材料科学基础 课件 第七章 形变金属材料的回复与再结晶

第七章形变金属材料的回复与再结晶§7.1形变金属材料在退火过程中的变化§7.2回复§7.3再结晶§7.4晶粒长大§7.5金属材料的热加工1冷变形金属的形变储存能：弹性应变能畸变能2一、显微组织的变化

冷变形金属的组织和性能在加热时逐渐发生变化，这个过程称为退火。§7.1形变金属材料在退火过程中的变化3

二、形变储存能的降低是形变金属材料回复和再结晶的驱动力。4三、残余应力和性能的变化

5§7.2回复回复——冷变形金属材料加热时，在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。6一、退火温度和时间对回复过程的影响

回复程度是温度和时间的函数。温度越高，回复程度越大；温度一定，回复程度随时间的延长而逐渐增加，但回复初期变化显著。7

二、回复机制1.低温回复T＜0.2Tm（对点缺陷敏感的）电阻率显著减小。机制：过量空位消失，空位浓度趋向平衡浓度。原因：1、空位迁移到金属表面或晶界而消失；2、空位与间隙原子结合而消失；3、空位与位错交互作用而消失；4、空位聚集成群，使晶体崩塌而转变成位错环。82.高温回复0.2Tm

≤T＜0.35Tm内应力显著减小，加工硬化略消除。机制：位错进行滑移（包括交滑移）和攀移，异号位错抵消及位错重排，发生多边化过程。92.高温回复0.2Tm

≤T＜0.35Tm内应力显著减小，加工硬化略消除。机制：位错进行滑移（包括交滑移）和攀移，异号位错抵消及位错重排，发生多边化过程。10攀移：是指在较高温度和正应力作用下，刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动。如果额外半原子面下端的原子扩散出去，或者与空位交换位置，使额外半原子面缩短，这种运动称为正攀移。作用在半原子面上的压应力有助于正攀移。11多晶体回复退火过程的亚结构变化1213四、回复退火/去应力退火的应用

1.减小内应力，尤其是第一类内应力；2.提高材料的耐蚀性；3.冷拔铜丝导线提高导电性。冷变形金属材料在基本保持加工硬化的状态下：再结晶——冷变形金属材料在加热到一定温度或保温一段时间之后，在原来形变组织中产生了无畸变的新晶粒，且性能也发生显著变化，并恢复到冷变形前水平的过程。§7.3再结晶14纯铁冷变形量80%650℃加热670℃加热再结晶的特点：1、包括再结晶晶粒的形核和长大；2、不是相变（与多晶型转变比较）；2、显微组织（晶粒、位错密度）发生变化；3、力学性能发生显著变化；4、内应力完全消除。15一、退火温度和时间对再结晶过程的影响

1、发生再结晶需要孕育期；2、再结晶百分数约为50%时速度最快；3、退火温度越高，孕育期越短，再结晶过程加速。1617三、再结晶温度及其影响因素：

经严重冷变形（变形量≥70%）的金属在1小时的保温时间内能够完成再结晶（再结晶百分数≥95%）的温度。再结晶温度不是一个物理常数。金属材料的再结晶温度与其熔点之间存在以下经验关系：T再≈δTm式中，T再、Tm均以热力学温度表示，δ为一系数。对于工业纯金属，δ值约为0.35～0.4。18三、再结晶温度及其影响因素：影响再结晶温度高低的因素：（1）冷变形量（2）纯度（3）第二相颗粒（4）晶粒大小（5）加热速度和保温时间19预先变形度对再结晶晶粒尺寸的影响四、控制再结晶晶粒尺寸——预先变形度、再结晶退火温度、原始晶粒尺寸、合金元素及杂质。20工业纯铝的再结晶晶粒大小与变形量的关系（再结晶退火温度550℃，保温时间30min）变形量自左至右依次为：1%、2.5%、4%、6%、8%、10%、12%、15%21§7.4晶粒长大晶粒长大：指冷变形金属在完成再结晶后，随着加热温度的升高或保温时间的延长，无畸变新晶粒中的某些晶粒尺寸增大，另一些晶粒尺寸缩小而消失的过程。这一过程的驱动力是界面能差。22晶粒长大过程的特点：晶界本身趋于平直化，三个晶粒的晶界交角趋于120º；晶界迁移总是指向其曲率中心方向；随着晶界迁移，小晶粒逐渐被吞并到相邻的较大晶粒中。23晶粒长大过程的特点：晶界本身趋于平直化，三个晶粒的晶界交角趋于120º；晶界迁移总是指向其曲率中心方向；随着晶界迁移，小晶粒逐渐被吞并到相邻的较大晶粒中。2425

晶粒的反常长大（二次再结晶）2627四、再结晶退火/中间退火的应用

1.冷变形金属材料消除加工硬化——又称中间退火，以利进一步冷加工；2.对于无固态相变的金属材料，通过冷塑性变形并再结晶退火，可获得细小均匀的晶粒；3.磁性材料获得高密度的再结晶织构。28热加工§7.5热加工热加工：在金属材料的再结晶温度以上对其进行塑性变形。金属材料在热加工过程中同时发生加工硬化和回复软化或再结晶软化两个过程。29

在热加工过程中一些金属材料（如铁素体钢、铝及铝合金、工业纯铁、锆、锌等）只发生动态回复，不发生动态再结晶。30

在热加工过程中一些金属材料（镍及镍合金、铜及铜合金、镁及镁合金、奥氏体钢、金、银等）通常发生动态再结晶。3