金属在冷和热塑性加工过程中组织和性能变化规律之回复和再结晶

金属在冷和热塑性加工过程中组织和性能的变化规律,报告人：吴毅报告时间：2015年11月2日,一、回复二、再结晶三、晶粒长大,具体内容：,1/27,观察在不同加热温度下变化的特点，可将退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。（1）回复：是指新的无畸变晶粒出现前所产生的亚结构和性能变化的阶段；（2）再结晶：是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程；（3）晶粒长大：是指再结晶结束之后晶粒的继续长大。,2/27,冷变形金属在退火过程中显微组织的变化,3/27,冷变形金属退火时某些性能和能量的变化,性能及其他指标,加热温度,0,4/27,同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，屈服强度的回复动力学曲线,一、回复1.回复动力学,剩余应变硬化分数（1-R）,时间/min,5/27,这种回复特征可用一级反应方程式来表达：,c值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点，可由Arrhenius方程来描述：,最终得到lnt1/T的关系式为：,6/27,2.回复机制,（1）低温回复（0.10.3Tm）：主要与点缺陷的迁移有关。（2）中温回复（0.30.5Tm）：主要与位错的滑移有关。（3）高温回复（0.5Tm）：高温时，刃型位错可获得足够的能量产生攀移。,7/27,（a）多变化前刃型位错散乱分布,（b）多变化后刃型位错排列成位错壁,因此，回复退火主要是用作去应力退火，使冷加工的金属在基本上保持加工硬化状态的条件下降低其内应力，以避免变形并改善工件的耐蚀性。,8/27,二、再结晶,与回复不同，再结晶是一个显微组织重新改组的过程，驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能。1.再结晶过程：形核和长大晶界弓出形核形核亚晶形核,亚晶合并机制,亚晶迁移机制,9/27,长大：再结晶晶核形成后，借助界面的移动向周围畸变区域长大，直到全部形成无畸变的等轴晶为止。,（1）晶界弓出形核,具有亚晶粒组织晶粒间的凸出形核示意图,晶界弓出形核模型示意图,10/27,（2）亚晶合并机制,亚晶粒合并形核示意图,11/27,（3）亚晶迁移机制,亚晶粒迁移长大示意图,12/27,2.再结晶动力学,（1）再结晶速度与温度的关系：（2）特点：再结晶过程有一孕育期，开始速度慢，然后逐渐增大，在体积分数为50%最大，然后减慢。,经98%冷轧的纯铜（质量分数为Cu=99.999%）在不同温度下的等温再结晶曲线,再结晶的体积分数/%,时间/min,13/27,作1/Tlgt图，直线的斜率为2.3R/Q,（3）动力学方程表达式,（1/T）/10-3K-1,经98%冷轧的纯铜（质量分数为Cu=99.999%）在不同温度下等温再结晶时的1/Tlgt图,t(R为50%所需的时间)/min,14/27,3.再结晶温度及其影响因素,（1）定义：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。高纯金属：T再=0.250.35Tm经验公式工业纯金属：T再=0.350.45Tm合金：T再=0.40.9Tm注：再结晶退火温度一般比上述温度高100200,15/27,a.变形量,（2）再结晶温度的影响因素,开始再结晶温度/,变形度/%,a电解铁b铝,16/27,b.原始晶粒尺寸c.微量溶质原子d.第二相粒子e.再结晶退火工艺参数，如加热速度、加热温度与保温时间等。,再结晶温度,退火时间,17/27,4.再结晶后的晶粒大小及其影响因素,（1）利用约翰逊-梅厄方程，可得再结晶后晶粒尺寸d的表达式为：（2）影响因素a.变形度的影响,18/27,低碳钢（C=0.06%）变形度及退火温度对再结晶后晶粒大小的影响,此外，原始晶粒大小、杂质含量，以及形变温度等均对再结晶后的晶粒大小也有影响。,b.退火温度的影响,放大100倍时每6.45cm2中晶粒数,变形度/%,19/27,三、晶粒长大,驱动力：界面能差。长大方式,正常长大,异常长大（二次再结晶）,20/27,（1）定义：再结晶后晶粒的均匀连续长大。（2）驱动力：界面能差。界面能越大，曲率半径越小，驱动力越大。(长大方向是指向曲率中心,而再结晶晶核的长大方向相反.)注：由于晶粒长大是通过大角度晶界的迁移来进行的，因而所有影响晶界迁移的因素均对晶粒长大有影响。,1.正常长大,21/27,a.温度,（3）影响晶粒长大的因素,Dt/108cm2,时间/min,黄铜在恒温下的晶粒长大曲线,22/27,b.分散相粒子：一般有晶粒稳定尺寸d和第二相质点半径r、体积分数的关系：,移动中的晶界与分散相粒子的交互作用示意图,23/27,c.晶粒间的位向差：小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者的移动速率低于后者。d.杂质与合金元素：降低界面能，不利于晶界移动。,300时，微量锡对区域提纯的高纯铅的晶界迁移速度的影响,晶界迁移速度/mmmin-1,(Sn)/%,24/27,2、异常长大,（1）定义：少数再结晶晶粒的急剧长大现象。（2）机制,a.钉扎晶界的第二相溶于基体,b.再结晶织构中位向一致晶粒的合并,c.大晶粒吞并小晶粒,25/27,（3）对组织和性能的影响,织构明显,各向异性优化磁导率,晶粒大小不均性能不均,晶粒粗大,降低强度和塑韧性提高表面粗糙度,纯的和含MnS的Fe-3Si合金（冷轧到0.35mm厚，=50%）在不同