第五章 回復(fù)與再結(jié)晶

1、1 冷加工變形：冷加工變形：加工硬化加工硬化，可使位錯數(shù)量增加，可使位錯數(shù)量增加，金屬的強度和硬度增加金屬的強度和硬度增加冷加工缺點：冷加工缺點：內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力，這種，這種殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力在金屬零在金屬零件進一步加工和使用過程中往往會產(chǎn)生件進一步加工和使用過程中往往會產(chǎn)生不應(yīng)有的變不應(yīng)有的變形形，使用中也會由于大氣環(huán)境與內(nèi)應(yīng)力的共同作用，使用中也會由于大氣環(huán)境與內(nèi)應(yīng)力的共同作用，造成零件的造成零件的應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕；冷加工也可能使；冷加工也可能使電阻率增加電阻率增加等等。這時金屬處于。這時金屬處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)一種不穩(wěn)定狀態(tài)。4th 2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)壁體不銹鋼管道

2、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。3第五章第五章 回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶Recovery and recrystallization 消除的方法消除的方法 退火處理退火處理。退火可使原子擴散能力增加，金屬將依次發(fā)生退火可使原子擴散能力增加，金屬將依次發(fā)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。4加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅recove

3、ryrecrystallizationgrain growth5.1 冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化冷變形金屬在加熱時的組織變化冷變形金屬在加熱時的組織變化5冷變形金屬在加熱時的組織變化冷變形金屬在加熱時的組織變化 回復(fù)回復(fù)recovery是指新的無畸變晶粒出現(xiàn)前所產(chǎn)是指新的無畸變晶粒出現(xiàn)前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段，在金相顯微鏡生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段，在金相顯微鏡中無明顯變化，仍保持原有的變形晶粒形貌，中無明顯變化，仍保持原有的變形晶粒形貌，若通過若通過TEM，則可觀察到位錯組態(tài)或亞結(jié)構(gòu)已，則可觀察到位錯組態(tài)或亞結(jié)構(gòu)已開始發(fā)生變化。開始發(fā)生變化。

4、 recoveryrecrystallizationgrain growth6冷變形金屬在加熱時的組織變化冷變形金屬在加熱時的組織變化recoveryrecrystallizationgrain growth 再結(jié)晶再結(jié)晶recrystallization是指出現(xiàn)無畸變的等軸新是指出現(xiàn)無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程。晶粒逐步取代變形晶粒的過程。 在開始階段，在畸變較大的區(qū)域里產(chǎn)生新的無畸在開始階段，在畸變較大的區(qū)域里產(chǎn)生新的無畸變的晶粒核心，即再結(jié)晶的形核過程；然后通過變的晶粒核心，即再結(jié)晶的形核過程；然后通過逐漸消耗周圍變形晶粒而長大，轉(zhuǎn)變成為新的等逐漸消耗周圍變形晶粒而長大，轉(zhuǎn)變

5、成為新的等軸晶，直至冷變形晶粒完全消失。軸晶，直至冷變形晶粒完全消失。7冷變形金屬在加熱時的組織變化冷變形金屬在加熱時的組織變化recoveryrecrystallizationgrain growth 晶粒長大晶粒長大grain growth是指再結(jié)晶結(jié)束后晶粒的是指再結(jié)晶結(jié)束后晶粒的長大過程，在晶界界面能的驅(qū)動下，新晶粒會發(fā)長大過程，在晶界界面能的驅(qū)動下，新晶粒會發(fā)生合并長大，最終達到一個相對穩(wěn)定的尺寸。生合并長大，最終達到一個相對穩(wěn)定的尺寸。8冷變形金屬在加熱時的性能變化冷變形金屬在加熱時的性能變化A：強度、硬度和塑性：強度、硬度和塑性 strength, hardness and du

6、ctility：回復(fù)階段變化非常小，再結(jié)晶時硬度降低，塑性升高，晶回復(fù)階段變化非常小，再結(jié)晶時硬度降低，塑性升高，晶粒長大后趨于緩慢粒長大后趨于緩慢。9B：電阻率：電阻率resistivity：其大小與點陣其大小與點陣中的點缺陷密切相關(guān)，隨溫度升高，中的點缺陷密切相關(guān)，隨溫度升高，空位濃度下降，故電阻率呈現(xiàn)連續(xù)空位濃度下降，故電阻率呈現(xiàn)連續(xù)下降趨勢下降趨勢。C：內(nèi)應(yīng)力：內(nèi)應(yīng)力inner stress：回復(fù)之后，回復(fù)之后，宏觀內(nèi)應(yīng)力基本消除，微觀內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力基本消除，微觀內(nèi)應(yīng)力部分消除；再結(jié)晶后，冷變形造成部分消除；再結(jié)晶后，冷變形造成的內(nèi)應(yīng)力全部消除的內(nèi)應(yīng)力全部消除。D：密度：密度dens

