材料学基础 课件（西北工业大学） 9.回复，再结晶及金属热加工

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1、第九章回复、再结晶与金属热加工第九章回复、再结晶与金属热加工9.1概述热量（散失）¾机械功（塑性变形）晶体内部缺陷→金属处于不稳定的高能状态→有向低能转变的趋势¾转变的三个阶段：回复（recovery）、再结晶（recrystallization）和晶粒长大（graingrowth）¾回复与再结晶的用途：再结晶退火，去应力退火，金属高温强度调整等。¾本章重点：转变过程三个阶段中的组织、性能的变化规律及主要影响因素。9.2冷变形金属加热时组织与性能变化9.2.1回复再结晶（1）回复：冷变形金属在低温加热时，其显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。再结晶：冷变形

2、金属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。9.2.2显微组织的变化冷变形金属组织随加热温度及时间的变化示意图¾回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化；¾再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。¾晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。9.2.3性能变化（1）力学性能¾回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。¾再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。¾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。（2）物理性能密度：回复阶段变化不大，再结晶阶段急剧升

3、高；电阻：由于点缺陷密度下降，电阻在回复阶段可明显下降。9.2.4储存能变化（1）储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分（～10％）变形功。弹性应变能（3～12％）（2）储存能存在形式驱动力位错（80～90％）点缺陷（3）储存能的释放：原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放。9.2.4内应力变化回复阶段：大部分或全部消除第一类内应力，部分消除第二、三类内应力；再结晶阶段：内应力可完全消除。9.3回复9.3.1回复动力学（1）回复动力学曲线（2）回复动力学特点¾回复过程没有孕育期，随着退火的开始进行,发生软化。¾在一定温度下，开始变化快，随后变慢，直到最后回复速率为零。¾每一温度

4、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。¾回复不能使金属性能恢复到冷变形前的水平。9.3.2回复过程及机制一般认为是点缺陷和位错在退火过程中发生运动，从而改变了它们的组态和分布。低温回复：回复的机制主要是过剩空位的消失，趋向于平衡空位浓度。中温回复：其主要机制是位错滑移，导致位错重新组合；异号位错会聚而互相抵消以及亚晶粒长大，位错密度降低。高温回复：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，弹性畸变能降低。攀移：刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动，沿攀移后所在的滑移面滑移，使在同一滑移面并排的同号位错处于不同滑移面竖直排列，以降低总

5、的畸变能。攀移滑移→→回复中刃型位错的攀移及滑移多边化：刃型位错通过攀移和滑移构成竖直排列（位错墙），形成位错墙的过程称为多边形化。多边化示过程意图回复亚晶：多边化形成小角度晶界，亚晶界将原来的晶粒分割成许多亚晶块。实质：胞壁处的缠结位错不断聚集、使胞壁变薄，逐渐形成网络，构成清晰的亚晶界过程。（a）（b）（c）（d）纯铝室温5％冷变形后200℃回复退火不同时间位错胞壁结构的变化9.3.3回复退火的应用主要用作去应力退火，使冷加工金属在基本上保持加工硬化的状态下降低其内应力，以稳定和改善性能，减少变形和开裂，提高耐蚀性。9.4再结晶再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度后，无畸变的新晶粒取

6、代变形晶粒的过程。经过再结晶，性能可恢复到变形以前的完全软化状态。9.4.1再结晶的形核与长大（1）再结晶形核（非均匀形核）①晶界凸出形核机制：一般发生在形变较小的金属中。¾变形不均匀，位错密度不同。能量条件：2σE≥sLE：单位体积变形畸变s能的增量；σ：晶面能L：球冠半径¾亚晶界凸出形核，凸向亚晶粒小的方向。②亚晶界形核机制一般发生在冷变形度大的金属。¾亚晶合并形核，适于高层错能金属。过程：位错多边化→回复亚晶→形核¾亚晶粒长大形核：适于低层错能金属，通过亚晶合并和亚晶长大，使亚晶界与基体间的取向差增大，直至形成大角度晶界，便成为再结晶的核心。（2）再结晶的长大驱动力：畸变能（整体）

7、，畸变能差长大方式：晶核向畸变晶粒扩展，直至新晶粒相互接触。（注：再结晶不是相变过程。）9.4.2再结晶动力学（1）再结晶速度与温度的关系v＝Aexp(-Q/RT)再R（2）规律具有S形特征，存在孕育期，开始时再结晶速度很小，在体积分数为0.5时最大，然后减慢。温度越高，转变速度越快。变形量越大，转变速度越快。9.4.3再结晶温度（1）再结晶温度：经严重冷变形（变形量>70%）的金属或合金，在1h内能够完成再结晶（再结晶体积分数>9