的能量。高形變量試樣：高形變量試樣：2 2個峰。發(fā)生再個峰。發(fā)生再結(jié)晶的溫度比低形變量試樣低得結(jié)晶的溫度比低形變量試樣低得多。低溫峰對應(yīng)回復(fù)，原來在低

6、多。低溫峰對應(yīng)回復(fù)，原來在低形變量試樣看到的第二個回復(fù)峰形變量試樣看到的第二個回復(fù)峰和再結(jié)晶峰重疊和再結(jié)晶峰重疊回復(fù)（再結(jié)晶）的影響因素低形變量試樣總儲存能少，大部分儲存能在回復(fù)階段釋放，只低形變量試樣總儲存能少，大部分儲存能在回復(fù)階段釋放，只有小部分供作再結(jié)晶的驅(qū)動能，再結(jié)晶在較高的溫度下發(fā)生。有小部分供作再結(jié)晶的驅(qū)動能，再結(jié)晶在較高的溫度下發(fā)生。高形變量試樣的總儲存能高，在回復(fù)過程只釋放其中一小部分，高形變量試樣的總儲存能高，在回復(fù)過程只釋放其中一小部分，大部分供作再結(jié)晶的驅(qū)動能，再結(jié)晶在較低溫度下發(fā)生。大部分供作再結(jié)晶的驅(qū)動能，再結(jié)晶在較低溫度下發(fā)生。雜質(zhì)可延緩空位的消除。雜質(zhì)原子還可釘

7、扎位錯，阻止形變時雜質(zhì)可延緩空位的消除。雜質(zhì)原子還可釘扎位錯，阻止形變時的動態(tài)回復(fù)，提高儲存能，從而加速退火時的回復(fù)，延緩再結(jié)的動態(tài)回復(fù)，提高儲存能，從而加速退火時的回復(fù)，延緩再結(jié)晶。晶。一般來說，純度越高，再結(jié)晶開始的溫度越低。一般來說，純度越高，再結(jié)晶開始的溫度越低。層錯能越低，位錯攀移或交滑移離開原滑移面越困難，這樣回層錯能越低，位錯攀移或交滑移離開原滑移面越困難，這樣回復(fù)釋放能量所占的分數(shù)就越少。復(fù)釋放能量所占的分數(shù)就越少。退火溫度高，在回復(fù)很短時間后就出現(xiàn)再結(jié)晶。退火溫度低，退火溫度高，在回復(fù)很短時間后就出現(xiàn)再結(jié)晶。退火溫度低，則再結(jié)晶出現(xiàn)的時間推遲。則再結(jié)晶出現(xiàn)的時間推遲。形變量越

8、大，出現(xiàn)再結(jié)晶時間越早，再結(jié)晶所釋放的能量所占形變量越大，出現(xiàn)再結(jié)晶時間越早，再結(jié)晶所釋放的能量所占的比例也越大。的比例也越大。純銅經(jīng)兩種不同拉伸應(yīng)變后等溫退火時能量釋放率隨退火時純銅經(jīng)兩種不同拉伸應(yīng)變后等溫退火時能量釋放率隨退火時間變化的關(guān)系。間變化的關(guān)系。低形變試樣再結(jié)晶出低形變試樣再結(jié)晶出現(xiàn)的時間比高應(yīng)變的現(xiàn)的時間比高應(yīng)變的遲?；貜?fù)過程只釋放遲?；貜?fù)過程只釋放少量的能量，且它不少量的能量，且它不因形變量不同而有很因形變量不同而有很大差異，而低形變量大差異，而低形變量試樣釋放的總能量比試樣釋放的總能量比高形變量試樣低。高形變量試樣低。9.1.2 電阻和密度的回復(fù)金屬經(jīng)冷形變后，產(chǎn)生空位、位

9、錯和層錯等晶體缺陷，電子金屬經(jīng)冷形變后，產(chǎn)生空位、位錯和層錯等晶體缺陷，電子定向流動時被這些缺陷散射而使電阻增加。定向流動時被這些缺陷散射而使電阻增加。連續(xù)加熱情況連續(xù)加熱情況兩個回復(fù)儲存能釋兩個回復(fù)儲存能釋放峰的位置，電阻放峰的位置，電阻率和密度都有明顯率和密度都有明顯的變化，表現(xiàn)為電的變化，表現(xiàn)為電阻率降低和密度增阻率降低和密度增加。加。缺陷消除機制很多，不同機制所需激活能不同，它們發(fā)生的溫缺陷消除機制很多，不同機制所需激活能不同，它們發(fā)生的溫度范圍也不同。范布倫（度范圍也不同。范布倫（Van BuernVan Buern）分析經(jīng)輻射和形變的銅）分析經(jīng)輻射和形變的銅和金退火的大量研究資料，

10、對退火過程電阻率回復(fù)所對應(yīng)的機和金退火的大量研究資料，對退火過程電阻率回復(fù)所對應(yīng)的機制歸納。制歸納。等溫退火時，在退火早期電阻率隨時間延長急劇下降，后來變等溫退火時，在退火早期電阻率隨時間延長急劇下降，后來變化緩慢，最終趨于一穩(wěn)定值。不同溫度退火，這一穩(wěn)定值不同。化緩慢，最終趨于一穩(wěn)定值。不同溫度退火，這一穩(wěn)定值不同。退火溫度越高，穩(wěn)定值越低。退火溫度越高，穩(wěn)定值越低。不同溫度下電阻隨保溫時間的變化不同溫度下電阻隨保溫時間的變化9.1.3 機械性能的回復(fù)流變應(yīng)力和硬度是位錯密度和位錯分布的函數(shù)，只有發(fā)流變應(yīng)力和硬度是位錯密度和位錯分布的函數(shù)，只有發(fā)生位錯遷動時才會有機械性能的回復(fù)。生位錯遷動時

11、才會有機械性能的回復(fù)。低溫回復(fù)只涉及點缺陷的運動，機械性能幾乎不變。低溫回復(fù)只涉及點缺陷的運動，機械性能幾乎不變。較高溫度回復(fù)時，機械性能回復(fù)程度取決于金屬的形變較高溫度回復(fù)時，機械性能回復(fù)程度取決于金屬的形變性質(zhì)以及金屬本身特征。性質(zhì)以及金屬本身特征。層狀性質(zhì)塑性形變（如六方結(jié)構(gòu)金屬只在基面滑移，又層狀性質(zhì)塑性形變（如六方結(jié)構(gòu)金屬只在基面滑移，又如立方晶體單系滑移等）時，晶體沒有嚴重局部點陣彎如立方晶體單系滑移等）時，晶體沒有嚴重局部點陣彎曲，不會發(fā)生再結(jié)晶，只能通過回復(fù)消除加工硬化。曲，不會發(fā)生再結(jié)晶，只能通過回復(fù)消除加工硬化。若塑性形變具有湍流性質(zhì)（如多系滑移），特別是靠近若塑性形變具有