7、ity：密度在再結(jié)晶階段急劇增加，主要是密度在再結(jié)晶階段急劇增加，主要是由于此時位錯密度顯著降低造成的由于此時位錯密度顯著降低造成的。E：儲能的釋放：儲能的釋放energy release：當(dāng)加熱到足以引起應(yīng)力松當(dāng)加熱到足以引起應(yīng)力松弛的溫度時，儲能就釋放出來，再結(jié)晶階段儲能釋放最弛的溫度時，儲能就釋放出來，再結(jié)晶階段儲能釋放最多，達到峰值多，達到峰值。10黃銅的回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大黃銅的回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大(a) (b)(c)(d)(e) (f)（a）是黃銅冷加工變形量達到）是黃銅冷加工變形量達到38后的組織，可見粗大晶粒內(nèi)的滑移線。后的組織，可見粗大晶粒內(nèi)的滑移線。（b）經(jīng)過）經(jīng)過58

8、0C保溫保溫3秒后，試樣上秒后，試樣上開始出現(xiàn)白色小的顆粒，即再結(jié)晶出開始出現(xiàn)白色小的顆粒，即再結(jié)晶出的新的晶粒。的新的晶粒。（c）是在）是在580C保溫保溫4秒后，顯示有秒后，顯示有更多新的晶粒出現(xiàn)。更多新的晶粒出現(xiàn)。（d）在）在580C保溫保溫8秒后，粗大的帶秒后，粗大的帶有滑移線的晶粒已完全被細小的新晶有滑移線的晶粒已完全被細小的新晶粒所取代，即完成了再結(jié)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。晶分后的金相組織。晶粒已有所長大。粒已有所長大。（f）則是在）則是在700C保溫保溫10分后晶粒長分后晶粒長大的情形。大的情形。11退火溫度與黃銅退火溫度與黃銅強度、

9、塑性和晶強度、塑性和晶粒大小的關(guān)系粒大小的關(guān)系拉伸強度拉伸強度延展性延展性退火溫度退火溫度晶粒大小晶粒大小拉伸強度拉伸強度退火溫度愈高晶退火溫度愈高晶粒長得愈大，拉粒長得愈大，拉伸強度下降得愈伸強度下降得愈多，塑性則增加多，塑性則增加得愈多。得愈多。12 回復(fù)回復(fù)是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺錯近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合并而使缺陷數(shù)陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等。量減少等。l由于位錯運動使其由冷塑性變由于位錯

10、運動使其由冷塑性變形時的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植?，形時的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植迹纬蓙喚Ы?，這一過程稱形成亞晶界，這一過程稱多邊多邊形化形化 polygonization。5.2 回復(fù)回復(fù)recovery13回復(fù)機理回復(fù)機理 recovery mechanism 移至晶界、位錯處移至晶界、位錯處點缺陷運動點缺陷運動 空位間隙原子空位間隙原子 消失消失 缺陷密度降低缺陷密度降低 空位聚集（空位群、對）空位聚集（空位群、對）1 1 低溫回復(fù)機制低溫回復(fù)機制 點缺陷的運動！點缺陷的運動！14 異號位錯相遇而抵銷異號位錯相遇而抵銷 位錯密度降低位錯密度降低位錯滑移位錯滑移 位錯纏結(jié)重新排列位錯纏結(jié)重新排列

11、亞晶規(guī)整化亞晶規(guī)整化2 2 中溫回復(fù)機制中溫回復(fù)機制 位錯滑移！位錯滑移！15位錯攀移位錯攀移（滑移）（滑移） 位錯垂直排列（亞晶界）位錯垂直排列（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。3 3 高溫回復(fù)機制高溫回復(fù)機制 位錯攀移和滑移！位錯攀移和滑移！16回回 復(fù)復(fù) 動動 力力 學(xué)學(xué) recovery kineticsR 屈服強度回復(fù)率屈服強度回復(fù)率 m 變形后屈服強度變形后屈服強度 r 回復(fù)后屈服強度回復(fù)后屈服強度 0 原始態(tài)的屈服強度原始態(tài)的屈服強度0mrmR（1-R）愈小，即）愈小，即R 愈大，則回復(fù)程度愈大；愈大，則回復(fù)程度愈大； 回復(fù)過程無孕育期

