回复、再结晶

铝合金热加工过程的回复与动态再结晶动态回复在材料的再结晶温度以上的加工过程称为热加工，在加工过程中伴随发生的回复过程称为动态回复。

动态回复主要发生在层错能高的金属的热加工过程中，如铝及铝合金、铁素体钢、镍合金等。

可以把变形过程中的动态回复过程看成是与通常的静态回复相类似的过程。

在这个过程中螺位错交滑移，刃位错攀移，造成位错对消和重排，并发生多边形化过程。

攀移必然伴随扩散过程，因此只有温度高于0.STm时的回复过程才会包括明显的位错攀移运动。

低温时的动态回复主要是位错的交滑移过程[27】。

在热加工过程中，一方面因形变使位错不断增殖和积累，另一方面，通过热激活使位错偶对消、胞壁锋锐规整化形成亚晶以及亚晶合并等过程也在进行，这些过程因外加应力对小角度晶界移动和反号位错对消提供了附加的驱动力而以更快的速度进行，就是说在应变硬化的同时发生动态回复。

这两类相反的过程在热变形中相互消长程度取决于被热加工金属材料的本性、形变速率和形变温度等因素。

对于高层错能材料位错的交滑移和攀移过程容易进行，因而热加工时容易发生动态回复，甚至回复过程可以完全和应变硬化平衡。

这时，在应力一应变曲线上出现流变应力不随应变而变化的稳态应变。

在到达稳态阶段前，由于加工硬化速度大于回复速度，随着应变的增加，位错密度增加，亚晶也在发展，晶粒伸长。

在稳态流变阶段中，晶粒仍然随流变方向伸长，但是位错密度保持不变，回复所形成的亚晶保持等轴形状，并且其尺寸大体保持不变。

图2一1综合描述了发生动态回复的应力一应变曲线以及显微组织的变化。

另外，在稳态阶段中，虽然流变应力保持常数，但还没有达到显微组织的真正稳态，在亚晶界面张力以及位错密度的作用下，原来的晶界会发生局部的迁动，使伸长晶粒的晶界变成锯齿状。

图2一1发生动态回复的应力一应变曲线以及微观组织变化s，一开始德态流变的应变在同一应变速率条件下，变形温度越高，动态回复进行的越快，因而在稳态流变阶段的位错密度越低，亚晶尺寸也比较大。

5 材料的形变和再结晶材料在加工制备过程中或是制成零部件后的工作运行中都要受到外力的作用。

材料受力后要发生变形，外力较小时产生弹性变形；外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会发生断裂。

本章主要内容：一．晶体的塑性变形单晶体的塑性变形多晶体的塑性变形合金的塑性变形塑性变形对材料组织与性能的影响二．回复和再结晶冷变形金属在加热时的组织与性能变化回复再结晶晶粒长大再结晶织构与退火孪晶5.1 晶体的塑性变形塑性加工金属材料获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得一定形状、尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材。

塑性加工包括锻压、轧制、挤压、拉拔、冲压等方法。

金属在承受塑性加工时，当应力超过弹性极限后，会产生塑性变形，这对金属的结构和性能会产生重要的影响。

5.1.1 单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的两种方式：滑移孪生滑移:滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶向发生相对滑动。

滑移线：为了观察滑移现象，可将经良好抛光的单晶体金属棒试样进行适当拉伸，使之产生一定的塑性变形，即可在金属棒表面见到一条条的细线，通常称为滑移线.滑移带：在宏观及金相观察中看到的滑移带并不是单一条线，而是由一系列相互平行的更细的线所组成的，称为滑移带。

滑移系：塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。

一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系。

滑移的临界分切应力τk晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时，该滑移系方可以首先发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切应力。

滑移的特点晶体的滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分同时做整体的刚性的移动，而是通过位错在切应力作用下沿着滑移面逐步移动的结果，因此实际滑移的临界分切应力τk 比理论计算的低得多。

