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材料科学基础简答题 ㈤

发布时间:2019-12-31 20:08    点击次数:141次   

  加热进程中,原子具备了足够活动能力,将向能量较低的平衡位置迁移,内应力得以松驰,储存能逐渐释放出来。回复阶段第一类内应力可以大部分或全部得以消除,第二类或第三类内应力只能消除一部分,经再结晶后,内应力可完全消除。

  回复阶段,硬度、强度略有下降,塑性有所提高,但变化很小。再结晶阶段硬度与强度显著下降,塑性大大提高。推知:回复阶段位错密度减小有限,再结晶阶段位错密度显著下降。

  回复、再结晶时电阻变化都较显著。加热温度升高,电阻不断下降。(原因电阻与点缺陷有关,点缺陷引起的晶格畸变使电子产生散射,比位错散射作用强烈。可知回复阶段点缺陷密度显著降低,金属密度不断增加,应力腐蚀倾向减小。

  当预先变形量较小时,再结晶是在原晶界处生核。多晶体的变形具有不均匀性,不同晶粒的变形不同,变形大的晶粒具有高的位错密度,变形小的晶粒位错密度低。不同变形程度和位错密度的两个晶粒被晶界所分开,在一定能量条件下,局部毗邻低位错密度区的晶界AB段,可以扩张至高位错密度的晶粒,晶界扫过区域,位错密度头小,能量降低,成为低畸变或无畸变区,经一定时间,晶界扫过形成的低畸变区达到一定尺寸,即成为稳定的再结晶核心。

  形成再结晶核心的条件是:当晶界扩展时能量可以降低。晶界弓出生核的实质是晶界的迁移。扩展的能量条件是:R>2γ/△ES。稳定再结晶核心的临界尺寸为:弓出晶界最小的曲率半径R*>2γ/△ES。相应再结晶核心为半球形。在晶界弓出至半球形以前的扩张阶段即为形核孕育期。

  当预先形变量较大或材料层错能较高时,再结晶形核采取亚晶转动、聚合的方式,通过再结晶前多边形化,形成较小的亚晶,亚晶界曲率不大,不易迁移但某些亚晶界中位错可通过攀移和交滑移而迁出,使亚晶界消失,相邻亚晶转动,位向接近而聚合成为更大的亚晶,消失的位错进入邻近的亚晶界中,使与周围亚界位向差增大,当小角亚晶界转变有大角晶界,并达到形核的临界尺寸时,即成为再结晶核心,亚晶转动聚合形核机制。

  当形变量大或材料层错能较低时,再结晶核心也是在再结晶前多边形化所产生的无应变较大亚晶的基础上形成的。由于变形大,位错密度高,亚晶界曲率大,易于迁移。亚晶界迁移中清除并吸收其扫过相邻亚晶的位错,使亚晶界获得更多位错,与相邻亚晶取向差增大 变为大角晶界,当大角晶面达到临界曲率半径。便成为稳定再结晶核心。

  ①预先变形程度:金属的变形程度增大,冷变形储能增加,使形核率和长大速度都老大,再结晶容易发生,故再结晶温度降低。变形量增大到一定程度,再结晶温度基本稳定,变化不大。

  ③原始晶粒大小:原始晶粒细小,晶界增多,提供更多的有利生核的区域,此外,细晶粒金属有更大的形变抗力,相同变形度下,变形储能高,再结晶驱动力大。因此,细晶粒容易发生再结晶,使再结晶温度降低。

  ⑤第二相粒子:第二相粒子存在即可促进又可阻碍再结晶。促进时再结晶温度低,阻碍时再结晶温度高。促进作用是因为第二相粒子阻碍位错运动,引起位错塞积,增加位错密度和变形储能,使再结晶驱动力增大。阻碍作用是因为加热再结晶退火时,第二相粒子的存大会阻碍位错重排构成亚晶界并发展成大角晶界的再结晶生核过程,和阻碍大角晶界迁移的再结晶核心长大过程。当第二相粒子直径和间距较大时促进作用主导作用;当第二相粒子直径和间距较小时,阻碍作用主导。

  金属在再结晶温度以上进行的加工、变形。热变形的实质是变形中形变硬化和动态软化同时进行的过程,形变硬化为动态软化所抵消,因而不显示加工硬化作用。

  铸造材料的某些缺陷(如气、疏松)在热变形时左部分可被焊合,使组织致密性增加,铸态粗大的柱状晶通过变形和再结晶被破坏,形成细小的等轴晶;铸态组织中的偏析通过热变形中的高温加热和变形使原子扩散加速而减少或消除。其结果使材料的致密性和机械性有所提高,因此材料经热变形后较铸态有较佳的机械性能。

  铸态组织中夹杂物一般沿晶界分布,热加工时晶粒变形,晶界夹杂物也承受变形,塑性夹杂被拉长,脆性夹杂被打碎成链状,都沿变形方向分布,晶粒发生再结晶,形成不同于铸态的新的等轴晶粒,而夹杂仍沿变形方向呈现纤维状分布,这种夹杂的分布叫流线。由一条条流线勾划出来的组织,叫纤维组织。流线形成使金属的机械性能出现各向异性,沿纵向取样,钢材料机械性能高,而横向机械性能差。

  复相合金中的各个相,在热加工时沿着变形方向交替地呈带状分布,称为带状组织。如热变形后亚共析钢中的铁素体和珠光体成条带状分布。

  亚共析钢中条带组织形成的原因有两种,一是在两相区温度范围内变形,铁素体沿奥氏晶界析出后变形伸长,再结晶后奥氏与铁素体变形成等轴晶粒,但其分布成条带状;另一情况是铸锭中存在着偏析元素和夹杂,变形后夹杂物形成流线,可作为冷却时铁素体析出的核心,使铁素体与珠光体成条带状分布,微观分析可看到铁素体中夹杂的存在。

  防止带状组织:一是不在两相区变形,二是减少夹杂元素含量,三是采用高温扩散退火,消除元素偏析。

  采用低的变形终止温度、大的最终变形量和快的冷却速度,可得到细小晶粒,加入微量合金元素,阻碍热变形发生的静态再结晶和晶粒长大。


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