12、，加熱立刻開始回復(fù)；回復(fù)過程無孕育期，加熱立刻開始回復(fù)； 初期的回復(fù)速率大，隨后逐漸變慢；初期的回復(fù)速率大，隨后逐漸變慢； 長時間退火后，性能出現(xiàn)一平衡值；長時間退火后，性能出現(xiàn)一平衡值； 預(yù)變形量愈大，起始回復(fù)速率愈大。預(yù)變形量愈大，起始回復(fù)速率愈大。1.00.80.60.40.20100200300400500oC450oC400oC350oC300oC時間時間/min./min.剩余應(yīng)變硬化分數(shù)（剩余應(yīng)變硬化分數(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)是一個馳豫過程回復(fù)是一個馳豫過程( (relaxation process)17 在回復(fù)階段

13、，金屬組織變化在回復(fù)階段，金屬組織變化不明顯，其強度、硬度略有不明顯，其強度、硬度略有下降，塑性略有提高，但內(nèi)下降，塑性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降。應(yīng)力、電阻率等顯著下降。 工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這定組織又保留加工硬化，這種熱處理方法稱種熱處理方法稱去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火relief annealing。18 回復(fù)階段退火的作用：回復(fù)階段退火的作用： 提高擴散提高擴散 促進位錯運動促進位錯運動 釋放內(nèi)應(yīng)變能釋放內(nèi)應(yīng)變能回復(fù)退火產(chǎn)生的結(jié)果：回復(fù)退火產(chǎn)生的結(jié)果： 電阻率下降電阻率下降硬度、強度下

14、降不多硬度、強度下降不多 降低內(nèi)應(yīng)力降低內(nèi)應(yīng)力19 當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增大，當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增大，晶粒的形狀：晶粒的形狀：破碎拉長的晶粒破碎拉長的晶粒 等軸晶粒等軸晶粒。 這種冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程稱這種冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程稱再結(jié)晶再結(jié)晶。 再結(jié)晶是一個晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶是一個晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。5.3 再結(jié)晶再結(jié)晶 recrystallization20 由于再結(jié)晶后組織的復(fù)

15、原，因而金屬的強度、硬由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而金屬的強度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。驅(qū)動力：驅(qū)動力：變形金屬經(jīng)回復(fù)后未被變形金屬經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲存能（相當(dāng)于變形總儲釋放的儲存能（相當(dāng)于變形總儲能的能的90%）。）。新晶粒長大通過短程擴散，再結(jié)晶程度依賴于新晶粒長大通過短程擴散，再結(jié)晶程度依賴于溫度和時間。溫度和時間。再結(jié)晶的驅(qū)動力？再結(jié)晶的驅(qū)動力？21鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱22新晶粒的形核新晶粒的形核形核：形核：是在現(xiàn)存的局部高能區(qū)域內(nèi)，以多邊化形成是在現(xiàn)存的局部高能區(qū)域內(nèi)，以多邊化形成 的的亞晶亞晶為

16、基礎(chǔ)形核為基礎(chǔ)形核變形程度較小變形程度較小 時（小于時（小于20%20%），），各晶粒間由于變形不均勻而引起各晶粒間由于變形不均勻而引起位錯密度不同，相應(yīng)亞晶尺寸不位錯密度不同，相應(yīng)亞晶尺寸不同，為降低系統(tǒng)的自由能，位錯同，為降低系統(tǒng)的自由能，位錯密度小的晶粒中的亞晶通過晶界密度小的晶粒中的亞晶通過晶界凸入另外晶粒中，以吞食方式開凸入另外晶粒中，以吞食方式開始形成無畸變的再結(jié)晶晶核。始形成無畸變的再結(jié)晶晶核。1. 晶界弓出形核（應(yīng)變誘導(dǎo)晶界移動、凸出形核）晶界弓出形核（應(yīng)變誘導(dǎo)晶界移動、凸出形核）形核機制形核機制232. 亞晶形核：變形程度較大時發(fā)生此機制，又分為兩種亞晶形核：變形程度較大時發(fā)

17、生此機制，又分為兩種（a）亞晶合并機制亞晶合并機制：相鄰亞晶界上的相鄰亞晶界上的位錯網(wǎng)絡(luò)通過解離、拆散、位錯網(wǎng)絡(luò)通過解離、拆散、位錯的攀移、滑移位錯的攀移、滑移，逐漸轉(zhuǎn)移到周圍其它亞晶界上，導(dǎo)致，逐漸轉(zhuǎn)移到周圍其它亞晶界上，導(dǎo)致亞晶亞晶合并合并。（b）亞晶遷移機制：亞晶遷移機制：位錯密度較大的位錯密度較大的亞晶界亞晶界，向位向差較大的，向位向差較大的周圍亞晶方向周圍亞晶方向遷移遷移，并逐漸轉(zhuǎn)化為，并逐漸轉(zhuǎn)化為大角晶界大角晶界，成為形核中心并，成為形核中心并長大。長大。（a）（b）24再結(jié)晶的形核率和長大速率再結(jié)晶的形核率和長大速率再結(jié)晶的形核率再結(jié)晶的形核率是指單位時間、單位體積內(nèi)形成的是指單

