第五章 回复与再结晶PPT讲稿.ppt

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1、第五章 回复与再结晶第1页，共68页，编辑于2022年，星期三2发发生生应应力力腐腐蚀蚀奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢管管道道内内壁壁应应力力腐腐蚀蚀裂裂纹纹奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环境体系中，应力环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含Cl的介质中发的介质中发生，裂纹为树枝状。生，裂纹为树枝状。第2页，共68页，编辑于2022年，星期三3第五章第五章回复与再结晶回复与再结晶Recoveryandrecrystallization 消除的方法消除的方法 退火处理退火处理。退火可使原子扩散

2、能力增加，金属将依次发生退火可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回回复、再结晶和晶粒长大复、再结晶和晶粒长大过程。过程。第3页，共68页，编辑于2022年，星期三4加热温度加热温度黄黄铜铜recoveryrecrystallizationgraingrowth5.1冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织变化冷变形金属在加热时的组织变化第4页，共68页，编辑于2022年，星期三5冷变形金属在加热时的组织变化冷变形金属在加热时的组织变化回复回复recovery是指新的无畸变晶粒出现前所产生的亚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

3、段，在金相显微镜中无明显变化，结构和性能变化的阶段，在金相显微镜中无明显变化，仍保持原有的变形晶粒形貌，若通过仍保持原有的变形晶粒形貌，若通过TEM，则可观察，则可观察到位错组态或亚结构已开始发生变化。到位错组态或亚结构已开始发生变化。recoveryrecrystallizationgraingrowth第5页，共68页，编辑于2022年，星期三6冷变形金属在加热时的组织变化冷变形金属在加热时的组织变化recoveryrecrystallizationgraingrowth再结晶再结晶recrystallization是指出现无畸变的等轴新晶粒逐是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过

4、程。步取代变形晶粒的过程。在开始阶段，在畸变较大的区域里产生新的无畸变的晶粒在开始阶段，在畸变较大的区域里产生新的无畸变的晶粒核心，即再结晶的形核过程；然后通过逐渐消耗周围变形核心，即再结晶的形核过程；然后通过逐渐消耗周围变形晶粒而长大，转变成为新的等轴晶，直至冷变形晶粒完全晶粒而长大，转变成为新的等轴晶，直至冷变形晶粒完全消失。消失。第6页，共68页，编辑于2022年，星期三7冷变形金属在加热时的组织变化冷变形金属在加热时的组织变化recoveryrecrystallizationgraingrowth晶粒长大晶粒长大graingrowth是指再结晶结束后晶粒的长大过是指再结晶结束后晶粒的长

5、大过程，在晶界界面能的驱动下，新晶粒会发生合并长大，最程，在晶界界面能的驱动下，新晶粒会发生合并长大，最终达到一个相对稳定的尺寸。终达到一个相对稳定的尺寸。第7页，共68页，编辑于2022年，星期三8冷变形金属在加热时的性能变化冷变形金属在加热时的性能变化A：强度、硬度和塑性：强度、硬度和塑性strength,hardnessandductility：回复阶段回复阶段变化非常小，再结晶时硬度降低，塑性升高，晶粒长大后趋于缓慢变化非常小，再结晶时硬度降低，塑性升高，晶粒长大后趋于缓慢。第8页，共68页，编辑于2022年，星期三9B：电阻率：电阻率resistivity：其大小与点阵中其大小与点阵

6、中的点缺陷密切相关，随温度升高，空的点缺陷密切相关，随温度升高，空位浓度下降，故电阻率呈现连续下降位浓度下降，故电阻率呈现连续下降趋势趋势。C：内应力：内应力innerstress：回复之后，宏观回复之后，宏观内应力基本消除，微观内应力部分消内应力基本消除，微观内应力部分消除；再结晶后，冷变形造成的内应力除；再结晶后，冷变形造成的内应力全部消除全部消除。D：密度：密度density：密度在再结晶阶段急剧增加，主要是由于此时位密度在再结晶阶段急剧增加，主要是由于此时位错密度显著降低造成的错密度显著降低造成的。E：储能的释放：储能的释放energyrelease：当加热到足以引起应力松弛的温当加热

