金属学与热处理第七章回复与再结晶
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第七章金属及合金的回复和再结晶7-1 用冷拔铜丝线制作导线,冷拔之后应如何如理,为什么?答:应采取回复退火(去应力退火)处理:即将冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度,并保温足够时间,然后缓慢冷却到室温的热处理工艺。
原因:铜丝冷拔属于再结晶温度以下的冷变形加工,冷塑性变形会使铜丝产生加工硬化和残留内应力,该残留内应力的存在容易导致铜丝在使用过程中断裂。
因此,应当采用去应力退火使冷拔铜丝在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力(主要是第一类内应力),改善其塑性和韧性,提高其在使用过程的安全性。
7-2 一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后,试画出截面上的显微组织示意图。
答:解答此题就是画出金属冷变形后晶粒回复、再结晶和晶粒长大过程示意图(可参考教材P195,图7-1)7-3 已知W、Fe、Cu的熔点分别为3399℃、1538℃和1083℃,试估算其再结晶温度。
答:再结晶温度:通常把经过严重冷变形(变形度在70%以上)的金属,在约1h的保温时间内能够完成超过95%再结晶转变量的温度作为再结晶温度。
1、金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在一经验关系式:T再≈δTm,对于工业纯金属来说:δ值为0.35-0.4,取0.4计算。
2、应当指出,为了消除冷塑性变形加工硬化现象,再结晶退火温度通常要比其最低再结晶温度高出100-200℃。
如上所述取T再=0.4Tm,可得:W再=3399×0.4=1359.6℃Fe再=1538×0.4=615.2℃Cu再=1083×0.4=433.2℃7-4 说明以下概念的本质区别:1、一次再结晶和二次在结晶。
2、再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。
答:一次再结晶和二次在结晶。
定义一次再结晶:冷变形后的金属加热到一定温度,保温足够时间后,在原来的变形组织中产生了无畸变的新的等轴晶粒,位错密度显著下降,性能发生显著变化恢复到冷变形前的水平,称为(一次)再结晶。
第七章金属及合金的回复与再结晶一、形变金属与合金在退火过程中的变化畸变能(晶体缺陷所储存的能量)→驱动力;退火中:回复---再结晶---晶粒长大1、显微组织的变化:导致的原因是畸变能。
2、储存能及内应力的变化3、力学性能的变化4、其他性能的变化5、亚晶粒的尺寸二、回复:冷塑性变形的金属在加热时,在光学显微组织发生改变前(再结晶晶粒形成前)所产生的某些结构和性能的变化。
回复的本质:原子迁移,导致金属内部缺陷减少,储存能下降。
退火温度与时间的影响:温度高,时间长,回复程度高。
亚结构变化:空位、位错的密度降低。
三、回复机制回复过程:空位(低温度)和位错(高温度)的运动,改变了其数量和组态。
回复(再结晶)驱动力:畸变能多边化:冷变形金属加热时,位错滑移和攀移,形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。
攀移:正攀移,负攀移四、再结晶过程:新晶粒出现,位错密度明显降低,性能显著变化。
再结晶与同素异构的异同五、再结晶晶核的形成与长大(亚晶长大形核,晶界凸出形核)六、再结晶温度:经过严重冷变形的金属,在1小时保温内完成再结晶的温度,不是常数。
再结晶温度的影响因素:变形量,金属的纯度,晶粒大小,加热速度等。
七、再结晶晶粒大小的控制:;为形核率;G为长大线速度;K为比例常数。
(一)变形量(二)再结晶退火温度(三)原始晶粒大小(四)合金元素及杂质八、晶粒的长大:正常长大:均匀、连续。
反常长大(二次再结晶):不均匀、不连续。
九、晶粒的正常长大(一)晶粒长大的驱动力:界面能差。
与界面能成正比,与曲率半径成反比。
(二)晶粒的稳定形状:三个晶粒的晶界交角趋向120度。
(三)影响晶粒大小的因素:温度;杂质及合金元素(阻碍晶界运动);第二相粒子(阻碍晶界运动.AlN.NbC.VC.TiN.);相邻晶粒的位向。
十、晶粒的反常长大(二次再结晶)特点:没有新的形核过程。
原因:夹杂物、第二相粒子等对晶粒长大的阻碍和分布不均匀。
十一、再结晶退火后的组织:再结晶退火的目的:降低硬度,提高塑性,改善性能。
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)。
第七章回复与再结晶重点与难点内容提要:晶体在外力的作用下发生形变.当外力较小时形变是弹性的,即卸载后形变也随之消失.这种可恢复的变形就称为弹性变形.但是,当外加应力超过一定值(即屈服极限)时,卸载后变形就不能完全消失,而会留下一定的残余变形或永久变形.这种不可恢复的变形就称为塑性变形.晶体的弹性和材料的微观组织(或结构)关系不大,而晶体的塑性(和强度)则对微观组织(结构)十分敏感.本章的重点时讨论单晶体的塑性变形方式和规律,并在此基础上讨论多晶体和合金的塑性变形特点及位错机制,以便认识材料强韧化的本质和方法,合理使用,研制开发新材料.从微观上看,单晶体塑性变形的基本方法有两种:滑移和孪生.滑移和孪生都是剪应变,即在剪应力作用下晶体的一部分相对与另一部分沿着特定的晶面和晶向发生滑移.在滑移时,改特定晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向,一个滑移面和位于该面上的一个滑移方向便组成一个滑移系统.类似的,在孪生时,该特定晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向,一个孪生面和位于该面上的一个孪生方向组成一个孪生系统.多晶体及合金的塑性变形,其基本方式也是滑移和孪生.不过,也各有其特点,如多晶体变形时,就会受晶粒取向及晶界的影响;而合金变形时还会受到第二相的影响.陶瓷晶体的塑性变形与金属不同.除了与结合键(共价键、离子键)的本性有关外,还与陶瓷晶体中的滑移多少、位错的柏氏矢量大有关.所以,仅有那些以离子键为主的单晶体陶瓷可以进行较多的塑性变形.许多高聚物在一定的条件下都能屈服,有些高聚物在屈服之后产生很大的塑性变形,但这与金属材料的屈服现象有着本质上的差别.高聚物的变形受温度的影响很大:在Tg以下,材料是钢硬的,只有弹性变形;在Tg附近,呈粘弹性或皮革状;在Tg以上呈橡胶态;接近Tm时呈粘性流动。
基本要求:(1)熟悉滑移、孪生变形的主要特点;滑移系统及schmid定律(T=σm=Tk)(2)能用位错理论解释晶体的滑移过程,滑移带和滑移线的形成,滑移系的特点;(3)理解加工硬化、细晶强化、弥散强化、固溶强化等产生的原因和它的实际意义;(4)了解聚合物及陶瓷塑性变形的特点;(5)熟悉材料塑性变形后内部组织及性能的变化,这些变化的实际意义;(6)了解屈服现象与应变实效,它对生产有什么危害及如何消除?(7)熟悉下列概念及术语:滑移、滑移线、滑移带、滑移系、滑移面、滑移方向、临界分切应力、多滑移;孪生、孪晶、孪晶面、孪生方向;取向因子、屈服现象、吕德斯带、应变时效、柯氏气团;固溶强化、有序强化、细晶强化、弥散强化、第二相强化;纤维组织、胞状亚结构、位错网络、加工硬化、择优取向、变形织构、内应力.回复、再结晶与晶粒长大是冷变形金属加热过程中经历的基本过程。