金属学与热处理课件.讲解学习

1、第一页，共55页。 形变金属材料退火过程中的组织和形变金属材料退火过程中的组织和性能变化性能变化 回复回复 再结晶再结晶 晶粒长大晶粒长大(chn d) (chn d) 金属的热加工金属的热加工 内容内容(nirng)目目录录第二页，共55页。引引 言言形变形变(xngbin)储能储能弹性弹性(tnxng)应变能应变能(312%)晶格晶格(jn )畸变能畸变能(8090%)退火退火将材料加热到一定温度保持一定时间的热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、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。成分均匀化退火等多种。形变储能使金属内能升高，处于

2、热力学亚稳状态。退火时，原子形变储能使金属内能升高，处于热力学亚稳状态。退火时，原子活动能力升高，形变金属从亚稳态向稳态转变，而形变储能则是活动能力升高，形变金属从亚稳态向稳态转变，而形变储能则是形变金属退火过程中组织变化的驱动力。形变金属退火过程中组织变化的驱动力。第三页，共55页。第一节第一节 冷变形金属在加热时的组织冷变形金属在加热时的组织(zzh)(zzh)与性能变化与性能变化 1.1 回复回复(huf)与再与再结晶结晶回回 复复冷变形金属低温加热时，显微组织无可见冷变形金属低温加热时，显微组织无可见变化变化(binhu)(binhu)，但其物理、力学性能却部，但其物理、力学性能却部分

3、恢复到冷变形以前的过程。分恢复到冷变形以前的过程。再结晶再结晶冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织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，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。而使形变强化效应完全消除的过程。第四页，共55页。u 回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化；回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化；u 再结晶阶段：变形再结晶阶段：变形(bin xng)(bin xng)晶粒通过形核长大，逐渐转变晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的为新的 无畸变的等轴晶粒。无畸变的等轴晶粒。u 晶粒长大阶段：晶界移动、晶

4、粒粗化，达到相对稳定的晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的 形状和尺寸。形状和尺寸。1.2 显微组织显微组织(zzh)变化变化第五页，共55页。1.2 显微显微(xin wi)组织变化组织变化第六页，共55页。回回 复复 阶阶 段：段： 强度强度(qingd)(qingd)、硬度略有下降，塑性略有提、硬度略有下降，塑性略有提 高。高。再再 结结 晶晶 阶段：阶段： 强度强度(qingd)(qingd)、硬度明显下降，塑性明显提高。、硬度明显下降，塑性明显提高。晶粒长大晶粒长大 阶段：阶段： 强度强度(qingd)(qingd)、硬度继续下降、硬度继续下降, ,塑性继续提高，塑性继续

5、提高， 粗化严重时塑性也下降。粗化严重时塑性也下降。密密 度度: : 在回复阶段在回复阶段(jidun)(jidun)变化不大，在再结晶阶段变化不大，在再结晶阶段(jidun)(jidun)急剧升高；急剧升高；电电 阻：阻： 电阻在回复阶段电阻在回复阶段(jidun)(jidun)可明显下降。可明显下降。形变储能：形变储能： 回复阶段回复阶段(jidun)(jidun)部分释放，再结晶至长大初期完全释部分释放，再结晶至长大初期完全释放。放。1.3 性能性能(xngnng)变化变化力学性能力学性能物理性能物理性能第七页，共55页。第八页，共55页。回回 复复 阶段阶段(jidun)(jidun)

6、： 大部分或全部消除第一类内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；应力，部分消除第二、三类内应力；再结晶阶段再结晶阶段(jidun)(jidun)： 内应力可完全消除。内应力可完全消除。1.4 内应力变化内应力变化(binhu)第九页，共55页。所谓回复，即在加热温度较低时，仅因金属中的所谓回复，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一些点缺陷和位错的迁移而引起的某些晶内的变化。回复阶段化。回复阶段(jidun)(jidun)一般加热温度在一般加热温度在0.4Tm0.4Tm以以下。下。第二节第二节 回回 复复 第十页，共55页。低温阶段低温