7、到足以引起应力松弛的温度时，储能就释放出来，再结晶阶段储能释放最多，达到峰值度时，储能就释放出来，再结晶阶段储能释放最多，达到峰值。第9页，共68页，编辑于2022年，星期三10黄铜的回复、再结晶和晶粒长大黄铜的回复、再结晶和晶粒长大(a)(b)(c)(d)(e)(f)（a）是黄铜冷加工变形量达到）是黄铜冷加工变形量达到38后的后的组织，可见粗大晶粒内的滑移线。组织，可见粗大晶粒内的滑移线。（b）经过）经过580C保温保温3秒后，试样上开始秒后，试样上开始出现白色小的颗粒，即再结晶出的新的出现白色小的颗粒，即再结晶出的新的晶粒。晶粒。（c）是在）是在580C保温保温4秒后，显示有更多秒后，显示

8、有更多新的晶粒出现。新的晶粒出现。（d）在）在580C保温保温8秒后，粗大的带有滑移秒后，粗大的带有滑移线的晶粒已完全被细小的新晶粒所取代，即线的晶粒已完全被细小的新晶粒所取代，即完成了再结晶。完成了再结晶。（e）是保温）是保温15分后的金相组织。晶粒已有所分后的金相组织。晶粒已有所长大。长大。（f）则是在）则是在700C保温保温10分后晶粒长大的分后晶粒长大的情形。情形。第10页，共68页，编辑于2022年，星期三11退火温度与黄铜强退火温度与黄铜强度、塑性和晶粒大度、塑性和晶粒大小的关系小的关系拉伸强度拉伸强度延展性延展性退火温度退火温度晶粒大小晶粒大小拉伸强度拉伸强度退火温度愈高晶粒退火

9、温度愈高晶粒长得愈大，拉伸强长得愈大，拉伸强度下降得愈多，塑度下降得愈多，塑性则增加得愈多。性则增加得愈多。第11页，共68页，编辑于2022年，星期三12回复回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位与其他缺陷合并、同一离迁移而引起的晶内某些变化。如空位与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使缺陷数量减少等。滑移面上的异号位错相遇合并而使缺陷数量减少等。由于位错运动使其由冷塑性变形时由于位错运动使其由冷塑性变形时的无序状态变为垂直分布，形成亚的无序状态变为垂直分布，形成亚晶界，这一过程称

10、晶界，这一过程称多边形化多边形化polygonization。5.2回复回复recovery第12页，共68页，编辑于2022年，星期三13回复机理回复机理recoverymechanism移至晶界、位错处移至晶界、位错处点缺陷运动点缺陷运动 空位间隙原子空位间隙原子 消失消失 缺陷密度降低缺陷密度降低空位聚集（空位群、对）空位聚集（空位群、对）1 1 低温回复机制低温回复机制点缺陷的运动！点缺陷的运动！第13页，共68页，编辑于2022年，星期三14 异号位错相遇而抵销异号位错相遇而抵销 位错密度降低位错密度降低位错滑移位错滑移 位错缠结重新排列位错缠结重新排列 亚晶规整化亚晶规整化2 2

11、中温回复机制中温回复机制位错滑移！位错滑移！第14页，共68页，编辑于2022年，星期三15位错攀移位错攀移（滑移）（滑移）位错垂直排列（亚晶界）位错垂直排列（亚晶界）多边化（亚晶粒）多边化（亚晶粒）弹性畸变能降低。弹性畸变能降低。3 3 高温回复机制高温回复机制位错攀移和滑移！位错攀移和滑移！第15页，共68页，编辑于2022年，星期三16回回复复动动力力学学recoverykineticsR屈服强度回复率屈服强度回复率 m变形后屈服强度变形后屈服强度 r回复后屈服强度回复后屈服强度 0原始态的屈服强度原始态的屈服强度（1-R）愈小，即）愈小，即R愈大，则回复程度愈大；愈大，则回复程度愈大；

