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1、会计学1材料材料(cilio)的形变和再结晶二的形变和再结晶二第一页，共49页。5.3.1冷变形金属在加热时的组织与性能冷变形金属在加热时的组织与性能(xngnng)变化变化冷变形后材料经重新冷变形后材料经重新(chngxn)加热进行退火之后，其组织加热进行退火之后，其组织和性能会发生变化。观察在不同加热温度下变化的特点可将和性能会发生变化。观察在不同加热温度下变化的特点可将退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段回复：回复：指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段；能变化的阶段；再结晶：指出现
2、无畸变的等轴新晶粒逐步取代再结晶：指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代(qdi)变形晶变形晶粒粒的过程；的过程；晶粒长大：指再结晶结束之后晶粒的继续长大晶粒长大：指再结晶结束之后晶粒的继续长大第1页/共48页第二页，共49页。冷变形(binxng)金属在退火时晶粒形状和大小的变化回复阶段，由于不发生大角度回复阶段，由于不发生大角度(jiod)晶界的迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状，从光学显微组织上几乎看不出变化。晶界的迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状，从光学显微组织上几乎看不出变化。再结晶阶段，首先是在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒
3、的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。晶粒长大阶段再结晶阶段，首先是在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。晶粒长大阶段，在晶界表面能的驱动下，新晶粒互相吞食而长大，从而得到一个在该条件下较为稳定，在晶界表面能的驱动下，新晶粒互相吞食而长大，从而得到一个在该条件下较为稳定(wndng)的尺寸的尺寸第2页/共48页第三页，共49页。展示(zhnsh)了冷变形金属在退火过程中的性能和能量变化第3页/共48页第四页，共49页。（1）强度与硬度：回复）强度与硬
4、度：回复(huf)阶段的硬度变化很小，约占总阶段的硬度变化很小，约占总变化的变化的15，而再结晶阶段则下降较多。可以推断，强度具有，而再结晶阶段则下降较多。可以推断，强度具有与硬度相似的变化规律。上述情况主要与金属中的位错机制有与硬度相似的变化规律。上述情况主要与金属中的位错机制有关，即回复关，即回复(huf)阶段时，变形金属仍保持很高的位错密度，阶段时，变形金属仍保持很高的位错密度，而发生再结晶后，则由于位错密度显著降低，故强度与硬度明而发生再结晶后，则由于位错密度显著降低，故强度与硬度明显下降显下降（2）电阻：变形金属的电阻在回复阶段已表现明显的下降趋势。）电阻：变形金属的电阻在回复阶段已
5、表现明显的下降趋势。因为电阻率与晶体点阵因为电阻率与晶体点阵(dinzhn)中的点缺陷（如空位、间隙中的点缺陷（如空位、间隙原子等）密切相关。点缺陷所引起的点阵原子等）密切相关。点缺陷所引起的点阵(dinzhn)畸变会使畸变会使传导电子产生散射，提高电阻率。它的散射作用比位错所引起传导电子产生散射，提高电阻率。它的散射作用比位错所引起的更为强烈。因此，在回复阶段电阻率的明显下降就标志着在的更为强烈。因此，在回复阶段电阻率的明显下降就标志着在此阶段点缺陷浓度有明显的减小此阶段点缺陷浓度有明显的减小第4页/共48页第五页，共49页。（3）内应力：在回复阶段，大部(db)或全部的宏观内应力可以消除，
