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1、第九章 回复与再结晶1第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变更 一一 回复与再结晶回复与再结晶 回回复复：冷冷变变形形金金属属在在低低温温加加热热时时，其其显显微微组组织织无无可可见见变变更更，但但其其物物理理、力力学学性性能能却却部部分分复复原原到到冷冷变变形形以以前前的过程。的过程。再再结结晶晶：冷冷变变形形金金属属被被加加热热到到适适当当温温度度时时，在在变变形形组组织织内内部部新新的的无无畸畸变变的的等等轴轴晶晶粒粒渐渐渐渐取取代代变变形形晶晶粒粒，而而使形变强化效应完全消退的过程。使形变强化效应完全消退的过程。2第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变更 二二 显微组织变更（示意图
2、）显微组织变更（示意图）回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变更；回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变更；再再结结晶晶阶阶段段：变变形形晶晶粒粒通通过过形形核核长长大大，渐渐渐渐转转变变为为新的无畸变的等轴晶粒。新的无畸变的等轴晶粒。晶晶粒粒长长大大阶阶段段：晶晶界界移移动动、晶晶粒粒粗粗化化，达达到到相相对对稳稳定的形态和尺寸。定的形态和尺寸。3第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变更 二二 显微组织变更（示意图）显微组织变更（示意图）4第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变更 三三 性能变更性能变更 1 1 力学性能（示意图）力学性能（示意图）回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提
3、高。回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。晶粒长大阶段：强度、硬度接着下降晶粒长大阶段：强度、硬度接着下降,塑性接着提高，塑性接着提高，粗化严峻时下降。粗化严峻时下降。2 2 物理性能物理性能 密度密度:在回复阶段变更不大，在再结晶阶段急剧上升；在回复阶段变更不大，在再结晶阶段急剧上升；电阻：电阻在回复阶段可明显下降。电阻：电阻在回复阶段可明显下降。5第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变更 三三 性能变更性能变更 6第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变更 四四 储存能变更（示意图）储存能变
4、更（示意图）1 1 储储存存能能：存存在在于于冷冷变变形形金金属属内内部部的的一一小小部部分分（1010）变形功。）变形功。弹性应变能（弹性应变能（3 31212）2 2 存在形式存在形式 位错（位错（80809090）驱动力驱动力 点缺陷点缺陷 3 3 储储存存能能的的释释放放：原原子子活活动动实实力力提提高高，迁迁移移至至平平衡衡位位置，储存能得以释放。置，储存能得以释放。回回复复再再结结晶晶7第一节 冷变形金属在加热时的组织与性能变更 五五 内应力变更内应力变更 回回复复阶阶段段：大大部部分分或或全全部部消消退退第第一一类类内内应应力力，部部分分消消退其次、三类内应力；退其次、三类内应力
5、；再结晶阶段：内应力可完全消退。再结晶阶段：内应力可完全消退。8其次节 回复 一一 回复动力学（示意图）回复动力学（示意图）1 1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系加工硬化残留率与退火温度和时间的关系 ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT)x x0 0 原始加工硬化残留率；原始加工硬化残留率；x x退火时加工硬化残留率；退火时加工硬化残留率；c c0 0比例常数；比例常数；t t加热时间；加热时间；T T加热温度。加热温度。9其次节 回复 一一 回复动力学（示意图）回复动力学（示意图）2 2 动力学曲线特点动力学曲线特点 （1 1）没有孕育期；）没有孕育期；（2 2）起先变更快，随后
