材料的形變與再結(jié)晶

第五局部材料的形變和再結(jié)晶在自由焓較高的狀態(tài)；分析爭(zhēng)論材料在外力作用下的塑性變形過程、機(jī)理、組織構(gòu)造與性能的影響規(guī)律，各種內(nèi)外因?qū)ψ冃蔚挠绊懠白冃尾牧显诩訜徇^程中產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶現(xiàn)象，不僅對(duì)正確選擇掌握材料的加工工藝，保證產(chǎn)品質(zhì)量是格外必要的，而且對(duì)合理使用材料，研制和進(jìn)展材料也是很重要的。(材料受力后要發(fā)生變形，外力較小時(shí)發(fā)生彈性變形，外力較大時(shí)產(chǎn)生(〔σ〔ε曲線。

彈性極限； )：e s 0.2屈服強(qiáng)度；

：抗拉強(qiáng)度〔斷裂強(qiáng)度。b材料的變形形式有：彈性變形、塑性變形、黏性流淌。其次節(jié)彈性變形和黏彈性彈性變形本質(zhì)是原子間的相互作用在平衡位置四周的表達(dá)。彈性變形的主要特征：①抱負(fù)的彈性變形是可逆變形；②在彈性變形范圍內(nèi)，其應(yīng)力與應(yīng)變之間都保持單值線性函數(shù)關(guān)系，即聽從胡克定律；③材料的最大彈性變形量隨材料不同而異。胡克定律：

E

，G

G E， ，表征材料的側(cè)向收縮力量，在拉伸試驗(yàn)中指材料的橫向收縮率與縱向伸長(zhǎng)率的比值，對(duì)于0.25～0.35〔E種加工處理都不能對(duì)某種材料的彈性模量產(chǎn)生明顯的影響。工程上，彈性模量是材料剛度的度量。彈性的不完整性☆彈性的不完整性：在彈性變形時(shí)，可能消滅加載線與卸載線不重合，應(yīng)變的進(jìn)展跟不上應(yīng)力的變化等有別于抱負(fù)彈性變形特點(diǎn)的現(xiàn)象。彈性不完整性現(xiàn)象包括包申格效應(yīng)、彈性后效、彈性滯后和循環(huán)韌性等。包申格效應(yīng)考察預(yù)變形對(duì)彈性極限的影響，常見于多晶金屬材料；彈性后效〔滯彈性〕考察恒應(yīng)力下的ξ—t);彈性滯后考察連續(xù)周期性應(yīng)力下的應(yīng)變滯后現(xiàn)象(σ—t)；加載時(shí)消耗于材料的變形功與卸載時(shí)材料恢復(fù)所釋放的變形功的差值稱，其大小可用彈性滯后環(huán)的面積度量。黏彈性指非晶態(tài)固體和液體在很小的外力作用下，會(huì)發(fā)生沒有確定外形的流變，并且在外力去除后，形變不能回復(fù)；黏彈性變形既與時(shí)間有關(guān)，又具有可回復(fù)的彈性變形的性質(zhì)，即具有彈性和黏性兩個(gè)方面的特征。牛頓黏性定律：

ddt

ddt：應(yīng)變速率；

：黏度系數(shù)〔Pa·S〕:反映流體的內(nèi)摩擦力大小，解釋黏彈性的模型：☆①麥克斯韋〔Maxwell〕(t)

exp(o

Et)

texp( )o ”

”E

稱松弛常數(shù)。此式用于解釋松弛現(xiàn)象。②瓦依特〔Voigt〕模型：模型的導(dǎo)出過程：

(t)Eddt

此式用于描述蠕變回復(fù)、彈性后效和彈性記憶等過程。dMaxwelld

d d

dt d 依據(jù)胡克定律、牛頓黏性定律有E，dt

dt

E ，dt

。2 2 d1

2 d d d對(duì)串聯(lián)型有 0

dt

dt1

dt 0； dtddt 0EE

d E dt

d 0

tEdt得0得 exp( t) 0

”E上式即為麥克斯韋模型公式。ddtE(t)Eddt1.單晶體的塑性變形

11

22〔多指多晶體?；茖?duì)滑移帶和滑移線的觀看解釋晶體塑性變形的不均勻性；一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向合起來(lái)叫做一個(gè)滑移系；滑移的臨界分切應(yīng)力：當(dāng)外力的分切應(yīng)力到達(dá)一個(gè)臨界值，某一滑移系會(huì)優(yōu)先發(fā)生滑移，此分切應(yīng)力即為滑移的臨界分切應(yīng)力?；谱冃蔚奶攸c(diǎn)：①非均勻性切變；②晶面滑動(dòng)過程中伴隨有晶面轉(zhuǎn)動(dòng)。滑移的臨界分切應(yīng)力定律：

