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第7章_金属及合金的回复与再结晶(1-2-3)-2010-11

发布时间:2019-12-31 20:10    点击次数:163次   

  第七章第七章第七章第七章 金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶(第一、二、三节)(第一、二、三节)(第一、二、三节)(第一、二、三节)第七章第七章 金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶引子引子研究的对象:?? 研究的对象:形变后的金属和合金形变后的金属和合金发生的原因:?? 发生的原因:经受形变后的金属和合金,在组织、结构、性经受形变后的金属和合金,在组织、结构、性能方面都发生了变化,从热力学角度来看,形能方面都发生了变化,从热力学角度来看,形变引起能量的升高,形变后的金属和合金...

  第七章第七章第七章第七章 金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶(第一、二、三节)(第一、二、三节)(第一、二、三节)(第一、二、三节)第七章第七章 金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶引子引子研究的对象:?? 研究的对象:形变后的金属和合金形变后的金属和合金发生的原因:?? 发生的原因:经受形变后的金属和合金,在组织、结构、性经受形变后的金属和合金,在组织、结构、性能方面都发生了变化,从热力学角度来看,形能方面都发生了变化,从热力学角度来看,形变引起能量的升高,形变后的金属和合金处于变引起能量的升高,形变后的金属和合金处于不稳定的高能状态,会自发地向着自由能降低不稳定的高能状态,会自发地向着自由能降低的方向转变。的方向转变。?? 转变的过程:转变的过程:回复、再结晶、晶粒长大回复、再结晶、晶粒长大第七章第七章 金属及合金的回复与再结金属及合金的回复与再结晶晶?? 形变金属或合金退火过程中的一般变化形变金属或合金退火过程中的一般变化?? 回复回复?? 再结晶再结晶? 再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大? 再结晶退火后的组织再结晶退火后的组织? 热加工热加工第七章第七章 金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶回顾:回顾:经受形变后的金属和合金在组织、结构、性能方面的变经受形变后的金属和合金在组织、结构、性能方面的变化化晶粒外形的变化晶粒外形的变化压缩压缩滑移带滑移带孪生带孪生带扭折带扭折带?? 组织组织?? 结构结构?? 性能性能晶粒内部的变化晶粒内部的变化拉伸拉伸沿拉力轴方向伸长沿拉力轴方向伸长垂直于拉力轴方向伸展垂直于拉力轴方向伸展位错,层错,位错发团,形变亚晶位错,层错,位错发团,形变亚晶间隙原子、空位间隙原子、空位择尤取向、形变织构择尤取向、形变织构加工硬化加工硬化各向异性各向异性力学性能力学性能物理性能物理性能第一节第一节 形变金属或合金退火过程中的一般变化形变金属或合金退火过程中的一般变化一、显微组织的基本变化一、显微组织的基本变化将金属材料加热到某一规定温度,并保温一定时间,而后缓慢冷却至室温的一种热处理操作过程。而后缓慢冷却至室温的一种热处理操作过程。