12、湍流性質(zhì)（如多系滑移），特別是靠近晶界的復(fù)雜形變。這時晶體出現(xiàn)嚴重局部點陣彎曲區(qū)域，晶界的復(fù)雜形變。這時晶體出現(xiàn)嚴重局部點陣彎曲區(qū)域，除在高溫回復(fù)消除部分加工硬化外，只有在再結(jié)晶時才除在高溫回復(fù)消除部分加工硬化外，只有在再結(jié)晶時才能消除全部加工硬化。能消除全部加工硬化。普遍的規(guī)律：形變量越大，塑性流變越具有湍流性質(zhì)，普遍的規(guī)律：形變量越大，塑性流變越具有湍流性質(zhì)，回復(fù)退火使加工硬化消除的分數(shù)越小。高層錯能金屬回復(fù)退火使加工硬化消除的分數(shù)越小。高層錯能金屬中位錯易交滑移和攀移，回復(fù)階段位錯可對消和重排，中位錯易交滑移和攀移，回復(fù)階段位錯可對消和重排，機械性能有一定程度的回復(fù)。機械性能有一定程度的

13、回復(fù)。低層錯能金屬中位錯不易交滑移和重排，回復(fù)時機械低層錯能金屬中位錯不易交滑移和重排，回復(fù)時機械性能回復(fù)少。性能回復(fù)少。層錯能高的金屬和合金，例如鐵和鋁，位錯易于交滑層錯能高的金屬和合金，例如鐵和鋁，位錯易于交滑移和攀移，在回復(fù)階段維持就有一定程度的對消和重移和攀移，在回復(fù)階段維持就有一定程度的對消和重新排列，所有機械性能有一定程度的回復(fù)。如果變形新排列，所有機械性能有一定程度的回復(fù)。如果變形量很小，甚至在回復(fù)階段就可使機械性能完全回復(fù)。量很小，甚至在回復(fù)階段就可使機械性能完全回復(fù)。為描述機械性能回復(fù)程度，引入回復(fù)參數(shù)為描述機械性能回復(fù)程度，引入回復(fù)參數(shù))/()(0mrmrr r：回復(fù)的分數(shù)

14、，：回復(fù)的分數(shù)，1-r1-r：殘余硬化分數(shù)。：殘余硬化分數(shù)?；貜?fù)過程的流變應(yīng)力回復(fù)過程的流變應(yīng)力未形變的流變應(yīng)力未形變的流變應(yīng)力形變后的流變應(yīng)力形變后的流變應(yīng)力9.1.4 回復(fù)動力學(xué)等溫退火時電阻回復(fù)及機械性能回復(fù)都有相似的動力學(xué)特征，等溫退火時電阻回復(fù)及機械性能回復(fù)都有相似的動力學(xué)特征，共同點是：共同點是：無孕育期無孕育期，開始階段變化率最快，然后逐漸變慢，開始階段變化率最快，然后逐漸變慢，最后趨于零，性質(zhì)回復(fù)到某一穩(wěn)定的特征值。最后趨于零，性質(zhì)回復(fù)到某一穩(wěn)定的特征值。I I型動力學(xué)符合如下關(guān)系：型動力學(xué)符合如下關(guān)系： lndraratbdtt回復(fù)速率和溫度有回復(fù)速率和溫度有Arrheniu

15、sArrhenius關(guān)系關(guān)系= exp()lnlnlndraQAdttRTdraQAdttRT以以ln(1/t)ln(1/t)對對1/T1/T作圖，得直線，作圖，得直線，直線斜率為直線斜率為Q/RQ/R。求出激活能。求出激活能-50-50切變的單晶鋅應(yīng)變硬化回切變的單晶鋅應(yīng)變硬化回復(fù)到不同的復(fù)到不同的r r值所需時間與溫度值所需時間與溫度的關(guān)系的關(guān)系回復(fù)激活能回復(fù)激活能Q Q與回復(fù)分數(shù)間的關(guān)與回復(fù)分數(shù)間的關(guān)系系( (復(fù)雜形變復(fù)雜形變, ,激活能變化激活能變化););多晶鐵多晶鐵00形變形變5%5%的回復(fù)動力學(xué)的回復(fù)動力學(xué)應(yīng)變硬化回復(fù)程度應(yīng)變硬化回復(fù)程度r與與lnlnt間的函數(shù)關(guān)系間的函數(shù)關(guān)系I

16、III型回復(fù)動力學(xué)符合如下關(guān)系：型回復(fù)動力學(xué)符合如下關(guān)系：1 mdrc rdt (1)(1)01 (1)mmrrmct回復(fù)機制主要是位錯偶極子對消和位錯攀移回復(fù)機制主要是位錯偶極子對消和位錯攀移9.1.5 回復(fù)過程組織的變化回復(fù)時空位遷動和消失是不會影響顯微組織的，只有涉及位回復(fù)時空位遷動和消失是不會影響顯微組織的，只有涉及位錯遷動時才會影響顯微組織。位錯遷動和重排引起的顯微組錯遷動時才會影響顯微組織。位錯遷動和重排引起的顯微組織變化主要是多邊形化和亞晶形成和長大?？椬兓饕嵌噙呅位蛠喚纬珊烷L大。9.1.5.1 9.1.5.1 多邊形化多邊形化起源于單晶體經(jīng)一定起源于單晶體經(jīng)一定程度彎曲

17、后退火所發(fā)程度彎曲后退火所發(fā)生的一種簡單的顯微生的一種簡單的顯微組織變化?，F(xiàn)泛指回組織變化?，F(xiàn)泛指回復(fù)過程中有位錯重新復(fù)過程中有位錯重新分布而形成確定的亞分布而形成確定的亞晶結(jié)構(gòu)的過程。晶結(jié)構(gòu)的過程。9.1.5.2 9.1.5.2 亞晶形成亞晶形成晶內(nèi)位錯胞，胞內(nèi)位錯密晶內(nèi)位錯胞，胞內(nèi)位錯密度低，胞間高位錯密度的度低，胞間高位錯密度的位錯纏結(jié)構(gòu)成的漫散胞壁。位錯纏結(jié)構(gòu)成的漫散胞壁。胞內(nèi)位錯變少，胞壁位錯重胞內(nèi)位錯變少，胞壁位錯重新排列和對消，使胞壁減薄新排列和對消，使胞壁減薄變鋒銳，形成位錯網(wǎng)絡(luò)。變鋒銳，形成位錯網(wǎng)絡(luò)。轉(zhuǎn)化為亞晶（界）轉(zhuǎn)化為亞晶（界）9.1.5.3 9.1.5.3 亞晶粗化和長

