6.1 金属的回复、再结晶及热加工

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1、教学课题金属的回复、再结晶及热加工教学课时2教学目的了解金属的回复与再结晶掌握热加工对金属性能的影响教学难点掌握热加工对金属性能的影响教学重点掌握热加工对金属性能的影响教学方法讲解法教具准备教材教学过程复习导入回忆金属塑性变形的特点新课学习课题导入经过冷变形后的金属材料吸收了部分变形功，其内能增高，结构缺陷增多，处于不稳定状态，具有自发恢复原始状态的趋势。室温下，原子扩散能力底，这种亚稳定状态可以一直保持下去，一旦受热，原子扩散能力增强，就将发生组织结构与性能的变化。回复、再结晶与晶粒长大是冷变形金属加热过程中经历的基本过程授课内容1.回复回复是指冷变形金属在加

2、热温度较低时，金属中的一些点缺陷和位错的迁移，使晶格畸变逐渐减小，内应力逐渐降低的过程。这时因为原子活动能力不大，所以金属的晶粒大小和形状尚无明显的变化，因而其强度、硬度和塑性等机械性能变化不大，而只会使内应力及电阻率等理化性能显著降低。工业上，对冷变形后金属要保持其因加工硬化而提高的强度、硬度，又需消除残余内应力的，则可在低温回复阶段加热保温，以基本去除其内应力，这种热处理称为去应力退火。例如，用冷拉钢丝绕制弹簧，绕成后应在280~300℃消除应力退火使其定形。1.1回复机理低温回复主要涉及点缺陷的运动。空位或间隙原子移动到晶界或位错处消失，空位与间隙原子的相

3、遇复合，空位集结形成空位对或空位片，使点缺陷密度大大下降。中温回复时．随温度升高．原子活动能力增强，位错可以在滑移面上猾移或交滑移，使异号位错相通相消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使亚晶规整化。高温回复，原子活动能力进一步增强，位错除滑移外，还可攀移。主要机制是多边化。冷变形使平行的同号位错在滑移面上塞积，致使晶格弯曲，所增殖的位错杂乱分布。高温回复过程中，这些刃位错便通过攀移和滑移，由原来能量较高的水平塞积。1.2再结晶冷变形金属的加热温度高于回复阶段以后，当温度继续升高时，由于原子活动能力增大，金属的显微组织发生明显的变化，由破碎拉长或压扁的晶粒

4、变为均匀细小的等轴晶粒。这一过程实质上是一个新晶粒重新形核和长大的过程，故称为“再结晶”。再结晶以后，只是晶粒外形发生了变化，而晶格类型并未变，仍与原始晶粒相同。再结晶的晶核一般是在变形晶粒的晶界或滑移带及晶格畸变严重的地方形成，晶核形成后，依靠原子的扩散移动，向附近周围长大，直至各晶核长大到相互接触，形成新的等轴晶粒为止。通过再结晶，金属的显微组织发生了彻底的改变，故其强度和硬度显著降低，而塑性和韧性大大提高，加工硬化现象得以消除，变形金属的所有机械和物理性能全部恢复到冷变形以前的状态。因此，再结晶在工业上主要用于金属在冷变形之后或在变形过程中，使其硬度降低，

5、塑性升高，以便于进一步加工，这样的热处理称为再结晶退火。1.3形核机制(1)小变形量的弓出形核机制当形量较小的，由于变形不均匀，相邻晶粒的位错密度相差可以很大，此时晶界中的一小段会向位错密度高的一侧突然弓出(2)亚晶合并机制变形量较大的高层错能金属再结晶核心通过亚晶合并来产生的。(3)亚晶蚕食机制变形量很大的低层错能金属扩展位错宽度大，不易束集，交滑移困难，位错密度很高，在位错密度很大的小区域，通过位移的攀移和重新分布，形成位错密度很低的亚晶，这个亚晶便向周围位错密度高的区域生长。相应的，亚晶界的位错密度逐渐增大，亚晶与周围形高基体取向差逐渐变大，最终由小角度晶

6、界演变成大角度晶界，大角度晶界一旦形成，可突然弓出，迁移，蚕食途中所遇位错，留下无畸高晶体，成为再结晶核心。1.4再结晶动力学对恒温再结晶动力学人们作过大量研究。下图为纯铁经98％冷轧，在不同温度下等温再结晶．已经再结晶的体积分数xv与等温时间t的关系曲线。具有典型的形核，长大过程的动力学特征。等温温度越高，孕育期越短，再结晶速度越快。等温的每个温度下，再结晶速度开始很小，随xv的增加而逐渐增大，并在大约50％处达到最大，然后又逐渐减小。2.晶粒长大再结晶完成以后，若再继续升高加热温度或过分地延长加热时间，金属的晶粒便会继续长大。因为通过晶粒长大可减少晶界的面积

7、，使表面能降低，所以晶粒长大是一个降低能量的自发过程。只要温度足够高，使原子具有足够的活动能力，晶粒便会迅速长大。晶粒长大实际上是一个晶界迁移的过程，即通过一个晶粒的边界向另一晶粒的迁移，把另一晶粒中的晶格位向逐步转变为与这个晶粒相同的晶格位向，于是另一晶粒便逐步地被这一晶粒“吞并”，合并成一个大晶粒。如图4.12所示图4.12晶粒长大示意图通常在再结晶后获得细小均匀的等轴晶粒的情况下，晶粒长大的速度并不很大，但如果原来的变形不均匀，经过再结晶后得到的是大小不均匀的晶粒，那么，由于大小晶粒之间的能量相差悬殊，便很容易发生大晶粒吞并小晶粒而愈长愈大的现象，从而得到

8、异常粗大的晶粒，使金属的