将金属材料加热到某一规定温度,并保温一定时间, 第一节第一节 形变金属或合金退火过程中的一般变化形变金属或合金退火过程中的一般变化光学显微组织几乎看不出任何变化光学显微组织几乎看不出任何变化晶粒仍保持伸长或偏平状晶粒仍保持伸长或偏平状电镜下的精细组织可显示出变化电镜下的精细组织可显示出变化第一节第一节 形变金属或合金退火过程中的一般变化形变金属或合金退火过程中的一般变化长过程,直到形变组织完全改组为新的长过程,直到形变组织完全改组为新的等轴晶粒为止。等轴晶粒为止。形变晶粒内部发生了新晶粒的生核和成形变晶粒内部发生了新晶粒的生核和成再结晶是一个无畸变晶粒在畸变基本中再结晶是一个无畸变晶粒在畸变基本中的生核和成长过程,这个阶段宏观性能的生核和成长过程,这个阶段宏观性能变化最剧烈。变化最剧烈。第一节第一节 形变金属或合金退火过程中的一般变化形变金属或合金退火过程中的一般变化新晶粒逐步相互吞食而长大,直到达新晶粒逐步相互吞食而长大,直到达到一个较为稳定的尺寸。到一个较为稳定的尺寸。第一节第一节 形变金属或合金退火过程中的一般变化形变金属或合金退火过程中的一般变化二、储存能的变化二、储存能的变化同一金属,再结晶阶段对应能量同一金属,再结晶阶段对应能量释放最大峰值。释放最大峰值。不同金属,回复过程释放的能量不同金属,回复过程释放的能量::对纯金属来说很小(对纯金属来说很小(3 3%),再结晶驱动力大,再结晶驱动力大,对合金来说很大(对合金来说很大(70再结晶驱动力小。再结晶驱动力小。%),70%),%),杂质原子或合金组元能够显著推杂质原子或合金组元能够显著推迟基体金属的再结晶过程。迟基体金属的再结晶过程。第一节第一节 形变金属或合金退火过程中的一般变化形变金属或合金退火过程中的一般变化三、性能的变化三、性能的变化1.硬度硬度回复阶段变化小回复阶段变化小, ,约占总变化的再结晶阶段变化大再结晶阶段变化大, ,约占总变化的强度变化相似强度变化相似. .(位错起作用位错起作用)约占总变化的1/5约占总变化的4/5.1/5;4/5.;2.电阻电阻回复阶段和再结晶阶段变化相似回复阶段和再结晶阶段变化相似. .点缺陷密度显著下降点缺陷密度显著下降. .(点缺陷起作用点缺陷起作用)3.密度密度回复阶段和再结晶阶段变化相似回复阶段和再结晶阶段变化相似. .空位浓度和刃型位错密度减小空位浓度和刃型位错密度减小. .(空位起作用空位起作用)回复阶段:力学性能变化小(硬度、强度)物理性能变化大(电阻、密度)再结晶阶段:宏观性能变化大再结晶阶段:宏观性能变化大回复阶段:力学性能变化小(硬度、强度)物理性能变化大(电阻、密度)第二节第二节 回复回复非畸变晶粒在畸变基体中的生核和长大之前的阶段。非畸变晶粒在畸变基体中的生核和长大之前的阶段。光学显微镜下看不出任何变化,晶粒仍然是伸长型或扁片型光学显微镜下看不出任何变化,晶粒仍然是伸长型或扁片型,但是随着回复的进行,金属的物理、力学性能有所变化。,但是随着回复的进行,金属的物理、力学性能有所变化。低温回复:低温回复:主要是点缺陷的迁主要是点缺陷的迁 移(点缺陷运动所需的热激活较低)移(点缺陷运动所需的热激活较低)空位和间隙原子陷入位错或晶界中而消失,空位和间隙原子陷入位错或晶界中而消失,点缺陷相互结合成为较稳定的复合体或相互对消。点缺陷相互结合成为较稳定的复合体或相互对消。中温回复:中温回复:点缺陷的运动点缺陷的运动+ +位错发团内部位错的重新组合、调整位错发团内部位错的重新组合、调整位错的滑动和相互对消(形变后大量塞积的位错恢复滑动)位错的滑动和相互对消(形变后大量塞积的位错恢复滑动)亚晶长大亚晶长大高温回复:高温回复:低温回复内容低温回复内容+ +中温回复内容中温回复内容+ +位错的攀移、亚晶的合并、以及多边形化(刃位错垂直排列成墙及多边形化(刃位错垂直排列成墙?