材料的回复及再结晶.ppt

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1、材料的回复、再结晶与热加工主要研究内容变形金属在加热时组织性能变化的特点回复再结晶晶粒的长大金属的热加工超塑性概述机械功(塑性变形)热量(散失)晶体内部缺陷→金属处于不稳定的高能状态→有向低能转变的趋势转变的三个阶段：回复(recovery)、再结晶(recrystallization)和晶粒长大(graingrowth)回复与再结晶的用途：再结晶退火、去应力退火、金属高温强度调整等。本章重点：转变过程三个阶段中的组织、性能的变化规律及主要影响因素本节主要内容：回复与再结晶定义显微组织变化性能变化储存能变化一、冷变形金属加热时组织与性能变化回

2、复：冷变形金属在低温加热时，其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温度时，在变形组织内部新的无畸变的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、回复与再结晶定义对经塑性变形后的金属再进行加热，通常称为“退火”，其目的是为了恢复与提高金属的塑性。当退火温度达到一定时，金属的性能可以完全恢复到冷变形以前的状态。2、显微组织的变化冷变形金属组织加热温度及时间的变化示意图回复阶段：纤维组织仍为纤维状，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

3、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。3、性能变化(1)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，晶粒粗化时严重下降。(2)物理性能：密度：回复阶段变化不大，再结晶阶段急剧升高；电阻：由于点缺陷密度下降，电阻在回复阶段明显下降。4、储存能变化储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分(2%~10%)变形功。储存能存在形式储存能的释放：原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放。弹性应变能(3~12%)位错(8

4、0~90%)点缺陷二、回复本节主要内容：回复动力学回复时的亚结构变化与回复机制回复退火的应用二、回复1、回复动力学如图表示同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，屈服应力的回复动力学曲线。横坐标为时间，纵坐标为剩余年个百硬化分数(1-R)。式中、、分别表示变形后、回复后及完全退火后的屈服应力。显然，R越大，表示回复阶段性能恢复程度越大。(1)回复的动力学曲线(2)回复动力学特点回复过程没有孕育期，随着退火的开始进行，发生软化；在一定温度下，开始变化快，随后变慢，直到最后回复速率为零；每一温度的回复程度有一极限值，退火温度越高，这个极限值也越高

5、，而达到此极限所需时间则越短。回复不能使金属性能恢复到冷变形前的水平。设P为冷变形后在回复阶段发生变化的某种性能，P0为变形前该性能的值，△P为加工硬化造成的该性能的增量。这个增量△P与晶体中晶体缺陷(空位、位错)的体积浓度Cp成正比，即缺陷的变化是一个热激活的过程，假设其激活能为Q，则在某一温度进行等温回复过程中，晶体缺陷的体积浓度将发生变化，伴随着性能P也发生变化，其随时间的变化率为将(2)代入(3)中(1)(2)(3)将(1)代入(4)中(4)(5)(6)积分得：(3)回复的动力学方程(6)积分得：若在不同温度下回复退火，让性能达到同一

6、P值时，所需时间显然是不同的，对式(6)取对数，可得常数+(7)从lnt-1/T关系可求出激活能，利用对激活能值的分析可以推断回复的机制。(3)回复的动力学方程(1)多边化多边化过程示意图若将一单晶体经弯曲变形后在不同温度下回火，这个单晶就会变成若干无畸变的亚晶粒。这个过程是如何实现的呢？(a)(b)2、回复时的亚结构变化与回复机制经弯曲变形的单晶体沿平行的滑移面散乱的分布着过剩的正刃位错，此时晶体中的弹性畸变较大，如图(a)所示。若将此晶体加热，则滑移面的刃型位错通过滑移和攀移，沿竖直方向排成有规律的位错壁，即成为小角度倾斜晶界，如(b)所

7、示。此时，单晶体被位错壁分割成几个位向差不大的亚晶粒，亚晶粒内的弹性畸变能大大减少，显然这是一个能量降低的过程。由于这个连续弯曲的单晶经回复退火后变为多边形，故称此过程为“多边化”。多边化过程示意图(a)(b)以冷变形5%的纯铝多晶体在200℃回复退火时亚组织变化为例，分析其回复时亚结构的变化及回复机制(a)(b)(c)(d)(2)胞状组织的规整化1)金属经过塑性变形后存在胞状组织，其胞壁位错密度很高，位错缠结相当宽(如图(a)所示)。在回复过程中，这种变形后的胞状组织将发生变化。2)在回复初期，首先是过剩空位消失，胞状组织内的位错被吸引到胞

8、壁，并于胞壁中的异号位错相互抵消，使位错密度降低，而且位错变得较直，较规整，如图(b)所示。3)回复继续进行时，胞内变得几乎无位错，胞壁中的位错缠结逐渐形成能量较低