12、回复过程无孕育期，加热立刻开始回复；回复过程无孕育期，加热立刻开始回复；初期的回复速率大，随后逐渐变慢；初期的回复速率大，随后逐渐变慢；长时间退火后，性能出现一平衡值；长时间退火后，性能出现一平衡值；预变形量愈大，起始回复速率愈大。预变形量愈大，起始回复速率愈大。1.00.80.60.40.20100200300400500oC450oC400oC350oC300oC时间时间/min./min.剩余应变硬化分数（剩余应变硬化分数（1-R1-R）同一变形度的同一变形度的Fe在不同温度下的回复在不同温度下的回复 回复是一个驰豫过程回复是一个驰豫过程(relaxationprocess)第16页，共

13、68页，编辑于2022年，星期三17在回复阶段，金属组织变化在回复阶段，金属组织变化不明显，其强度、硬度略有不明显，其强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内下降，塑性略有提高，但内应力、电阻率等显著下降。应力、电阻率等显著下降。工业上，常利用回复现象将冷变工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法保留加工硬化，这种热处理方法称称去应力退火去应力退火reliefannealing。第17页，共68页，编辑于2022年，星期三18 回复阶段退火的作用：回复阶段退火的作用：提高扩散提高扩散 促进位错运动促进位错运动 释放内应变能释

14、放内应变能回复退火产生的结果：回复退火产生的结果：电阻率下降电阻率下降硬度、强度下降不多硬度、强度下降不多 降低内应力降低内应力第18页，共68页，编辑于2022年，星期三19回复退火产生的结果：回复退火产生的结果：电阻率下降电阻率下降硬度、强度下降不多硬度、强度下降不多 降低内应力降低内应力PlasticdeformationWorkhardeningResidualstress加热温度加热温度5th AnnealingRecoveryRecrystallizationGraingrowth?第19页，共68页，编辑于2022年，星期三20当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，

15、晶粒的形当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状：状：破碎拉长的晶粒破碎拉长的晶粒等轴晶粒等轴晶粒。这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶再结晶。再结晶是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再再结晶是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。5.3再结晶再结晶recrystallization第20页，共68页，编辑于2022年，星期三21由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下

16、降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。驱动力：驱动力：变形金属经回复后未被变形金属经回复后未被释放的储存能（相当于变形总储释放的储存能（相当于变形总储能的能的90%）。）。新晶粒长大通过短程扩散，再结晶程度依赖于新晶粒长大通过短程扩散，再结晶程度依赖于温度和时间。温度和时间。再结晶的驱动力？再结晶的驱动力？第21页，共68页，编辑于2022年，星期三22铁素体变形铁素体变形80%670加热加热650加热加热第22页，共68页，编辑于2022年，星期三23新晶粒的形核新晶粒的形核形核：形核：是在现存的局部高能区域内，以多边化形成是在现存的局部高能区域内，以多边化形成

17、的的亚晶亚晶为基为基础形核础形核变形程度较小变形程度较小 时（小于时（小于20%20%），），各晶粒间由于变形不均匀而引起位各晶粒间由于变形不均匀而引起位错密度不同，相应亚晶尺寸不同，错密度不同，相应亚晶尺寸不同，为降低系统的自由能，位错密度小为降低系统的自由能，位错密度小的晶粒中的亚晶通过晶界凸入另外的晶粒中的亚晶通过晶界凸入另外晶粒中，以吞食方式开始形成无畸晶粒中，以吞食方式开始形成无畸变的再结晶晶核。变的再结晶晶核。1.晶界弓出形核（应变诱导晶界移动、凸出形核）晶界弓出形核（应变诱导晶界移动、凸出形核）形核机制形核机制第23页，共68页，编辑于2022年，星期三242.亚晶形核：变形程度

18、较大时发生此机制，又分为两种亚晶形核：变形程度较大时发生此机制，又分为两种（a）亚晶合并机制亚晶合并机制：相邻亚晶界上的相邻亚晶界上的位错网络通过解离、拆散、位错网络通过解离、拆散、位错的攀移、滑移位错的攀移、滑移，逐渐转移到周围其它亚晶界上，导致，逐渐转移到周围其它亚晶界上，导致亚晶合并亚晶合并。（b）亚晶迁移机制：亚晶迁移机制：位错密度较大的位错密度较大的亚晶界亚晶界，向位向差较大的周围，向位向差较大的周围亚晶方向亚晶方向迁移迁移，并逐渐转化为，并逐渐转化为大角晶界大角晶界，成为形核中心并长大。，成为形核中心并长大。（a）（b）第24页，共68页，编辑于2022年，星期三25再结晶的形核率