位错的攀移、亚晶的合并、以?多边形化)多边形化) 第二节第二节 回复回复一、回复动力学一、回复动力学回复程度是一个随温度回复程度是一个随温度和时间而变化的函数:和时间而变化的函数:=m0 0─力力m m─r r──形变前屈服应形变前屈服应─形变后屈服应力形变后屈服应力─回复后屈服应力回复后屈服应力0rmR第二节第二节 回复回复一、回复动力学一、回复动力学剩余应变硬化分数:剩余应变硬化分数:=R0 0─力力m m─r r─R R越大,回复程度越大越大,回复程度越大1 1- -R R越小越小, ,回复程度越大回复程度越大─形变前屈服应形变前屈服应─形变后屈服应力形变后屈服应力─回复后屈服应力回复后屈服应力001mr第二节第二节 回复回复一、回复动力学一、回复动力学一定温度下,回复程度一定温度下,回复程度大致都有一个极限值。大致都有一个极限值。温度越高,极限值越大温度越高,极限值越大,所需时间也越短,,所需时间也越短,回复速度越快。回复速度越快。第三节第三节 再结晶再结晶一、再结晶核心的形成与长大一、再结晶核心的形成与长大同样是生核长大,与相变时有何不同?同样是生核长大,与相变时有何不同?非畸变晶粒在畸变基体中的生核和长大阶段。显微组织彻底重新改组,性能也发生了根本性的变化。显微组织彻底重新改组,性能也发生了根本性的变化。非畸变晶粒在畸变基体中的生核和长大阶段。异相间的界面能和应变能异相间的界面能和应变能经典形核理论描述经典形核理论描述晶界能晶界能经典形核理论失效经典形核理论失效阻力阻力形核形核在的几乎没有变形的小体积。在的几乎没有变形的小体积。体积自由能差体积自由能差畸变能差畸变能差驱动力驱动力自由能较低的新相在自由能自由能较低的新相在自由能较高的旧相中生核和成长较高的旧相中生核和成长无畸变能的晶粒在畸变无畸变能的晶粒在畸变能较高的基体中生核和能较高的基体中生核和成长成长转变的描转变的描述述晶体类型、成分一般改变晶体类型、成分一般改变晶体类型、成分不变晶体类型、成分不变结构与成结构与成分分相变相变再结晶再结晶再结晶核心并不是热力学意义的核心,它只是形变结构中再结晶前预先存再结晶核心并不是热力学意义的核心,它只是形变结构中再结晶前预先存第三节第三节 再结晶再结晶1. 原晶界推移成核(应变诱发晶界迁动)原晶界推移成核(应变诱发晶界迁动)舌状物凸出舌状物凸出A A、、B B晶粒的亚晶组织晶粒的亚晶组织晶界上的亚晶形核长大晶界上的亚晶形核长大亚晶亚晶S S借吞食而向晶粒借吞食而向晶粒B B长入的两个优越条件:的两个优越条件:? A A晶粒亚晶晶粒亚晶S S大于亚晶界少,位错密度低,亚晶界少,位错密度低,能量低。能量低。长入?大于B B晶粒,晶粒,通常,形变程度大,位错通常,形变程度大,位错密度高,经多边形化后,密度高,经多边形化后,亚晶尺寸小。亚晶尺寸小。?? A A、、B B两晶粒中的亚晶横跨两晶粒中的亚晶横跨大角晶界,大角晶界较亚大角晶界,大角晶界较亚晶界具有大得多的迁移率晶界具有大得多的迁移率。。第三节第三节 再结晶再结晶2. 2. 亚晶形核(晶粒内的亚晶生核长大)亚晶形核(晶粒内的亚晶生核长大)回复阶段,亚晶通过亚晶界向前移动或相邻亚晶的合并而长大。随着长大,亚晶间的取向差也增大,合并变大。随着长大,亚晶间的取向差也增大,合并变得难以进行,基本稳定下来。得难以进行,基本稳定下来。回复阶段,亚晶通过亚晶界向前移动或相邻亚晶的合并而长再结晶阶段,再结晶阶段,亚晶尺寸较大亚晶尺寸较大、亚晶界活动性较大,可能变为核心而稳定成亚晶界活动性较大,可能变为核心而稳定成长。