18、位時間、單位體積內(nèi)形成的再結(jié)晶核心的數(shù)目，一般用再結(jié)晶核心的數(shù)目，一般用N表示；晶核一旦形成便表示；晶核一旦形成便會繼續(xù)長大至相鄰晶粒彼此相遇，會繼續(xù)長大至相鄰晶粒彼此相遇，長大速率長大速率用用G表示。表示。25 變形程度變形程度的影響：的影響：冷變形越大，儲能越多，驅(qū)動力越大，冷變形越大，儲能越多，驅(qū)動力越大， 長大越快，長大越快，T T再再越低越低 再再 結(jié)結(jié) 晶的形核與長大都受到晶的形核與長大都受到儲存能的驅(qū)動儲存能的驅(qū)動，主要影，主要影響因素有：響因素有：原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸：晶粒越細，變形抗力越大，變形后的：晶粒越細，變形抗力越大，變形后的儲能越高，儲能越高，T T再再越低；越低

19、；微量溶質(zhì)原子微量溶質(zhì)原子：易與位錯交互作用，阻礙形核和長大，：易與位錯交互作用，阻礙形核和長大，提高提高T T再再；第二相粒子第二相粒子：可提高、或降低再結(jié)晶溫度；：可提高、或降低再結(jié)晶溫度；退火工藝退火工藝：加熱速度、加熱溫度、保溫時間等工藝參數(shù)：加熱速度、加熱溫度、保溫時間等工藝參數(shù)的影響。的影響。26再結(jié)晶動力學(xué)再結(jié)晶動力學(xué)再結(jié)晶體積分數(shù)再結(jié)晶體積分數(shù) vs. 時間時間長大速率。形核率；再結(jié)晶體積分數(shù)；)3exp(143GNtGNRR常數(shù)。常數(shù)；再結(jié)晶體積分數(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

20、：）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、G不隨時間改變、恒溫不隨時間改變、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隨時間指數(shù)衰減、恒溫隨時間指數(shù)衰減、恒溫27再結(jié)晶再結(jié)晶 1) 1) 再結(jié)晶過程有孕育期；再結(jié)晶過程有孕育期；2) 再結(jié)晶剛開始速度慢，逐步加快，到再結(jié)晶分數(shù)再結(jié)晶剛開始速度慢，逐步加快，到再結(jié)晶分數(shù)為為50%時速度最快，隨后逐漸變慢時速度最快，隨后逐漸變慢 再結(jié)晶的特點再結(jié)晶的特點28再結(jié)晶再結(jié)晶 與與 固態(tài)相變固態(tài)相變 異同異同S型曲線型曲線轉(zhuǎn)變率轉(zhuǎn)變率 時間時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)變率時間

21、（對數(shù)形式）時間（對數(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)； 兩者動力學(xué)過程相兩者動力學(xué)過程相似。似。固態(tài)相變固態(tài)相變再結(jié)晶再結(jié)晶29再再 結(jié)結(jié) 晶晶 溫溫 度度recrystallization temperature定義定義1：冷變形金屬開始進行再結(jié)晶的冷變形金屬開始進行再結(jié)晶的最低溫度最低溫度。定義定義2：工業(yè)生產(chǎn)中，以經(jīng)過工業(yè)生產(chǎn)中，以經(jīng)過大變形量大變形量（70%以上）的變形以上）的變形金屬，經(jīng)金屬，經(jīng)1h退火后

22、完成退火后完成再結(jié)晶（再結(jié)晶（ R 95%）所所對應(yīng)的溫度對應(yīng)的溫度。 再結(jié)晶不是一個恒溫過程，它是自某一溫度開始，再結(jié)晶不是一個恒溫過程，它是自某一溫度開始，在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)進行的過程，在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)進行的過程，發(fā)生再結(jié)晶發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。30T再再與與的關(guān)系的關(guān)系影響再結(jié)晶溫度的因素：影響再結(jié)晶溫度的因素： 1、金屬的預(yù)先變形度：、金屬的預(yù)先變形度：金屬預(yù)先變形程度越大金屬預(yù)先變形程度越大, 再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度越低。越低。當(dāng)變形度達到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，當(dāng)變形度達到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。稱最

