金属材料的变形与再结晶

1、1金属的塑性变形与再结晶之回复与再结晶（P26）电厂金属材料电厂金属材料2022-5-292 回复与再结晶回复与再结晶 经过塑性变形的金属，发生一系列的的组织和结构以经过塑性变形的金属，发生一系列的的组织和结构以及性能的变化，金属晶体的晶格也发生大量的畸变。由于及性能的变化，金属晶体的晶格也发生大量的畸变。由于塑性变形而储存在晶体中的这部分能量称作形变储存能。塑性变形而储存在晶体中的这部分能量称作形变储存能。金属釉自发地降低能量恢复变形前的组织和结构的趋势，金属釉自发地降低能量恢复变形前的组织和结构的趋势，因此，形变后的金属加热时，将发生一系列的组织和性能因此，形变后的金属加热时，将发生一系列

2、的组织和性能的变化，变化的主要形式是回复与再结晶的变化，变化的主要形式是回复与再结晶 2022-5-293 回复与再结晶回复与再结晶 （1）组织变化）组织变化t0t1为第为第1阶段，称为阶段，称为回复回复 ：显微组织几乎不发生变化，：显微组织几乎不发生变化，晶粒仍保持变形后的形态晶粒仍保持变形后的形态t1t2为第为第阶段，称为阶段，称为再结晶再结晶:变形晶粒通过形核和长大变形晶粒通过形核和长大，变为新的等轴晶粒（但不是相变）；，变为新的等轴晶粒（但不是相变）；t2t3为第为第阶段，称为阶段，称为晶粒长大晶粒长大:晶粒通过晶界移动，发晶粒通过晶界移动，发生长大，直至达到一种相对稳定的尺寸。生长大

3、，直至达到一种相对稳定的尺寸。 冷变形金属组织随加热温度及时间的变化示意图 t0t1t2t3回复回复再结晶再结晶晶粒长大晶粒长大2022-5-294（2）回复和再结晶的驱动力）回复和再结晶的驱动力 储存能储存能: 冷塑变形时，外力所做的功尚有一部分储存在冷塑变形时，外力所做的功尚有一部分储存在变形金属的内部，这部分能量叫储存能变形金属的内部，这部分能量叫储存能 储存能是变形金属加热是发生回复和再结晶的驱动力储存能是变形金属加热是发生回复和再结晶的驱动力（3）性能变化）性能变化 强度与硬度强度与硬度 电阻率电阻率 密度密度 内应力内应力2022-5-295（4）回）回 复复 机机 制制 低温回复

4、低温回复(0.10.3Tm) 主要涉及点缺陷的运动。空位主要涉及点缺陷的运动。空位或间隙原子移动到晶界或位错处，空位与间隙原子相遇复或间隙原子移动到晶界或位错处，空位与间隙原子相遇复合，使点缺陷密度大大下降。合，使点缺陷密度大大下降。 中温回复中温回复(0.30.5Tm) 位错可以在滑移面上滑移或交位错可以在滑移面上滑移或交滑移，使异号位错相遇相消，位错密度下降，位错缠结内滑移，使异号位错相遇相消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使变形亚晶规整化。部重新排列组合，使变形亚晶规整化。 高温回复高温回复(0.5Tm) 位错除滑移外，还可攀移，实现位错除滑移外，还可攀移，实现多边化，如下图所

5、示。多边化，如下图所示。2022-5-296 再结晶再结晶1）定义）定义 冷变形后的金属加热到一定温度时，在原来的变形冷变形后的金属加热到一定温度时，在原来的变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能发生了明组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能发生了明显的变化，并恢复到完全软化的状态，这个过程称之显的变化，并恢复到完全软化的状态，这个过程称之为为再结晶再结晶。 2）形核机制）形核机制 晶界弓出形核机制晶界弓出形核机制 亚晶合并形核机制亚晶合并形核机制 亚晶蚕食形核机制亚晶蚕食形核机制 都是大都是大角度晶角度晶界的突界的突然迁移然迁移2022-5-297再结晶亚晶形核机制示意图(b)亚晶合并形

6、核(a) 亚晶直接长大形核 形变造成了大位向差的界面形变造成了大位向差的界面界面迁移界面迁移再结晶晶核再结晶晶核ABC间位相差很小A和B合并ABC合并,形成大位相差界面2022-5-2983）影响再结晶的因素）影响再结晶的因素 （1）退火温度：）退火温度：加热温度越高，再结晶速度越快加热温度越高，再结晶速度越快（2）预先变形程度）预先变形程度：变形度越大，再结晶开始温度越低：变形度越大，再结晶开始温度越低；当变形量增大到一定程度后，再结晶开始温度便趋于稳；当变形量增大到一定程度后，再结晶开始温度便趋于稳定定（3）微量熔质原子：）微量熔质原子： 溶质或杂质原子与位错，晶界存在溶质或杂质原子与位错