长。(也是两个有利条件)(也是两个有利条件)、取向差也接近于大角度晶界的取向差也接近于大角度晶界的所以,再结晶核心是通过某些现成的活动性较大的界面突发所以,再结晶核心是通过某些现成的活动性较大的界面突发移动而成。这些现成的界面可以是:移动而成。这些现成的界面可以是:?? 原始大角晶界;原始大角晶界;?? 通过亚晶长大而逐步形成的大角亚晶界;通过亚晶长大而逐步形成的大角亚晶界;?? 已存在于形变基体中的大角亚晶界。已存在于形变基体中的大角亚晶界。 第三节第三节 再结晶再结晶三、影响三、影响1. 1. 影响的因素的因素影响(1) (1) 形变后晶体所储存的能量形变后晶体所储存的能量a. a. 形变量越大,储存能越高;形变量越大,储存能越高;储存能的增加率则随形变的增加而减小。储存能的增加率则随形变的增加而减小。形变量越大,形变量越大,也越大,而孕育期则越短;也越大,而孕育期则越短;形变量大到一定值以后,作用效率便逐渐减小了。形变量大到一定值以后,作用效率便逐渐减小了。b. b. 形变温度越高和形变速度越慢,形变储存能越小;形变温度越高和形变速度越慢,形变储存能越小;形变温度越高、形变速度越慢,热激活过程进行得形变温度越高、形变速度越慢,热激活过程进行得越越完全,使得变形后的储存能减小,从而延缓再结完全,使得变形后的储存能减小,从而延缓再结晶。晶。c. 原始晶粒越细,储存能越高;原始晶粒越细,储存能越高;形变量一定,晶粒越细,形变抗力越大,引起的畸形变量一定,晶粒越细,形变抗力越大,引起的畸的因素的因素c. G&N&和和G&G&G&第三节第三节 再结晶再结晶(2) (2) 晶界原子的活动性晶界原子的活动性━(B=D/RTB=D/RT))d. d. 退火温度退火温度扩散系数扩散系数 D=DT T ? ? D ━与原子的扩散速度有关与原子的扩散速度有关(D=D0 0exp(D ? ?exp(- -Q/RT) Q/RT) 强烈依赖于温度强烈依赖于温度: :? ?=G=G0 0exp(exp(- -Q Qg g/RT) /RT) e. e. 微量杂质元素微量杂质元素杂质元素吸附于界面,显著降低界面的活动性,杂质元素吸附于界面,显著降低界面的活动性,阻碍了晶界的扩散移动。阻碍了晶界的扩散移动。形变量形变量形变温度和速度形变温度和速度原始晶粒原始晶粒退火温度退火温度微量杂质元素微量杂质元素影响影响的因素的因素G&G&G& 第三节第三节 再结晶再结晶2. 2. 影响影响a. 形变量的影响形变量的影响N&和和N&的因素的因素a. 一样随形变量的加大而增加,一样随形变量的加大而增加,随形变量增加而增大的速度更大。GN&&/但但随形变量增加,b. 形变温度和形变速度形变温度和形变速度形变温度越高、形变速度越慢,形变温度越高、形变速度越慢,形变储存能越小,形变储存能越小,c. c. 原始晶粒大小原始晶粒大小原始晶粒越细,则原始晶粒越细,则随形变量增加而增大的速度更大。随形变量增加,b. 越小。越小。越大,孕育期越短。越大,孕育期越短。N&N&G&/,G&N&N&第三节第三节 再结晶再结晶d. d. 退火温度退火温度N==&Q Qn n( (形核激活能形核激活能) )再结晶的形核率也主要是由扩散因素所控制。再结晶的形核率也主要是由扩散因素所控制。Q Qg g( (长大激活能长大激活能) )e. e. 杂质元素杂质元素一般各种杂质元素大多都会使一般各种杂质元素大多都会使增大。增大。影响影响的因素的因素)/exp(0RTQNnN&形变量形变量形变温度和速度形变温度和速度原始晶粒大小原始晶粒大小退火温度退火温度微量杂质元素微量杂质元素 N&第三节第三节 再结晶再结晶4/ 1)395. 