23、低再結(jié)晶溫度。 純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點之純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點之間的近似關(guān)系間的近似關(guān)系: T再再(0.35-0.4)T熔熔， 其其中中T再再、T熔熔為絕對溫度為絕對溫度K. 金屬熔點越高金屬熔點越高, T再再也越高也越高.T再再 = (T熔熔+273)0.4273，如，如Fe的的T再再=(1538+273)0.4273=451Fe的再結(jié)晶溫度？的再結(jié)晶溫度？312、金屬的純度、金屬的純度 金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點元素起阻礙擴金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點元素起阻礙擴散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高. eg. C

24、 加入到純加入到純Fe中變成低中變成低C鋼，再結(jié)晶溫度變?yōu)殇摚俳Y(jié)晶溫度變?yōu)?40 。325、加熱速度和保溫時間、加熱速度和保溫時間 提高加熱速度會使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生提高加熱速度會使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生, 延長加熱時延長加熱時間間, 使原子擴散充分使原子擴散充分, 再結(jié)晶溫度降低。再結(jié)晶溫度降低。 生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火recrystallization annealing。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高度高100200。 3. 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸：晶粒越細，再結(jié)晶溫度越低；：晶粒越細，再

25、結(jié)晶溫度越低；4.第二相粒子第二相粒子：可提高、或降低再結(jié)晶溫度；：可提高、或降低再結(jié)晶溫度；33再結(jié)晶后晶粒的大小再結(jié)晶后晶粒的大小形核率長大速率常數(shù);)(41NGNGd由約翰遜由約翰遜-梅厄方梅厄方程得再結(jié)晶晶粒程得再結(jié)晶晶粒尺寸尺寸d 為：為：（a）變形度的影響變形度的影響（b）溫度的影響溫度的影響影響因素影響因素34預(yù)先變形度的影響，實質(zhì)上是變形均勻程度的影響預(yù)先變形度的影響，實質(zhì)上是變形均勻程度的影響.當(dāng)變形度很小時，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶當(dāng)變形度很小時，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶.當(dāng)變形達到當(dāng)變形達到210%時，只有部分晶粒變形，變形極不均勻，再結(jié)晶晶粒大時，只有部分晶粒變

26、形，變形極不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易互相吞并和長大小相差懸殊，易互相吞并和長大,再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個變形度稱臨再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個變形度稱臨界變形度。界變形度。1、預(yù)先變形度、預(yù)先變形度當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來越均勻，程度增加，變形越來越均勻，再結(jié)晶時形核量大而均勻，使再結(jié)晶時形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細而均勻，達到再結(jié)晶后晶粒細而均勻，達到一定變形量之后，晶粒度基本一定變形量之后，晶粒度基本不變。對于某些金屬，當(dāng)變形不變。對于某些金屬，當(dāng)變形量相當(dāng)大時量相當(dāng)大時( 90%)，再結(jié)晶后，再結(jié)晶后晶粒又重新出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，一晶粒

27、又重新出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，一般認為這與形成織構(gòu)有關(guān)般認為這與形成織構(gòu)有關(guān).預(yù)先變形度對再結(jié)晶晶粒度的影響預(yù)先變形度對再結(jié)晶晶粒度的影響再結(jié)晶晶粒大小的控制（晶粒大小變形量關(guān)系圖）再結(jié)晶晶粒大小的控制（晶粒大小變形量關(guān)系圖）352 2 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸: :晶粒越小，驅(qū)動力越大，形核位置越多，晶粒越小，驅(qū)動力越大，形核位置越多，使晶粒細化。使晶粒細化。3 3 合金元素和雜質(zhì)合金元素和雜質(zhì): : 增加儲存能，阻礙晶界移動，有利于晶增加儲存能，阻礙晶界移動，有利于晶粒細化。粒細化。4 4 溫度溫度: :退火溫度越高，回復(fù)程度越大，儲存能減小，晶粒退火溫度越高，回復(fù)程度越大，儲存能減小，晶粒粗化；同

28、時臨界變形度越小，晶粒粗大。粗化；同時臨界變形度越小，晶粒粗大。再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響溫度的影響溫度的影響36再結(jié)晶全圖再結(jié)晶全圖 ：再結(jié)晶退火溫度再結(jié)晶退火溫度- -變形量變形量- -再結(jié)晶后晶粒尺寸關(guān)系再結(jié)晶后晶粒尺寸關(guān)系 臨界變形區(qū)臨界變形區(qū)37再結(jié)晶的應(yīng)用再結(jié)晶的應(yīng)用 恢復(fù)變形能力恢復(fù)變形能力 改善顯微組織改善顯微組織 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 消除各向異性消除各向異性 提高組織穩(wěn)定性提高組織穩(wěn)定性 再結(jié)晶退火溫度：再結(jié)晶退火溫度：T再再100200。 38Plastic deformationWork hardeningResidual stress加熱