Fcoscosc A

coscos☆s s：正應(yīng)力/coscos為施密特因子，F(xiàn)為滑移F的夾角。溫度等因素有關(guān)。多系滑移：在兩組或兩組以上的滑移面上同時(shí)進(jìn)展的滑移現(xiàn)象。單晶體滑移過程中的晶面滑動(dòng)現(xiàn)象：①單晶體受拉伸時(shí)，滑移面對(duì)平行與軸向方向移動(dòng)；②單晶體受壓變形時(shí)，滑移面對(duì)垂直于軸向方向移動(dòng)?；频奈诲e(cuò)機(jī)制：☆逐步進(jìn)展的。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力：點(diǎn)陣阻力〔P-N力、位錯(cuò)交互作用力、位錯(cuò)交割產(chǎn)生的扭折和割階對(duì)位錯(cuò)的定扎作用、位錯(cuò)與其它晶體間的交互作用。P-N：☆ 2G

exp[

G 2W2] exp[ ]2PN 1v (1v)b 1v bddbv：泊松比；W孿生

1v

：位錯(cuò)寬度。孿生變形的特點(diǎn)：①均勻切變；②通常發(fā)生于滑移受阻的應(yīng)力集中區(qū)；③孿晶的兩局部晶體形成鏡面對(duì)稱的位相關(guān)系。CdMg孿生本身對(duì)晶體變形量的直接奉獻(xiàn)是較小的，但是，由于孿晶的形成，轉(zhuǎn)變了晶體的位相，使其中某些原處于不利的滑移系轉(zhuǎn)換到有利于發(fā)生滑移的位置，從而可以激發(fā)進(jìn)一步的滑移和晶體變形，孿晶是通過位錯(cuò)增殖的極軸機(jī)制形成的。密排構(gòu)造金屬發(fā)生孿生時(shí)，孿晶面和孿生方向分別如下： Fcc:{111112

1011；Bcc:{112111依據(jù)孿晶的形成緣由孿晶可分為：機(jī)械孿晶〔透鏡狀或片狀、生長(zhǎng)孿晶面為界橫貫整個(gè)晶粒，即界面平坦。單晶材料拉伸曲線特點(diǎn)及其成因：孿生變形過程可分為形核和擴(kuò)展兩個(gè)階段，晶體變形時(shí)，先以極快的速度爆發(fā)出薄片孿晶〔通常稱為晶核使孿晶增寬。一般狀況下，孿晶形核所需應(yīng)力遠(yuǎn)高于擴(kuò)展所需應(yīng)力，故當(dāng)孿晶消滅時(shí)就伴隨以載荷下降的現(xiàn)象。扭折扭折變形的特點(diǎn)：斷裂。hcp〔0001〕面。集中性變形和晶界滑動(dòng)〔高溫變形由于其特點(diǎn)又稱蠕變，應(yīng)結(jié)合蠕變復(fù)習(xí)〕集中性變形過程：當(dāng)多晶體兩端有拉應(yīng)力，與力軸垂直的晶界受拉，平行的受壓。由于晶界本身是空位的源和湮沒阱，垂直于力軸方向上的晶界空位濃度高，形成能低，而平行于力軸的晶界空位濃度低，從而在晶粒內(nèi)部形成空位濃度梯度，空位沿如動(dòng)，從而使晶體產(chǎn)生伸長(zhǎng)的塑性變形〔注：多見于：高溫，多晶體。晶界滑動(dòng)總是沿最大切應(yīng)力方向進(jìn)展，主要靠晶界位錯(cuò)源產(chǎn)生的固有位錯(cuò)進(jìn)行，與溫度和晶界形貌等因素有關(guān)。2.多晶體的塑性變形多晶體塑性變形的特點(diǎn)：制約。晶粒取向問題：多晶體塑性變形時(shí)，要求每個(gè)晶粒至少有五個(gè)獨(dú)立的滑移系；對(duì)滑移系甚多的面心立方和體心立方晶體能滿足此條件，故它們的多晶體塑性較好。相反，密排六方金屬，由于其滑移系少，晶粒間的應(yīng)變協(xié)調(diào)性很差，其多晶體塑性變形力量很低。1晶界影響：室溫下，晶界對(duì)滑移有阻礙作用，表現(xiàn)為細(xì)晶強(qiáng)化?！?細(xì)晶強(qiáng)化關(guān)系式〔Hall-petch

s

kd2，式中

0反映晶內(nèi)對(duì)變形的抗力，相當(dāng)于極大單晶的屈服強(qiáng)度；k反映晶界對(duì)變形的影響系數(shù)，與晶界構(gòu)造有關(guān)。Hall-petch①亞晶粒大小或兩相片狀組織的層片間距對(duì)屈服強(qiáng)度的影響；②塑性材料的流變應(yīng)力與晶粒大小之間的關(guān)系；③脆性材料的脆斷應(yīng)力與晶粒大小之間，以及金屬材料的疲乏強(qiáng)度，硬度與晶粒大小之間的關(guān)系。T由于多晶材料在高溫存在晶界滑動(dòng)和集中性變形，多晶材料中往往存在一“等強(qiáng)溫度e

