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(jīnshǔ)在冷和热塑性加工过程中组织和性能的变化规律

报告(bàogào)人：吴毅报告时间：2015年11月2日共二十九页一、回复(huífù)二、再结晶三、晶粒长大具体内容：1/27共二十九页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(chánɡdà)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共二十九页冷变形金属在退火(tuìhuǒ)过程中显微组织的变化3/27共二十九页冷变形金属退火时某些(mǒuxiē)性能和能量的变化性能(xìngnéng)及其他指标加热温度04/27共二十九页同一变形程度(chéngdù)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(huífù)1.回复动力学剩余应变硬化分数（1-R）时间/min5/27共二十九页这种回复特征(tèzhēng)可用一级反应方程式来表达：c值与温度(wēndù)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lnt~1/T的关系式为：6/27共二十九页2.回复(huífù)机制

（1）低温回复（0.1~0.3Tm）：主要与点缺陷的迁移有关(yǒuguān)。（2）中温回复（0.3~0.5Tm）：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共二十九页（a）多变化(biànhuà)前刃型位错散乱分布（b）多变化(biànhuà)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共二十九页二、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(jīnshǔ)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(hébìng)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。共二十九页（1）晶界弓出形核具有(jùyǒu)亚晶粒组织晶粒间的凸出形核示意图晶界弓出形核模型(móxíng)示意图10/27共二十九页（2）亚晶合并(hébìng)机制亚晶粒合并(hébìng)形核示意图11/27共二十九页（3）亚晶迁移(qiānyí)机制亚晶粒迁移(qiānyí)长大示意图12/27共二十九页2.再结晶动力学（1）再结晶速度与温度(wēndù)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(zhìliàng)分数为ωCu=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/min13/27共二十九页作1/T~lgt图，直线(zhíxiàn)的斜率为2.3R/Q（3）动力学方程(fāngchéng)表达式（1/T）/×10-3K-1经98%冷轧的纯铜（质量分数为ωCu=99.999%）在不同温度下等温再结晶时的1/T~lgt图t(φR为50%所需的时间)/min14/27共二十九页3.再结晶温度及其影响(yǐngxiǎng)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=0.25~0.35Tm经验公式工业纯金属：T再=0.35~0.45Tm合金：T再=0.4~0.9Tm注：再结晶退火温度一般(yībān)比上述温度高100~200℃15/27共二十九页a.变形(biànxíng)量（2）再结晶温度(wēndù)的影响因素开始再结晶温度/℃变形度/%a—电解铁b—铝16/27共二十九页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(bǎowēn)时间等。再结晶温度(wēndù)退火时间17/27共二十九页4.再结晶后的晶粒大小及其影响(yǐngxiǎng)因素（1）利用(lìyòng)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共二十九页低碳钢（ωC=0.06%）变形度及退火(tuìhuǒ)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(wēndù)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共二十九页三、晶粒长大(chánɡdà)驱动力：界面(jièmiàn)能差。长大方式

正常长大异常长大（二次再结晶）20/27共二十九页（1）定义：再结晶后晶粒的均匀连续长大。（2）驱动力：界面(jièmiàn)能差。界面(jièmiàn)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(zhèngcháng)长大21/27共二十九页a.温度(wēndù)（3）影响晶粒长大(chánɡdà)的因素Dt/×108cm2时间/minɑ黄铜在恒温下的晶粒长大曲线22/27共二十九页b.分散相粒子：一般有晶粒稳定(wěndìng)尺寸d和第二相质点半径r、体积分数

的关系：

移动(yídòng)中的晶界与分散相粒子的交互作用示意图23/27共二十九页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(qiánzhě)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(qiānyí)速度的影响晶界迁移速度/mm∙min-1ω(Sn)/%24/27共二十九页2、异常(yìcháng)长大（1）定义：少数再结晶晶粒的急剧(jíjù)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共二十九页（3）对组织(zǔzhī)和性能的影响织构明显(míngxiǎn)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，ε=50%）在不同温度退火1h的晶粒尺寸硅铁二次再结晶的反常晶粒26/27共二十九页最后，谢谢(xièxie)大家！参考书目：1、《材料科学基础》第三版，胡庚祥，蔡珣，戎咏华编著(biānzhù)，上海交通大学出版社。2、《金属塑性变形物理基础》，杨觉先编著，冶金工业出版社。27/27共二十九页内容(nèiróng)总结金属在冷和热塑性加工过程中组织和性能的变化规律。金属在冷和热塑性加工过程中组织