7、，晶界存在交互作用，偏聚在位错及晶界处，对位错的运动及晶界的交互作用，偏聚在位错及晶界处，对位错的运动及晶界的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶的形核与长大，阻碍迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶的形核与长大，阻碍再结晶，使再结晶温度升高。再结晶，使再结晶温度升高。2022-5-2993）影响再结晶的因素）影响再结晶的因素 （4）原始晶粒尺寸：）原始晶粒尺寸：其他条件相同情况下，晶粒越细，其他条件相同情况下，晶粒越细，变形抗力越大，冷变形后储存能越多，再结晶温度越低。变形抗力越大，冷变形后储存能越多，再结晶温度越低。相同变形度，晶粒越细，晶界总面积越大，可供形核场所相同变形度，晶粒越细，晶界总面积

8、越大，可供形核场所越多，生核率也增大，故再结晶速度加快。越多，生核率也增大，故再结晶速度加快。（5）分散相粒子）分散相粒子 ：既可能促进基体金属的再结晶，也可：既可能促进基体金属的再结晶，也可能阻碍再结晶能阻碍再结晶2022-5-2910影响再结晶后晶粒大小的主要因素有影响再结晶后晶粒大小的主要因素有1.预先变形程度预先变形程度 当变形度很小时当变形度很小时(c)不发生再结晶，故不发生再结晶，故晶粒大小不变；当晶粒大小不变；当=2%8%时，再结晶后的晶粒特别粗时，再结晶后的晶粒特别粗大，此时的变形度即所谓临界变形度；当变形度大于临大，此时的变形度即所谓临界变形度；当变形度大于临界变形度时，随变

9、形度的增加，晶粒逐渐细化界变形度时，随变形度的增加，晶粒逐渐细化 。2022-5-2911影响再结晶后晶粒大小的主要因素有影响再结晶后晶粒大小的主要因素有2. 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸 变形度一定时，原始晶粒越细，再结晶后变形度一定时，原始晶粒越细，再结晶后的晶粒也越细的晶粒也越细3. 退火温度退火温度 提高退火温度，不仅使再结晶后的晶粒粗大，提高退火温度，不仅使再结晶后的晶粒粗大，而且还影响临界变形度的大小而且还影响临界变形度的大小4. 微量熔质原子和杂质微量熔质原子和杂质 一般都能起细化晶粒的作用一般都能起细化晶粒的作用2022-5-2912 再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大 9.3.

10、3.1晶粒的正常长大（即均匀长大）晶粒的正常长大（即均匀长大）（1）定义）定义：再结晶刚刚完成，得到细小的无畸变等轴晶粒：再结晶刚刚完成，得到细小的无畸变等轴晶粒，当升高温度或延长保温时间，晶粒仍可继续长大，若均，当升高温度或延长保温时间，晶粒仍可继续长大，若均匀地连续生长叫匀地连续生长叫正常长大正常长大。（2）长大方式）长大方式：依靠大角度晶界的移动并吞食其他晶粒：依靠大角度晶界的移动并吞食其他晶粒实现的。实现的。（3）长大的驱动力）长大的驱动力：晶粒长大的驱动力，从整体上看，：晶粒长大的驱动力，从整体上看，是晶粒长大前后总的界面能差。从个别晶粒长大的微观过是晶粒长大前后总的界面能差。从个别

11、晶粒长大的微观过程来说，晶界具有不同的曲率则是造成晶界迁移的直接原程来说，晶界具有不同的曲率则是造成晶界迁移的直接原因。因。2022-5-2913铝晶粒长大的晶界迁移 1 迁移前晶界位置 2 迁移后晶界位置2022-5-29149.3.3.2 晶粒的反常长大（不均匀长大，或称为二次再结晶）晶粒的反常长大（不均匀长大，或称为二次再结晶） 某些金属材料经过严重变形之后，在较高温度退火，会某些金属材料经过严重变形之后，在较高温度退火，会出现晶粒的反常长大，如下图所示。这个过程就像在再结出现晶粒的反常长大，如下图所示。这个过程就像在再结晶后，细小、均匀的等轴晶粒中又重新发生了形核和长大晶后，细小、均匀的等轴晶粒中又重新发生了形核和长大，故又称之为，故又称之为“二次再结晶二次再结晶”。 晶粒异常长大过程 2022-5-2915（2）长大方式）长大方式：来自总界面的降低。：来自总界面的降低。 （3）长大的驱动力）长大的驱动力：少数晶粒突发性地迅速地粗化，使：少数晶粒突发性地迅速地粗化，使晶粒间的尺寸差别显著增大。不需重新形核。晶粒间的尺寸差别显著增大。不需重新形核。（4）二次再结晶有以下特征：）二次再结晶有以下特征： 1.驱动力来自界面能或表面能的降低。驱动力来自界面能或表面能的降低。 2.不需要重新形核，是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作不需要重新形核，是以一次再结晶后的某些特殊晶