T。低于 時(shí)，e晶界強(qiáng)度高于晶粒內(nèi)部，否則，得到相反的結(jié)果。3.合金的塑性變形☆合金按組成相不同可分為：?jiǎn)蜗喙倘荏w合金和多相固溶體合金。單相固溶體合金的塑性變形和純金屬相比最大的區(qū)分在于單相固溶體合金中存在溶質(zhì)原子，溶質(zhì)原子對(duì)合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)或在固溶強(qiáng)化作用，提高了塑性變形的阻力，此外，有些固溶體會(huì)消滅明顯的屈服點(diǎn)和應(yīng)變時(shí)效或固溶強(qiáng)化關(guān)系式：

dxdc

xAs a02b

d式中：dc

為點(diǎn)陣畸變引起臨界分切應(yīng)力的增量；x為溶質(zhì)原子的原子數(shù)分?jǐn)?shù)；a 為溶劑晶體的點(diǎn)陣常數(shù)；b為位錯(cuò)的伯氏矢量；A為常數(shù)。0影響固溶強(qiáng)化的因素：☆〔得到印證〕②溶質(zhì)原子與基體金屬的原子尺寸相差越大，強(qiáng)化作用越大；作用也有限；度的增加而提高。固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)：☆〔柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)〔木氣團(tuán)〕和靜電交互作用，以及固溶體產(chǎn)生塑性變形時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變了溶質(zhì)原子在固溶體構(gòu)造中以短程有序或偏聚形式存在的分布狀態(tài)，從而引起系統(tǒng)能量的上升，由此也增加了滑移變形的阻力。解釋圖中低碳鋼〔固溶體〕應(yīng)力—應(yīng)變曲線中的上下屈服現(xiàn)象形成溶質(zhì)原子氣團(tuán)，即所謂的柯垂作用很強(qiáng)，位錯(cuò)被牢牢的扎釘扎才能產(chǎn)生的位錯(cuò)或使位錯(cuò)脫出消滅下屈服點(diǎn)和水平臺(tái)階。多晶體塑性變形中產(chǎn)生的鋁德斯帶與單晶體塑性變形中滑移帶的區(qū)分鋁德斯帶是由很多晶粒協(xié)調(diào)變形于單個(gè)晶粒內(nèi)部。說(shuō)明：由于鋁德斯帶為不均勻變形，往往導(dǎo)致工件外表粗糙不平，產(chǎn)生“制耳織構(gòu)也可能引起不均勻變形。☆柯垂?fàn)?Cottrel)氣團(tuán)理論、位錯(cuò)增殖理論在解釋屈服和時(shí)效中的應(yīng)用柯垂?fàn)?Cottrel)氣團(tuán)理論:起始屈服的產(chǎn)生是由于溶質(zhì)原子聚攏在位錯(cuò)四周形成Cottrel氣則溶質(zhì)原子已通過集中而重聚攏到位錯(cuò)四周形成氣團(tuán)，故屈服現(xiàn)象又復(fù)消滅。有溶解度變化的合金的強(qiáng)化。由位錯(cuò)理論得知：

b 式中：p m

為材料塑性變形的應(yīng)變速率；

為晶體中可動(dòng)位錯(cuò)m m”的密度為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的平均速率；b為位錯(cuò)的伯氏矢量〔其中( )

，式中：

為位錯(cuò)受到的00 有效切應(yīng)力； 為位錯(cuò)作單位速度運(yùn)動(dòng)所需的應(yīng)力；0 p

由試驗(yàn)機(jī)夾頭的運(yùn)動(dòng)速度打算，近于恒速，在起始塑變時(shí)，晶體中的位錯(cuò)密度很低，或雖有大量位錯(cuò)，但被釘扎住，

很低，此時(shí)要維持肯定的m

增大，就需要提高 ，此即為上屈服點(diǎn)應(yīng)力較高的緣由。然而當(dāng)塑性變形開頭后，位錯(cuò)快速增殖， 于是 下降，產(chǎn)生了屈服降落，此即為下屈服點(diǎn)應(yīng)力較低的緣由。