7、阶段 点缺陷的迁移点缺陷的迁移(qiny)(qiny)和减少和减少, , 表现为表现为: : 空位与间隙原子的相遇而互相中和空位与间隙原子的相遇而互相中和 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。点缺陷运动到界面处消失。中温阶段中温阶段: : 缠结位错重新组合缠结位错重新组合; ; 异号位错抵消异号位错抵消, , 位错密度略有降低位错密度略有降低(jingd)(jingd)。亚晶粒长大。亚晶粒长大。2.1 回复回复(huf)机制机制 第十一页，共55页。高温阶段回复：高温阶段回复：位错攀移和位错环缩小；位错攀移和

8、位错环缩小；亚晶粒合并亚晶粒合并(hbng)(hbng)；多边化。多边化。 多边化多边化 是指冷变形是指冷变形金属加热金属加热(ji r)(ji r)时，时，原来处于滑移面上的原来处于滑移面上的位错，通过滑移和攀位错，通过滑移和攀移形成与滑移面垂直移形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。多的亚晶界的过程。多变化的驱动力是弹性变化的驱动力是弹性应变能的降低。应变能的降低。2.1 回复回复(huf)机制机制 第十二页，共55页。上图中硬化分数上图中硬化分数(fnsh) R (fnsh) R 表示为：表示为：R=(sm-sr)/(sm-s0)R=(sm-sr)/(sm-s0)；smsm、sr sr、s0s

9、0分别为变形后、回复后以及完全退火后的屈服应力。分别为变形后、回复后以及完全退火后的屈服应力。2.2 回复回复(huf)动动力学力学 冷变形材料性能冷变形材料性能(xngnng)的回复的回复程度与回复处理的程度与回复处理的时间和温度有关。时间和温度有关。回回复过程是热激活过复过程是热激活过程，转变的速度决定程，转变的速度决定于原子的活动能力。于原子的活动能力。第十三页，共55页。u 降低应力降低应力u （保持加工硬化效果（保持加工硬化效果(xiogu)(xiogu)）u 防止工件变形、开防止工件变形、开 裂，裂，提高耐蚀性。提高耐蚀性。2.3 回复回复(huf)应应用用 去应力去应力(yngl

10、)退火退火第十四页，共55页。p 冷变形后的金属加热到一定温度冷变形后的金属加热到一定温度(一般大于一般大于0.4Tm)或保或保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒新晶粒;p 新生成的晶粒逐渐全部取代塑性变形过的晶粒，位错新生成的晶粒逐渐全部取代塑性变形过的晶粒，位错密度显著降低密度显著降低(jingd)，性能发生显著变化并恢复到冷，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。变形前的水平，这个过程称为再结晶。p 再结晶的驱动力也是变形储能的降低再结晶的驱动力也是变形储能的降低(jingd)。第三节第三节 再结晶再结

11、晶 3.1 再结晶的基本再结晶的基本(jbn)过程过程第十五页，共55页。3.2 再结晶形核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，但计算经典的形核理论来处理再结晶过程，但计算(j sun)得到的临界晶核半径过大，与试验结果不符。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大量实验表明，再结晶晶核总是在塑性变形引起的最大畸变处形成，并且回复起的最大畸变处形成，并且回复(huf)阶段发阶段发生的多边形化是再结晶形核的必要准备。生的多边形化是再结晶形核的必要准备。第十六页，共5

12、5页。回复阶段，塑性变形所形成的胞状组织经多边回复阶段，塑性变形所形成的胞状组织经多边(dubin)化发化发展成亚晶，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。两种机制。3.2.1 亚晶粒长大亚晶粒长大(chn d)形核机形核机制制亚晶粒长大形核一般在受大变形亚晶粒长大形核一般在受大变形(bin xng)度的材料中发生。度的材料中发生。第十七页，共55页。a. a. 亚晶合并亚晶合并(hbng)(hbng)机制机制 相邻亚晶界的位错，通过滑移和攀移转移到周围相邻亚晶界的位错，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

13、的消失，最后晶界或亚晶界上，导致原来亚晶界的消失，最后通过原子扩散通过原子扩散(kusn)和位置的调整，使两个或和位置的调整，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。亚晶粒，成为再结晶的晶核。第十八页，共55页。如上图，晶粒中某些如上图，晶粒中某些(mu xi)局部位错密度很高的亚晶界向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。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。b. b. 亚晶界移动亚晶界移动(ydng)(ydng)机制机制 第十九页，共55页。当金属的变形度