6、而微观内应力则只有通过再结晶方可全部消除（4）亚晶粒尺寸：在回复的前期，亚晶粒尺寸变化不大，）亚晶粒尺寸：在回复的前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶时，亚晶粒尺寸就显著但在后期，尤其在接近再结晶时，亚晶粒尺寸就显著(xinzh)增大增大（5）密度）密度(md)：变形金属的密度：变形金属的密度(md)在再结晶阶段发生在再结晶阶段发生急剧增高，显然除与前期点缺陷数目减小有关外，主要是在再急剧增高，显然除与前期点缺陷数目减小有关外，主要是在再结晶阶段中位错密度结晶阶段中位错密度(md)显著降低所致显著降低所致（6）储能的释放）储能的释放：当冷变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，
7、储能就被释放出来。回复阶段时各材料释放的储存能量均较小，再结晶晶粒出现的温度对应于储能释放曲线的高峰处当冷变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，储能就被释放出来。回复阶段时各材料释放的储存能量均较小，再结晶晶粒出现的温度对应于储能释放曲线的高峰处第5页/共48页第六页，共49页。5.3.2回复回复(huf)1回复回复(huf)动力学动力学回复是冷变形金属回复是冷变形金属在退火时发生组织在退火时发生组织性能变化性能变化(binhu)的早期阶段的早期阶段在此阶段内物理和在此阶段内物理和力学性能的回复是力学性能的回复是随温度和时间而变随温度和时间而变化的化的不同温度下电阻随保温时间的变化/铜第6页
8、/共48页第七页，共49页。同一变形程度的多晶体铁在不同温度(wnd)退火时，屈服应力的回复动力学曲线动力学曲线表明，回复是一个驰豫过程：动力学曲线表明，回复是一个驰豫过程：1、没有孕育期、没有孕育期2、在一定、在一定(ydng)温度时初期的回复速率大，随后逐渐变慢，直到趋近于零温度时初期的回复速率大，随后逐渐变慢，直到趋近于零3、预变形量越大，起始的回复速率也越快，晶粒尺寸减小也有利于回复过程的加快、预变形量越大，起始的回复速率也越快，晶粒尺寸减小也有利于回复过程的加快第7页/共48页第八页，共49页。回复特征通常回复特征通常(tngchng)可用一级反应方程来表达：可用一级反应方程来表达：
9、式中，式中，t为恒温下的加热时间为恒温下的加热时间(shjin)；x为冷变形导致为冷变形导致的性能增量经加热后的残留分数；的性能增量经加热后的残留分数；c为与材料和温度有关为与材料和温度有关的比例常数，的比例常数，c值与温度的关系具有典型的热激活过程的值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点，可由著名的阿累尼乌斯（特点，可由著名的阿累尼乌斯（Arrhenius）方程来描述：）方程来描述：式中，式中，Q为激活能；为激活能；R为气体常数；为气体常数；T为绝对温度为绝对温度(juduwnd)；c0为比例常数为比例常数第8页/共48页第九页，共49页。将上式代入一级反应方程中并积分，以将上式代入一级反
10、应方程中并积分，以X0表示开始时性能表示开始时性能(xngnng)增量的残留分数，则得增量的残留分数，则得两边两边(lingbin)(lingbin)取对数得回复方程式：取对数得回复方程式：式中，A为常数。作lnt1/T图，如为直线，则由直线斜率可求得回复(huf)过程的激活能第9页/共48页第十页，共49页。2回复回复(huf)机制机制a低温回复低温回复低温时，回复主要与点缺陷的迁移低温时，回复主要与点缺陷的迁移(qiny)有关有关b中温回复中温回复加热温度稍高时会发生位错运动加热温度稍高时会发生位错运动(yndng)和重新分布小回复的机制主要与位错的滑和重新分布小回复的机制主要与位错的滑移