下降，多相合金的塑性變形〔兩相晶粒尺寸相近如較強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)小時(shí)，塑變根本上是在較軟相中進(jìn)展；只有當(dāng)其次相為較強(qiáng)相，且體積分?jǐn)?shù)大于30%時(shí)，才能起明顯的強(qiáng)化作用；假設(shè)聚合型合金中，一相為塑性相，另一相為脆硬相，則合金在塑變中所表現(xiàn)的性能，不僅取決于其次相的相對(duì)數(shù)量，而且與其外形、大小和分布親熱相關(guān)。彌散分布型合金的塑性變形〔兩相晶粒尺寸相差較大錯(cuò)的阻礙作用。依據(jù)粒子的硬度狀況，通常分為可變形粒子強(qiáng)化〔沉淀強(qiáng)化〕和不行變形粒子強(qiáng)化〔彌散強(qiáng)化。①沉淀強(qiáng)化：沉淀強(qiáng)化機(jī)制較簡(jiǎn)單，總的來(lái)說(shuō)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面Ⅰ.位錯(cuò)切過粒子，使界面能上升〔界面產(chǎn)生Ⅳ.由于沉淀相粒子與基體相粒子取向不全都。位錯(cuò)切過時(shí)會(huì)產(chǎn)生割階，將阻礙位錯(cuò)的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)。在屈服強(qiáng)度上，即使基體得到強(qiáng)化〔得到提高。s②彌散強(qiáng)化的奧羅萬(wàn)(Orowan)機(jī)制：運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)與彌散相粒子相遇時(shí)，要繞過粒子，勢(shì)必位錯(cuò)線要彎曲變長(zhǎng)，而使位錯(cuò)彎曲的應(yīng)力與曲率半徑滿足小，越大，強(qiáng)化效果越明顯?！?.塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

Gb2R

，而2RL〔粒子間距L越顯微組織的變化：經(jīng)塑性變形的金屬，除每個(gè)晶粒內(nèi)部消滅大量的滑移帶和孿晶帶外，隨變形度的增加，原始等軸晶粒將沿變形方向伸長(zhǎng)，當(dāng)變形量很大時(shí)，沿變形方向?qū)⑾麥纭啒?gòu)造的變化：變形晶體中的位錯(cuò)及其分布狀態(tài)等亞構(gòu)造的變化主要可借助透射電子顯微鏡〔TEM〕分析。在少量塑變的金屬內(nèi)將消滅位錯(cuò)纏結(jié)；進(jìn)一步加大變形量，對(duì)于高層錯(cuò)能金屬將消滅胞狀亞構(gòu)造，其中高密度的位錯(cuò)纏結(jié)主要位于胞的四周，構(gòu)成胞壁，而對(duì)于低層錯(cuò)能合金將消滅大量的位錯(cuò)塞積群，構(gòu)成簡(jiǎn)單的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。性能的變化：金屬材料經(jīng)過冷加工變形后，強(qiáng)度、硬度顯著提高，而塑性很快下降，即產(chǎn)生加工硬化。說(shuō)明：加工硬化是強(qiáng)化金屬的一種重要途徑，特別是對(duì)那些不能通過熱處理強(qiáng)化的材料，如純金屬以及某些合金，如奧氏體不銹鋼等，主要是借助冷加工實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的。加工硬化關(guān)系式： aGbo