14、较小时，金属变形是不均匀的。若晶界两边一个晶当金属的变形度较小时，金属变形是不均匀的。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侧突然(trn)(trn)移动，高密度一侧的原子转移到位错低的一侧，新的移动，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。排列应为无畸变区，这个区域就是再结晶核心。 3.2.2 晶界凸出晶界凸出(t ch)形核形核机制机制 第二十页，共55页。和结晶形核方式类似，晶界弯曲后，一方面晶界的弯和结晶形核方式类似，晶界弯曲后，一方面晶界的弯曲

15、面因面积增加会增加界面能，另一方面形核区中原曲面因面积增加会增加界面能，另一方面形核区中原变形区内变形区内(q ni)(q ni)有应变能的释放。有应变能的释放。3.2.2 晶界凸出晶界凸出(t ch)形核形核机制机制 第二十一页，共55页。晶界凸出形核现象在铜、镍、银、铝及铝晶界凸出形核现象在铜、镍、银、铝及铝- -铜合铜合金中曾直接金中曾直接(zhji)(zhji)观察到。观察到。 第二十二页，共55页。变形晶粒晶界附近的原子移动变形晶粒晶界附近的原子移动(ydng)(ydng)到新的未变形晶粒上，到新的未变形晶粒上，从而可以减少变形应变能，新从而可以减少变形应变能，新晶粒不断长大到相遇，

16、最后全晶粒不断长大到相遇，最后全部为新晶粒，再结晶完成。部为新晶粒，再结晶完成。 t0时间时间t t半半径径R RdR/dt = G晶粒彼此接触晶粒彼此接触孕育期孕育期3.3 核心核心(hxn)的长大的长大第二十三页，共55页。原子结合力大，熔点高的材料，再结晶进行较慢；原子结合力大，熔点高的材料，再结晶进行较慢；材料的纯度，纯净材料如纯金属，进行较快，而溶入了材料的纯度，纯净材料如纯金属，进行较快，而溶入了其它元素其它元素(yun s)(yun s)，特别是易在晶界处存在聚集的元素，特别是易在晶界处存在聚集的元素(yun s)(yun s)时，将降低再结晶的速度；时，将降低再结晶的速度；第二

17、相质点特别是呈弥散分布时，将明显降低再结晶的第二相质点特别是呈弥散分布时，将明显降低再结晶的速度。速度。 材料材料(cilio)(cilio)因素因素3.4 影响影响(yngxing)再再结晶的因素结晶的因素 第二十四页，共55页。加热温度愈高，再结晶速度愈快；加热温度愈高，再结晶速度愈快；变形变形(bin xng)量大，弹性畸变能大，再结晶速量大，弹性畸变能大，再结晶速度也快。度也快。工艺工艺(gngy)(gngy)因素因素变形变形(bin xng)量过小，形变储能不能满足形核的基本要求时，再量过小，形变储能不能满足形核的基本要求时，再结晶就不能发生。结晶就不能发生。发生再结晶需要一定的变形

18、量，称为临界变形量发生再结晶需要一定的变形量，称为临界变形量C，大多，大多金属材料的临界变形量在金属材料的临界变形量在210%之间。之间。3.4 影响再结晶的因素影响再结晶的因素 第二十五页，共55页。再结晶刚完成时，得到的是等轴再结晶刚完成时，得到的是等轴细晶粒组织。继续提高退火温度细晶粒组织。继续提高退火温度或延长或延长(ynchng)保温时间，就保温时间，就会发生晶粒相互吞并而长大的现会发生晶粒相互吞并而长大的现象，晶粒长大包括均匀长大的正象，晶粒长大包括均匀长大的正常长大过程和反常的长大过程。常长大过程和反常的长大过程。第四节第四节 晶粒长大晶粒长大(chn d) (chn d) 第二

19、十六页，共55页。4.1 正常正常(zhngchng)的晶粒长大的晶粒长大4.1.1 晶粒长大晶粒长大(chn d)的动力的动力 晶粒的长大晶粒的长大(chn d)是一自发过程，其驱动力是降低其总界面是一自发过程，其驱动力是降低其总界面能。长大能。长大(chn d)过程中，晶粒变大，则晶界的总面积减小，过程中，晶粒变大，则晶界的总面积减小，总界面能也就减小。总界面能也就减小。为减小表面能，晶粒长大的热力学条件总是满足的，长为减小表面能，晶粒长大的热力学条件总是满足的，长大与否还需满足动力学条件，这就是界面的活动性。而大与否还需满足动力学条件，这就是界面的活动性。而温度温度是影响界面活动性的最主