11、有关移有关c高温回复高温回复高温（高温（0.3Tm）时，刃型位错可获得足够能量产生）时，刃型位错可获得足够能量产生攀移攀移使滑移面上不规则得位错重新分布，刃型位错垂直排列成墙，显著降低位错得畸变能，有较大得应变能释放使滑移面上不规则得位错重新分布，刃型位错垂直排列成墙，显著降低位错得畸变能，有较大得应变能释放沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位错墙（小角度晶界），以及由此产生的亚晶，即多边化结构沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位错墙（小角度晶界），以及由此产生的亚晶，即多边化结构第10页/共48页第十一页，共49页。多边多边(dubin)化产生的条件：化产生的条件：1、塑性变形使
12、晶体点阵发生弯曲、塑性变形使晶体点阵发生弯曲2、在滑移面上有塞积的同号刃型、在滑移面上有塞积的同号刃型位错位错3、需要加热到较高的温度，使刃、需要加热到较高的温度，使刃型位错能够产生攀移运动型位错能够产生攀移运动通过攀移使同一滑移面上异号位错相消，位错密度下降，位错重排成较稳定的组态，构成通过攀移使同一滑移面上异号位错相消，位错密度下降，位错重排成较稳定的组态，构成(guchng)亚晶界，形成回复后的亚晶结构亚晶界，形成回复后的亚晶结构从上述回复机制可以理解，回复过程中电阻率的明显下降主要从上述回复机制可以理解，回复过程中电阻率的明显下降主要(zhyo)是由于过量空位的减少和位错应变能的降低；
13、内应力的降低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(zhyo)是由于晶体内弹性应变的基本消除；硬度及强度下降不多则是由于位错密度下降不多，亚晶还较细小之故是由于晶体内弹性应变的基本消除；硬度及强度下降不多则是由于位错密度下降不多，亚晶还较细小之故第11页/共48页第十二页，共49页。5.3.3再结晶再结晶再结晶是一种形核和长大过程，即通过在变形组织再结晶是一种形核和长大过程，即通过在变形组织(zzh)的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并通的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织过逐渐长大形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织(zzh)
14、的过程的过程a形核形核通过观察表明，再结晶晶核是现存于局部高能量区域的，通过观察表明，再结晶晶核是现存于局部高能量区域的，以多边以多边(dubin)化形成的亚晶为基础形核。化形成的亚晶为基础形核。晶界弓出形核晶界弓出形核亚晶形核亚晶形核第12页/共48页第十三页，共49页。（1）晶界弓出形核）晶界弓出形核对于变形程度较小（一般小于20）的金属，其再结晶核心(hxn)多以晶界弓出方式形成，即应变诱导晶界移动或称为凸出形核机制具有亚晶粒组织具有亚晶粒组织(zzh)的晶粒间的凸出形核示意图的晶粒间的凸出形核示意图第13页/共48页第十四页，共49页。晶界弓出形核模型晶界弓出形核模型(mxng)假设晶
15、界扫过地方的储存假设晶界扫过地方的储存(chcn)能全部释放，则由能全部释放，则由到到时的自由能变化为时的自由能变化为弓出形核示意图弓出形核示意图第14页/共48页第十五页，共49页。对于任意曲面可以定义两个主曲率半径对于任意曲面可以定义两个主曲率半径(bnjng)r1、r2，当曲，当曲面移动时有面移动时有若该曲面若该曲面(qmin)为一球面，则为一球面，则r1、r2r，而，而故其自由(zyu)能变化为第15页/共48页第十六页，共49页。第16页/共48页第十七页，共49页。（2）亚晶形核）亚晶形核此机制一般是在大的变形度下发生。借助此机制一般是在大的变形度下发生。借助(jizh)亚晶作为再