☆釋并比較單晶體和多晶體加工硬化曲線的區(qū)分：及其所產(chǎn)生的釘扎作用是引起加工硬化的決定性因素。補(bǔ)充：經(jīng)塑性變形后的金屬材料，由于點(diǎn)陣畸變，空位和位錯(cuò)等構(gòu)造缺陷的增加，使其物理性能和化學(xué)性能也發(fā)生肯定的變化。如，塑變通常使金屬材料電阻率增高、電阻溫度系數(shù)下降、磁導(dǎo)率下降；熱導(dǎo)率也有所下降、鐵磁材料的磁滯損耗和矯頑力增大。：在塑變中，隨變形量的增加，各個(gè)晶粒的滑移面和滑移方向都向主變形方向轉(zhuǎn)動(dòng)，逐步使多晶體中原來(lái)取向不同的晶粒在空間取向上呈現(xiàn)肯定的規(guī)律性，這一現(xiàn)象稱擇優(yōu)取向，這形變織構(gòu)。由于加工方式不同織構(gòu)可分為兩類：拔絲時(shí)形成的織構(gòu)稱絲織構(gòu)，軋板時(shí)形成的織構(gòu)稱板織構(gòu)。剩余應(yīng)力：塑變中外力所作的功大局部轉(zhuǎn)化為〔微觀剩余應(yīng)力，它是由晶粒和亞晶粒之間的變形不均勻性引起，作用范圍與晶粒尺寸相當(dāng)；第三類內(nèi)應(yīng)力〔陣畸變，由于工件在塑變中形成的大量點(diǎn)陣缺陷引起的，變形金屬中儲(chǔ)能絕大局部80%90%〕用于形成點(diǎn)陣畸變，其作用范圍為幾十至幾百個(gè)納米?！罾渥冃谓饘僭诩訜釙r(shí)的組織與性能變化等過程，恢復(fù)到變形前的低自由能狀態(tài)。通常退火過程可分為：回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段。回復(fù)指的無(wú)畸變晶粒消滅之前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化階段；再結(jié)晶指消滅無(wú)畸變的等軸晶粒逐步取代變形晶粒的過程；晶粒長(zhǎng)大指再結(jié)晶完畢后，晶粒的連續(xù)長(zhǎng)大?；貜?fù)階段：由于未發(fā)生大角度晶界的遷移，所以晶粒外形和大小與變形態(tài)一樣，仍保持纖維狀或扁平狀，從光學(xué)纖維組織上幾乎看不出變化；再結(jié)晶階段：首先在畸變度大的區(qū)域產(chǎn)生的無(wú)畸變晶粒核心，然后漸漸消耗四周變形基體而長(zhǎng)大，直到形變組織完全改組為的無(wú)畸變的細(xì)等軸晶粒為止；晶粒長(zhǎng)大階段：在晶界外表能的驅(qū)動(dòng)下，晶粒相互蠶食長(zhǎng)大，從而得到該條件下一個(gè)穩(wěn)定的尺寸。退火各階段各種性能參數(shù)的變化☆：回復(fù)階段，變形金屬仍保持很高的位錯(cuò)密度，強(qiáng)度和硬度變化很小，再結(jié)晶后，由于位錯(cuò)密度顯著下降，強(qiáng)度和硬度明顯下降；電阻：由于電阻率與晶體點(diǎn)陣中的點(diǎn)缺陷有關(guān)，點(diǎn)缺陷所引起的點(diǎn)陣畸變會(huì)使傳導(dǎo)電子發(fā)生散射，提高電阻率，且點(diǎn)缺陷的散射作用比位錯(cuò)所引起的更猛烈。所以，回復(fù)階段電阻率的明顯下降就標(biāo)志在此階段點(diǎn)缺陷的濃度明顯減少；內(nèi)應(yīng)力：回復(fù)階段大局部或全部的宏觀內(nèi)應(yīng)力可消退，而微觀內(nèi)應(yīng)力只有通過再結(jié)晶方可全部消退；亞晶粒尺寸：回復(fù)前期幾乎不變，后期接近再結(jié)晶時(shí)，亞晶尺寸顯著增大；密度：回復(fù)和再結(jié)晶階段密度均顯著提高，前者由于點(diǎn)缺陷降低，后者由于位錯(cuò)削減；儲(chǔ)能的釋放：回復(fù)階段應(yīng)力松弛較小，儲(chǔ)存能釋放較小，再結(jié)晶階段儲(chǔ)存能釋放到達(dá)頂峰；回復(fù)回復(fù)率：回復(fù)過程對(duì)材料性能的影響占整個(gè)退火過程對(duì)材料性能的影響程度?；貜?fù)過程的特點(diǎn)：☆①無(wú)孕育期；②給定溫度下，回復(fù)速率漸漸減慢直至趨于零；③每一溫度下，回復(fù)程度有一極限值，退火溫度越高，回復(fù)程度越大，回復(fù)速率越快；回復(fù)動(dòng)力學(xué)公式的導(dǎo)出☆：dxcx〔式中tx為冷變形導(dǎo)致的性能增dt量經(jīng)加熱后殘留的分?jǐn)?shù)；c為與材料和溫度有關(guān)的比例常數(shù)，c值與溫度之間具有典型的熱激活過程特點(diǎn)，c