18、大亞晶粗化和長大亞晶長大的驅(qū)動壓力亞晶長大的驅(qū)動壓力亞晶長大速度是亞晶間取向差的函數(shù)。亞晶長大速度是亞晶間取向差的函數(shù)。/spR存在多種模型：李振民；胡郇；存在多種模型：李振民；胡郇；J.J.JonesJ.J.Jones; ;亞晶必須轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)亞晶必須轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動過程引起原子從動過程引起原子從影線面積沿界面擴影線面積沿界面擴散到空白面積中去。散到空白面積中去。實質(zhì)就是亞晶界上實質(zhì)就是亞晶界上的位錯的位錯/ /或空位的或空位的協(xié)同運動。協(xié)同運動。胡郇，冷軋胡郇，冷軋Fe-SiFe-Si單晶退火過程：顯微帶狀區(qū)的亞單晶退火過程：顯微帶狀區(qū)的亞晶聚合過程（再結(jié)晶晶核的形成）。晶聚合過程（再結(jié)晶晶核的形成

19、）。JonesJones亞晶粗化聚合模型亞晶粗化聚合模型相鄰的亞晶界中所含的相鄰的亞晶界中所含的是反號位錯，通過位錯是反號位錯，通過位錯的運動，這些亞晶很易的運動，這些亞晶很易和很快聚合，形成一個和很快聚合，形成一個大的亞晶。大的亞晶。形變后位錯胞結(jié)構(gòu)的胞壁散漫程度不同，回復(fù)時發(fā)生形變后位錯胞結(jié)構(gòu)的胞壁散漫程度不同，回復(fù)時發(fā)生的多邊形化的難易程度也不同。的多邊形化的難易程度也不同。對于層錯能對于層錯能高高的金屬，例如鋁和鐵等，位錯基本上不的金屬，例如鋁和鐵等，位錯基本上不發(fā)生分解擴展，所以交滑移和攀移能力高，在形變過發(fā)生分解擴展，所以交滑移和攀移能力高，在形變過程中胞壁已開始了鋒銳化過程，在形

20、變后形成相當(dāng)鋒程中胞壁已開始了鋒銳化過程，在形變后形成相當(dāng)鋒銳的位錯胞結(jié)構(gòu)，在以后的回復(fù)過程中差不多只有亞銳的位錯胞結(jié)構(gòu)，在以后的回復(fù)過程中差不多只有亞晶的長大。晶的長大。對于層錯能對于層錯能比較低比較低的金屬，例如銅和銀等，形變后形的金屬，例如銅和銀等，形變后形成的位錯胞結(jié)構(gòu)具有厚而散漫的胞壁；成的位錯胞結(jié)構(gòu)具有厚而散漫的胞壁；層錯能層錯能很低很低的金屬和合金，例如黃銅和奧氏體不銹鋼的金屬和合金，例如黃銅和奧氏體不銹鋼等，形變后只形成不完整的胞狀結(jié)構(gòu)。這些合金和金等，形變后只形成不完整的胞狀結(jié)構(gòu)。這些合金和金屬，回復(fù)時有一個較長的胞壁鋒銳化過程，有一些甚屬，回復(fù)時有一個較長的胞壁鋒銳化過程，

21、有一些甚至形成不了胞壁。至形成不了胞壁。0myk d0和和ky是常數(shù)是常數(shù)對于冷加工態(tài)，胞壁是漫散的，這時對于冷加工態(tài)，胞壁是漫散的，這時m1m1。隨著回復(fù)的進行，亞晶逐漸長大，隨著回復(fù)的進行，亞晶逐漸長大，m m值逐漸下降，最后值逐漸下降，最后降至降至0.50.5，這時和大家所知的，這時和大家所知的Hall-PetchHall-Petch公式相同。公式相同。胞壁鋒銳化形成亞晶已經(jīng)隨后亞晶長大都會使硬度和胞壁鋒銳化形成亞晶已經(jīng)隨后亞晶長大都會使硬度和流變應(yīng)力得到一定程度的回復(fù)，回復(fù)后的流變應(yīng)力流變應(yīng)力得到一定程度的回復(fù)，回復(fù)后的流變應(yīng)力和亞晶尺寸和亞晶尺寸d d的關(guān)系：的關(guān)系：9.2 再結(jié)晶本

22、節(jié)內(nèi)容：再結(jié)晶的基本知識、再結(jié)晶的基本規(guī)律、再結(jié)本節(jié)內(nèi)容：再結(jié)晶的基本知識、再結(jié)晶的基本規(guī)律、再結(jié)晶形核、長大機制、動力學(xué)過程、與脫溶的交互作用、取晶形核、長大機制、動力學(xué)過程、與脫溶的交互作用、取向向/ /織構(gòu)變化；織構(gòu)變化；再結(jié)晶的基本知識再結(jié)晶的基本知識再結(jié)晶驅(qū)動力：形變金屬的機械儲存能；再結(jié)晶驅(qū)動力：形變金屬的機械儲存能；再結(jié)晶基本標(biāo)志：晶核通過大角度界面遷動而長大；再結(jié)晶基本標(biāo)志：晶核通過大角度界面遷動而長大；再結(jié)晶與相變的關(guān)系：再結(jié)晶與相變的關(guān)系：都有形核、長大過程，有孕育期，相似的動力學(xué)方程；都有形核、長大過程，有孕育期，相似的動力學(xué)方程；本質(zhì)區(qū)別：驅(qū)動力不同。相變驅(qū)動力是新本質(zhì)

23、區(qū)別：驅(qū)動力不同。相變驅(qū)動力是新/ /母相間的母相間的化學(xué)化學(xué)自由能差自由能差，而再結(jié)晶驅(qū)動力是形變金屬的，而再結(jié)晶驅(qū)動力是形變金屬的機械儲存能機械儲存能。相變必有一個相變必有一個臨界溫度臨界溫度，該臨界溫度是熱力學(xué)意義的溫度。，該臨界溫度是熱力學(xué)意義的溫度。再結(jié)晶臨界溫度只是一個再結(jié)晶臨界溫度只是一個動力學(xué)意義的溫度動力學(xué)意義的溫度。再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度對形變金屬，從受形變開始就獲得儲存能，它立刻就具有對形變金屬，從受形變開始就獲得儲存能，它立刻就具有回復(fù)和再結(jié)晶的熱力學(xué)條件，原則上就可發(fā)生再結(jié)晶。溫回復(fù)和再結(jié)晶的熱力學(xué)條件，原則上就可發(fā)生再結(jié)晶。溫度不同，只是過程的速度不同罷了。所以，再結(jié)