29、溫度加熱溫度 5th Annealing Recovery Recrystallization Grain growth39Recovery？Recrystallization？Influencing factorsDrivingRecrystallization temperatureNuclear5th回復(fù)退火產(chǎn)生的結(jié)果：回復(fù)退火產(chǎn)生的結(jié)果： 電阻率下降電阻率下降硬度、強度下降不多硬度、強度下降不多 降低內(nèi)應(yīng)力降低內(nèi)應(yīng)力回復(fù)退火產(chǎn)生的結(jié)果：回復(fù)退火產(chǎn)生的結(jié)果： 消除加工硬化消除加工硬化改善顯微組織改善顯微組織消除各向異性消除各向異性提高組織穩(wěn)定性提高組織穩(wěn)定性40黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大黃銅

30、再結(jié)晶后晶粒的長大580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580580C C保溫保溫1515分后的組織分后的組織700700C C保溫保溫1010分后的組織分后的組織5.4 再結(jié)晶后的晶粒長大再結(jié)晶后的晶粒長大grain growth 再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時間，將發(fā)生晶粒長大，或延長保溫時間，將發(fā)生晶粒長大，這是一個自發(fā)的過程。這是一個自發(fā)的過程。41 驅(qū)驅(qū) 動動 力：力：界面能差界面能差 長大方式：長大方式： 正常長大；正常長大； 異常長大（二次再結(jié)晶）異常長大（二次再結(jié)晶）42晶粒長大晶粒長大 Grain growth 正常長大正常長大

31、正常長大：正常長大：大多數(shù)晶粒幾乎同時長大，晶粒長大的驅(qū)大多數(shù)晶粒幾乎同時長大，晶粒長大的驅(qū)動力是降低其界面能，晶粒界面的動力是降低其界面能，晶粒界面的不同曲率不同曲率是造成界面是造成界面遷移的直接原因，界面總是遷移的直接原因，界面總是向曲率中心的方向移動向曲率中心的方向移動。晶界運動方向晶界運動方向原子擴散方向原子擴散方向晶粒長大示意圖晶粒長大示意圖43 晶粒的長大是通過晶界遷移進行的，是大晶粒吞并晶粒的長大是通過晶界遷移進行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。小晶粒的過程。 晶粒粗大會使金屬的強度、尤其是塑性和韌性降低晶粒粗大會使金屬的強度、尤其是塑性和韌性降低 。原子穿過原子穿過晶界擴散晶界擴

32、散晶界遷晶界遷移方向移方向44影響晶粒長大的因素影響晶粒長大的因素(1)(1)溫度溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。(2)(2)分散相粒子分散相粒子。阻礙晶界遷移，降低晶粒長大速率。阻礙晶界遷移，降低晶粒長大速率。(3)(3)雜質(zhì)與合金元素雜質(zhì)與合金元素?！皻鈭F氣團”作釘扎晶界作釘扎晶界, ,不利于晶界移動。不利于晶界移動。(4)(4)晶粒位向差晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，。小角度晶界的界面能小于大角度晶界， 因而前者的移動速率低于后者。因而前者的移動速率低于后者。45晶粒長大晶粒長大 Grain growth 異異常長大常長大 異常長

33、大（不連續(xù)晶粒長大、二次再結(jié)晶）：異常長大（不連續(xù)晶粒長大、二次再結(jié)晶）： 少數(shù)晶粒突發(fā)性不均勻長大少數(shù)晶粒突發(fā)性不均勻長大，使晶粒之間尺寸差別顯著增，使晶粒之間尺寸差別顯著增大，直至這些迅速長大的晶粒完全相互接觸為止。大，直至這些迅速長大的晶粒完全相互接觸為止。 形成條件：形成條件：正常晶粒長大過程被正常晶粒長大過程被分散相粒子分散相粒子、織構(gòu)織構(gòu)或或表面熱蝕溝表面熱蝕溝等等強烈阻強烈阻礙礙，能夠長大的晶粒，能夠長大的晶粒數(shù)目較少，致使晶粒數(shù)目較少，致使晶粒大小相差懸殊。大小相差懸殊。46 各向異性各向異性 織構(gòu)明顯織構(gòu)明顯 優(yōu)化磁導(dǎo)率優(yōu)化磁導(dǎo)率 對組織和性能的影響對組織和性能的影響 晶粒大