19、和长大速率再结晶的形核率和长大速率再结晶的形核率再结晶的形核率是指单位时间、单位体积内形成的再结晶是指单位时间、单位体积内形成的再结晶核心的数目，一般用核心的数目，一般用N表示；晶核一旦形成便会继续长表示；晶核一旦形成便会继续长大至相邻晶粒彼此相遇，大至相邻晶粒彼此相遇，长大速率长大速率用用G表示。表示。第25页，共68页，编辑于2022年，星期三26 变形程度变形程度的影响：的影响：冷变形越大，储能越多，驱动力越大，冷变形越大，储能越多，驱动力越大，长大越长大越快，快，T T再再越低越低 再再结结晶的形核与长大都受到晶的形核与长大都受到储存能的驱动储存能的驱动，主要影响，主要影响因素有：因素

20、有：原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸：晶粒越细，变形抗力越大，变形后的储能：晶粒越细，变形抗力越大，变形后的储能越高，越高，T T再再越低；越低；微量溶质原子微量溶质原子：易与位错交互作用，阻碍形核和长大，：易与位错交互作用，阻碍形核和长大，提高提高T T再再；第二相粒子第二相粒子：可提高、或降低再结晶温度；：可提高、或降低再结晶温度；退火工艺退火工艺：加热速度、加热温度、保温时间等工艺参数的影：加热速度、加热温度、保温时间等工艺参数的影响。响。第26页，共68页，编辑于2022年，星期三27再结晶动力学再结晶动力学再结晶体积分数再结晶体积分数vs.时间时间约翰逊约翰逊-梅厄梅厄（Johnson-Me

21、hl）方程：）方程：阿弗拉密阿弗拉密（Avrami）方程：）方程：假定条件：假定条件：均匀成核、球形晶核，均匀成核、球形晶核，N、G不不随时间改变、恒温随时间改变、恒温假定条件：假定条件：均匀成核、球形晶核，均匀成核、球形晶核，N随时随时间指数衰减、恒温间指数衰减、恒温第27页，共68页，编辑于2022年，星期三28再结晶再结晶 1)1)再结晶过程有孕育期；再结晶过程有孕育期；2)再结晶刚开始速度慢，逐步加快，到再结晶分数为再结晶刚开始速度慢，逐步加快，到再结晶分数为50%时速度最快，随后逐渐变慢时速度最快，随后逐渐变慢再结晶的特点再结晶的特点第28页，共68页，编辑于2022年，星期三29再

22、结晶再结晶 与与 固态相变固态相变 异同异同S型曲线型曲线转变率转变率时间时间孕育期孕育期长大期长大期开始开始终了终了转变率转变率时间（对数形式）时间（对数形式）再结晶再结晶的晶核不是新相，的晶核不是新相，晶体结构未变，而晶体结构未变，而固态相固态相变变出现新相；出现新相；固态相变固态相变倾向于晶界成倾向于晶界成核，而核，而再结晶再结晶以亚晶为以亚晶为基础；基础；两者动力学过程相似。两者动力学过程相似。固态相变固态相变再结晶再结晶第29页，共68页，编辑于2022年，星期三30再再结结晶晶温温度度recrystallizationtemperature定义定义1：冷变形金属开始进行再结晶的冷变

23、形金属开始进行再结晶的最低温度最低温度。定义定义2：工业生产中，以经过工业生产中，以经过大变形量大变形量（70%以上）的变形金属，经以上）的变形金属，经1h退火后完成退火后完成再结晶（再结晶（R 95%）所所对应的温度对应的温度。再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行的过程，一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的最低温发生再结晶的最低温度称再结晶温度。度称再结晶温度。第30页，共68页，编辑于2022年，星期三31T再再与与的关系的关系影响再结晶温度的因素：影响再结晶温度的因素：1、金属的预先变形度：、金属的预先变