6、变慢；）起先变更快，随后变慢；（3 3）长时间处理后，性能趋于一平衡值。）长时间处理后，性能趋于一平衡值。10其次节 回复 二二 回复机理回复机理 1 1 低温回复（低温回复（0.10.10.3Tm0.3Tm）移至晶界、位错处移至晶界、位错处点缺陷运动点缺陷运动 空位间隙原子空位间隙原子 消逝消逝 缺陷密度降低缺陷密度降低 空位聚集（空位群、对）空位聚集（空位群、对）11其次节 回复 二二 回复机理回复机理 2 2 中温回复中温回复 （0.30.30.5Tm0.5Tm）异号位错相遇而抵销异号位错相遇而抵销位错滑移位错滑移 位错密度降低位错密度降低 位错缠结重新排列位错缠结重新排列12其次节 回
7、复 二二 回复机理回复机理 3 3 高温回复（高温回复（0.5Tm0.5Tm）位错攀移位错攀移（滑移）（滑移）位错垂直排列（亚晶界）位错垂直排列（亚晶界）多边化（亚晶粒）多边化（亚晶粒）弹性畸变能降低。弹性畸变能降低。13其次节 回复 二二 回复机理回复机理 14其次节 回复 三三 回复退火的应用回复退火的应用 1 1回复机制与性能的关系回复机制与性能的关系 内应力降低内应力降低:弹性应变基本消退弹性应变基本消退;硬硬度度、强强度度下下降降不不多多：位位错错密密度度降降低低不不明明显显，亚亚晶晶较较细；细；电阻率明显下降：空位削减，位错应变能降低。电阻率明显下降：空位削减，位错应变能降低。2
8、2去应力退火去应力退火 降降低低应应力力（保保持持加加工工硬硬化化效效果果），防防止止工工件件变变形形、开裂，提高耐蚀性。开裂，提高耐蚀性。2h15第三节 再结晶 一一 再结晶的形核与长大再结晶的形核与长大 1 1 形核形核 亚晶长大形核机制亚晶长大形核机制 （变形量较大时）（变形量较大时）亚晶合并形核亚晶合并形核 亚晶界移动亚晶界移动(长大长大)形核形核(吞并其它亚晶或变形部分吞并其它亚晶或变形部分)凸出形核凸出形核 晶核伸向小位错胞晶粒晶核伸向小位错胞晶粒(畸变能较高区域畸变能较高区域)内内.16第三节 再结晶 一一 再结晶的形核与长大再结晶的形核与长大1 1 形核形核 17第三节 再结晶
9、 一一 再结晶的形核与长大再结晶的形核与长大 晶界凸出形核（变形量较小时晶界凸出形核（变形量较小时,20%,70%70%）的金属或合）的金属或合 金，在金，在1h1h内能够完成再结晶的（再结晶体积分数内能够完成再结晶的（再结晶体积分数95%95%）最低温度。最低温度。高高纯纯金金属属：T T再再(0.250.35)Tm(0.250.35)Tm。2 2 阅历公式阅历公式 工业纯金属：工业纯金属：T T再再(0.350.45)Tm(0.350.45)Tm。合金：合金：T T再再(0.40.9)Tm(0.40.9)Tm。注：再结晶退火温度一般比上述温度高注：再结晶退火温度一般比上述温度高100100
10、200200。21第三节 再结晶 三三 再结晶温度再结晶温度 3 影响因素影响因素 变形量越大，驱动力越大，再结晶温度越低；变形量越大，驱动力越大，再结晶温度越低；纯度越高，再结晶温度越低；纯度越高，再结晶温度越低；加热速度太低或太高，再结晶温度提高。加热速度太低或太高，再结晶温度提高。22第三节 再结晶 四四 影响再结晶的因素影响再结晶的因素1 1 退火温度。温度越高，再结晶速度越大。退火温度。温度越高，再结晶速度越大。2 2 变变形形量量。变变形形量量越越大大，再再结结晶晶温温度度越越低低；随随变变形形量量增增大大，再结晶温再结晶温 度趋于稳定；变形量低于确定值，再结晶不能进行。度趋于稳定
11、；变形量低于确定值，再结晶不能进行。3 3 原原始始晶晶粒粒尺尺寸寸。晶晶粒粒越越小小，驱驱动动力力越越大大；晶晶界界越越多多，有有利于形核。利于形核。4 4 微量溶质元素。阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。微量溶质元素。阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。5 5 其其次次分分散散相相。间间距距和和直直径径都都较较大大时时，提提高高畸畸变变能能，并并可可作为形核核作为形核核 心心，促促进进再再结结晶晶；直直径径和和间间距距很很小小时时，提提高高畸畸变变能能，但但阻碍晶界迁阻碍晶界迁 移，阻碍再结晶。移，阻碍再结晶。23第三节 再结晶 五五 再结晶晶粒大小的限制（晶粒大小变形量关系图）再结晶晶
