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第10章 材料的变形与回复再结晶

姚宝殿、李文尧 上海工程技术大学材料学院;第四节 冷塑性变形金属的回复再结晶; 冷变形金属与合金随着被加热温度升高,依次发生回复、再结晶和晶粒长大。; 冷变形金属在加热过程中性能随温度升高而变化,在再结晶阶段发生突变。;10.4.1 回复再结晶的驱动力;储存能释放量及释放过程动力学是了解回复过程的重要信息。 方法:用高灵敏度示差量热计直接测量释放的储存能量。 测量形变及未形变试样在相同升温速度加热时的功率差间接测量释放的储存能量。;10. 4.1 冷变形金属在加热时的组织和性能变化 金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下,原子扩散能力小,不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加,金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。 ;㈠ 回复 回复是指冷加工后的材料在低温下加热时,晶粒形状不发生变化,但位错、点缺陷发生运动,使位错密度降低,位错作新的分布,点缺陷数量下降,从而使材料的性能得到一定程度的恢复。;①量热法,测量回复时放出的储存能; ②电阻法,测量回复过程电阻的减小量; ③测量回复过程硬度或流变应力的降低量; ④测量回复过程位错密度的减小以及位错排列结构的变化; ⑤测量因形变而使X射线谱线的宽展和在回复过程中锋锐化程度;;一、回复过程的特征 1、回复过程中组织不发生变化; 2、宏观一类应力全部消除,微观 二类应力部分消除; 3、力学性能变化很小,电阻率显 著降低,密度增加; 4、变形储存的能量部分释放。;1 回复动力学 ;1 回复动力学 ①回复过程没有孕育期。 ②初期的回复速率很大,以后逐渐变慢,直到为零。 ③每一温度的回复程度有一极限值,退火温度越高,这个极限值也越高,而达到此极限所需时间则越短。但回复不能使金属性能恢复到冷变形前的水平。;回复机制 回复实质上是一种通过加热使晶体中的点缺陷及位错发生运动,从而改变缺陷分布和减少缺陷数量的过程。 低温回复(0.1-0.3Tm):主要机制是过剩空位(通过移至晶界、位错、形成空位群、与间隙原子复合等)消失,趋向于平衡空位浓度。 ;回复机制 回复实质上是一种通过加热使晶体中的点缺陷及位错发生运动,从而改变缺陷分布和减少缺陷数量的过程。 中温回复(0.3-0.5Tm):主要机制是位错滑移导致位错重新组合;异号位错会聚抵消以及亚晶粒长大。 位错密度有所降低,但降幅不大。所以力学性能只有很少恢复。 ;回复机制 高温回复( 0.5Tm):回复机制是包括攀移在内的位错运动和多边化,以及亚晶粒合并。 由于同号刃位错的塞积而导致晶体点阵弯曲,在退火过程中通过刃型位错的攀移和滑移,使同号刃型位错沿垂直于滑移面的方向排列成小角度的亚晶界。此过程称为多边(形)化。 ; 多晶体金属塑性变形时,滑移通常是在许多互相交截的滑移面上进行,产生由缠结位错构成的胞状组织。因此,多边化后不仅所形成的亚晶粒小得多,而且许多亚晶界是由位错网组成的。;三、回复退火的应用;总结: 回复过程发生在冷塑性变形金属加热的早期阶段。 对组织形态影响不大:由于加热温度较低,主要表现为亚结构(如点缺陷、位错等)的变化及发生多边化过程。 对力学性能的影响也不大(强度、硬度略有降低,塑性略有提高)。 主要是对变形引起的宏观应力全部消除,微观应力也可以大部分消除。;㈡ 再结晶 当变形金属被加热到较高温度时,由于原子活动能力增大,晶粒的形状开始发生变化,由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒。 这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。;一、再结晶过程的特征;再结晶也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。;二、再结晶的形核; 这种形核方式一般出现在冷变形量很大的金属中。通过再结晶前多边化形成较小的亚晶,亚晶界曲率不大,不易迁移,但某些亚晶界中的位错可通过攀移和滑移而迁移走,使亚晶界消失,亚晶合并。;2、亚晶粒长大形核;3、凸出形核;3、凸出形核;三、再结晶核心的长大;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。晶粒粗大会使金属的强度,尤其是塑性和韧性降低 。;黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片;四、再结晶温度;可见,再结晶温度是靠实验测出来的。;T再与ε的关系;2、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界迁移作用,使再结晶温度显著提高.;3、再结晶加热速度和保温时间;五、再结晶晶粒大小;影响再结晶晶粒度的因素 ;预先变形度的影响,实质上是变形均匀程度的影响. 1)当变形度很小时,晶格畸变小,不足以引起再结晶. 2)当变形达到2~10%时,只有部分晶粒变形,变形极;3)当超过临界变形度后,随变

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