34、小不均晶粒大小不均 性能不均性能不均 降低強度和塑韌性降低強度和塑韌性 晶粒粗大晶粒粗大 提高表面粗糙度提高表面粗糙度47Mg-3Al-0.8ZnMg-3Al-0.8Zn合金退火組織合金退火組織 a a 正常再結(jié)晶，正常再結(jié)晶，b b 晶粒長大，晶粒長大，c c 二次再結(jié)晶二次再結(jié)晶 48再結(jié)晶退火的組織再結(jié)晶退火的組織1 1 再結(jié)晶織構(gòu)再結(jié)晶織構(gòu): :對于變形織構(gòu)的金屬及合金，退火可對于變形織構(gòu)的金屬及合金，退火可將形變織構(gòu)消除，也可形成新織構(gòu)。將形變織構(gòu)消除，也可形成新織構(gòu)。 擇優(yōu)形核（沿襲形變織構(gòu)）擇優(yōu)形核（沿襲形變織構(gòu)） 擇優(yōu)生長（特殊位向的再結(jié)晶晶核快速長大）擇優(yōu)生長（特殊位向的再結(jié)

35、晶晶核快速長大）2 2 退火孿晶退火孿晶: :因晶界遷移出現(xiàn)層錯形成的。因晶界遷移出現(xiàn)層錯形成的。700700C C保溫保溫1010分后的組織分后的組織49軋制軋制模鍛模鍛拉拔拉拔自自由由鍛鍛熱加工熱加工505.5 金屬的熱加工金屬的熱加工1 冷加工與熱加工的區(qū)別冷加工與熱加工的區(qū)別低于低于再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度的加工變形稱為冷加工的加工變形稱為冷加工高于高于再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度的加工變形稱為熱加工的加工變形稱為熱加工熱加工：熱加工： 加工硬化加工硬化 動態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶動態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶 Fe 的再結(jié)晶溫度為的再結(jié)晶溫度為451，其在，其在400 以下仍為冷加工。以下仍為冷加工。 而而 Sn 的再

36、結(jié)晶溫度為的再結(jié)晶溫度為-71，則其在室溫下為熱加工。，則其在室溫下為熱加工。軟化軟化抵消抵消51金屬的冷熱加工金屬的冷熱加工模鍛模鍛自由鍛自由鍛軋制軋制正擠壓正擠壓反擠壓反擠壓拉拔拉拔沖壓沖壓52動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶 1 1 動態(tài)回復(fù)：在塑變過程中發(fā)生的回復(fù)。動態(tài)回復(fù)：在塑變過程中發(fā)生的回復(fù)。 2 2 動態(tài)再結(jié)晶：在塑變過程中發(fā)生的再結(jié)晶。動態(tài)再結(jié)晶：在塑變過程中發(fā)生的再結(jié)晶。 特點特點 反復(fù)形核，有限長大，晶粒較細。反復(fù)形核，有限長大，晶粒較細。 包含亞晶粒，位錯密度較高，強度硬度高。包含亞晶粒，位錯密度較高，強度硬度高。 應(yīng)用：采用低的變形終止溫度、大的最終變形量、應(yīng)

37、用：采用低的變形終止溫度、大的最終變形量、 快的冷卻速度可獲得細小晶粒?？斓睦鋮s速度可獲得細小晶粒。532 熱加工對金屬組織和性能的影響熱加工對金屬組織和性能的影響 熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細化，力或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細化，力學(xué)性能提高。學(xué)性能提高。 熱加工使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜熱加工使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長，形成彼此平行的沿變形方向拉長，形成彼此平行的宏觀條紋，稱作宏觀條紋，稱作流線流線，由這種流線，由這種流線體現(xiàn)的組織稱體現(xiàn)的組

38、織稱纖維組織纖維組織。它使鋼產(chǎn)它使鋼產(chǎn)生各向異性，在制定加工工藝時，生各向異性，在制定加工工藝時，應(yīng)使流線分布合理，盡量與拉應(yīng)力應(yīng)使流線分布合理，盡量與拉應(yīng)力方向一致。方向一致。 吊鉤中的纖維組織吊鉤中的纖維組織54 在加工亞共析鋼時，發(fā)現(xiàn)鋼中的在加工亞共析鋼時，發(fā)現(xiàn)鋼中的F與與P呈帶狀分布，呈帶狀分布，這種組織稱這種組織稱帶狀組織帶狀組織。 帶狀組織與枝晶偏析被沿加工方向拉長有關(guān)?？赏◣罱M織與枝晶偏析被沿加工方向拉長有關(guān)?？赏ㄟ^多次正火或擴散退火消除過多次正火或擴散退火消除.正火組織正火組織帶狀組織帶狀組織55晶粒大小的控制。熱加工時動態(tài)再結(jié)晶的晶粒大小晶粒大小的控制。熱加工時動態(tài)再結(jié)晶的