12、粒大小的限制（晶粒大小变形量关系图）再结晶晶粒的平均直径再结晶晶粒的平均直径d=kG/N1/4d=kG/N1/424第三节 再结晶 五五 再结晶晶粒大小的限制（晶粒大小变形量关系图）再结晶晶粒大小的限制（晶粒大小变形量关系图）1 1 变形量（图）。存在临界变形量，生产中应避开临界变变形量（图）。存在临界变形量，生产中应避开临界变 形量。形量。2 2 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，使晶粒细化。使晶粒细化。3 3 合金元素和杂质。增加储存能，阻碍晶界移动，有利于合金元素和杂质。增加储存能，阻碍晶界移动，有利于 晶粒细化。晶粒细化
13、。4 4 温度。变形温度越高，回复程度越大，储存能减小，晶温度。变形温度越高，回复程度越大，储存能减小，晶 粒粗化；退火温度越高，临界变形度越小，晶粒粗大。粒粗化；退火温度越高，临界变形度越小，晶粒粗大。25第三节 再结晶 六六 再结晶的应用再结晶的应用 复原变形实力复原变形实力 改善显微组织改善显微组织 再结晶退火再结晶退火 消退各向异性消退各向异性 提高组织稳定性提高组织稳定性 再结晶温度：再结晶温度：T T再再100100200200。4h26第四节 晶粒长大晶粒长大 驱驱 动动 力：界面能差力：界面能差.长大方式：长大方式：正常长大；正常长大；异样长大（二次再结晶）异样长大（二次再结晶
14、）.27第四节 晶粒长大晶粒长大一一 晶粒的正常长大晶粒的正常长大 1 正常长大：再结晶后的晶粒匀整连续的长大。正常长大：再结晶后的晶粒匀整连续的长大。2 驱动力：界面能差。界面能越大，曲率半径越小，驱驱动力：界面能差。界面能越大，曲率半径越小，驱 动力越大。动力越大。(长大方向是指向曲率中心长大方向是指向曲率中心,而再结晶晶核的长大方向相反而再结晶晶核的长大方向相反.)28第四节 晶粒长大晶粒长大一一 晶粒的正常长大晶粒的正常长大 晶界趋于平直晶界趋于平直;3 晶粒的稳定形态晶粒的稳定形态 晶界夹角趋于晶界夹角趋于120;二维坐标中晶粒边数趋于二维坐标中晶粒边数趋于6.29第四节 晶粒长大晶
15、粒长大一一 晶粒的正常长大晶粒的正常长大4 4 影响晶粒长大的因素影响晶粒长大的因素(1)(1)温度。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。温度。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。(2)(2)分散相粒子。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。一分散相粒子。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。一 般有晶粒稳定尺寸般有晶粒稳定尺寸d d和其次相质点半径和其次相质点半径r r、体积分数、体积分数 的的 关系：关系：d=4r/3d=4r/3(3)(3)杂杂质质与与合合金金元元素素。“气气团团作作”钉钉扎扎晶晶界界,不不利利于于晶晶界界移移动动。(4)(4)晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，晶粒位向差。小
16、角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者的移动速率低于后者。因而前者的移动速率低于后者。30第四节 晶粒长大晶粒长大二二 晶粒的异样长大晶粒的异样长大1 1 异样长大异样长大:少数再结晶晶粒的急剧长大现象。少数再结晶晶粒的急剧长大现象。(二次再结晶）二次再结晶）2 2 基本条件基本条件:正常晶粒长大过程被正常晶粒长大过程被(其次分散相微粒、织构）其次分散相微粒、织构）猛烈阻碍。猛烈阻碍。3 3 驱动力：界面能变更。（不是重新形核）驱动力：界面能变更。（不是重新形核）31第四节 晶粒长大晶粒长大二二 晶粒的异样长大晶粒的异样长大 钉扎晶界的其次相溶于基体钉扎晶界的其次相溶于基体.4 机制机制 再
