金属热加工原理11-8.ppt

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1、一、再结晶过程的特征再结晶是一种形核和长大的过程。靠原子的扩散进行。冷变形金属加热时组织与性能最显著的变化就是在再结晶阶段发生的。特点：1、组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒；2、力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧下降，塑性迅速升高，应变硬化全部消除，恢复到变形前的状态；3、变形储能在再结晶过程中全部释放。三类应力（点阵畸变）消除，位错密度明显降低。§11-8再结晶1二、再结晶的形核由于再结晶形核的区域不同，形核方式有：亚晶粒合并形核，亚晶粒长大形核，凸出形核。1、亚晶粒合并形核相邻两亚晶粒之间的晶界是由位错构成的。在再结晶温度，位错发生攀移和滑

2、移并入到邻近的晶界中。这样两个亚晶粒就合并成为一个晶粒了。驱动力来自晶界能，晶界减少，形核自发进行。2这种形核方式一般出现在冷变形量很大的金属中。通过再结晶前多边化形成较小的亚晶，亚晶界曲率不大，不易迁移，但某些亚晶界中的位错可通过攀移和滑移而迁移走，使亚晶界消失，亚晶合并。32、亚晶粒迁移形核当变形量很大时，较大的无应变亚晶（多边化时产生）为基础直接长大，吞食周围的亚晶，亚晶界向周围迁移。由于变形大，位错密度高，亚晶界曲率大，易于迁移。亚晶界迁移过程中清除并吸收其扫过亚晶的位错，使迁移亚晶界的位错增多，变成大角度晶界。当尺寸超过临界晶核时就成了再结晶的核心。4

3、3、弓出形核当冷变形量较小时，再结晶在原晶界处形核。对于多晶体，不同晶粒的变形程度不同，变形大的位错密度高，畸变能高；变形小的位错密度低，畸变能低。低畸变区向高畸变区伸展，以降低总的畸变能。5AB为两个不同位错密度区的边界（大角度晶界），两区域的单位体积自由能差为ΔGv。若AB向高密度位错晶粒（Ⅱ）弓出ΔV的体积，形成无畸变新晶核，相应增加晶界面积ΔA弓出形核的能量条件是弓出晶界移动造成相应界面能上升和体积自由能降低。6这一过程体系的自由能变化ΔG=-ΔGv·ΔV+γ·ΔA导出形核过程自发进行的热力学条件为ΔGv<-γΔA/ΔV其中γ为晶核单位面积的界面能晶核为

4、球形，则ΔA/ΔV=2/R（R为球半径）晶界弓出的能量条件变成ΔGv<-2γ/R球半径的最小值为Rmin=L，此时晶界弓出的最大阻力为2γ/L晶核继续长大时，体系自由能下降，过程自发进行。因此，R=L为再结晶的临界晶核尺寸，晶界弓成半球形之前的一段时间为再结晶形核的孕育期7再结晶晶核形成之后，晶核借界面的移动向周围畸变区长大，这个界面移动的驱动力仍然是储能，即无畸变新晶粒与周围畸变的旧晶粒之间的应变能差当各个新晶粒彼此接触，原来变形的旧晶粒全部消失时，再结晶过程即告完成，此时的晶粒大小即为“再结晶的初始晶粒度”高密度位错区域8三、再结晶动力学再结晶动力学是研究再

5、结晶过程的速率问题，即建立再结晶体积分数和形核率、长大速率以及时间之间的关系。（1）具有S形特征，存在孕育期（2）再结晶速率开始时很小，然后逐渐加快，再结晶体积分数约为0.5时，速度达到最大值，随后逐渐减慢（3）温度越高，转变速度越快9恒温再结晶时的形核率是随时间增长而衰减的。当形核率I随时间呈指数关系衰减时，用阿弗拉密方程来描述恒温再结晶。即：XR=1-exp（-Btk）式中B、k均为系数，可由实验确定上式推导可得出：金属的再结晶时一个热激活过程，再结晶速度V再与温度T关系如下：V再=A*exp(-QR/RT)V再与产生一定量再结晶体积分数所需的时间t成反比，

6、则：1/t=A′*exp(-QR/RT)取对数推导得出：10再结晶温度并不是一个确定的物理常数，它随许多因素而改变。再结晶有开始发生的温度和完成的温度之分，工程上所说的再结晶温度是指完成再结晶的温度。再结晶温度定义：经过严重冷变形的金属（ε>70%）保温1h再结晶完成95%所对应的温度对于工业纯的金属，其起始再结晶温度与熔点之间存在下列关系：T再=(0.3~0.4)T熔式中T熔温度是指绝对温度不适用于合金和高纯（纯度高于99.99%）金属11四、影响再结晶的因素1、温度加热温度越高，再结晶速度越快，产生一定体积分数的再结晶组织需要的时间越短。122、变形程度变形

7、程度越大，储能越多，再结晶驱动力越大，因此变形程度越大，再结晶速度越快。3、材料的纯度微量的溶质原子对再结晶影响巨大。溶质或杂质原子偏聚在位错和晶界处，对位错的运动和晶界的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶，使再结晶温度升高。例如，纯铜50%再结晶的温度为140ºC，加入0.01%Ag后升高到205ºC，若加入0.01%Cd（镉）后升高到305ºC。134、原始晶粒尺寸其他条件相同时，原始晶粒越细，冷变形抗力越大，变形后储存能越多，再结晶温度越低。同样变形度，原始晶粒越细，晶界总面积越大，可供再结晶形核的地方越多，形核率高，再结晶速度快。5、第二相粒子根据粒子尺寸

8、和间距的大小，可分为二种