第7章 回复与再结晶
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第7章金属及其合金的回复与再结晶塑性变形后的金属与合金加热时,其组织结构发生转变的过程,主要包括回复,再结晶和晶粒长大存储能的降低是这一转变过程的驱动力回复阶段;在这段时间从显微组织上看不出任何变化,晶粒仍保持纤维状再结晶阶段;在变形的晶粒部开场出现小晶粒,随着时间的延长,新晶粒不断出现并长大,这个过程一直进展到塑性变形后的纤维状晶粒完全改组为新的等轴晶粒为止晶粒长大阶段;新的晶粒相互吞并而长大,直到晶粒长大到一个较稳定的尺寸在回复阶段,大局部甚至全部的第一类应力得以消除,第二类或第三类应力只能消除一局部,经再结晶后,因塑性变形而造成的应力可以全部消除力学性能的变化在回复阶段,硬度值稍有下降,但数值变化很小,而塑性有所提高。
强度一般是和硬度呈正比例的一个性能指标。
在再结晶阶段,硬度和强度均显著下降,塑性大大提高,金属与合金因塑性变形而引起的强度和硬度的增加与位错密度的增加有关,在回复阶段,位错密度的减小有限,只有在再结晶阶段,位错密度才会显著下降工业上,常利用回复现象将冷变形金属低温加热,既稳定组织又保存加工硬化,这种热处理方法称去应力退火再结晶开场前发生的过程叫回复,回复是指冷塑性变形的金属在加热时,在再结晶晶粒形成前所产生的某些亚结构和性能的变化过程回复的程度是温度和时间的函数,温度越高,回复的程度越大,当温度一定时,回复的程度随着时间的延长而逐渐增加回复过程是原子的迁移扩散过程,原子迁移的结果,导致金属部的缺陷数量的减少,存储能下降杂质原子和合金元素能够显著推迟金属的再结晶过程回复过程具有热激活的特点,温度越高,过程进展的越快。
微观上看,回复阶段主要是空位的迁移和位错的重排,它们都是典型的热激活过程回复机制温度不同,回复过程中金属部结构变化也不同。
中、低温时主要是点缺陷的迁移和消失,点缺陷密度下降,导致电阻率下降。
位错密度变化不大。
力学性能对空位的变化不敏感,所以不出现变化高温时通过位错的攀移和反响〔异号位错相消〕,同号位错沿垂直于滑移面的方向排列成稳定的位错墙,将晶粒分割成一个个亚晶,这一过程称为多边化,这些位错墙就成为小角度的亚晶界多变化是冷变形金属加热时,原来处在滑移面上的位错,通过滑移和攀移,形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。
1.设计一种实验方法,确定在一定温度( T )下再结晶形核率N和长大线速度G (若N和G都随时间而变)。
2.金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒?3.固态下无相变的金属及合金,如不重熔,能否改变其晶粒大小?用什么方法可以改变?4.说明金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段晶体缺陷的行为与表现,并说明各阶段促使这些晶体缺陷运动的驱动力是什么。
5.将一锲型铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制,如图7—4所示。
(1) 画出此铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图;(2) 如果在较低温度退火,何处先发生再结晶?为什么?6.图7—5示出。
—黄铜在再结晶终了的晶粒尺寸和再结晶前的冷加工量之间的关系。
图中曲线表明,三种不同的退火温度对晶粒大小影响不大。
这一现象与通常所说的“退火温度越高,退火后晶粒越大”是否有矛盾?该如何解释?7.假定再结晶温度被定义为在1 h 内完成95%再结晶的温度,按阿累尼乌斯(Arrhenius)方程,N =N 0exp(RT Q n -),G =G 0exp(RT Q g -)可以知道,再结晶温度将是G 和向的函数。
(1) 确定再结晶温度与G 0,N 0,Q g ,Q n 的函数关系;(2) 说明N 0,G 0,Q g ,Q 0的意义及其影响因素。