17、结晶织构中位向一样晶粒的合并再结晶织构中位向一样晶粒的合并.大晶粒吞并小晶粒大晶粒吞并小晶粒.各向异性各向异性 织构明显织构明显 优化磁导率优化磁导率 5 对组织和性能的影响对组织和性能的影响 晶粒大小不均晶粒大小不均 性能不均性能不均 降低强度和塑韧性降低强度和塑韧性 晶粒粗大晶粒粗大 提高表面粗糙度提高表面粗糙度32第四节 晶粒长大晶粒长大三三 再结晶退火的组织再结晶退火的组织1 1 再结晶图。退火温度、变形量与晶粒大小的关系图。再结晶图。退火温度、变形量与晶粒大小的关系图。2 2 再结晶织构再结晶织构:再结晶退火后形成的织构。退火可将形变织再结晶退火后形成的织构。退火可将形变织 构消退，
18、也可形成新织构。构消退，也可形成新织构。择优形核（沿袭形变织构）择优形核（沿袭形变织构）择优生长（特殊位向的再结晶晶核快速长大）择优生长（特殊位向的再结晶晶核快速长大）3 3 退火孪晶退火孪晶:再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程 中因晶界迁移出现层错形成的。中因晶界迁移出现层错形成的。33第五节 金属的热变形金属的热变形一一 动态回复与动态再结晶动态回复与动态再结晶 1 1 动态回复：在塑变过程中发生的回复。（静态动态回复：在塑变过程中发生的回复。（静态)2 2 动动态态再再结结晶晶：在在塑塑变变过过程程中中发发生生的的再再结结晶晶。（静静态态)特
19、点特点 反复形核，有限长大，晶粒较细。反复形核，有限长大，晶粒较细。包包含含亚亚晶晶粒粒，位位错错密密度度较较高高,强强度硬度高。度硬度高。应应用用：接接受受低低的的变变形形终终止止温温度度、大大的的最最终终变变形形量、量、快的冷却速度可获得细小晶粒。快的冷却速度可获得细小晶粒。34第五节 金属的热变形金属的热变形二二 金属的热加工金属的热加工1 加工的分类加工的分类 冷加工：在再结晶温度以下的加工过程。发生加工硬化。冷加工：在再结晶温度以下的加工过程。发生加工硬化。热加工：在再结晶温度以上的加工过程。（硬化、回复、热加工：在再结晶温度以上的加工过程。（硬化、回复、再结晶。）再结晶。）2 热加
20、工温度：热加工温度：T再再T热加工热加工T固固100200。35第五节 金属的热变形金属的热变形二二 金属的热加工金属的热加工3 3 热加工后的组织与性能热加工后的组织与性能 （1 1）改善铸锭组织。气泡焊合、裂开碳化物、细化晶粒、）改善铸锭组织。气泡焊合、裂开碳化物、细化晶粒、降低偏析。提高强度、塑性、韧性。降低偏析。提高强度、塑性、韧性。（2 2）形成纤维组织（流线）。）形成纤维组织（流线）。组组织织：枝枝晶晶、偏偏析析、夹夹杂杂物物沿沿变变形形方方向向呈呈纤纤维维状状分分布。布。性能：各向异性。沿流线方向塑性和韧性提超群显。性能：各向异性。沿流线方向塑性和韧性提超群显。36第五节 金属的
21、热变形金属的热变形二二 金属的热加工金属的热加工3 3 热加工后的组织与性能热加工后的组织与性能 （3 3）形成带状组织）形成带状组织 形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。影响：各向异性。类似于流线组织。影响：各向异性。类似于流线组织。消消退退：避避开开在在两两相相区区变变形形、削削减减夹夹杂杂元元素素含含量量、接受高接受高 温扩散退火或正火。温扩散退火或正火。37第五节 金属的热变形金属的热变形二二 金属的热加工金属的热加工4 热加工的优点热加工的优点 （1）可持续大变形量加工。）可持续大变形量加工。（2）动力消耗小。）动力消耗小。（3）提高材料质量和性能）提高材料质量和性能38第五节 金属的热变形金属的热变形三三 超塑性超塑性1 1 超塑性：某些材料在特定变形条件下呈现的特殊大的超塑性：某些材料在特定变形条件下呈现的特殊大的 延长率。延长率。2 2条件：晶粒细小、温度范围（条件：晶粒细小、温度范围（0.50.65Tm0.50.65Tm）、应变速率小）、应变速率小 （1 10.01%/s0.01%/s）。）。3 3 本质：多数观点认为是由晶界的滑动和晶粒的转动所致。本质：多数观点认为是由晶界的滑动和晶粒的转动所致。4 4 应用：困难零件的精密成形；难于热变形材料的加工。应用：困难零件的精密成形；难于热变形材料的加工。6h39