20、要因素。是影响界面活动性的最主要因素。第二十七页，共55页。 为降低表面能，弯曲晶界趋于平为降低表面能，弯曲晶界趋于平直直(pn zh)化，即晶界向曲率化，即晶界向曲率半径中心移动以减小表面积。半径中心移动以减小表面积。II当三个晶粒相交晶界夹角不等于当三个晶粒相交晶界夹角不等于120o120o时，则晶时，则晶界总是向角度较锐的晶粒方向移动，力图使三界总是向角度较锐的晶粒方向移动，力图使三个夹角趋于相等。其原因是由于大角度晶界的个夹角趋于相等。其原因是由于大角度晶界的表面张力与位向无关，几乎相等，即表面张力与位向无关，几乎相等，即TA=TB=TC TA=TB=TC ，因此，因此(ync)(yn

21、c)三夹角必须相等各为三夹角必须相等各为120o120oOOIIIIIITATBTC4.1.2 晶界移动晶界移动(ydng)的规的规律律 第二十八页，共55页。 二维坐标中，晶界边数少于二维坐标中，晶界边数少于6的晶粒（其晶界外的晶粒（其晶界外凸）必然逐步缩小乃至消失。而边数大于凸）必然逐步缩小乃至消失。而边数大于6的晶的晶粒（晶界内凹）则逐渐长大。当晶界边数为粒（晶界内凹）则逐渐长大。当晶界边数为6时，时，晶界很平直且夹角为晶界很平直且夹角为120o时，则晶界处于时，则晶界处于(chy)稳定状态，不再移动，要达到这样的平衡状态需稳定状态，不再移动，要达到这样的平衡状态需要很长的保温时间。要很

22、长的保温时间。4.1.2 晶界移动晶界移动(ydng)的规的规律律 第二十九页，共55页。p 可溶解杂质及合金元素可溶解杂质及合金元素p 溶质原子都能阻碍晶界移动，特别是晶界偏聚溶质原子都能阻碍晶界移动，特别是晶界偏聚(内内吸附吸附)显著的原子，能有效降低晶界的界面能，拖住晶显著的原子，能有效降低晶界的界面能，拖住晶界使之不易移动，温度很高时，吸附在晶界的溶质原界使之不易移动，温度很高时，吸附在晶界的溶质原子被驱散，其抑制作用减弱乃至消失。子被驱散，其抑制作用减弱乃至消失。p 温度：晶界移动速率可表示温度：晶界移动速率可表示(biosh)为：为：G=G0exp(-QG/RT)； G0为常数，为

23、常数，QG为晶界迁移激活能。通常为晶界迁移激活能。通常一定温度下晶粒长大到一定尺寸就不再长大了，提高一定温度下晶粒长大到一定尺寸就不再长大了，提高温度晶粒会继续长大。温度晶粒会继续长大。4.1.3 影响影响(yngxing)晶界晶界移动的因素移动的因素第三十页，共55页。小角度晶界的界面能小于小角度晶界的界面能小于大角度晶界的界面能，而大角度晶界的界面能，而驱使界面移动的力又与界驱使界面移动的力又与界面能成正比，因此面能成正比，因此(ync)(ync)前者的迁移速度要小于后前者的迁移速度要小于后者。者。4.1.4 影响影响(yngxing)晶界移晶界移动的因素动的因素p 相邻相邻(xin ln

24、)晶粒的位晶粒的位向差向差第三十一页，共55页。p 不溶解(rngji)的第二相rFf fa ab bf fs s周长周长2 rcosf f颗粒颗粒s s晶界晶界弥散的第二相质点对于阻碍弥散的第二相质点对于阻碍(z i)(z i)晶界的运动有重要作晶界的运动有重要作用。右图中当运动的晶界遇用。右图中当运动的晶界遇到球形到球形( (简化起见简化起见) )第二相质第二相质点时，第二相质点对晶界运点时，第二相质点对晶界运动产生阻力。动产生阻力。如果达到平衡，则阻力必须等于总张力在垂直方向的分力。如果达到平衡，则阻力必须等于总张力在垂直方向的分力。晶界与质点接触的周长为晶界与质点接触的周长为: L=2