8.为细化某纯铝件晶粒,将其冷变形5%后于650℃退火1 h ,组织反而粗化;增大冷变形量至80%,再于650℃退火1 h ,仍然得到粗大晶粒。
试分析其原因,指出上述工艺不合理处,并制定一种合理的晶粒细化工艺。
9.冷拉铜导线在用作架空导线时(要求一定的强度)和电灯花导线(要求韧性好)时,应分别采用什么样的最终热处理工艺才合适?10.试比较去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同。
从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶?11.某低碳钢零件要求各向同性,但在热加工后形成比较明显的带状组织。
请提出几种具体方法来减轻或消除在热加工中形成带状组织的因素。
(4) 对组织和性能的影响
织构明显
各向异性
优化磁导率;
晶粒大小不均,导致性能不均;晶粒粗大
降低强度和塑性、韧性;
提高表面粗糙度。
大多数情况下应当避免。
7.2.2 回复机制
)
高温回复(>0.5T
m
位错攀移(+滑移)→位错垂直排列
→多边化(亚晶粒)→弹性畸变能降低。
:回复过程中由位错重新分布而形成确定的亚晶结构的过程。
7.3.2 再结晶晶核的形成与长大
再结晶晶核的形成(非均匀形核)
亚晶形核机制
一般发生在冷变形度较大的金属中。
亚晶合并机制
适于高层错能金属。
过程:位错多边化→回复亚晶→形核。
7.3.2 再结晶晶核的形成与长大
7.3.4 再结晶晶粒大小的控制
(2) 原始晶粒尺寸
当变形度一定时,材料的原始晶粒尺寸越细,则再结晶后的晶粒也越细。
(3) 合金元素及杂质
在其他条件相同的情况下,凡延缓再结晶及阻碍晶粒长大的合金元素或杂质均使金属再结晶后得到细晶粒组织。
金属的热加工
性能变化是双向的:
变形前变形后
再结晶
软软
加工硬化
2)组织结构的变化
特点:反复形核、有限长大。
晶粒是等轴的,大小不均匀,晶界呈锯齿状,等轴晶内存在被缠结位错所分割成的影响晶粒大小的因素:应变速率低、变形温度高时,晶粒尺寸大。
动态再结晶组织包含亚晶粒,并且位错密度较高,比静态再结晶组织强度、硬度高。
第7章回复和再结晶第7章回复和再结晶⾦属发⽣冷塑性变形后,其组织和性能发⽣了变化,为了使冷变形⾦属恢复到冷变形前的状态,需要将其进⾏加热退⽕。
为什么将冷变形⾦属加热到适当的温度能使其恢复到冷变形前的状态呢?因为冷变形⾦属中储存了部分机械能,使能量升⾼,处于热⼒学不稳定的亚稳状态,它有⾃发向热⼒学更稳定的低能状态转变的趋势。
然⽽,在这两种状态之间有⼀个能量升⾼的中间状态,成为⾃发转变的障碍,称势垒。
如果升⾼温度,⾦属中的原⼦获得⾜够的能量(激活能),就可越过势垒,转变成低能状态。
研究冷变形⾦属在加热过程中的变化有两种⽅法。
1)以⼀定的速度连续加热时发⽣的变化;2)快速加热到某⼀温度,在保温过程中发⽣的变化。
通常采⽤。
P195图1为将冷变形⾦属快速加热到0.5T m附近保温时,⾦相组织随保温时间的变化⽰意图。
可以将保温过程分三个阶段:1)在光学显微组织发⽣改变前,称回复阶段;2)等轴晶粒开始产⽣到变形晶粒刚消失之间,称再结晶阶段;3)晶粒长⼤阶段。
7-1 回复⼀、回复的定义冷变形⾦属加热时,在光学显微组织发⽣改变前所产⽣的某些亚结构和性能的变化称回复。
⼆、回复对性能的影响内应⼒降低,电阻降低,硬度和强度下降不多(基本不变)。
三、回复的机制回复的机制根据温度的不同有三种:(⼀)低温回复机制冷变形⾦属在较低温度范围就开始回复,主要表现为电阻下降,但机械性能⽆变化。
由此认为低温回复的机制是:过量点缺陷减少或消失。
(⼆)中温回复机制温度范围⽐低温回复稍⾼。
中温回复的机制是:位错发⽣滑移,导致位错的重新组合,及异号位错相遇抵消。
发⽣中温回复时,在电镜组织中,位错组态有变化;但位错密度的下降不明显。
若两个异号位错不在同⼀滑移⾯上,在相遇抵消前,要通过攀移或交滑移,这需要更⼤的激活能,只能在较⾼的温度才能发⽣。
(三)⾼温回复机制发⽣⾼温回复时,电镜组织的特征是亚晶粒呈等轴状,即⽆变形的亚晶粒。
于是,提出了⾼温回复的多边化机制(P197图5)。