24、晶并沒有度不同，只是過程的速度不同罷了。所以，再結(jié)晶并沒有一個熱力學(xué)意義的明確臨界溫度。一個熱力學(xué)意義的明確臨界溫度。人為定義了一個人為定義了一個“再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度”：在一定時間內(nèi)（一小時）：在一定時間內(nèi)（一小時）剛好完成再結(jié)晶的溫度。剛好完成再結(jié)晶的溫度。是一個動力學(xué)意義的溫度。是一個動力學(xué)意義的溫度。形變量足夠大時，一般純金屬的再結(jié)晶溫形變量足夠大時，一般純金屬的再結(jié)晶溫度為度為(0.35(0.350.4)T0.4)Tm m。9.2.1 再結(jié)晶的基本規(guī)律（1 1）需超過一最小形變量）需超過一最小形變量c c。（2 2）隨）隨,T,T再再；但當(dāng)；但當(dāng)大到一定值后大到一定值后,T,T再趨于

25、一穩(wěn)定再趨于一穩(wěn)定值。值。（3 3）再結(jié)晶剛完成時的）再結(jié)晶剛完成時的d d取決于取決于而和而和T T關(guān)系不大。關(guān)系不大。（4 4）原始）原始d0d0，要獲得相同的，要獲得相同的T T再的再的越大。越大。（5 5）T Tdefdef，要獲得相同程度的應(yīng)變硬化所需的，要獲得相同程度的應(yīng)變硬化所需的。（6 6）新晶粒不會長入取向相近的形變晶粒中。）新晶粒不會長入取向相近的形變晶粒中。（7 7）再結(jié)晶后繼續(xù)加熱，）再結(jié)晶后繼續(xù)加熱，dd（此為長大問題）。（此為長大問題）。再結(jié)晶圖再結(jié)晶圖生產(chǎn)上常關(guān)心再結(jié)晶后的晶粒尺寸與形變量及退火溫度和生產(chǎn)上常關(guān)心再結(jié)晶后的晶粒尺寸與形變量及退火溫度和時間的關(guān)系用來

26、獲得所希望的晶粒大?。ê托阅埽瑢?yīng)時間的關(guān)系用來獲得所希望的晶粒大?。ê托阅埽?，對應(yīng)再結(jié)晶圖。再結(jié)晶圖。純鐵的再結(jié)晶圖純鐵的再結(jié)晶圖即即T T，D D的關(guān)系圖。的關(guān)系圖。條件：時間條件：時間1 1小時，可小時，可包含長大效應(yīng)。包含長大效應(yīng)。9.2.2 再結(jié)晶動力學(xué)再結(jié)晶的等溫動力學(xué)曲線具有典型的再結(jié)晶的等溫動力學(xué)曲線具有典型的S S型特征。開始時有一段孕型特征。開始時有一段孕育期，然后再結(jié)晶速度逐漸增加，一直增至某一近似恒定的速育期，然后再結(jié)晶速度逐漸增加，一直增至某一近似恒定的速度，隨后速度逐漸下降。度，隨后速度逐漸下降。Johnson-MehlJohnson-Mehl模型模型 假設(shè)：假設(shè)

27、：1 1）形核率不隨時間變化；）形核率不隨時間變化；2 2）形核地點在整個體積內(nèi)隨機分布；）形核地點在整個體積內(nèi)隨機分布；3 3）所有核心的長大速度相同，不隨時間變化；）所有核心的長大速度相同，不隨時間變化；4 4）核心在相碰處停止長大；）核心在相碰處停止長大；3411 exp()4XfG N 導(dǎo)出三維長大動力學(xué)方程導(dǎo)出三維長大動力學(xué)方程f為形狀因子，為形狀因子，N形核率形核率，G長大速度長大速度Johnson-MehlJohnson-Mehl方程方程實際上實際上N和和G隨隨t t而變，公式要修正。假定形核率而變，公式要修正。假定形核率N N隨時間隨時間增加而下降，其形式為增加而下降，其形式為

28、 a、v為常數(shù)則為常數(shù)則 exp()Nat1 exp()nXBt J-M-J-M-AvramiAvrami方程方程通過實驗測出通過實驗測出X-tX-t的關(guān)系確定兩重要參數(shù)的關(guān)系確定兩重要參數(shù)B、n1lnlnlnln1BntX鋁在鋁在00經(jīng)經(jīng)40%40%形變量軋制后，在形變量軋制后，在不同溫度退火的動力學(xué)曲線，可不同溫度退火的動力學(xué)曲線，可測動力學(xué)方程中的測動力學(xué)方程中的B、n值值等溫再結(jié)晶的動力學(xué)方程等溫再結(jié)晶的動力學(xué)方程其中其中表示板狀核心厚度或絲狀核心截面半徑表示板狀核心厚度或絲狀核心截面半徑再結(jié)晶動力學(xué)影響因素再結(jié)晶動力學(xué)影響因素1 1）形變量）形變量變形量增大，使儲存能及形核位置增加，

29、加速再結(jié)晶變形量增大，使儲存能及形核位置增加，加速再結(jié)晶鋁的再結(jié)晶形核和長大激活鋁的再結(jié)晶形核和長大激活能與形變量的關(guān)系；能與形變量的關(guān)系；2 2）形變方式）形變方式單晶體易滑移階段變形不會單晶體易滑移階段變形不會產(chǎn)生再結(jié)晶形核所需要的產(chǎn)生再結(jié)晶形核所需要的“位向梯度位向梯度”，進而只產(chǎn)生，進而只產(chǎn)生回復(fù)而不發(fā)生再結(jié)晶?；貜?fù)而不發(fā)生再結(jié)晶。壓縮變形的影響不如拉伸變壓縮變形的影響不如拉伸變形的影響大，在同樣的變形形的影響大，在同樣的變形量下，拉伸變形比壓縮變形量下，拉伸變形比壓縮變形材料的再結(jié)晶溫度低材料的再結(jié)晶溫度低3 3）晶粒取向）晶粒取向變形晶粒的儲存能大小取決于開動的滑移系的多少及交變形