25、rcosf; 所以所以(suy)总张力为总张力为: 2rscosf；它在垂直方向的分量则应为：；它在垂直方向的分量则应为：2rscosfsinb；而；而 b = 90oaf4.1.4 影响晶界移动的因素影响晶界移动的因素第三十二页，共55页。所以平衡时总阻力应为：所以平衡时总阻力应为：F = 2rs cosf sin(90oaf) = 2rs cosf cos(a-f)对于对于(duy)固定材料体系和质点，固定材料体系和质点，质点和晶粒间的表面张力固定，质点和晶粒间的表面张力固定，a也不变，而也不变，而f随晶界与质点的相对随晶界与质点的相对位置而变化。位置而变化。对对f f求极值，令求极值，令

26、dF/df=0dF/df=0，则有：，则有：f=a/2f=a/2，代入上述，代入上述(shngsh)(shngsh)表达表达式中可得：式中可得：max= 2max= 2 rs cosf cos(a-f) = 2rs cosf cos(a-f) = 2 rs cos2a /2 = rs cos2a /2 = rs(1+ rs(1+ cosa)cosa)若单位体积中二相质点个数为若单位体积中二相质点个数为NvNv，当单位面积的晶界移动，当单位面积的晶界移动2r2r距离时，距离时，横切的颗粒数为：横切的颗粒数为：N = 2rNvN = 2rNvp 不溶解(rngji)的第二相rFf fa ab bf

27、 fs s周长周长2 rcosf f颗粒颗粒s s晶界晶界第三十三页，共55页。因此作用在单位面积晶界上的总阻力为：因此作用在单位面积晶界上的总阻力为：F F总总= FmaxN = 2= FmaxN = 2r2s Nv(1+ cosa)r2s Nv(1+ cosa)另一方面，对于球形晶粒（半径为另一方面，对于球形晶粒（半径为R R），驱动其晶界移动的驱动），驱动其晶界移动的驱动力力P P为：为： P = 2s/RP = 2s/R阻力驱动力平衡时有：阻力驱动力平衡时有： 2s/R=22s/R=2r2s Nv (1+cosa )r2s Nv (1+cosa )因此：因此： R = R = r2 N

28、v (1+cosa )-1r2 Nv (1+cosa )-1由于由于(yuy)Nv(yuy)Nv为单位体积中二相质点个数为单位体积中二相质点个数, , 则其体积分数为：则其体积分数为：f = 4f = 4r3Nv /3r3Nv /3；将；将NvNv换算成体积分数换算成体积分数 f f 代入得：代入得：若若a a角在迁移过程中保持不变，则：角在迁移过程中保持不变，则：frKR =+=acos1134frRp 不溶解(rngji)的第二相第三十四页，共55页。 讨讨 论：论：frKR =p 不溶解(rngji)的第二相lR R是平衡状态下的晶粒半径，也即是该条件下晶粒长大的极限是平衡状态下的晶粒半

29、径，也即是该条件下晶粒长大的极限(jxin)(jxin)尺尺寸。寸。l晶粒长大晶粒长大(chn d)的极限尺寸与二相颗粒的半径成正比，与颗粒的体的极限尺寸与二相颗粒的半径成正比，与颗粒的体积分数成反比。积分数成反比。l二相颗粒愈细小，数量愈多，则对晶粒长大的阻滞能力愈强。二相颗粒愈细小，数量愈多，则对晶粒长大的阻滞能力愈强。l二相颗粒对晶粒长大的阻碍作用主要取决于其大小和体积分数，而二相颗粒对晶粒长大的阻碍作用主要取决于其大小和体积分数，而二相颗粒本身的性质影响相对较小，因为它只影响二相颗粒本身的性质影响相对较小，因为它只影响a a值。值。l应用实例：灯泡应用实例：灯泡W丝中加丝中加ThO2质

