材料科学基础 第6章 材料的塑性变形与再结晶.pptVIP

6.2.1 冷变形金属在加热时的组织与性能变化 冷变形的材料经重新加热进行退火之后，其组织和性能会发生变化。观察在不同加热温度下组织和性能的变化特点可将冷变形材料的退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。 回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段 再结晶是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程 晶粒长大是指再结晶结束之后晶粒的继续长大 三个阶段的性能和能量变化 强度和硬度，恢复阶段变化小，约为总变化的1/5，再结晶阶段下降较多。主要与位错数量有关 电阻：电阻在回复阶段有明显下降，在再结晶阶段下降更快。电阻率与晶体内的点缺陷密切相关，点缺陷所引起的点阵畸变会使传导电子产生散射，提高电阻率 内应力：回复阶段，消除大部分或全部宏观应力；再结晶可消除全部微观应力。 亚晶粒尺寸：在回复的前期，亚晶粒尺寸变化不大，在后期，尤其在接近结晶时，亚晶粒尺寸显著增大。 密度：在再结晶阶段，由于位错密度减小，密度迅速增高。 储能的释放：恢复阶段较小，再结晶阶段则大量释放储存能。 6.2.2 回复 回复是冷变形材料在退火时发生组织和性能变化的早期阶段，其实质是一种通过加热使晶体内部的点缺陷和位错发生运动，从而改变缺陷分布和减少缺陷数量的过程。在此阶段，材料性能的回复程度是随温度和时间而变化的。 6.2.2.1 回复机制 根据回复阶段的加热温度不同，冷变形金属的回复分为三种机制：低温回复机制、中温回复机制、高温回复机制。 (1) 低温回复 加热温度较低（0.1~0.3Tm）时，回复主要与点缺陷的迁移有关。由于点缺陷迁移所需的热激活能相对较低，因此，冷变形时产生的大量点缺陷（空位和间隙原子等）的迁移在较低温度就可进行。点缺陷可迁移至位错、晶界或晶体表面，并通过空位与间隙原子的复合以及空位聚集形成空位对、空位群和空位片最终崩塌成位错环而消失，从而使点缺陷的浓度显著下降，故对点缺陷很敏感的电阻率此时也明显下降。 (2) 中温回复 加热温度较高（0.3~0.5Tm）时，会发生位错运动和重新分布，中温回复主要与位错的滑移和交滑移有关。回复的机制为：同一滑移面上异号位错相互吸引而合并抵消，位错偶极的两根位错线相消，位错缠结内部位错的重新排列组合，位错缠结集结而发生亚晶规整化。 (3) 高温回复 加热温度高（?0.5Tm）时，刃型位错可获得足够热激活条件而发生攀移。位错攀移可使滑移面上排列不规则的位错重新分布，刃型位错沿垂直于滑移面方向排列并形成具有一定取向差的位错墙（即小角度亚晶界），把原先的一个晶粒分割成许多位向不同的亚晶，这种形成亚晶的过程称为多边化过程。显然，多边化是冷变形材料发生高温回复的一个主要标志。 6.2.2.2回复退火的作用 回复退火主要是用作去应力退火，使冷加工的金属在基本保持加工硬化状态的条件下降低其内应力，以避免变形、开裂并改善工件的耐蚀性。 6.2.3 再结晶 冷变形材料加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并可恢复到变形前的状况，这个过程即称为再结晶。再结晶的驱动力是变形材料经回复后未被释放的储存能(相当于变形总储存能的90%)，其发生的标志是大角度晶界的形成和迁移。再结晶是一种形核和长大过程，即通过在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并逐渐长大形成无畸变的等轴晶粒，从而取代全部变形组织的过程。不过，再结晶过程中没有晶体结构和化学成分的变化，所以，从本质上说再结晶不属于相变，而只是一种组织转变。 (1) 形核机制 透射电子显微镜观察表明，再结晶晶核是通过塑性变形或回复之后的现成界面的移动或亚晶合并而形成的。再结晶晶核的形成方式与塑性变形量和材料本身的层错能密切相关。分为原始晶界弓出形核、亚晶合并形核及亚晶吞并形核。 晶界弓出形核 当变形量较小时（一般小于20%），再结晶晶核是通过变形后保留下来的原始晶界的突然弓出而形成的，这种机制称为晶界弓出形核或形变诱导晶界迁移形核。 亚晶合并形核 当变形量较大且层错能较高时，将通过亚晶合并机制形核。在回复阶段形成的亚晶中，某些亚晶界上的位错通过攀移与滑移逐渐转移到周围其他相邻亚晶界上，从而导致这些亚晶界的消失和亚晶的合并；合并后的亚晶，由于尺寸增大以及亚晶界上位错密度的增加，使相邻亚晶的位向差相应增大，并逐渐转化为大角度晶界，它比小角度晶界具有大得多的迁移率，故可以迅速移动，并在其后留下无畸变的晶体，从而构成再结晶晶核 亚晶吞并形核 当变形量很大且层错能较低时，再结晶晶核是通过独立的亚晶采取弓出迁移、吞并