30、晶粒的儲存能大小取決于開動的滑移系的多少及交互作用的大小，即取決于晶粒的原始取向。對多晶體，互作用的大小，即取決于晶粒的原始取向。對多晶體，再結(jié)晶速度取決于變形前的織構(gòu)及變形織構(gòu)。再結(jié)晶速度取決于變形前的織構(gòu)及變形織構(gòu)。形變鐵的再結(jié)晶形核速率與晶粒取向間關(guān)系形變鐵的再結(jié)晶形核速率與晶粒取向間關(guān)系表明：表明：E E110110EE112112EE1001004 4）原始晶粒尺寸的影響）原始晶粒尺寸的影響相同應(yīng)變量下細晶內(nèi)形變儲相同應(yīng)變量下細晶內(nèi)形變儲存能高，加速再結(jié)晶；存能高，加速再結(jié)晶；兩方面影響兩方面影響：晶界是有利的再結(jié)晶形核位晶界是有利的再結(jié)晶形核位置，原始晶粒小，再結(jié)晶形置，原始晶粒小

31、，再結(jié)晶形核位置多，有利于再結(jié)晶；核位置多，有利于再結(jié)晶；但原始晶粒小，變形較均勻，但原始晶粒小，變形較均勻，減少形核位置，不利于再結(jié)減少形核位置，不利于再結(jié)晶。晶?？傮w是前者影響大于后者。總體是前者影響大于后者。原始晶粒尺寸還可能影響形原始晶粒尺寸還可能影響形變織構(gòu)，從而影響再結(jié)晶動變織構(gòu)，從而影響再結(jié)晶動力學(xué)。力學(xué)。5 5）溶質(zhì)）溶質(zhì)/ /雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響延緩再結(jié)晶，對再結(jié)晶形核和長大都有影響，但主要是延緩再結(jié)晶，對再結(jié)晶形核和長大都有影響，但主要是通過對晶界遷移率的影響而提高再結(jié)晶溫度。通過對晶界遷移率的影響而提高再結(jié)晶溫度。6 6）形變溫度）形變溫度/ /應(yīng)變速率應(yīng)變速率熱激活的作

32、用（如位錯攀移）受溫度影響；熱激活的作用（如位錯攀移）受溫度影響；高溫及低應(yīng)變速率變形時回復(fù)強烈，降低形變儲存能，高溫及低應(yīng)變速率變形時回復(fù)強烈，降低形變儲存能，不利于再結(jié)晶。不利于再結(jié)晶。7 7）退火溫度）退火溫度t t0.50.5與與1/T1/T的關(guān)系的關(guān)系Fe-SiFe-Si合金，合金，60%60%變形；變形；0.51exp()QCtRTQ再結(jié)晶激活能再結(jié)晶激活能t0.5再結(jié)晶再結(jié)晶5050的時間的時間9.2.3 再結(jié)晶和回復(fù)的關(guān)系重疊重疊竟?fàn)幘範(fàn)幭嗷ハ魅跸嗷ハ魅?.2.4 再結(jié)晶的形核特點實驗事實：特點實驗事實：u核心優(yōu)先在局部形變高的區(qū)域形成。核心優(yōu)先在局部形變高的區(qū)域形成。( (形

33、變帶形變帶, ,晶界晶界, ,夾夾雜附近及自由表面附近等雜附近及自由表面附近等) )。u形變量高于一臨界值后，形核率隨形變量增加而急劇形變量高于一臨界值后，形核率隨形變量增加而急劇增加。增加。u一般情況下一般情況下( (中等形變量下中等形變量下) )，核心的晶體學(xué)位向與它，核心的晶體學(xué)位向與它形成所在的形變區(qū)域的晶體學(xué)位向有統(tǒng)計關(guān)系。形成所在的形變區(qū)域的晶體學(xué)位向有統(tǒng)計關(guān)系。u核心不能長入和它的位向差別不大的區(qū)域中。核心不能長入和它的位向差別不大的區(qū)域中。應(yīng)變誘發(fā)晶界遷動形核應(yīng)變誘發(fā)晶界遷動形核BaileyBailey和和HirschHirsch應(yīng)變誘發(fā)晶界遷動示意圖應(yīng)變誘發(fā)晶界遷動示意圖經(jīng)經(jīng)

34、40%40%壓縮變形的鋁在壓縮變形的鋁在328328退退火火1h1h后觀察到的應(yīng)變誘發(fā)晶界后觀察到的應(yīng)變誘發(fā)晶界遷移遷移形核條件形核條件()0bdAGE dVdV球面拱出時球面拱出時2dAdVR拱起部分要經(jīng)歷最小曲率半徑拱起部分要經(jīng)歷最小曲率半徑R Rminmin=L=L才能自發(fā)不斷推進，才能自發(fā)不斷推進，因此熱激活拱起的尺度因此熱激活拱起的尺度L L必須滿足以下關(guān)系式才可能構(gòu)成必須滿足以下關(guān)系式才可能構(gòu)成實在的核心實在的核心2bLE以拉伸以拉伸20%20%的銀為例，的銀為例，E1.66E1.66106J/m106J/m3 3，b b=0.4J/m=0.4J/m2 2，計算得，計算得L5L51

35、010-7-7m m。BailyBaily的實驗給出的實驗給出L10L10-6-6m m，說明和實際接近，說明和實際接近亞晶聚合粗化形核胡郇亞晶聚合粗化形核胡郇取向梯度對回復(fù)后的取向梯度對回復(fù)后的組織結(jié)構(gòu)的影響數(shù)字組織結(jié)構(gòu)的影響數(shù)字代表相對于左側(cè)亞晶代表相對于左側(cè)亞晶（數(shù)字為（數(shù)字為1 1）的取向，）的取向，數(shù)字和數(shù)字和1 1相差越大，取向差越相差越大，取向差越大；大；(a)(a)和和(c)(c)是形變是形變后的亞晶結(jié)構(gòu)；后的亞晶結(jié)構(gòu)；(b)(b)和和(d)(d)是回復(fù)后的組是回復(fù)后的組織結(jié)構(gòu)織結(jié)構(gòu)沒有取向梯度，回復(fù)后雖然亞晶沒有取向梯度，回復(fù)后雖然亞晶長大，但并不存在大角度晶界長大，但并不存