30、点；钢中含有质点；钢中含有Al2O3或或AlN质点、质点、Mg中中加入微量加入微量Zr，Al中含有中含有MnAl6质点，均可明显阻止加热时晶粒的长大。质点，均可明显阻止加热时晶粒的长大。第三十五页，共55页。再结晶晶粒通常缓慢均匀长大，但如有少数晶粒处在特别有利再结晶晶粒通常缓慢均匀长大，但如有少数晶粒处在特别有利的环境，它们将吞食周围晶粒，迅速长大，这种现象称为晶粒的环境，它们将吞食周围晶粒，迅速长大，这种现象称为晶粒的异常长大。早期的研究的异常长大。早期的研究(ynji)以为异常长大也是形核和核以为异常长大也是形核和核心的生长过程，因此称为心的生长过程，因此称为“二次再结晶二次再结晶”4.

31、2 晶粒的非正常长大晶粒的非正常长大(chn d) 异常异常(ychng)长大的实质是一次再结晶后的长大过程中，某些晶长大的实质是一次再结晶后的长大过程中，某些晶粒的环境特殊而产生的优先长大，不存在再次形核过程。粒的环境特殊而产生的优先长大，不存在再次形核过程。异常长大导致晶粒分布严重不均，长大后期可能造成材料晶粒尺异常长大导致晶粒分布严重不均，长大后期可能造成材料晶粒尺寸过大，对材料的性能带来十分不利的影响。寸过大，对材料的性能带来十分不利的影响。第三十六页，共55页。基本条件基本条件: :正常晶粒长大过正常晶粒长大过程被程被( (第二分散相第二分散相微粒、织构）微粒、织构） 强强烈阻碍。烈

32、阻碍。驱动力：驱动力：界面界面(jimin)(jimin)能能变化。变化。( (不是重新不是重新形核形核) )4.2 晶粒的非正常长大晶粒的非正常长大(chn d) 第三十七页，共55页。 钉扎晶界的第二相溶于基体钉扎晶界的第二相溶于基体. . 机制机制 再结晶织构中位向一致晶粒的合并再结晶织构中位向一致晶粒的合并. . 大晶粒吞并小晶粒大晶粒吞并小晶粒. .对组织和性能的影响对组织和性能的影响 织构明显织构明显 各 向 异 性各 向 异 性 优化磁导率优化磁导率 性能不均性能不均 降低强度和塑韧性降低强度和塑韧性 晶粒粗大晶粒粗大(cd)(cd) 提高表面粗糙度提高表面粗糙度4.2 晶粒的非

33、正常长大晶粒的非正常长大(chn d) 第三十八页，共55页。p 再结晶温度 p 再结晶后的晶粒尺寸 p 其它(qt)组织变化 第五节第五节 再结晶后的组织再结晶后的组织(zzh) (zzh) 第三十九页，共55页。 5. 1 再结晶温度再结晶温度(wnd) 再结晶并不是只能在固定的温度以上才能再结晶并不是只能在固定的温度以上才能(cinng)发生，而是发生，而是温度愈高，转变速度愈快。温度愈高，转变速度愈快。再再结结晶晶温温度度(wnd)定义为在一定时间内完成再结晶所对应定义为在一定时间内完成再结晶所对应的温度，通常规定在一小时内再结晶完的温度，通常规定在一小时内再结晶完成成95%95%所对

34、应的温度为再结晶温度所对应的温度为再结晶温度再结晶温度与材料的类型、纯度有关，而且和材料冷变形程再结晶温度与材料的类型、纯度有关，而且和材料冷变形程度也有关。再结晶温度随着变形量的增加而降低，最终有一度也有关。再结晶温度随着变形量的增加而降低，最终有一下限值，对于工业纯金属来讲，经验表明最低再结晶温度在下限值，对于工业纯金属来讲，经验表明最低再结晶温度在0.35TM左右，一般再结晶温度用左右，一般再结晶温度用0.4TM来估计。来估计。第四十页，共55页。在临界变形量以下，材料不发生再在临界变形量以下，材料不发生再结晶，维持原来的晶粒尺寸结晶，维持原来的晶粒尺寸(ch cun)；在临界变形量附近

