矿大材料科学与工程回复与再结晶ppt课件.ppt

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1、第四章回复与再结晶变形金属的热行为章目录：4.1冷变形金属在加热时的变化4.2回复4.3再结晶4.4再结晶后的晶粒长大4.5再结晶退火及其组织4.6金属的热变形4.7超塑性加工经冷变形的金属具有如下特点：机械性能和理化性能发生明显变化。强度、硬度升高，塑性韧性下降。组织结构有明显变化。晶粒变形，缺陷增加，位错胞形成。处于自由能较高的不稳定状态。冷加工时，外力所作之功，除消耗于成型中摩擦阻力以及工件变形时的发热外，尚有一小部分（约占总功2～10％）存储在变形晶体中，这种储存能主要以位错的形式存在，使晶体内能增加。可以推想，如

2、果金属中原子获得足够的活动性，便会自发地向能量较低的稳定状态变化。4.1冷变形金属在加热时的变化一、组织的变化经冷变形的金属逐渐增加温度，显微组织会发生三个阶段的变化。三阶段的微观特征：0～T1：纤维组织不变，但亚结构有所变化。—回复T1～T2：新的等轴晶形成，直至形变晶粒完全耗尽（纤维组织消失）。—再结晶T2～T3：新晶粒继续长大。—晶粒长大若将冷变形金属快速加热到0.5Tm以上恒温，随加热时间t延长，也会出现上述三个阶段的变化。二、储存能的变化扫描示差量热计分别检测已变形和未变形的两块试样，加热到相同温度所消耗的功率P

3、，得差值。ΔP＝P未－P变作ΔP—T℃曲线如图，能量释放峰对应于新晶粒的出现—再结晶，在此之前为回复。T℃ΔP0ABT再T再A—纯金属，B—合金＝T℃P变P未三、性能的变化经冷变形的金属缓慢加热，测其性能的变化，如图所示。性能急变区对应于新晶粒的出现，再结晶之前为回复，之后为晶粒长大。总之：由以上变化说明，冷变形金属在加热时要经历三个阶段：回复、再结晶和晶粒长大。回复：新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构与性能的变化。再结晶：出现无畸变的等轴晶逐步取代变形晶粒的过程。晶粒长大：指再结晶结束之后，晶粒的继续长大。4.2回复回

4、复过程中，光学纤维组织未见变化，因而对回复的研究只能从性能变化入手，通过回复动力学的研究，并辅以薄膜透射电镜观察，从而推断其微观过程。一、回复动力学基本思路：冷变形金属在回复过程中性能的变化（如：加工硬化↘电阻率↘、致密度↗等），与晶体缺陷的密度下降有关。而晶体缺陷密度的下降，取决于回复温度和时间，建立以上关系可得回复动力学方程。如：加工硬化在回复过程中下降，设晶体加工硬化后屈服强度与某种晶体缺陷的体积浓度成正比。σ0—充分退火试样的屈服强度，Cd—缺陷浓度等温回复过程中：B—反应速率，按阿累尼乌斯公式：代入前式得：分离变

5、量并积分：*由于缺陷衰减过程是热激活过程，可按化学动力学一级反应处理：即：在一定温度下，等温回复随时间的延长，加工硬化将按指数衰减。如图为变形锌在不同温度下等温回复时，屈服强度的衰减曲线，其中：x—加工硬化残余分数σm—变形后的屈服强度σ—回复后的屈服强度tx将阿氏公式代入*上式得：取σ为定值，而测量不同温度下回复到相同σ值的时间。lnt或：如图：由实验斜率可求得Q，据此推算其机制。斜率＝Q/R一般来讲，激活能Q不只是一个，常按回复温度高低分为低温、中温和高温回复。对应的激活能为Q1、Q2、Q3。Q3Q2Q1lnt二、回复

6、机制1、低温回复一般在0.1～0.3Tm，对应于Q1。电阻率下降明显（对点缺陷敏感）。机制：过量空位消失，趋向平衡空位浓度。2、中温回复0.3～0.5Tm，对应于Q2。与位错的滑移有关：同一滑移面上异号位错的相消。位错偶极子的两根位错线相消。3、高温回复>0.5Tm，Q3机制：位错的攀移和重新排列成较稳定的组态—多边化过程例：Fe－3％Si单晶按下图截取，弯曲变形后，放在650℃、700℃、800℃保温一小时，蚀坑法显示位错位置。45°45°（111）（111）x射线衍射:弯曲前弯曲后多边化后机制：攀移＋滑移变形后的位错蚀

7、坑700℃回复后的位错蚀坑攀移滑移多晶体的高温回复机制比单晶体的多边化过程要复杂，但本质上也是包含位错的滑移和攀移。同一滑移面上异号位错的相消，密度下降，位错重排成较稳定的组态。对冷加工中已形成位错胞的晶体,则表现为胞壁变薄，胞内位错进一步减少,形成界面清晰的亚晶。亚晶逐步聚合粗化,亚晶界出现二维的位错网络。冷变形后位错缠结回复0.5h位错平直化50h后形成位错网络300h后形成稳定网络三、回复退火的应用由回复机制可知：回复过程中电阻率的明显下降，主要是由于过量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中微区

8、弹性应变大部分消除；而强度和硬度下降甚少，则是由于位错密度下降不多,亚晶还较细小之故。因此可利用回复退火使冷变形金属在基本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;也可利用回复退火，提高导电材料的导电性。例：70Cu－30Zn黄铜深冲子弹壳，由于残留应力及环境气氛