36、在大角度晶界存在取向梯度，回復(fù)后長大的亞晶存在取向梯度，回復(fù)后長大的亞晶間取向差很大，形成大角度晶界間取向差很大，形成大角度晶界形變時在晶界附近總是多個滑移系開動使得那里有較大的取形變時在晶界附近總是多個滑移系開動使得那里有較大的取向梯度，所以在接近臨域易于形核；向梯度，所以在接近臨域易于形核；形變過程形成的過渡帶（形變過程形成的過渡帶（Transition BandTransition Band）中亦有很大的）中亦有很大的取向梯度，也是易于形核的位置。這些位置形核會道指再結(jié)取向梯度，也是易于形核的位置。這些位置形核會道指再結(jié)晶晶粒的擇優(yōu)取向。晶晶粒的擇優(yōu)取向。實驗研究表明：在適量形變程度時，

37、亞晶聚合粗化機制是主實驗研究表明：在適量形變程度時，亞晶聚合粗化機制是主要的再結(jié)晶形核機制，而在高形變程度及低層錯能金屬中，要的再結(jié)晶形核機制，而在高形變程度及低層錯能金屬中，SIBMSIBM機制是主要的形核機制。機制是主要的形核機制。不論是亞晶聚合粗化形核還是應(yīng)變誘發(fā)晶界遷動都需要有比不論是亞晶聚合粗化形核還是應(yīng)變誘發(fā)晶界遷動都需要有比較陡的位向梯度存在。位向梯度是形核的關(guān)鍵，如果沒有位較陡的位向梯度存在。位向梯度是形核的關(guān)鍵，如果沒有位向梯度，即使有很多的變形量也不會發(fā)生再結(jié)晶。向梯度，即使有很多的變形量也不會發(fā)生再結(jié)晶。形變方式不同，位向梯度陡的程度也不同，它按壓縮、軋制、形變方式不同，

38、位向梯度陡的程度也不同，它按壓縮、軋制、拉伸、拉拔、鍛造和沖擊形變的順序減小，再結(jié)晶也按同一拉伸、拉拔、鍛造和沖擊形變的順序減小，再結(jié)晶也按同一順序減弱。順序減弱。9.2.5 再結(jié)晶核心的長大晶界遷移公式晶界遷移公式本質(zhì)上是大角度界面的遷移，遷移的驅(qū)動力是形變的儲存能。本質(zhì)上是大角度界面的遷移，遷移的驅(qū)動力是形變的儲存能。長大速度逐漸變慢。長大速度逐漸變慢。2bb DMkT2bb DvpMpkT儲存能產(chǎn)生，而不是彎曲界面的壓力差儲存能產(chǎn)生，而不是彎曲界面的壓力差界面遷移率界面遷移率9.2.6 第二相粒子的作用多數(shù)工業(yè)合金都含多數(shù)工業(yè)合金都含2 2個以上的相；個以上的相；第二相存在的形式：形變前

39、已存在；退火時在過飽和基體第二相存在的形式：形變前已存在；退火時在過飽和基體中析出；中析出；對再結(jié)晶有三方面影響：對再結(jié)晶有三方面影響：(1)(1)增加形變儲存能而增加再結(jié)晶驅(qū)動力。增加形變儲存能而增加再結(jié)晶驅(qū)動力。因為它使形變后的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使位錯密度增加。因為它使形變后的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使位錯密度增加。含含AlAl2 2O O3 3粒子的銅以及純銅的形變儲存能與粒子的銅以及純銅的形變儲存能與形變應(yīng)變量間的關(guān)系。形變應(yīng)變量間的關(guān)系。H H線粒子線粒子d=46nmd=46nm，fV V=1.5=1.51010-2-2；L L線是線是d=38nmd=38nm，fV V=4=41010-3-3；(2)(2

40、)粒子附近可能作為再結(jié)晶形核位置粒子附近可能作為再結(jié)晶形核位置大而硬且間距寬的第二相粒子，由于形變時粒子附近出現(xiàn)更大而硬且間距寬的第二相粒子，由于形變時粒子附近出現(xiàn)更多的不均勻形變區(qū)，這些區(qū)域有大的顯微取向差，可促發(fā)形多的不均勻形變區(qū)，這些區(qū)域有大的顯微取向差，可促發(fā)形核（核（Particle Stimulated NucleationParticle Stimulated Nucleation，PSNPSN）。）。PSNPSN機制機制粒子周圍的形變區(qū)粒子周圍的形變區(qū)Al-1.3%MnAl-1.3%Mn如果粒子很小，形變時使位錯分布均勻和穩(wěn)定，亞晶間的如果粒子很小，形變時使位錯分布均勻和穩(wěn)定，

41、亞晶間的平均位向差很小，不利于形核，甚至可能完全抑制形核。平均位向差很小，不利于形核，甚至可能完全抑制形核。(3)(3)彌散和稠密分布的第二相粒子釘扎晶界，阻礙遷動彌散和稠密分布的第二相粒子釘扎晶界，阻礙遷動再結(jié)晶晶粒再結(jié)晶晶粒例：同一成分合金例：同一成分合金Al-1.3%MnAl-1.3%Mn不同工藝的影響不同工藝的影響不含粒子，高溫退火不含粒子，高溫退火形變前含粒子，高溫退火形變前含粒子，高溫退火結(jié)果：結(jié)果：PSNPSN細化晶粒細化晶粒粒子含量、粒子尺寸對再結(jié)晶的作用粒子含量、粒子尺寸對再結(jié)晶的作用23Vrf9.2.7 再結(jié)晶時的脫溶本質(zhì)是兩種轉(zhuǎn)變（再結(jié)晶和脫溶相變）的交互作用。本質(zhì)是兩種

42、轉(zhuǎn)變（再結(jié)晶和脫溶相變）的交互作用。基本規(guī)律：形變引入缺陷促進脫溶和再結(jié)晶形核，脫溶析出基本規(guī)律：形變引入缺陷促進脫溶和再結(jié)晶形核，脫溶析出粒子影響再結(jié)晶形核并釘扎晶界從而延緩再結(jié)晶。粒子影響再結(jié)晶形核并釘扎晶界從而延緩再結(jié)晶。I.TT1I.TT1時，沒有脫溶發(fā)生，再結(jié)晶行為與固溶體一樣；時，沒有脫溶發(fā)生，再結(jié)晶行為與固溶體一樣；II.T1TT2II.T1TT2時，脫溶之前已發(fā)生再結(jié)晶，再結(jié)晶行為和時，脫溶之前已發(fā)生再結(jié)晶，再結(jié)晶行為和I I情況相同；情況相同；III.TT2III.TT2時，在再結(jié)晶前已發(fā)生脫溶，粒子通過釘扎延緩再結(jié)晶時，在再結(jié)晶前已發(fā)生脫溶，粒子通過釘扎延緩再結(jié)晶連續(xù)（原位