35、，刚能形核，因在临界变形量附近，刚能形核，因核心数量很少而再结晶后的尺寸核心数量很少而再结晶后的尺寸(ch cun)很大，有时甚至可得到单晶；很大，有时甚至可得到单晶；一般一般(ybn)情况随着变形量的增加，再结晶后的晶粒尺寸不断减小；情况随着变形量的增加，再结晶后的晶粒尺寸不断减小；当变形量过大当变形量过大(70%)后，可能产生明显织构，在退火温度高时发生后，可能产生明显织构，在退火温度高时发生晶粒的异常长大。晶粒的异常长大。5.2 影响影响(yngxing)再结晶后的晶再结晶后的晶粒尺寸因素粒尺寸因素1) 1) 预变形量预变形量第四十一页，共55页。退火退火(tu hu)(tu hu)温度

36、高，完成再结温度高，完成再结晶用的时间少，长大的时间就长，晶用的时间少，长大的时间就长，所以随退火所以随退火(tu hu)(tu hu)温度的提高温度的提高而晶粒尺寸增大。而晶粒尺寸增大。再结晶退火一般均采用保温再结晶退火一般均采用保温 2 2小时，保证再结晶充分完成而晶粒小时，保证再结晶充分完成而晶粒不过分长大，延长保温时间显然会造成不过分长大，延长保温时间显然会造成(zo chn)(zo chn)晶粒尺寸的晶粒尺寸的长大。长大。 5.2 影响影响(yngxing)再结晶后的晶再结晶后的晶粒尺寸因素粒尺寸因素2)2)退火温度和时间退火温度和时间第四十二页，共55页。5.2 影响影响(yngx

37、ing)再结晶后的晶再结晶后的晶粒尺寸因素粒尺寸因素3)3)杂质杂质(zzh)(zzh)无论是固溶于晶体内的异类原子，还是无论是固溶于晶体内的异类原子，还是(hi shi)在材料组织中存在的第二相质点，在材料组织中存在的第二相质点，特别是弥散分布时，都将促进再结晶后的特别是弥散分布时，都将促进再结晶后的晶粒细化。晶粒细化。4)4)原始晶粒大小原始晶粒大小在其他条件相同时，材料变形前的晶在其他条件相同时，材料变形前的晶粒尺寸愈细小，晶界面多，有利形核，粒尺寸愈细小，晶界面多，有利形核，再结晶后的晶粒也细小。再结晶后的晶粒也细小。5)5)变形温度变形温度材料变形温度较高，或再结晶退火前进材料变形温

38、度较高，或再结晶退火前进行较有效的回复处理，因降低了畸变能，行较有效的回复处理，因降低了畸变能，可使再结晶后的晶粒变粗。可使再结晶后的晶粒变粗。 第四十三页，共55页。p 应避免在临界变形量；应避免在临界变形量；p 同时一次不宜进行过大的变形，防止产生组织织构或出现晶同时一次不宜进行过大的变形，防止产生组织织构或出现晶粒的异常长大；粒的异常长大；p 严格控制再结晶退火的温度和保温时间，以保证再结晶能充严格控制再结晶退火的温度和保温时间，以保证再结晶能充分完成分完成(wn chng)而晶粒不过分长大。而晶粒不过分长大。5.2 影响影响(yngxing)再结晶后的晶粒再结晶后的晶粒尺寸因素尺寸因素

39、控制控制(kngzh)(kngzh)方法方法再结晶晶粒尺寸和凝固结晶一样，决定再结晶晶粒尺寸和凝固结晶一样，决定于形核率和长大速率的比值。为了防止于形核率和长大速率的比值。为了防止再结晶后晶粒粗大，材料需要进行再结再结晶后晶粒粗大，材料需要进行再结晶退火时：晶退火时：第四十四页，共55页。有些结构的金属及合金有些结构的金属及合金(hjn)(hjn)，再结晶退火后经常出现孪，再结晶退火后经常出现孪晶组织，这种孪晶称为退火孪晶或再结晶孪晶。晶组织，这种孪晶称为退火孪晶或再结晶孪晶。 5.3 其他其他(qt)组织组织变化变化 再结晶织构再结晶织构材料的冷变形程度较大，如果材料的冷变形程度较大，如果(