16、结晶亚晶作为再结晶的核心，其形核机制又可分为两种的核心，其形核机制又可分为两种亚晶合并机制亚晶合并机制:多存在于大变形且具有多存在于大变形且具有(jyu)高层错能的金属中高层错能的金属中相邻亚晶界边界相邻亚晶界边界(binji)上的位错网络上的位错网络解离，拆散解离，拆散攀移，滑移攀移，滑移周围其他周围其他晶界上晶界上相邻亚晶边界消失和亚晶合并相邻亚晶边界消失和亚晶合并形成大角度晶界形成大角度晶界边界位错密度增加边界位错密度增加晶粒变大晶粒变大无畸变晶粒无畸变晶粒迅速迁移，清除位错迅速迁移，清除位错第17页/共48页第十八页，共49页。亚晶粒合并亚晶粒合并(hbng)形核示意图形核示意图第18
17、页/共48页第十九页，共49页。亚晶迁移机制亚晶迁移机制(jzh)变形程度大的低层错能金属变形程度大的低层错能金属亚晶界位错密度高，其两侧亚晶的位向差较大，在亚晶界位错密度高，其两侧亚晶的位向差较大，在加热过程加热过程(guchng)中容易迁移生成大角晶界，于中容易迁移生成大角晶界，于是就做为再结晶核心而长大是就做为再结晶核心而长大亚晶粒长大(chnd)示意图第19页/共48页第二十页，共49页。再结晶晶核形成之后，它就借界面的移动而向再结晶晶核形成之后，它就借界面的移动而向周围畸变区域长大周围畸变区域长大(chnd)界面迁移的推动界面迁移的推动力是无畸变的晶粒本身与周围畸变的母体（即力是无畸
18、变的晶粒本身与周围畸变的母体（即旧晶粒）间的应变能差，晶界总是背离其曲率旧晶粒）间的应变能差，晶界总是背离其曲率中心，向着畸变区域推进，直到全部形成无畸中心，向着畸变区域推进，直到全部形成无畸变的等轴晶粒为止，再结晶即告完成变的等轴晶粒为止，再结晶即告完成b长大长大(chnd)第20页/共48页第二十一页，共49页。2再结晶动力学再结晶动力学再结晶动力学决定于形核率再结晶动力学决定于形核率和长大速率和长大速率G的大小的大小第21页/共48页第二十二页，共49页。和G不随时间而改变的情况下，在恒温下经过t时间后，已经再结晶的体积分R可用下式表示Johnson和Mehl方程(fngchng)恒温再
19、结晶时的形核率是随时间的增加而呈指数关系衰减的，故通常采用Avrami方程进行描述或式中，B和K均为常数，可通过实验确定：作图直线斜率为K，直线的截距为第22页/共48页第二十三页，共49页。等温温度对再结晶速率等温温度对再结晶速率(sl)v的影响，可用阿累尼乌斯公的影响，可用阿累尼乌斯公式表示，即式表示，即而再结晶速率的产生某一体积而再结晶速率的产生某一体积(tj)分数分数R所需的所需的时间时间t成反比，即成反比，即故式中为常数，Q为再结晶的激活能；R为气体(qt)常数，T为绝对温度两边取对数两边取对数第23页/共48页第二十四页，共49页。第24页/共48页第二十五页，共49页。和等温回复
20、的情况相似，在两个不同的恒定温度产生和等温回复的情况相似，在两个不同的恒定温度产生同样同样(tngyng)程度的再结晶时，可得程度的再结晶时，可得这样，若已知某温度的再结晶激活能及此晶体在某温度完这样，若已知某温度的再结晶激活能及此晶体在某温度完成成(wnchng)再结晶所需的等温退火时间，就可计算出它再结晶所需的等温退火时间，就可计算出它再另一温度退火时完成再另一温度退火时完成(wnchng)再结晶所需的时间再结晶所需的时间第25页/共48页第二十六页，共49页。3再结晶温度及其影响再结晶温度及其影响(yngxing)因素因素再结晶温度再结晶温度定义定义(dngy)：冷变形金属开始进行再结晶
21、的最低温度：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度测定方法：金相法或硬度测定方法：金相法或硬度(yngd)法测法测定定标准：显微镜中出现第一颗新晶粒时的温度或以硬度下降标准：显微镜中出现第一颗新晶粒时的温度或以硬度下降50所对应的温度所对应的温度工业生产中，通常以经过大变形量（约工业生产中，通常以经过大变形量（约70以上）的冷变形以上）的冷变形金属，经过金属，经过1h退火能完成再结晶所对应的温度定义为再结晶温退火能完成再结晶所对应的温度定义为再结晶温度度再结晶温度并不是一个物理常数，它不仅随材料而改变，同再结晶温度并不是一个物理常数，它不仅随材料而改变，同一材料其冷变形程度、原始晶粒度等因素也影响
