金属学与热处理教案--第八章.ppt

一、再结晶的形核 研究表明，发生再结晶时，再结晶晶核往往优先在晶界、相界、孪晶界或滑移带界面等处生成，有时也产生在晶粒内某些特定的位向差较大的亚晶界上，因为这些部位原子排列相对较混乱，能量较高，再结晶时的驱动力较大，再结晶所需的结构起伏条件较能满足，图8-37、和图8-38所示。 二、再结晶动力学 再结晶过程也是一个形核和核的长大过程，符合扩散相变的基本规律。 1、发生再结晶转变需要一孕育期，转变温度 越高则孕育期越短。 2、在每一转变温度下，转变曲线呈“S”形，开 始时转变速度较低，随转变量的增大，速 度加快，直至转变达50%时，转变速度达最 大值。其后逐渐减小。 3、转变温度越高则转变速度越大，再结晶过 程加快。 4、在转变温度相同时，预变形量越大则转变 速度越快。 再结晶速率和产生某一再结晶体积分数x所需时间τ之间存在如下关系： 三、影响再结晶的因素 1、在给定温度下发生再结晶需要一个最小变 形量，低于此变形量不发生再结晶。 2、变形量越小则开始再结晶的温度越高。即 临界变形量随再结晶温度的升高而减小。 3、再结晶后的晶粒大小主要取决于变形程度 变形量越大则再结晶后的晶粒越细小。 4、微量杂质元素的存在可明显地升高再结晶 的温度或推迟再结晶过程的进行，图8-42。 5、当第二相尺寸较大（＞1μm）而间距较宽 时，由于其可以成为再结晶生核的部位， 有利于再结晶；而当第二相尺寸较小而分 布较密集时，由于其能有效阻止再结晶晶 界的迁移，阻碍再结晶。而钢中常见的第 二相如NbC、VC、AlN等因其尺寸较小 （100nm以下），一般会抑制再结晶。 6、原始晶粒越细或保温时间增长都会降低再 结晶温度。 7、再结晶温度一般是指变形量在70%以上，保 温1小时发生95%以上再结晶的最低温度。 对于金属，一般有： 四、再结晶后的晶粒长大 1、晶粒的正常长大 再结晶完成后若继续在高温下保持，则为降低界面自由能，晶粒即自发进行长大，图8-43，再结晶晶粒长大时晶界向曲率中心移动，与再结晶晶核的长大正好相反。 第二相的存在会阻碍晶粒的长大，第二相颗粒越小、体积分数越大，阻碍晶粒长大的作用就越强。 例题：设第二相颗粒为球形，半径为r，体积分数为Ф，试证明与最大晶粒尺寸D存在如下关系: 证明：如图8-44，设第二 相单位面积的界面能为γ， 则当第二相正好处于晶界 位置（图8-44a）时，其降 低的晶界能为πr2γ；当晶 界迁移到图8-44b位置时， 颗粒晶界沿迁移方向对晶界迁移阻力为： 设单位体积内所含的第二相的颗粒数目为N， 则 所以 图8-45，在[1×1×2r] 体积内的颗粒必与单位 面积[1×1]相截，其颗 粒总数为： 单位面积晶界所受到的第二相的阻力为： 而晶粒长大的驱动力为： 当 时，晶粒即停止生长。 故有： 2、二次再结晶（晶粒的反常长大） 再结晶完成后，在一定条件下，对某些金属会出现当温度升高到某一温度时晶粒发生反常地长大，温度再升高则晶粒由趋减小，这种现象称为二次再结晶，图8-47。 二次再结晶实 际上并非真正的 结晶过程，而是 在一次再结晶后 的晶粒长大过程 中某些局部区域 的晶粒产生了优先生长而同时大多数晶粒不易长大的结果。 二、? 低碳钢的屈服和应变时效 1、低碳钢中的屈服现象：图8-24，在拉伸曲 线上，低碳钢在上屈服点开始产生塑性变形， 应力达到上屈服点后下降，在下屈服点发生连 续变形而应力并不升高，出现水平台---屈服 平台。经精心抛光的试样拉伸屈服时回在试样 表面形成屈服滑移带---吕德斯带。屈服平台 就是吕德斯带的延伸和扩展过程。 2、低碳钢应力—应变曲线上产生上、下屈服 点和屈服平台这种变形不连续的现象的原因主 要是低碳钢中位错与碳、氮等原子交互作用形 成柯垂尔气团和 位错增殖共同作用的结果。 （1）柯垂尔气团： 碳、氮等尺寸较小的间隙式溶质原子偏聚 于刃型位错线的下方，对位错产生“钉扎”作 用，使位错不易运动的现象。 ① 柯垂尔气团在钢中的形成是自发过程。由于刃位错下方存在拉应力场，而间隙式溶质原子周围为压应力，当间隙式溶质原子偏聚于位错线下方时可部分或全部抵消拉应力，使位错的弹性应变能降低，故钢中的间隙式溶质原子总是自发地向刃位错的下方运动，偏聚于此。 ② 溶质原子向位错线下聚集过程是一个扩散过程，受扩散条件（时间和温度等）的控制。 ③ 要使被柯垂尔气团“钉扎” 的位错运动，开始必须施加较大的力，但一旦位错开动，柯垂尔气团“钉扎”作用消失，位错运动所需的力下降至正常水