43、）再結(jié)晶連續(xù)（原位）再結(jié)晶退火時無大角晶界的遷移，但最后形變基體可恢復(fù)為原退火時無大角晶界的遷移，但最后形變基體可恢復(fù)為原來的未形變狀態(tài)。一般出現(xiàn)在回復(fù)時發(fā)生脫溶的情況來的未形變狀態(tài)。一般出現(xiàn)在回復(fù)時發(fā)生脫溶的情況(a)(a)沒有能作為再結(jié)晶核心的亞晶，隨著粒子聚集長大，位錯對沒有能作為再結(jié)晶核心的亞晶，隨著粒子聚集長大，位錯對消和重排列，亞晶尺寸和取向差增大；消和重排列，亞晶尺寸和取向差增大；(b)(b)亞晶被釘扎；亞晶被釘扎；(c)(c)較較小的質(zhì)點被溶解后，亞晶通過小的質(zhì)點被溶解后，亞晶通過Y Y過程移動或通過亞晶轉(zhuǎn)動而長大過程移動或通過亞晶轉(zhuǎn)動而長大3 3天后天后1414天后天后303

44、0天后天后Al-1.3%MnAl-1.3%Mn合金合金80%80%軋后軋后350350退退火連續(xù)再結(jié)晶回復(fù)火連續(xù)再結(jié)晶回復(fù)連續(xù)（原位）再結(jié)晶連續(xù)（原位）再結(jié)晶9.3 晶粒正常長大及二次再結(jié)晶過程起點：再結(jié)晶完成，無形變組織；過程起點：再結(jié)晶完成，無形變組織；此時能量狀態(tài)：雖然形變儲存能已完全釋放，但材料仍未達到此時能量狀態(tài)：雖然形變儲存能已完全釋放，但材料仍未達到最穩(wěn)定狀態(tài)（含有晶界），為減少總界面能，晶粒力求長大。最穩(wěn)定狀態(tài)（含有晶界），為減少總界面能，晶粒力求長大。晶粒長大驅(qū)動力：總界面能的減少；這部分能量約為再結(jié)晶晶粒長大驅(qū)動力：總界面能的減少；這部分能量約為再結(jié)晶時釋放能量的時釋放能量

45、的1/1001/100。不同方式的長大不同方式的長大9.3.1 晶粒正常長大對二維晶粒結(jié)構(gòu)，只有正六面體排列才能填滿空間并滿足對二維晶粒結(jié)構(gòu)，只有正六面體排列才能填滿空間并滿足界面張力平衡條件。界面張力平衡條件。界面張力不平衡界面張力不平衡界面彎曲界面彎曲5 5邊晶粒消失邊晶粒消失9.3.1.1 9.3.1.1 正常晶粒長大動力學(xué)正常晶粒長大動力學(xué)2/bpD2bb DvMppkt球狀球狀21bbb DcvMpktDD1cdDdtD即即積分簡化后得通式：積分簡化后得通式：1/2nDc t理論上理論上n=2=2實測實測n n值與理論值與理論n n值（值（=2=2）偏離原因：）偏離原因：假設(shè)晶界遷移

46、率是常數(shù)。但微小假設(shè)晶界遷移率是常數(shù)。但微小雜質(zhì)原子對晶界有很大拖曳作用，雜質(zhì)原子對晶界有很大拖曳作用，在中等遷移速度下在中等遷移速度下M M隨隨V V變化。變化。即使是非常純的金屬，在高溫時晶即使是非常純的金屬，在高溫時晶界結(jié)構(gòu)和晶界遷移率會改變的。界結(jié)構(gòu)和晶界遷移率會改變的。晶粒長大驅(qū)動力隨晶粒長大而減晶粒長大驅(qū)動力隨晶粒長大而減小，這可能是因為在固溶體中存在小，這可能是因為在固溶體中存在不易擴散的溶質(zhì)原子叢集對晶界起不易擴散的溶質(zhì)原子叢集對晶界起釘扎作用。釘扎作用。9.3.1.2 9.3.1.2 第二相粒子對晶粒長大的影響（第二相粒子對晶粒長大的影響（ZenerZener釘扎）釘扎）彌散

47、第二相粒子對晶界移動有釘扎作用，它對控制材料中晶粒尺彌散第二相粒子對晶界移動有釘扎作用，它對控制材料中晶粒尺寸有很重要作用。如鎢燈絲，鋁合金，新型納米氧化物合金寸有很重要作用。如鎢燈絲，鋁合金，新型納米氧化物合金粒子釘扎的產(chǎn)生原因：粒子釘扎的產(chǎn)生原因：晶界開始穿過粒子時，晶界面積減小，即減少了總的界面能量，晶界開始穿過粒子時，晶界面積減小，即減少了總的界面能量，這時粒子是幫助晶界前進的。但當(dāng)晶界到達粒子的最大截面處這時粒子是幫助晶界前進的。但當(dāng)晶界到達粒子的最大截面處后，晶界繼續(xù)移動又會重新增加晶界面積，即增加了總的界面后，晶界繼續(xù)移動又會重新增加晶界面積，即增加了總的界面能量，這時粒子對晶界

48、移動產(chǎn)生拖曳力，即起釘扎作用。能量，這時粒子對晶界移動產(chǎn)生拖曳力，即起釘扎作用。ZenerZener模型模型假設(shè)假設(shè)(1)(1)第二相顆粒的是尺寸相同的球；第二相顆粒的是尺寸相同的球；(2)(2)顆粒是隨機地均勻分布的；顆粒是隨機地均勻分布的；晶界從粒子中心位置繼續(xù)移動時，晶界晶界從粒子中心位置繼續(xù)移動時，晶界面積隨晶界距顆粒中心距離面積隨晶界距顆粒中心距離x x而改變，晶而改變，晶界面積增加相當(dāng)于界面截過的粒子面積界面積增加相當(dāng)于界面截過的粒子面積減小。截過粒子的面積為減小。截過粒子的面積為(r(r2 2-x-x2 2) )。所。所以，晶界面積隨以，晶界面積隨x x的增加率為的增加率為22(

49、)2drxxdx在在x=r處增加率最大，等于處增加率最大，等于2r。所以，晶界移動時單個第二相。所以，晶界移動時單個第二相顆粒使晶界能的最大增加率為顆粒使晶界能的最大增加率為Pr=2rb（b為界面能），它就是粒為界面能），它就是粒子對界面移動的釘扎力。子對界面移動的釘扎力。第二相粒子對單位面積晶界移動的拖曳力為第二相粒子對單位面積晶界移動的拖曳力為2zbAPrN 晶粒長大中，當(dāng)晶粒兩側(cè)的壓力差與單位面積晶界移動阻晶粒長大中，當(dāng)晶粒兩側(cè)的壓力差與單位面積晶界移動阻力相等時力相等時22bbArNR 達平衡，達平衡，所以最終晶粒平均半徑為所以最終晶粒平均半徑為*1ARrN按體視學(xué)原理，可得晶粒停止長