（滑移面为原子排列最密的面）单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，往往伴随着晶面的转动。

热变形过程中微观组织演变机理⾦属的热变形是指发⽣在再结晶温度以上的塑性变形。

⾦属发⽣塑性变形后，吸收了部分变形功，内能增⾼，结构缺陷增多，处于不稳定的状态，当条件满⾜时，就有⾃发恢复到原始低内能状态的趋势。

当温度升⾼到⼀定程度，原⼦获得⾜够扩散能⼒时，就将发⽣组织、结构以及性能的变化。

随着温度升⾼，⾦属内部依次发⽣回复与再结晶过程。

热塑性变形时，回复、再结晶与加⼯硬化同时发⽣，加⼯硬化不断被回复、再结晶消除，使⾦属材料始终保持⾼塑性、低变形抗⼒的软化状态。

因此，回复和再结晶是⾦属热变形过程中的软化机制。

⼀般认为在应⼒作⽤下的回复、再结晶称为动态回复、动态再结晶，这样在热变形过程中主要发⽣动态回复和动态再结晶。

动态回复主要通过位错的攀移、交滑移来实现。

位错运动容易、易发⽣攀移、交滑移的⾦属内部，异号位错⽐较容易相互抵消，导致位错密度下降，⾦属内部的畸变能降低，就不⾜以达到动态再结晶所需的能量。

因此，如铝、锌、镁等层错能⾼的⾦属材料，动态回复是其热塑性变形过程中唯⼀的软化机制。

⽽对于如铜、银、奥⽒体钢等层错能低的⾦属材料，在热塑性变形过程中⽆显著的动态回复过程。

这是因为层错能低，扩展位错的宽度就⼤，位错集束困难，不易产⽣位错的交滑移和攀移，这样随着变形程度增⼤，位错密度也增⼤。

当内部畸变能达到临界值时，就会发⽣动态再结晶。

本⽂中研究的连杆材料为40Cr，因此在热锻过程中的软化机制是动态再结晶。

⾦属发⽣动态再结晶过程按照应⼒⼀应变曲线的形态可分为两种:单峰型和多峰型。

单峰型动态再结晶机理是从原始晶界处重复形核和长⼤，促使晶粒的细化。

多峰型动态再结晶的机理还在研究中，因此本⽂中只讨论单峰型动态再结晶过程。

图2-2为单峰型动态再结晶材料的⾼温流变应⼒曲线。

根据曲线特征可将该类型材料的变形过程分为三个阶段:第⼀阶段:加⼯硬化和动态回复阶段，即图中的AB段。

在这⼀阶段，应⼒随着应变上升很快，⾦属出现加⼯硬化。

三、材料变形、回复与再结晶1.名词解释（1）临界分切应力:是材料常数，与晶体取向无关。

当塑性变形以滑移方式进行时，外应力在某一滑移系上的分切应力达到临界值时才能发生滑移，这一极限分切应力称为临界分切应力。

大小取决于位错在滑移面上运动时所受的阻力。

（2）孪生:晶体在切应力作用下，沿一定晶面和一定晶向局部区域的各个晶面相对于其邻面产生切变，变形后形成的孪生区域内，晶体结构与母体相同，但晶体取向发生变化，与母体呈镜面对称，构成孪晶，其对称面称为孪晶界。

（3）固溶强化:由于溶质原子的加入引起点阵畸变，位错运动时必须克服溶质原子产生的内应立场，阻力比纯金属大，增大了晶体滑移阻力，使固溶体合金的强度和硬度提高。

（4）Orowan机制:位错绕过机制。

当第二相粒子比基体硬，位错不能切割粒子滑移时，受到粒子阻挡而弯曲形成包围粒子的位错环，其余部分位错线在线张力作用下迅速被拉直并继续滑移。

（5）应变时效:退火状态的试样拉伸超过屈服点卸载马上再加载，不发生屈服现象。

放置一段时间后再加载，屈服现象重新出现。

可以用柯氏气团解释。

（6）二次再结晶:异常晶粒长大。

再结晶完成后的金属继续加热超过某一温度，少数晶粒可能突然异常长大的现象（其他晶粒仍保持细小）。

（7）回复：冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早期阶段，时新的无畸变晶粒出现前所产生的亚结构和性能变化的阶段，随温度和时间变化。

2.Why are FCC metals more ductile than either HCP or BCC metals?SolutionBecause FCC metals have 12 slip systems. HCP metals just have 3 slip systems. Even BCC metals have 48 slip systems, FCC metals have 3 slip directions on each slip plane.3.How do changes in the dislocation density affect the strength and ductility (i.e. its ability to deform plastically)? Why?Solution因为晶体的宏观塑性变形是通过位错运动来实现的，而位错运动时除了受到点阵阻力，还会受到其他位错的作用力，包括应力场和交割。