24、形度：金属预先变形程度越大金属预先变形程度越大,再结晶温度越低。再结晶温度越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低再结晶当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低再结晶温度。温度。纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系近似关系:T再再(0.35-0.4)T熔熔，其中其中T再再、T熔熔为绝对温度为绝对温度K.金属熔点越高金属熔点越高,T再再也越高也越高.T再再=(T熔熔+273)0.4273，如，如Fe的的T再再=(1538+273)0.4273=451Fe的再结晶温度？的再结晶温度？第31页，共68页，编辑于2022年，

25、星期三322、金属的纯度、金属的纯度金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起阻碍扩散和晶金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起阻碍扩散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著提高界迁移作用，使再结晶温度显著提高.eg.C加入到纯加入到纯Fe中变成低中变成低C钢，再结晶温度变为钢，再结晶温度变为540。第32页，共68页，编辑于2022年，星期三335、加热速度和保温时间、加热速度和保温时间提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生,延长加热时间延长加热时间,使原子扩散充分使原子扩散充分,再结晶温度降低。再结晶温度降低。生产中，把消除加工硬化的热处理称为生

26、产中，把消除加工硬化的热处理称为再结晶退火再结晶退火recrystallizationannealing。再结晶退火温度比再结晶温度高再结晶退火温度比再结晶温度高100200。3.原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸：晶粒越细，再结晶温度越低；：晶粒越细，再结晶温度越低；4.第二相粒子第二相粒子：可提高、或降低再结晶温度；：可提高、或降低再结晶温度；第33页，共68页，编辑于2022年，星期三34再结晶后晶粒的大小再结晶后晶粒的大小由约翰逊由约翰逊-梅厄方程梅厄方程得再结晶晶粒尺寸得再结晶晶粒尺寸d 为：为：（a）变形度的影响变形度的影响（b）温度的影响温度的影响影响因素影响因素第34页，共68页，编辑于

27、2022年，星期三35预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响.当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶.当变形达到当变形达到210%时，只有部分晶粒变形，变形极不均匀，再结晶晶粒大小相时，只有部分晶粒变形，变形极不均匀，再结晶晶粒大小相差悬殊，易互相吞并和长大差悬殊，易互相吞并和长大,再结晶后晶粒特别粗大，这个变形度称临界变形度。再结晶后晶粒特别粗大，这个变形度称临界变形度。1、预先变形度、预先变形度当超过临界变形度后，随变形程度增当超过临界变形度后，随变形程度增加，变形越来越均匀，再结晶时形核加

28、，变形越来越均匀，再结晶时形核量大而均匀，使再结晶后晶粒细而均量大而均匀，使再结晶后晶粒细而均匀，达到一定变形量之后，晶粒度基匀，达到一定变形量之后，晶粒度基本不变。对于某些金属，当变形量相本不变。对于某些金属，当变形量相当大时当大时(90%)，再结晶后晶粒又重，再结晶后晶粒又重新出现粗化现象，一般认为这与形新出现粗化现象，一般认为这与形成织构有关成织构有关.预先变形度对再结晶晶粒度的影响预先变形度对再结晶晶粒度的影响再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小变形量关系图）再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小变形量关系图）第35页，共68页，编辑于2022年，星期三362 2 原原始始晶晶粒粒尺尺寸寸:晶晶粒粒

29、越越小小，驱驱动动力力越越大大，形形核核位位置置越越多多，使使晶晶粒粒细细化。化。3 3 合金元素和杂质合金元素和杂质:增加储存能，阻碍晶界移动，有利于晶粒细化。增加储存能，阻碍晶界移动，有利于晶粒细化。4 4 温温度度:退退火火温温度度越越高高，回回复复程程度度越越大大，储储存存能能减减小小，晶晶粒粒粗粗化化；同同时临界变形度越小，晶粒粗大。时临界变形度越小，晶粒粗大。再结晶退火温度对晶粒度的影响再结晶退火温度对晶粒度的影响温度的影响温度的影响第36页，共68页，编辑于2022年，星期三37再结晶全图再结晶全图 ：再结晶退火温度再结晶退火温度-变形量变形量-再结晶后晶粒尺寸关系再结晶后晶粒尺