39、晶粒大小主要取決于變形時的流變應(yīng)力，應(yīng)力越大，晶粒越主要取決于變形時的流變應(yīng)力，應(yīng)力越大，晶粒越細小。添加微量的合金元素可抑制熱加工后的靜態(tài)細小。添加微量的合金元素可抑制熱加工后的靜態(tài)再結(jié)晶，熱加工后的細晶材料具有較高的強韌性。再結(jié)晶，熱加工后的細晶材料具有較高的強韌性。56 熱加工能量消耗小，但鋼材表面易氧化。一般熱加工能量消耗小，但鋼材表面易氧化。一般用于截面尺寸大用于截面尺寸大、變形量大、在室溫下加工困難變形量大、在室溫下加工困難的工件。的工件。 而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光潔度要求高的工件。精度及表面光潔度要求高的工件。5

40、73 3 超塑性超塑性 superplasticity超塑性：某些材料在特定變形條件下呈現(xiàn)的特別大的超塑性：某些材料在特定變形條件下呈現(xiàn)的特別大的 延伸率延伸率500-2000 %。條件：晶粒細小、溫度范圍（條件：晶粒細小、溫度范圍（0.50.65Tm）、應(yīng)變速率?。?、應(yīng)變速率小 （10.01%/s）。）。本質(zhì)：多數(shù)觀點認為是由晶界的滑動和晶粒的轉(zhuǎn)動所致。本質(zhì)：多數(shù)觀點認為是由晶界的滑動和晶粒的轉(zhuǎn)動所致。應(yīng)用：復(fù)雜零件的精密成形；難于熱變形材料的加工。應(yīng)用：復(fù)雜零件的精密成形；難于熱變形材料的加工。 58 超塑性材料的組織結(jié)構(gòu)特點：超塑性材料的組織結(jié)構(gòu)特點：A 超塑性變形時盡管變形量很大，但晶

41、粒沒有被拉長，超塑性變形時盡管變形量很大，但晶粒沒有被拉長，仍保持等軸狀；仍保持等軸狀；B 超塑性變形沒有晶內(nèi)滑移和位錯密度的變化；超塑性變形沒有晶內(nèi)滑移和位錯密度的變化；C超塑性變形過程中晶粒有所長大，且形變量越大，超塑性變形過程中晶粒有所長大，且形變量越大，應(yīng)變速率越小，晶粒長大越明顯；應(yīng)變速率越小，晶粒長大越明顯；D超塑性變形時產(chǎn)生晶粒換位，使晶粒趨于無規(guī)則排超塑性變形時產(chǎn)生晶粒換位，使晶粒趨于無規(guī)則排列，可消除再結(jié)晶織構(gòu)和帶狀組織。列，可消除再結(jié)晶織構(gòu)和帶狀組織。59 超塑性合金材料種類：超塑性合金材料種類： 最常用的鋁、鎳、銅、鐵、合金均有最常用的鋁、鎳、銅、鐵、合金均有1015個牌

42、號，它們的延伸率在個牌號，它們的延伸率在2002000之之間。如鋁鋅共晶合金為間。如鋁鋅共晶合金為1000，鋁銅共晶，鋁銅共晶合金為合金為1150，純鋁高達，純鋁高達6000，碳和不，碳和不銹鋼在銹鋼在150800之間，鈦合金在之間，鈦合金在4501000之間。之間。 60金屬經(jīng)過塑性變形后金屬經(jīng)過塑性變形后回復(fù)回復(fù)加工硬化加工硬化殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 退化處理退化處理再結(jié)晶再結(jié)晶晶粒長大晶粒長大特點特點特點特點晶粒形核和長大晶粒形核和長大再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度長大特點長大特點本章小結(jié)本章小結(jié)61Laws of recrystallizationThere are several, largely

43、empirical laws of recrystallization:Thermally activated. The rate of the microscopic mechanisms controlling the nucleation and growth of recrystallised grains depend on the annealing temperature. Arrhenius-type equations indicate an exponential relationship. 62Critical temperature. Following from th

44、e previous rule it is found that recrystallization requires a minimum temperature for the necessary atomic mechanisms to occur. This recrystallization temperature decreases with annealing time. Critical deformation. The prior deformation applied to the material must be adequate to provide nuclei and

45、 sufficient stored energy to drive their growth. 63Laws of recrystallization(cont)There are several, largely empirical laws of recrystallization:Deformation affects the critical temperature. Increasing the magnitude of prior deformation, or reducing the deformation temperature, will increase the sto

46、red energy and the number of potential nuclei. As a result the recrystallization temperature will decrease with increasing deformation. 64Initial grain size affects the critical temperature. Grain boundaries are good sites for nuclei to form. Since an increase in grain size results in fewer boundaries this results in a decrease in the nucleation rate and hence an increase in the recrystallization temperature Deformation affects the final grain size. Increasing