50、大時最終半徑為按體視學(xué)原理，可得晶粒停止長大時最終半徑為*43rRf9.3.1.3 9.3.1.3 織構(gòu)和表面對晶粒長大的影響織構(gòu)和表面對晶粒長大的影響若一次再結(jié)晶后形成很鋒銳的織構(gòu)，因晶粒之間取向差不大若一次再結(jié)晶后形成很鋒銳的織構(gòu)，因晶粒之間取向差不大（少于（少于1010) )，這樣的晶界能較低。由于晶粒長大的驅(qū)動力是，這樣的晶界能較低。由于晶粒長大的驅(qū)動力是界面能，所以存在強織構(gòu)時，阻礙晶粒的長大，這種影響稱為界面能，所以存在強織構(gòu)時，阻礙晶粒的長大，這種影響稱為織構(gòu)抑制織構(gòu)抑制。對薄板材，當(dāng)很多晶粒長大到其尺寸橫跨板材厚度時，長大的對薄板材，當(dāng)很多晶粒長大到其尺寸橫跨板材厚度時，長大的

51、晶粒兩面都暴露于表面，這些晶粒的長大變成了二維長大。露晶粒兩面都暴露于表面，這些晶粒的長大變成了二維長大。露在自由表面上的晶界由于晶界張力與表面張力平衡而形成表面在自由表面上的晶界由于晶界張力與表面張力平衡而形成表面蝕溝，這些蝕溝總是與晶界的瞬間位置相連，它隨晶界移動而蝕溝，這些蝕溝總是與晶界的瞬間位置相連，它隨晶界移動而移動，結(jié)果對晶界產(chǎn)生釘扎作用。這種影響稱為移動，結(jié)果對晶界產(chǎn)生釘扎作用。這種影響稱為厚度抑制厚度抑制。9.3.2 退火孿晶出現(xiàn)的條件：在一些中、低層錯能的出現(xiàn)的條件：在一些中、低層錯能的FCCFCC金屬的退火組織中。金屬的退火組織中。如：銀，黃銅、銅、不銹鋼、鎳等。如：銀，黃

52、銅、銅、不銹鋼、鎳等。組織組織特征特征黃銅黃銅孿晶關(guān)系是孿晶關(guān)系是6060，孿晶界是共格的，孿晶界是共格的111111面面形成過程及能量變化形成過程及能量變化孿晶形成時，界面面積雖增加；但孿晶界孿晶形成時，界面面積雖增加；但孿晶界面能很低，所以總自由能是降低的。面能很低，所以總自由能是降低的。1323/12/23/12ATB TA CA BLLLLL9.3.3 晶粒的非正常長大現(xiàn)象現(xiàn)象特點：特點：1 1）必須超過一個十分確定的）必須超過一個十分確定的最低溫度才會發(fā)生；最低溫度才會發(fā)生；2 2）大晶粒是由原來的一次再）大晶粒是由原來的一次再結(jié)晶晶粒經(jīng)歷一定孕育期后結(jié)晶晶粒經(jīng)歷一定孕育期后長大而成

53、，這些長大的晶粒長大而成，這些長大的晶粒比一次再結(jié)晶晶粒尺寸大得比一次再結(jié)晶晶粒尺寸大得多；多；3 3）這些晶粒的晶體學(xué)位向一）這些晶粒的晶體學(xué)位向一定偏離一次再結(jié)晶織構(gòu)。定偏離一次再結(jié)晶織構(gòu)。Fe-SiFe-Si合金二次再結(jié)晶合金二次再結(jié)晶發(fā)生條件：發(fā)生條件：有某些因素抑制晶粒的正常長大，當(dāng)這些抑制因素有某些因素抑制晶粒的正常長大，當(dāng)這些抑制因素在局部被打破。在局部被打破。如圖：如圖：Fe3%Si合金含合金含MnS雜質(zhì)時，在雜質(zhì)時，在930出現(xiàn)晶粒出現(xiàn)晶粒突然長大突然長大50倍。倍。1. 無無MnS的高純金屬的高純金屬2. 含含MnS的合金異常長大的合金異常長大3. 含含MnS的合金正常長大

54、的合金正常長大Al-1%MnAl-1%Mn合金中出現(xiàn)的二次再結(jié)晶合金中出現(xiàn)的二次再結(jié)晶水平虛線是鋁板的厚度。第水平虛線是鋁板的厚度。第二相例子的溶解溫度在二相例子的溶解溫度在625625，在在650650退火沒有粒子的析出，退火沒有粒子的析出，晶粒均勻長大；晶粒均勻長大；600600退火，退火，粒子均勻釘扎，晶粒難以生粒子均勻釘扎，晶粒難以生長；長；625625退火時，正好在第退火時，正好在第二相的溶解溫度附近，少數(shù)二相的溶解溫度附近，少數(shù)區(qū)域粒子溶解，晶粒得以充區(qū)域粒子溶解，晶粒得以充分生長，見垂直的虛線，而分生長，見垂直的虛線，而大部分區(qū)域仍受粒子釘扎。大部分區(qū)域仍受粒子釘扎。9.4 再結(jié)晶織構(gòu)再結(jié)晶織構(gòu)的概念：再結(jié)晶織構(gòu)的概念：具有形變織構(gòu)的材料在再結(jié)晶退火時會再度獲得織構(gòu)，這稱具有形變織構(gòu)的材料在再結(jié)晶退火時會再度獲得織構(gòu)，這稱為再結(jié)晶織構(gòu)或退火織構(gòu)。再結(jié)晶織構(gòu)可能和原來的形變織為再結(jié)晶織構(gòu)或退火織構(gòu)。再結(jié)晶織構(gòu)可能和原來的形變織構(gòu)一致，但更經(jīng)常和原來的形變織構(gòu)完全不同。構(gòu)一致，但更經(jīng)常和原來的形變織構(gòu)完全不同。9.4.1 9.4.1 典型金屬和合金的再結(jié)晶織構(gòu)典型金屬和合金的再結(jié)晶織構(gòu)面心立方金屬的再結(jié)晶織構(gòu)面心立方金屬的再結(jié)晶織構(gòu)鋁中的立方織構(gòu)鋁中的立方織構(gòu)001001和和R124R124織構(gòu)（高層錯能）；織構(gòu)（高層錯能）；銅中的