30、寸关系 临界变形区临界变形区第37页，共68页，编辑于2022年，星期三38再结晶的应用再结晶的应用恢复变形能力恢复变形能力 改善显微组织改善显微组织 再结晶退火再结晶退火 消除各向异性消除各向异性 提高组织稳定性提高组织稳定性再结晶退火温度：再结晶退火温度：T再再100200。第38页，共68页，编辑于2022年，星期三39黄黄铜铜再再结结晶晶后后晶晶粒粒的的长长大大580C保温保温8秒后的组织秒后的组织580580C C保温保温1515分后的组织分后的组织700700C C保温保温1010分后的组织分后的组织5.4再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大graingrowth再结晶完成后，若继

31、续升高加热温度或延再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。自发的过程。第39页，共68页，编辑于2022年，星期三40 驱驱 动动 力：力：界面能差界面能差 长大方式：长大方式：正常长大；正常长大；异常长大（二次再结晶）异常长大（二次再结晶）第40页，共68页，编辑于2022年，星期三41晶粒长大晶粒长大Grain growth 正常长大正常长大 正常长大：正常长大：大多数晶粒几乎同时长大，晶粒长大的驱动大多数晶粒几乎同时长大，晶粒长大的驱动力是降低其界面能，晶粒界面的力是降低其界面能，晶粒界面的不同曲率不同曲率是

32、造成界面迁移的是造成界面迁移的直接原因，界面总是直接原因，界面总是向曲率中心的方向移动向曲率中心的方向移动。晶界运动方向晶界运动方向原子扩散方向原子扩散方向晶粒长大示意图晶粒长大示意图第41页，共68页，编辑于2022年，星期三42晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。的过程。晶粒粗大会使金属的强度、尤其是塑性和韧性降低晶粒粗大会使金属的强度、尤其是塑性和韧性降低。原子穿过原子穿过晶界扩散晶界扩散晶界迁晶界迁移方向移方向第42页，共68页，编辑于2022年，星期三43影响晶粒长大的因素影响晶粒长大的因素(1)(1)温度温度。

33、温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。(2)(2)分散相粒子分散相粒子。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。(3)(3)杂质与合金元素杂质与合金元素。“气团气团”作钉扎晶界作钉扎晶界,不利于晶界移动。不利于晶界移动。(4)(4)晶粒位向差晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，。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。因而前者的移动速率低于后者。第43页，共68页，编辑于2022年，星期三44晶粒长大晶粒长大Grain growth 异异常长大常长大 异常长大（不连续晶粒长大、二次再结晶）：异常长大（不连续晶

34、粒长大、二次再结晶）：少数晶粒突发性不均匀长大少数晶粒突发性不均匀长大，使晶粒之间尺寸差别显著增大，使晶粒之间尺寸差别显著增大，直至这些迅速长大的晶粒完全相互接触为止。直至这些迅速长大的晶粒完全相互接触为止。形成条件：形成条件：正常晶粒长大过程被正常晶粒长大过程被分分散相粒子散相粒子、织构织构或或表表面热蚀沟面热蚀沟等等强烈阻碍强烈阻碍，能够长大的晶粒数目较能够长大的晶粒数目较少，致使晶粒大小相差少，致使晶粒大小相差悬殊。悬殊。第44页，共68页，编辑于2022年，星期三45 各向异性各向异性织构明显织构明显优化磁导率优化磁导率对组织和性能的影响对组织和性能的影响晶粒大小不均晶粒大小不均性能不

35、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提高表面粗糙度提高表面粗糙度第45页，共68页，编辑于2022年，星期三46Mg-3Al-0.8ZnMg-3Al-0.8Zn合金退火组织合金退火组织 a a 正常再结晶，正常再结晶，b b 晶粒长大，晶粒长大，c c 二次再结晶二次再结晶 第46页，共68页，编辑于2022年，星期三47再结晶退火的组织再结晶退火的组织1 1 再再结结晶晶织织构构:对对于于变变形形织织构构的的金金属属及及合合金金，退退火火可可将将形变织构消除，也可形成新织构。形变织构消除，也可形成新织构。择优形核（沿袭形变织构）择优形核（沿袭形变织构）择优生长（特殊位向

