材料科学基础 第09章 再结晶.ppt

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1、第九章回复与再结晶回复再结晶晶粒长大再结晶后的组织金属的热加工引言冷变形后的金属材料存在加工硬化和残余内应力等性能变化，在很多情况下并不是人门希望的，可以通过加热引起的组织变化来改变这些性能。塑性变形后，在材料的内部的晶粒破碎拉长，位错等缺陷大量增加和存在的内应力都使材料存在弹性应变能，使其内能升高处于不稳定的状态，系统本身就存在释放能量的潜力，当温度提高后，原子的活动能力增强，原子在热运动中会使材料朝着减少缺陷、降低能量的方向发展，造成组织和性能的变化。冷变形后的材料加热转变对冷变形的塑性材料进行重新加热，随着加热的温度和保温时的不同，发生的变化大致可以分为三个阶段

2、：回复、再结晶和晶粒的长大，他们都是减少或消除结构缺陷的过程。相应材料的内应力、晶粒尺寸、强度、塑性等性能也发生对应变化。第一节回复回复的变化回复机制回复动力学所谓回复，即在加热温度较低时，仅因金属中的一些点缺陷和位错的迁移而引起的某些晶内的变化。回复阶段一般加热温度在0.4Tm以下。回复概念回复的组织性能变化宏观应力基本去除，微观应力仍然残存；物理性能，如电阻率，有明显降低，有的可基本回到未变形前的水平；力学性能，如硬度和流变应力，觉察不到有明显的变化；光学金相组织看不出任何变化，温度较高发生回复，在电子显微镜下可间到晶粒内部组织的变化。(位错的胞状组织转变为亚晶)

3、回复机制低温阶段：点缺陷的迁移和减少，表现为：空位与间隙原子的相遇而互相中和；空位或间隙原子运动刃位错处消失，引起位错的攀移；点缺陷运动到界面处消失。他们都将减少晶体中的点缺陷，力学性能无变化，但物理性能发生回复。较高温阶段：位错的运动和重新分布，滑移面上异号位错相遇销毁，可使位错密度略有降低。回复机制高温回复：当温度大于0.3Tm后，位错可以获得足够的能量自身除滑移外还可产生攀移，除异号位错中和外，还有位错的组合和重新排列，例如排列成墙明显降低弹性应变能，变形的晶体发生多边化，甚至形成亚晶粒。回复动力学回复过程是热激活过程，转变的速度决定于原子的活动能力，即决定于转

4、变的温度。设材料的某一可测量物理性能指标数值为P,(P可能指电阻率或其他)，变形前为P0，变形后为Pd，可以证明发生回复过程后的性能和时间的关系为：其中A为与材料类型结构有关的常数，Q为激活能，R为气体常数，T发生回复的温度，t为回复进行的时间。回复动力学因此在不同的温度下，回复到相同的程度所用的时间的为：即ln(t)和1/T成线形关系。一方面可以由此测量计算它的激活能；另一方面说明热激活过程中时间和温度的等效关系。实际上任何材料变形后都在慢慢的发生回复，平时在室温下未见到性能变化的仅因为变化的速度很慢。第二节再结晶基本过程再结晶形核再结晶动力学影响再结晶速度的因素再

5、结晶的基本过程经过塑性变形后的金属材料在加热到较高温度时(一般大于0.4Tm)，可以发生晶粒的重新改组。同结晶过程类似，首先在材料中形成新的无畸变的小晶粒，这些小晶粒消耗周围发生过变形的晶体而不断长大，同时也有新的小晶粒形成，直到新的晶粒全部代替变形过的晶体。这个过程也是一形核和核心长大，称为再结晶。材料发生了再结晶后，由于全部用新生成的晶粒替换了原发生过塑性变形的晶粒，所以材料经过再结晶后，由冷塑性变形带来的所有性能变化就全部消失，材料的组织发生了变化，性能完全彻底回到变形前的状态。再结晶的转变不是相变冷塑性变形后的发生再结晶，晶粒以形核和晶核长大来进行，但再结晶过

6、程不是相变。原因有：变化前后的晶粒成分相同，晶体结构并未发生变化，因此它们是属于同一个相。再结晶不像相变那样，有转变的临界温度点，即没有确定的转变温度。再结晶过程是不可逆的，相变过程在外界条件变化后可以发生可逆变化。发生再结晶的热力学驱动力是冷塑性变形晶体的畸变能，也称为储存能。再结晶的晶界弓出的形核机制金属在变形时是不均匀的，若晶界两边一个晶粒的位错密度高，另一个位错密度低，在加热时晶界会向位错密度高的一侧突然移动，从位错高的一侧的原子转移到位错低的一侧，新的排列应为无畸变区，这个区域就是再结晶核心。和结晶形核方式类似，晶界弯曲后，一方面界的弯曲面因面积增加会增加界

7、面能，另一方面形核区中原变形区间有应变能释放。再结晶的晶界弓出的形核机制和液体结晶形核不相同的是如果达不到临界条件，晶界也会弯曲，到一定程度停止但不会消失(相关的定量数学式略)。同时位错低的一边的原子在晶核处重排列，从原变形状态改变为无变形状态，超过一定的区域与原晶粒形成大的取向差，即独立形成一新晶粒。形核的临界条件是：其中ES为单位体积内的应变畸变能，σ为界面能，a为生成前晶界的半径。晶界弓出的形核例证晶界弓出形核这种现象在铜、镍、银、铝及铝—铜合金中曾直接观察到。再结晶的其它形核机制其他形核机制：在再结晶中的形核还有亚晶合并长大，详细过程就不分析