40、rgu)产产生了变形织构，在再结晶后晶粒取向的生了变形织构，在再结晶后晶粒取向的遗传，组织依然存在择优取向，这时的遗传，组织依然存在择优取向，这时的织构称为再结晶织构。织构称为再结晶织构。再结晶织构对进一步的加工不利。如冲压再结晶铜板形成制再结晶织构对进一步的加工不利。如冲压再结晶铜板形成制耳。经常在耳。经常在Cu中加入少量中加入少量P、Be、Cd、Sn等杂质预防。等杂质预防。退火孪晶退火孪晶第四十五页，共55页。热加工热加工 热加工时的软化机制热加工时的软化机制 热加工对材料热加工对材料(cilio)(cilio)组织性能组织性能的影响的影响 第六节第六节 金属金属(jnsh)(jnsh)的

41、热的热加工加工 第四十六页，共55页。p热加工热加工(ji gng)(ji gng)：再结晶温度以上的加工：再结晶温度以上的加工(ji (ji gng)gng)称为称为“热热 加工加工(ji gng)”(ji gng)”。p温加工温加工(ji gng)(ji gng)：低于再结晶温度高于室温的加：低于再结晶温度高于室温的加工工(ji gng)(ji gng)。p冷加工冷加工(ji gng)(ji gng)：室温加工：室温加工(ji gng)(ji gng)。6.1 何谓何谓(hwi)热热加工？加工？SnSn的再结晶温度的再结晶温度(wnd)(wnd)低于室温，因此室温低于室温，因此室温下对锡的

42、加工即为热加工。下对锡的加工即为热加工。第四十七页，共55页。在热加工的温度下，材料可以进行较快回复过程在热加工的温度下，材料可以进行较快回复过程(guchng)(guchng)。它。它不同于静态回复，材料在变形的同时，一方面变形在增加缺陷，不同于静态回复，材料在变形的同时，一方面变形在增加缺陷，另一方面以回复方式减少部分缺陷，某些性能因二者的同时作用另一方面以回复方式减少部分缺陷，某些性能因二者的同时作用可达到动态平衡，维持在某一固定的水平。可达到动态平衡，维持在某一固定的水平。 6.2 热加工时的软化热加工时的软化(runhu)机制机制 在高温下，塑性变形的同时，发生组织结构的软化，尽管软

43、在高温下，塑性变形的同时，发生组织结构的软化，尽管软化本身的方式也是属于回复和再结晶，由于变形硬化化本身的方式也是属于回复和再结晶，由于变形硬化(ynghu)和软化同时发生，软化具有自己的特点，热加工时和软化同时发生，软化具有自己的特点，热加工时软化有以下类型：软化有以下类型：1 1）动态回复）动态回复第四十八页，共55页。热塑性变形热塑性变形(bin xng)再结晶方式再结晶方式(fngsh)形核形核超过临界超过临界(ln ji)变形变形量量核心长大核心长大长大的晶粒也在变形长大的晶粒也在变形超过临界量超过临界量再次形核长大再次形核长大6.3 热加工时的软化机制热加工时的软化机制 2 2）动

44、态再结晶）动态再结晶第四十九页，共55页。3 3）亚动态）亚动态(dngti)(dngti)再结晶再结晶6.3 热加工时的软化热加工时的软化(runhu)机制机制 变形过程中形成的再结晶核心变形过程中形成的再结晶核心(hxn)或长大或长大未完成的小晶体，在变形过程停止后的继续未完成的小晶体，在变形过程停止后的继续长大。长大。4 4）静态回复和静态再结晶）静态回复和静态再结晶变形过程停止后，由于在较高的温度下，这时所变形过程停止后，由于在较高的温度下，这时所发生的回复过程和重新形核并长大的再结晶过程。发生的回复过程和重新形核并长大的再结晶过程。第五十页，共55页。为了控制材料的最后组织为了控制材料的最后组织(zzh)(zzh)，如晶粒尺寸，必需控制好最，如晶粒尺寸，必需控制好最后的变形量和变形停止时的温度，又称为终锻温度，终锻温度过后的变形量和变形停止时的温度，又称为终锻温度，终锻温度过高，最后会导致材料的晶粒尺寸粗大，特别是终锻变形量在临界高，最后会导致材料的晶粒尺寸粗大，特别是终锻变形量在临界变形量附近时，晶粒尺寸更大，使材料的性能下降。