36、的再结晶晶核快速长大）择优生长（特殊位向的再结晶晶核快速长大）2 2 退火孪晶退火孪晶:因晶界迁移出现层错形成的。因晶界迁移出现层错形成的。700700C C保温保温1010分后的组织分后的组织第47页，共68页，编辑于2022年，星期三48轧制轧制模锻模锻拉拔拉拔自自由由锻锻热加工热加工第48页，共68页，编辑于2022年，星期三495.5金属的热加工金属的热加工1冷加工与热加工的区别冷加工与热加工的区别低于低于再结晶温度再结晶温度的加工变形称为冷加工的加工变形称为冷加工高于高于再结晶温度再结晶温度的加工变形称为热加工的加工变形称为热加工热加工：热加工：加工硬化加工硬化动态回复与再结晶动态回

37、复与再结晶Fe的再结晶温度为的再结晶温度为451，其在，其在400以下仍为冷加工。以下仍为冷加工。而而Sn的再结晶温度为的再结晶温度为-71，则其在室温下为热加工。，则其在室温下为热加工。软化软化抵消抵消第49页，共68页，编辑于2022年，星期三50金属的冷热加工金属的冷热加工模锻模锻自由锻自由锻轧制轧制正挤压正挤压反挤压反挤压拉拔拉拔冲压冲压第50页，共68页，编辑于2022年，星期三51动态回复与动态再结晶动态回复与动态再结晶 1 1 动态回复：在塑变过程中发生的回复。动态回复：在塑变过程中发生的回复。2 2 动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。特

38、点特点反复形核，有限长大，晶粒较细。反复形核，有限长大，晶粒较细。包含亚晶粒，位错密度较高，强度硬度高。包含亚晶粒，位错密度较高，强度硬度高。应用：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、应用：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、快的冷却速度可获得细小晶粒。快的冷却速度可获得细小晶粒。第51页，共68页，编辑于2022年，星期三522热加工对金属组织和性能的影响热加工对金属组织和性能的影响热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或拄热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或拄状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀、晶粒

39、细化，力学性能提高。高。热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成彼此平行的宏观条纹，形方向拉长，形成彼此平行的宏观条纹，称作称作流线流线，由这种流线体现的组织称，由这种流线体现的组织称纤维组织纤维组织。它使钢产生各向异性，在它使钢产生各向异性，在制定加工工艺时，应使流线分布合理，制定加工工艺时，应使流线分布合理，尽量与拉应力方向一致。尽量与拉应力方向一致。吊吊钩钩中中的的纤纤维维组组织织第52页，共68页，编辑于2022年，星期三53在加工亚共析钢时，发现钢中的在加工亚共析钢时，发现钢中的F与与P呈带状分布，这种组织呈带状分布，这种组织称称带状组织带

40、状组织。带状组织与枝晶偏析被沿加工方向拉长有关。可通过多带状组织与枝晶偏析被沿加工方向拉长有关。可通过多次正火或扩散退火消除次正火或扩散退火消除.正火组织正火组织带状组织带状组织第53页，共68页，编辑于2022年，星期三54晶粒大小的控制。热加工时动态再结晶的晶粒大小晶粒大小的控制。热加工时动态再结晶的晶粒大小主要取决于变形时的流变应力，应力越大，晶粒越主要取决于变形时的流变应力，应力越大，晶粒越细小。添加微量的合金元素可抑制热加工后的静态细小。添加微量的合金元素可抑制热加工后的静态再结晶，热加工后的细晶材料具有较高的强韧性。再结晶，热加工后的细晶材料具有较高的强韧性。第54页，共68页，编

41、辑于2022年，星期三55热加工能量消耗小，但钢材表面易氧化。一般用于热加工能量消耗小，但钢材表面易氧化。一般用于截面尺寸大截面尺寸大、变形量大、在室温下加工困难的工件。变形量大、在室温下加工困难的工件。而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光洁度要求高的工件。度及表面光洁度要求高的工件。第55页，共68页，编辑于2022年，星期三56Recovery？Recrystallization？InfluencingfactorsDrivingRecrystallizationtemperatureNuclear6thGraingrowth？No

