材料科学基础第七章课件.ppt

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1、第七章回复与再结晶冷变形金属残存许多缺陷，因此自由能升高，处于热力学亚稳态。通过升温使原子获得足够的能量后，冷变形金属会自发地向低能稳定态转变，并发生一系列组织和性能的改变。根据显微组织和性能的不同，可将转变过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。*退火:将钢加热到一定温度进行保温，缓慢冷却（炉冷、坑冷或灰冷）到600oC以下，再空冷至室温的热处理工艺。正火:将钢加热保温，使其组织全部转变为奥氏体，再出炉空冷至室温的热处理工艺。正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。淬火

2、:把钢件加热保温，使其组织全部转变为奥氏体，然后快速冷却，使奥氏体转变成为马氏体，获得高硬度。回火:把淬火冷却后的钢件，重新加热到A1以下某一温度，经保温后空冷至室温的热处理工艺。回火的作用在于：①提高组织稳定性，②消除内应力，③调整钢铁的力学性能。*马氏体martensite钢中过冷奥氏体在低温转变时晶体结构发生了改组，新相的成分与原奥氏体成分相同。钢中马氏体就其本质而言，是碳与合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，由于间隙固溶元素的过饱和固溶，使α-Fe的晶格发生一定程度的畸变，因而马氏体的晶体结构一般为体心正方点阵

3、且正方度随间隙固溶原子量的增加而增大。由于间隙原子的过饱和固溶，因而马氏体是一种亚稳组织，有变为稳定态组织的倾向。马氏体是淬火钢的基本组织，其最主要的特点是具有高硬度和高强度。马氏体的硬度主要取决于过饱和固溶的碳含量，随碳含量的增加而显著增加，但当碳含量超过0.6％以后硬度增长的趋势明显变缓。根据其微观组织形貌，马氏体主要分为板条马氏体和孪晶马氏体。一般以M表示。正火和退火主要有四个区别：    (1)正火的温度较高,退火的温度较低.    (2)正火的冷却速度比退火的冷却速度快.    (3)使用效果不同，在渗

4、碳处理以后，正火能消除网状渗碳体，退火则不能.对含碳量在o.25X以下的，正火后可提高硬度，改善切削加工性能，退火却做不到。    (4)正火的周期短，操作方便；退火的周期长，操作较麻烦(指需要控制一定的冷却速度)。7.1冷变形金属在加热时的变化7.1.1显微组织的变化：强冷变金属缓慢加热过程中，内部组织要经历三个变化阶段：从室温到T1称为回复；从T1到T2称为再结晶；从T2到T3称为晶粒长大。若将强冷变金属快速升温到0.5Tm保温足够时间，同样出现上述三个变化阶段。7.1.2性能的变化7.1.2.1力学性能的变化：

5、再回复阶段，金属的强度、硬度、塑性等力学性能变化不大。在再结晶阶段，随温度升高，强度、硬度显著下降，塑性急剧上升。晶粒长大阶段，强度、硬度继续下降，塑性在晶粒细小时仍继续升高，晶粒长大以后转为下降。7.1.2.2物理性能的变化：密度在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧上升；电阻在回复阶段即明显下降。7.1.2.3内应力的变化：在回复阶段可部分消除，在再结晶阶段全部消除。7.2回复7.2.1回复过程中微观结构的变化机制：回复指冷变形金属加热时尚未发生微米量级的组织变化前的微观结构及性能的变化过程，分低温回复，中温回复和高

6、温回复三种。7.2.1.1低温回复：冷变形金属在0.1Tm~0.3Tm温度范围内所产生回复称为低温回复。低温时原子活动能量有限，主要局限于点缺陷运动。通过空位迁移至晶界、位错或与间隙原子结合而消失，空位浓度显著下降。7.2.1.2中温回复：在0.3Tm~0.5Tm温度范围内的回复称为中温回复。因温度较高，原子活动能力增强，位错也被激活。位错滑移导致重新组合或相互抵消，位错密度有所下降。7.2.1.3高温回复：在较高温度(0.5Tm)下的回复称为高温回复。此时位错被充分激活，异号位错相遇即相互抵消，同号刃位错集中形成小

7、角度亚晶界，此过程称为多边化。多边化使金属的位错胞内的位错减少，应变能降低。回复导致性能变化的成因：电阻率下降是因为空位的减少和位错应变能的降低；内应力的降低主要是由于晶体弹性应变能的基本消除；硬度和强度的下降不大是由于位错密度下降不大的缘故。7.2.2回复动力学：研究冷变形金属在回复过程中性能恢复的速率，为生产中控制回复过程提供理论依据。从冷变形锌单晶的不同温度等温退火性能变化曲线(图7-6)可以看出：1没有孕育期；2开始时变化速率快，随后变慢；3长时间保温后性能十分缓慢地趋于平衡值。回复是一种弛豫过程，由冷变形导致

8、的性能增量经加热后的残留分数x与回复时间t的关系为：dx/dt=-cx(7-1)式中c为与材料和温度有关的比例常数：c=c0exp(-Q/RT)(7-2)Q为激活能；x泛指各种特定参数，即各种参数的回复过程是相同的。式7-2也称阿累乌斯方程。将式7-2代入式7-1并积分，得：ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT)(7-3)此