22、着再结晶温一材料其冷变形程度、原始晶粒度等因素也影响着再结晶温度度第26页/共48页第二十七页，共49页。a变形(binxng)程度的影响随着冷变形程度的增加随着冷变形程度的增加(zngji)，储存能也增多，再结，储存能也增多，再结晶的驱动力就越大，因此再结晶温度越低，同时等温退火晶的驱动力就越大，因此再结晶温度越低，同时等温退火时的再结晶速度也越快。但当变形量增大到一定程度后，时的再结晶速度也越快。但当变形量增大到一定程度后，再结晶温度就基本上稳定不变了再结晶温度就基本上稳定不变了对工业纯金属对工业纯金属(jnsh)，经强烈冷变形后的最低再结晶，经强烈冷变形后的最低再结晶温度温度TR/K约等
23、于其熔点约等于其熔点TmK的的0.350.4b原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸在其他条件相同的情况下，金属的原始晶粒越细在其他条件相同的情况下，金属的原始晶粒越细小，则变形的抗力越大，冷变形后储存的能量较小，则变形的抗力越大，冷变形后储存的能量较高，再结晶温度则较低高，再结晶温度则较低第27页/共48页第二十八页，共49页。c微量溶质(rngzh)原子微量溶质原子的存在对金属微量溶质原子的存在对金属(jnsh)的再结晶有很大的影响的再结晶有很大的影响微量溶质原子存在显著微量溶质原子存在显著(xinzh)提高再结晶温度的原因可能是溶质原子与位错及晶界间存在着交互作用，使溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，
24、对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起着阻碍作用，从而不利于再结晶的形核和核的长大，阻碍再结晶过程提高再结晶温度的原因可能是溶质原子与位错及晶界间存在着交互作用，使溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起着阻碍作用，从而不利于再结晶的形核和核的长大，阻碍再结晶过程d第二相粒子第二相粒子第二相粒子的存在既可能促进基体金属的再结晶，也可能阻碍第二相粒子的存在既可能促进基体金属的再结晶，也可能阻碍再结晶再结晶，这主要取决于基体上分散相粒子的大小及分布。，这主要取决于基体上分散相粒子的大小及分布。第二相粒子尺寸大，间距宽的，再结晶核心能在表面产生第二相粒子尺寸大，间距宽的，再结晶核
25、心能在表面产生第二相粒子尺寸小又密集时，会阻碍再结晶的进行第二相粒子尺寸小又密集时，会阻碍再结晶的进行第28页/共48页第二十九页，共49页。e再结晶退火工艺(gngy)参数加热速度、加热温度加热速度、加热温度(wnd)与保温时间等退火工艺参数，对变形与保温时间等退火工艺参数，对变形金属的再结晶有着不同程度的影响金属的再结晶有着不同程度的影响若加热速度过于缓慢时，变形金属若加热速度过于缓慢时，变形金属(jnsh)加热时间长，使加热时间长，使点阵畸变度降低，储能减少，使再结晶驱动力减小，再结晶点阵畸变度降低，储能减少，使再结晶驱动力减小，再结晶温度上升温度上升当变形程度和退火保温时间一定时，退火
26、温度愈高，再结当变形程度和退火保温时间一定时，退火温度愈高，再结晶速度愈快晶速度愈快，产生一定体积分数的再结晶所需要的时间，产生一定体积分数的再结晶所需要的时间也越短，再结晶后的晶粒越粗大也越短，再结晶后的晶粒越粗大第29页/共48页第三十页，共49页。4再结晶后的晶粒大小再结晶后的晶粒大小由于晶粒大小对材料性能将产生重要影响，因此由于晶粒大小对材料性能将产生重要影响，因此(ync)，调，调整再结晶退火参数，控制再结晶的晶粒尺寸，在生产中具有整再结晶退火参数，控制再结晶的晶粒尺寸，在生产中具有一定的实际意义一定的实际意义运用约翰逊一梅厄方程，可以证明再结晶后晶粒尺寸运用约翰逊一梅厄方程，可以证
