第十一节冷变形金属的再结晶预案.pptVIP

第十一节 冷变形金属的再结晶 1.冷变形金属在加热过程中的显微组织 与性能变化 2.再结晶的形核 3.再结晶动力学 4.再结晶后的晶粒长大 1.显微组织与性能的变化 (1)显微组织的变化 ◆回复阶段：晶粒内的胞状位错结构转变为亚晶 ◆再结晶阶段：由拉长的变形晶粒变为新的等轴晶粒 ◆晶粒长大阶段： 注：再结晶不属于相变 (2)性能的变化 1)力学性能 回复阶段: 强度、 硬度略有下降， 塑性略有提高 再结晶阶段: 强度、 硬度明显下降， 塑性明显提高。 晶粒长大阶段: 强度、 硬度继续下降， 塑性继续提高，粗化严重时下降。粗化严重时下降。 2)物理性能 密度: 在回复阶段变化不大， 在再结晶阶段急剧升高; 电阻: 电阻在回复阶段可明显下降。 2.再结晶的形核 转变驱动力：晶体的弹性畸变能 畸变能降低弥补新晶核形成界面增加 再结晶核心往往在变形金属中的局部高能区域(如晶界、变形带、大夹杂物周围，孪晶界和自由表面等)优先形成。 亚晶长大与聚合(吞并)机制(大变形)变形金属中会形成胞状组织(见回复)，在回复阶段发展为亚晶(见亚结构)，其中有些亚晶粒逐渐长大，直到它们和基体间形成易动的大角度晶界(即晶粒之间的取向10。的晶界)而作为再结晶的晶粒长大。 1978年苏联学者葛列里克(C．C．rope~m{)的实验表明，亚晶长大的机制是因有三重结点的迁移和相邻两个(或一组的3～5个)亚晶的聚合而形成了再结晶核心。 晶界弓出机制??? 当变形程度较小时(约小于40％)，金属变形不均匀，各个晶粒的位错密度不同，晶界两侧胞状组织的粗细也不相同。这种材料退火时，显微镜下可直接观察到现存的大角度晶界上有一小段弓出(向位错密度高的一侧隆起)，并逐渐形成一些无位错区域，此区域可形成再结晶晶核而自由地长大(图1c)。此机制称应变诱导迁移， 影响形核率的因素? ??形核率N与温度之间呈指数关系 ?????????? ? 式中N0为常数，因金属而异；QN为形核的激活能，丁为温度。可见，升高退火温度将显著提高形核率。 ?原始晶粒的大小对形核的影响很显著。细晶金属的形核率比粗晶金属的大，而且更早地形核。因为晶界较多的细晶会产生大量局部能量较高区域而有利于形核。 ?再结晶的形核率是随着变形量的增加而加大的，再结晶的发生需要一个临界的变形量。 ?合金元素或杂质对形核率的影响。应根据具体情况作分析。当微量合金元素或杂质能固溶于基体中时，它们往往聚集在点阵缺陷如位错、亚晶界周围，使这些缺陷难以移动而降低形核率。当杂质以粗大第二相存在于基体中时，则会使加工硬化率(见真应力一真应变曲线)增大、储能升高，提高了再结晶的推动力，促使形核率增加。当杂质以弥散第二相分布在亚晶界时，又会阻碍界面的移动而降低形核率。 再结晶动力学决定于形核率N和长大速率G的大小。 在N和G不随时间而改变的情况下，在恒温下经过t时间后，已经再结晶的体积分数jR可用下式表示： 再结晶速率和产生某一体积分数jR所需的时间t成反比，即vμ1/t，故此 式中为常数，Q为再结晶的激活能；R为气体常数，T为绝对温度。 再结晶温度及其影响因素 温度冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为再结晶温度，它可用金相法或硬度法测定，即以显微镜中出现第一颗新晶粒时的温度或以硬度下降50％所对应的温度，定为再结晶。再结晶温度并不是一个物理常数，它不仅随材料而改变，同一材料其冷变形程度、原始晶粒度等因素也影响着再结晶温度。 a．变形程度的影响 随着冷变形程度的增加，储能也增多，再结晶的驱动力就越大，因此再结晶温度越低，同时等温退火时的再结晶速度也越快。但当变形量增大到一定程度后，再结晶温度就基本上稳定不变了。对工业纯金属，经强烈冷变形后的最低再结晶温度TR/K约等于其熔点Tm／K的0.35~04。 b．原始晶粒尺寸 在其他条件相同的情况下，金属的原始晶粒越细小，则变形的抗力越大，冷变形后储存的能量较高，再结晶温度则较低。 c．微量溶质原子 微量溶质原子的存在对金属的再结晶有很大的影响。微量溶质原子存在显著提高再结晶温度的原因可能是溶质原子与位错及晶界间存在着交互作用，使溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起着阻碍作用，从而不利于再结晶的形核和核的长大，阻碍再结晶过程。 d．第二相粒子 第二相粒子的存在既可能促进基体金属的再结晶，也可能阻碍再结晶。 e．再结晶退火工艺参数 加热速度、加热温度与保温时间等退火工艺参数，对变形金属的再结晶有着不同程度的影响。 若加热速度过于缓慢时，再结晶温度上升。 当变形程