cexp(0

QQcRT

為僅與材料有關(guān)的比例常數(shù)。0dx依據(jù)上兩式則有：x

c0

exp(

Q)dtRT

exp(

Q)tdtlnx

exp(

Q)tx x 0 RT 0

x 0 RT0當(dāng)回復(fù)程度一樣時(shí)，即ln

lnxx0cxx肯定，令A(yù)lnxx0cx00 0

exp(Q

)tAlntQ0 RT RT此式即為常說(shuō)的回復(fù)動(dòng)力學(xué)方程〔描述回復(fù)時(shí)間/速率與回復(fù)溫度的關(guān)系?；貜?fù)機(jī)制的爭(zhēng)論低溫回復(fù)：此階段主要與點(diǎn)缺陷的遷移有關(guān)，點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)的激活能較低，它們可遷移至晶界或外表，可通從而減小點(diǎn)缺陷的密度；中溫回復(fù)：此階段主要發(fā)生位錯(cuò)移動(dòng)和重排布，與位錯(cuò)的滑移有關(guān)。如，同一滑移面上異號(hào)位錯(cuò)相吸而抵消，位錯(cuò)偶極子的兩條位錯(cuò)線相消；高溫回復(fù)〔0.3T：此階段與位錯(cuò)的攀移有關(guān)。此階段位錯(cuò)通過滑移和攀移等多變化過程形成亞晶。具體來(lái)說(shuō)即①滑移面上布規(guī)章的位錯(cuò)重排布，刃型位錯(cuò)垂直排列成墻〔這種排布可以顯著降低位錯(cuò)的彈性畸以及由此產(chǎn)生的亞晶〔多變化構(gòu)造。說(shuō)明：多變化的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自應(yīng)變能的降低。多變化過程產(chǎn)生的條件①塑變使晶體點(diǎn)陣發(fā)生彎曲；②滑移面上存在塞積的同號(hào)刃型位錯(cuò)；③需供給促使刃型位錯(cuò)發(fā)生攀移的較高溫度。補(bǔ)充：回復(fù)過程電阻率的明顯下降，主要由于過量空位的削減；內(nèi)應(yīng)力的降低主要由于晶體內(nèi)彈性應(yīng)變能的根本消退；硬度和強(qiáng)度下降不多則是由于位錯(cuò)密度下降不多，亞晶較細(xì)；變形并改善工件的耐蝕性。再結(jié)晶再結(jié)晶過程：再結(jié)晶是一種形核和長(zhǎng)大過程，但再結(jié)晶晶核不是相，其晶體構(gòu)造并未轉(zhuǎn)變，其形核過程有晶界弓出形核機(jī)制和亞晶形核機(jī)制，而后者又分為亞晶合并機(jī)制和亞晶遷移機(jī)制。說(shuō)明：再結(jié)晶分為形核和長(zhǎng)大兩個(gè)階段，此兩個(gè)階段的驅(qū)動(dòng)力均為儲(chǔ)存能或應(yīng)變能，由于此過程中還存在畸變區(qū)，應(yīng)與再結(jié)晶后的晶粒張大階段區(qū)分開來(lái)。晶界弓出形核熱力學(xué)☆面能的增加則為阻力。

s

dAdV

可由形核前后位錯(cuò)密度變化來(lái)表征，s即EGb2(即

Gb2

，而 dA

對(duì)任一曲s(1

1 01)

1 0 s2

1 dV面可表示為

r r ，對(duì)于球面可表示為r：1 2弓出形核的條件為G

0E2s r亞晶形核此種機(jī)制多在大的變形度下發(fā)生，對(duì)于形變度較大且具有高層錯(cuò)能的金屬，多以亞晶合并機(jī)制形核，在回復(fù)后形成的亞晶，其接近亞晶邊界上的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)通過解離、拆散，以及位錯(cuò)的攀移和滑移，漸漸轉(zhuǎn)移到四周其它亞晶界上，從而導(dǎo)致相鄰亞晶邊界的消逝和亞晶的合并；對(duì)于形變度較大的低層錯(cuò)能金屬，由于位錯(cuò)易于擴(kuò)展，不易于滑移和攀移，多發(fā)生亞晶遷移機(jī)制形核。從以上分析可知，無(wú)論是哪種形核方式，亞晶的多少直接打算形核率的大小，而變形度大的金屬會(huì)產(chǎn)生更多的亞晶，有利于形核，這也是導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒隨形變度的增加而減小的原因。再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程☆Johnson-Mellequation:

R

3t4)3 此式適用于均勻形核、晶核為球形、形核率 和長(zhǎng)大速率

為再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)RAvramiequation:

1expBtk)lgln R 1

lgBklgtR

Aexp(

Q，而1，則有RT tA”exp(Q)ln1lnA”Qt RT t RT對(duì)不同溫度下產(chǎn)生同一再結(jié)晶程度溫度和時(shí)間關(guān)系式：t Q 1 1t1exp[R(TT)]2 1 2再結(jié)晶溫度及其影響因素再結(jié)晶溫度的多種定義：①冷變形金屬開頭再結(jié)晶時(shí)的最低溫度〔可由金相法或硬度法測(cè)定：即以顯微鏡50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度〔70%經(jīng)1h退火完成再結(jié)〔 ≥95%〕所對(duì)應(yīng)的溫〔最低溫度；③閱歷再結(jié)晶溫度T=0.35～R R0.4Tm

注：此處T再結(jié)晶溫度的影響因素：①變形程度：變形程度越大，再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力越大，再結(jié)晶溫度越低，同時(shí)等溫退火時(shí)，再結(jié)晶速度也越〔給定溫度下，發(fā)生再結(jié)晶，需要一個(gè)最小的變形量，即臨界變形量。②原始晶粒尺寸：原始晶粒尺寸越細(xì)小，則形變的抗力越大，冷變形后儲(chǔ)存能越高，再結(jié)晶溫度越低。③微量溶質(zhì)原子：由于微量溶質(zhì)原子與位錯(cuò)及晶界間存在交互作用，使溶質(zhì)原子傾向于在位錯(cuò)及晶界處結(jié)晶過程，因而能顯著提高再結(jié)晶溫度。④其次相粒子：其次相粒子的存在既可能促進(jìn)再結(jié)晶，也可能抑制再結(jié)晶，這主要取決于其次相粒子的類似于溶質(zhì)原子，則不利于再結(jié)晶形核與長(zhǎng)大。再結(jié)晶后的晶粒大小及其影響因素依據(jù)Johnson-Mellequation可以證明再結(jié)晶后晶粒尺寸d與