42、rmalandabnormal第56页，共68页，编辑于2022年，星期三573 3 超塑性超塑性 superplasticity超超 塑塑 性性：某某 些些 材材 料料 在在 特特 定定 变变 形形 条条 件件 下下 呈呈 现现 的的 特特 别别 大大 的的 延伸率延伸率500-2000%。条条件件：晶晶粒粒细细小小、温温度度范范围围（0.50.65Tm）、应应变变速速率率小小（10.01%/s）。）。本质：多数观点认为是由晶界的滑动和晶粒的转动所致。本质：多数观点认为是由晶界的滑动和晶粒的转动所致。应用：复杂零件的精密成形；难于热变形材料的加工。应用：复杂零件的精密成形；难于热变形材料的加

43、工。第57页，共68页，编辑于2022年，星期三58超塑性材料的组织结构特点：超塑性材料的组织结构特点：A超塑性变形时尽管变形量很大，但晶粒没有被拉长，仍超塑性变形时尽管变形量很大，但晶粒没有被拉长，仍保持等轴状；保持等轴状；B超塑性变形没有晶内滑移和位错密度的变化；超塑性变形没有晶内滑移和位错密度的变化；C超塑性变形过程中晶粒有所长大，且形变量越大，应变速率越超塑性变形过程中晶粒有所长大，且形变量越大，应变速率越小，晶粒长大越明显；小，晶粒长大越明显；D超塑性变形时产生晶粒换位，使晶粒趋于无规则排列，超塑性变形时产生晶粒换位，使晶粒趋于无规则排列，可消除再结晶织构和带状组织。可消除再结晶织构

44、和带状组织。第58页，共68页，编辑于2022年，星期三59超塑性合金材料种类：超塑性合金材料种类：最常用的铝、镍、铜、铁、合金均有最常用的铝、镍、铜、铁、合金均有1015个牌个牌号，它们的延伸率在号，它们的延伸率在2002000之间。如铝锌共之间。如铝锌共晶合金为晶合金为1000，铝铜共晶合金为，铝铜共晶合金为1150，纯，纯铝高达铝高达6000，碳和不锈钢在，碳和不锈钢在150800之间，之间，钛合金在钛合金在4501000之间。之间。第59页，共68页，编辑于2022年，星期三60金属经过塑性变形后金属经过塑性变形后回复回复加工硬化加工硬化残余应力残余应力 退化处理退化处理再结晶再结晶晶

45、粒长大晶粒长大特点特点特点特点晶粒形核和长大晶粒形核和长大再结晶温度再结晶温度长大特点长大特点本章小结本章小结第60页，共68页，编辑于2022年，星期三61LawsofrecrystallizationThere are several,largely empirical laws of recrystallization:Thermallyactivated.The rate of the microscopic mechanisms controlling the nucleation and growth of recrystallised grains depend on the a

46、nnealing temperature.Arrhenius-type equations indicate an exponential relationship.第61页，共68页，编辑于2022年，星期三62Criticaltemperature.Following from the previous rule it is found that recrystallization requires a minimum temperature for the necessary atomic mechanisms to occur.This recrystallization temper

47、ature decreases with annealing time.Criticaldeformation.The prior deformation applied to the material must be adequate to provide nuclei and sufficient stored energy to drive their growth.第62页，共68页，编辑于2022年，星期三63Lawsofrecrystallization(cont)There are several,largely empirical laws of recrystallizati

48、on:Deformationaffectsthecriticaltemperature.Increasing the magnitude of prior deformation,or reducing the deformation temperature,will increase the stored energy and the number of potential nuclei.As a result the recrystallization temperature will decrease with increasing deformation.第63页，共68页，编辑于20

49、22年，星期三64Initialgrainsizeaffectsthecriticaltemperature.Grain boundaries are good sites for nuclei to form.Since an increase in grain size results in fewer boundaries this results in a decrease in the nucleation rate and hence an increase in the recrystallization temperature Deformationaffectsthefina

50、lgrainsize.Increasing the deformation,or reducing the deformation temperature,increases the rate of nucleation faster than it increases the rate of growth.As a result the final grain size is reduced by increased deformation.第64页，共68页，编辑于2022年，星期三65思思考考题题1、概念、概念临界分切应力、孪生、固溶强化、临界分切应力、孪生、固溶强化、Orowan机制、