第七章_金属及合金的回复再结晶

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1、第七章金属及合金的回复与再结晶形变金属材料退火过程中的组织和性能变化回复再结晶晶粒长大金属的热加工变形储能使金属内能升高，处于热力学亚稳状态。退火过程中，原子活动能力升高，形变金属就能从亚稳态向稳态转变，而变形储能则是形变金属退火过程中组织变化的驱动力。形变储能:弹性应变能(3~12%)晶格畸变能(80~90%)退火：将材料加热到一定温度保持一定时间的热处理工艺，按目的又可分为去应力退火、成分均匀化退火等多种。第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化1.1回复与再结晶回复：冷变形金属较低温加热时，显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。再结晶：冷变形金属被加热到适当

2、温度时，在变形组织内部新的无畸变等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。1.2显微组织变化回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化；再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。1.2显微组织变化1.3性能变化力学性能回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降,塑性继续提高，粗化严重时下降。物理性能密度:在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；电阻：电阻在回复阶段可明显下降。形变储能：回复阶段部分释放，再结晶至长大初

3、期完全释放。1.4内应力变化回复阶段：大部分或全部消除第一类内应力，部分消除第二、三类内应力；再结晶阶段：内应力可完全消除。第二节回复（Recovery）所谓回复，即在加热温度较低时，仅因金属中的一些点缺陷和位错的迁移而引起的某些晶内的变化。2.1回复时组织性能变化宏观应力基本去除，微观应力仍然残存；物理性能，如电阻率，有明显降低，有的可基本回到未变形前的水平；力学性能，如硬度和流变应力，觉察不到有明显的变化；光学金相组织看不出任何变化，温度较高发生回复，在电子显微镜下可见到晶粒内部组织的变化。(位错的胞状组织转变为亚晶)2.2回复机制低温阶段—点缺陷的迁移和减少,表现为:空位与间隙原子的相

4、遇而互相中和空位或间隙原子运动到刃位错处消失，引起位错的攀移点缺陷运动到界面处消失。中温阶段:缠结位错重新组合;异号位错抵消,位错密度略有降低。亚晶粒长大。高温回复位错攀移和位错环缩小；亚晶粒合并；多边化。多边化是指冷变形金属加热时，原来处于滑移面上的位错，通过滑移和攀移形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。多边化的驱动力是弹性应变能的降低。去应力退火降低应力（保持加工硬化效果）防止工件变形、开裂，提高耐蚀性。2.4回复应用第三节再结晶(Recrystallization)3.1再结晶的基本过程冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，新生成的晶粒逐渐全部

5、取代塑性变形过的晶粒，位错密度显著降低，性能发生显著变化并恢复到冷变形前的水平，这个过程称为再结晶。再结晶的驱动力也是变形储能的降低。变化前后的晶粒成分相同，晶体结构并未发生变化，因此它们是属于同一个相。再结晶过程是不可逆的，相变过程在外界条件变化后可以发生可逆变化。发生再结晶的热力学驱动力是冷塑性变形晶体的畸变能，也称为储存能。冷塑性变形后的发生再结晶，晶粒以形核和晶核长大来进行，但再结晶过程不是相变。原因有：3.2再结晶形核再结晶的形核是个复杂的过程。最初人们尝试用经典的形核理论来处理再结晶过程，但计算得到的临界晶核半径过大，与试验结果不符。大量实验表明，再结晶晶核总是在塑性变形引起的最大

6、畸变处形成，并且回复阶段发生的多变化是再结晶形核的必要准备。3.2.1亚晶粒长大形核机制亚晶粒长大形核一般在受大变形度的材料中发生。回复阶段，塑性变形所形成的胞状组织经多变化发展成亚晶，其中亚晶长大形核的方式有亚晶合并和亚晶界移动两种机制。a.亚晶合并机制相邻亚晶界的位错，通过滑移和攀移转移到周围晶界或亚晶界上，导致原来亚晶界的消失，最后通过原子扩散和位置的调整，使两个或多个亚晶粒的取向变为一致，合并成为一个大的亚晶粒，成为再结晶的晶核。b.亚晶界移动机制如上图，晶粒中某些局部位错密度很高的亚晶界向周边移动，吞并相邻的变形基体和亚晶而成长为再结晶晶核。3.2.2晶界凸出形核机制金属变形是不均匀

7、的，若晶界两边一个晶粒的位错密度高，另一个位错密度低，加热时晶界会向密度高的一侧突然移动，高密度一侧的原子转移到位错低的一侧，新的排列应为无畸变区，这个区域就是再结晶核心。晶界凸出形核现象在铜、镍、银、铝及铝-铜合金中曾直接观察到。变形晶粒晶界附近的原子移动到新的未变形晶粒上，从而可以减少变形应变能，新晶粒不断长大到相遇，最后全部为新晶粒，再结晶完成。3.3长大3.3.4影响再结晶的因素原子结合力