之間存在著以下關(guān)系：1dk( )4和長(zhǎng)大速率的因素，均影響再結(jié)晶的晶粒大小。①變形度對(duì)再結(jié)晶后晶粒大小的影響：當(dāng)變形度很小時(shí)，晶粒尺寸即為原始晶粒尺寸〔儲(chǔ)存能缺乏以驅(qū)動(dòng)再結(jié)晶，所以晶粒大小不變?cè)鲋量隙ㄖ禃r(shí)，畸變能已足以引起再結(jié)較小，結(jié)晶后得到特別粗大的晶粒的變形度稱為“臨界變形度變形度約為2%～10%;當(dāng)變形量大于臨越細(xì)；響：

影響微弱，故退火溫度對(duì)剛完成再結(jié)晶時(shí)晶粒尺寸的影響微弱，但提高退火溫度可使再結(jié)晶的速度顯著加快，臨界變形度數(shù)值變小，且在晶粒長(zhǎng)大階段，溫度越高，晶粒越粗。晶粒長(zhǎng)大〔二次再結(jié)晶漸漸均勻長(zhǎng)大；后者表現(xiàn)為少數(shù)晶粒突發(fā)性的不均勻長(zhǎng)大；但二者的驅(qū)動(dòng)力均為界面能的降低。正常晶粒長(zhǎng)大：晶粒長(zhǎng)大為自發(fā)過程，就整個(gè)系統(tǒng)而言，晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力是降低其總界面能。就個(gè)別晶粒而言，晶粒界面的不同曲率是造成晶界遷移的直接因素〔晶粒長(zhǎng)大時(shí)，晶界總是向著曲率中心的方向移動(dòng)，并不斷平直化，即晶粒長(zhǎng)大過程就是“大吞小”和凹面變平的過程。00t恒溫下發(fā)生晶粒正常長(zhǎng)大時(shí)，平均晶粒直徑與保溫時(shí)間的關(guān)系：00tD2 t

2k”t DD

k為常數(shù)〔與溫度有關(guān)。D由于 t>>k”k”

D D0,上式可以簡(jiǎn)化為 t

t1 。但當(dāng)金屬中存在阻礙晶界遷移的因素時(shí)，

的指數(shù)2。正常晶粒長(zhǎng)大的影響因素：Q①溫度：上式中k”可表示為k”Aexp( m)，由于晶界遷移是一個(gè)需要抑制能壘的熱激活過程。RT②分散相粒子：晶界遷移能及其所打算的晶粒長(zhǎng)大速度，不僅與分散相粒子的尺寸有關(guān)，而且受單位體遷移所受的阻力也越大，故晶粒長(zhǎng)大速度隨其次相顆粒的細(xì)化而減小。D

