第7章 回复和再结晶

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1、金属学原理第7章回复和再结晶金属发生冷塑性变形后，其组织和性能发生了变化，为了使冷变形金属恢复到冷变形前的状态，需要将其进行加热退火。为什么将冷变形金属加热到适当的温度能使其恢复到冷变形前的状态呢？因为冷变形金属中储存了部分机械能，使能量升高，处于热力学不稳定的亚稳状态，它有自发向热力学更稳定的低能状态转变的趋势。然而，在这两种状态之间有一个能量升高的中间状态，成为自发转变的障碍，称势垒。如果升高温度，金属中的原子获得足够的能量（激活能），就可越过势垒，转变成低能状态。研究冷变形金属在加热过程中的变化有两种方法。1）以一定的速度连续加热时发生的变化；2）快速加热到某一温度，在保温过程中

2、发生的变化。通常采用。P195图1为将冷变形金属快速加热到0.5Tm附近保温时，金相组织随保温时间的变化示意图。可以将保温过程分三个阶段：1）在光学显微组织发生改变前，称回复阶段；2）等轴晶粒开始产生到变形晶粒刚消失之间，称再结晶阶段；3）晶粒长大阶段。7-1回复一、回复的定义冷变形金属加热时，在光学显微组织发生改变前所产生的某些亚结构和性能的变化称回复。二、回复对性能的影响内应力降低，电阻降低，硬度和强度下降不多（基本不变）。三、回复的机制回复的机制根据温度的不同有三种：（一）低温回复机制冷变形金属在较低温度范围就开始回复，主要表现为电阻下降，但机械性能无变化。由此认为低温回复的机制

3、是：过量点缺陷减少或消失。（二）中温回复机制温度范围比低温回复稍高。中温回复的机制是：位错发生滑移，导致位错的重新组合，及异号位错相遇抵消。64金属学原理发生中温回复时，在电镜组织中，位错组态有变化；但位错密度的下降不明显。若两个异号位错不在同一滑移面上，在相遇抵消前，要通过攀移或交滑移，这需要更大的激活能，只能在较高的温度才能发生。（三）高温回复机制发生高温回复时，电镜组织的特征是亚晶粒呈等轴状，即无变形的亚晶粒。于是，提出了高温回复的多边化机制（P197图5）。多边化的驱动力是位错应变能降低。由于攀移靠扩散实现，需要热激活，所以多边化过程需要在较高温度才能进行。在进行实际组织观察时

4、，对各种回复组织的鉴别是很复杂的。因为变形程度不同、材料不同时，冷变形组织也不同。当冷变形度较大，形成条形胞状亚晶时，比较容易区分是否发生了多边化回复。此时，若金相组织中晶粒呈长条状变形晶粒，而高倍电镜组织中，亚晶粒呈等轴状，则发生了多边化回复，亚晶界越平直清晰，多边化回复越充分。当冷变形度不大时，胞状亚晶不是条状，如P198图8。其冷变形组织为缠结位错构成变形胞的边界（a）；经过短时间的回复退火后，变形胞内的位错移向胞壁，同时胞壁处的缠结位错逐渐向较直、较不混乱的趋势变化（b）；进一步发展时，胞壁缠结位错形成网络，形成网络状亚晶界（c）；再进一步发展时，某些网络状亚晶界合并，使亚晶聚

5、合长大（d）。上面的例子中，我们一般用亚结构的变化特点来描述回复的进程。根据回复机制，可对回复导致的性能变化作如下解释：电阻下降是由于空位的减少和位错应变能降低；内应力降低是由于弹性应变基本消除；强度和硬度下降不多是由于位错密度下降不大。四、回复的应用回复退火主要用于在保持加工硬化的基础上，去应力。例1：经深冲压制成的黄铜弹壳，放置一段时间后会自己开裂。研究结果表明，这是由于残留内应力与外界腐蚀介质对晶界产生的应力腐蚀，导致晶界处应力集中而开裂。经过260℃去应力退火后，就不再发生应力腐蚀开裂。例2：用冷拉拔钢丝卷制弹簧，放置一段时间后弹簧形状或尺寸会发生变化。若在卷制弹簧后立即进行2

6、50-300℃的去应力退火，就可去除内应力，使形状不再改变，也称定形退火。例3：对铸件、焊接件的去应力退火。7-2再结晶一、再结晶的定义冷变形金属加热时，从无畸变64金属学原理的等轴晶粒的出现到完全取代变形晶粒这一阶段称再结晶。冷变形金属加热时，其组织和性能变化最显著的阶段是再结晶阶段。再结晶是一种形核和长大过程，但不是相变过程。二、再结晶的形核很多试验证实，发生再结晶的前提是先发生多边化回复。若不发生多边化回复，即使退火温度再高，也只发生回复，不发生再结晶。透射电镜观察也证明，再结晶核心是在多边化所产生的无应变亚晶的基础上形成的。多边化形成的亚晶之间是由位错构成的小角晶界，其中尺寸较

7、大的无应变亚晶可以通过两种方式生长：1）通过亚晶界的移动，吞并相邻的变形基体，并释放出变形储存能；2）通过两个亚晶之间的亚晶界的消失，使两亚晶合并。这时，组成亚晶界的位错通过滑移和攀移并入邻近的亚晶界中。无论以上哪种生长方式，晶核的亚晶界逐渐由小角晶界向大角晶界变化。一旦形成大角晶界，其迁移速率比小角晶界要大得多，成为再结晶核心。上面的形核机制适用于冷变形量较大的情况（大于20%）。冷变形量较小时，往往以晶界凸出形核的方式进行。如图，有两个晶粒