0t/85. 2 (G&N&= =四、再结晶温度与晶粒大小控制四、再结晶温度与晶粒大小控制1. 1. 再结晶温度再结晶温度T T再T T再━指在规定时间内(如一小时)能够完成再结晶,指在规定时间内(如一小时)能够完成再结晶,或再结晶量达到规定程度(例如或再结晶量达到规定程度(例如95再再━95%)的最低温度。%)的最低温度。再结晶动力学再结晶动力学━━研究再结晶量随时间的变化:研究再结晶量随时间的变化:⎛=⎜⎝再结晶达再结晶达9595%(%(X Xr r=0.95=0.95)的时间)的时间t t0.950.95为:为:在其它因素一定的条件下,再结晶过程中的形核速率和在其它因素一定的条件下,再结晶过程中的形核速率和长大速度均为退火温度的函数。长大速度均为退火温度的函数。另外,凡是增大另外,凡是增大降。降。的因素,必然要使的因素,必然要使t t0.950.95缩短、缩短、T T再再下下⎟⎠⎠⎞⎟⎜⎝⎞⎛=433exp1tG&N&Xr G&N&和和第三节第三节 再结晶再结晶2. 2. 再结晶晶粒大小再结晶晶粒大小形核速率增加形核速率增加再结晶成长线速度增大再结晶成长线速度增大,再结晶晶粒趋于细化,再结晶晶粒趋于细化,再结晶晶粒趋于粗化,再结晶晶粒趋于粗化 G&⎛==NGK&&/(平均直径公式:平均直径公式:细化晶粒细化晶粒a. a. 预形变量预形变量形变使形变使加大预形变量可以取得细化晶粒的效果。加大预形变量可以取得细化晶粒的效果。都增大,但都增大,但增大更快,故增大更快,故减小。减小。b. b. 形变温度形变温度预形变时的温度越高,回复过程在形变过程中就有进行,预形变时的温度越高,回复过程在形变过程中就有进行,金属形变后的储存能金属形变后的储存能E Es s减小,减小,大。大。增大,晶粒尺寸增增大,晶粒尺寸增 N&⎟⎟⎠⎠⎞⎟⎟⎜⎜⎝⎝⎞⎜⎜⎛N&G&d4/ 1)G&N&和和N&( () )N&G&/( () )N&G&/ 第三节第三节 再结晶再结晶c. c. 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸原始晶粒越细,形变后的储存能越高,原始晶粒越细,形变后的储存能越高,是是增加更快,故增加更快,故N&都增大,但都增大,但减小,再结晶后的晶粒便越细。减小,再结晶后的晶粒便越细。d. d. 退火温度退火温度NQ实际中,退火温度升高往往会引起晶粒粗化,但是由于实际中,退火温度升高往往会引起晶粒粗化,但是由于再结晶后的晶粒长大。再结晶后的晶粒长大。e. e. 杂质杂质杂质能提高形核速率杂质能提高形核速率杂质又降低界面活性,阻碍晶界的扩散移动杂质又降低界面活性,阻碍晶界的扩散移动杂质一般能使杂质一般能使( (NG&&/;;。。减小,细化晶粒。减小,细化晶粒。。很可能不随温度而变化。很可能不随温度而变化G&N&QQRTQGG&RTQNgngn&/)/exp()/exp(00==== N&) ) G&G&N&和和( () )N&G&/第三节第三节 再结晶再结晶细化晶粒:加大变形量、细化晶粒:加大变形量、降低原始晶粒尺寸、降低原始晶粒尺寸、降低预形变温度、降低预形变温度、加快形变速度、加快形变速度、添加杂质添加杂质( (合金合金) )元素等。元素等。粗化晶粒:很小变形量(临界形变量)、粗化晶粒:很小变形量(临界形变量)、反复形变和退火、反复形变和退火、晶粒一次次粗化。晶粒一次次粗化。


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