4r

，式中r為分散相粒lim 3子的半徑。界遷移速度。位相差的晶界遷移速度的影響較小，可能由于該晶界構(gòu)造不利于雜質(zhì)原子的吸附。特別晶粒長(zhǎng)大〔二次再結(jié)晶正常晶粒長(zhǎng)大過程被分散相粒子、織構(gòu)或外表熱蝕溝等所猛烈阻礙，當(dāng)一次再結(jié)晶組織被連續(xù)加熱時(shí)，上述阻礙因素一旦被消退，少數(shù)特別晶界將快速遷移，導(dǎo)致少數(shù)晶粒變大，而大晶粒界面通常是凹向外側(cè)的，因此在晶界能的驅(qū)動(dòng)下，大晶粒將連續(xù)長(zhǎng)大，直至相互接觸形成二次再結(jié)晶組織。二次再結(jié)晶為非形核過程，不產(chǎn)生晶核，而是以一次再結(jié)晶后的某些特別晶粒作為根底而長(zhǎng)大的。說(shuō)明：再結(jié)晶階段和回復(fù)階段的驅(qū)動(dòng)力均為冷變形金屬內(nèi)部的儲(chǔ)存能而晶粒長(zhǎng)大階段的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自界面能的降低，由于再結(jié)晶退火可以消退冷加工的影響，故其在實(shí)際生產(chǎn)中起著重要的作用。再結(jié)晶退火后的組織再結(jié)晶退火后的晶粒大?。河汕懊娴臓?zhēng)論知，變形度和退火溫度影響再結(jié)晶后晶粒大小。假設(shè)將三者的關(guān)系繪制成三維圖形，即為靜態(tài)再結(jié)晶全圖，此圖對(duì)指定冷變形金屬材料的退火工藝標(biāo)準(zhǔn)，掌握其晶粒尺寸有很好的參考價(jià)值。再結(jié)晶織構(gòu)：通常將具有形變織構(gòu)的金屬經(jīng)過再結(jié)晶后形成的晶粒仍具有的擇優(yōu)取向稱為再結(jié)晶織構(gòu)。關(guān)于其形成機(jī)制，一般認(rèn)為有定向生長(zhǎng)理論和定向形核理論。退火孿晶：一般認(rèn)為退火孿晶的形成與晶粒生長(zhǎng)過程中發(fā)生堆垛層錯(cuò)有關(guān)，因此，層錯(cuò)能的凹凸直接打算能否形成退火孿晶。冷加工；至于溫加工，其變形溫度低于再結(jié)晶溫度卻高于室溫〔即需加熱。在熱加工中，因變形而產(chǎn)生的加工硬化過程與動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶所引起的軟化過程是同時(shí)存在的，熱加工后金屬的組織和性能取決于二者之間的抵消程度。動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)態(tài)回復(fù)：通常高層錯(cuò)能金屬，亞組織中的位錯(cuò)密度較低，剩余的儲(chǔ)存能缺乏以引起動(dòng)態(tài)再結(jié)軟化機(jī)制。動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線及其回復(fù)機(jī)制即開頭消滅加工硬化；即“加工硬化”局部被動(dòng)態(tài)回復(fù)所引起的“軟化”所抵消；平衡。動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)的組織構(gòu)造：晶粒沿變形方向伸長(zhǎng)呈纖維狀，但晶粒內(nèi)部卻保持等軸亞晶的無(wú)應(yīng)變構(gòu)造。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：對(duì)于底層錯(cuò)能金屬，擴(kuò)展位錯(cuò)較寬，難以通過交滑移或攀移來(lái)進(jìn)展動(dòng)態(tài)回復(fù)，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的傾向較大。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線及其機(jī)制Ⅲ穩(wěn)態(tài)流變階段：加工硬化與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化達(dá)到平衡，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶也是通過形核和長(zhǎng)大完成形所引起的加工硬化和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶引起的軟化交替周期性變化有關(guān)。說(shuō)明：當(dāng)溫度恒定時(shí)，隨增加，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的應(yīng)力—應(yīng)變曲線向上、向右移動(dòng)， 對(duì)應(yīng)的max所對(duì)應(yīng)的減小。max動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的組織構(gòu)造：穩(wěn)態(tài)流變期間，晶粒呈等軸狀，晶界呈鋸齒狀，在電鏡下還可看到晶粒內(nèi)還包含著被位錯(cuò)所分割的亞晶。補(bǔ)充：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后的晶粒大小與流變應(yīng)力成反比，應(yīng)變速率越小，變形溫度越高，則動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后的晶粒越大，而且越完整，因此掌握應(yīng)變速率、溫度、每道次變形的變形量、時(shí)間間隔以及冷速，就可以調(diào)整熱加工材料的晶粒度和強(qiáng)度。此外，溶質(zhì)原子的存在常常阻礙動(dòng)態(tài)回復(fù)，而有利于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生；在熱加工時(shí)形成的彌散分布的沉淀物，能穩(wěn)定亞晶粒，阻礙晶界移動(dòng)，減緩動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)展，有利于獲得細(xì)小的晶粒。熱加工對(duì)組織性能的影響①熱加工對(duì)室溫力學(xué)性能的影響〔熱加工的用途〕其構(gòu)造使材料的致密度和力學(xué)性能有所提高。因此，金屬材料經(jīng)熱加工后比鑄態(tài)具有較佳的力學(xué)性能?！皝喗M織強(qiáng)化保存到室溫，具有這種組織的材料，其強(qiáng)度比動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的金屬高，通常把形成亞組織而產(chǎn)生的強(qiáng)化稱為亞組織強(qiáng)化。室溫下，金屬的屈服強(qiáng)度

d與亞晶的平均直徑s

s

，式中 為0k1～2。②熱加工材料的組織特性熱加工時(shí)，由于夾雜物、偏析，其次相和晶界，相界等隨應(yīng)變量增大漸漸沿變形方向延長(zhǎng)，在經(jīng)過浸蝕的宏觀磨面上消滅流線或熱加工纖維組織；復(fù)相合金中各個(gè)相，在熱加工中沿變形方向交替地呈帶狀分布，這種組織稱為“帶狀組織消退和預(yù)防帶狀組織的措施：Ⅰ不在兩相區(qū)變形；Ⅱ減小夾雜物元素的含量；Ⅲ可用正火處理或高溫集中退火加正火消退之。蠕變所謂蠕變是指在某溫度下，恒定應(yīng)力下所發(fā)生的緩慢而連續(xù)的塑性流變現(xiàn)象；材料蠕變過程可用蠕變曲線來(lái)描述；蠕變過程最重要的參數(shù)是穩(wěn)態(tài)蠕變速率