27、明再结晶后晶粒尺寸d与与 和长大速率和长大速率 之间存在着下列关系之间存在着下列关系：第30页/共48页第三十一页，共49页。a变形变形(binxng)度的影响度的影响冷变形(binxng)程度对再结晶后晶粒大小的影响如图/当变形程度很小时，晶粒尺寸即为原始晶粒的尺寸，这是因为变形量过小，造成的储存能不足以驱动再结晶，所以晶粒大小没有变化。当变形程度增大到一定数值后，此时的畸变能已足以引起再结晶，但由于变形程度不大，当变形程度很小时，晶粒尺寸即为原始晶粒的尺寸，这是因为变形量过小，造成的储存能不足以驱动再结晶，所以晶粒大小没有变化。当变形程度增大到一定数值后，此时的畸变能已足以引起再结晶，但由
28、于变形程度不大，得到特别粗大的晶粒比值很小，因此通常通常(tngchng)，把对应于再结晶后，把对应于再结晶后得到特别粗大晶粒的变形程度称为得到特别粗大晶粒的变形程度称为“临临界变形度界变形度”当变形量大于临界变形量之后，变形度愈大，晶粒愈细化当变形量大于临界变形量之后，变形度愈大，晶粒愈细化变形量变形量原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸尺寸大小尺寸大小临界变形量第31页/共48页第三十二页，共49页。b退火温度退火温度(wnd)的影响的影响退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的影响退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的影响(yngxing)比较弱比较弱提高退火温度提高退火温度(wnd)可使再结晶的速度显著可使
29、再结晶的速度显著加快，临界变形度数值加快，临界变形度数值变小变小（如图）（如图）再结晶过程完成，随后再结晶过程完成，随后还有一个晶粒长大阶段，还有一个晶粒长大阶段，温度越高晶粒越粗温度越高晶粒越粗790退火700650应变/%100时，6.45cm 中晶粒数2晶粒度第32页/共48页第三十三页，共49页。5.3.4晶粒长大晶粒长大(chnd)再结晶结束后，材料通常得到细小再结晶结束后，材料通常得到细小(xxio)等轴晶粒，若继等轴晶粒，若继续提高加热温度或延长加热时间，将引起晶粒进一步长大续提高加热温度或延长加热时间，将引起晶粒进一步长大晶界移动的驱动力通常来自总的界面晶界移动的驱动力通常来自
30、总的界面(jimin)能的降低能的降低晶粒长大按其特点可分为两类：晶粒长大按其特点可分为两类：1、正常晶粒长大，大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大；、正常晶粒长大，大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大；2、异常晶粒长大，少数晶粒突发性的不均匀长大、异常晶粒长大，少数晶粒突发性的不均匀长大第33页/共48页第三十四页，共49页。1晶粒的正常长大晶粒的正常长大(chnd)及其影响因及其影响因素素对于系统，晶粒长大的驱动力式总界面能的减小对于系统，晶粒长大的驱动力式总界面能的减小对于个别晶粒，不同曲率是造成晶界迁移的直接原因对于个别晶粒，不同曲率是造成晶界迁移的直接原因晶面是向着曲率中心的方向晶面是向着曲率中
31、心的方向(fngxing)移动移动正常晶粒长大正常晶粒长大(chnd)时，晶界的平均移动速度时，晶界的平均移动速度在一定温度下，上式可看作常数在一定温度下，上式可看作常数分离变量，积分得分离变量，积分得若则近似有则近似有或第34页/共48页第三十五页，共49页。公式与实验(shyn)结果得比较黄铜在恒温(hngwn)下的晶粒长大曲线303060609090120120123624486072154530607590时间/minw(Zn)10w(Zn)20w(Zn)30w(Zn)35Dt/10 cm228第35页/共48页第三十六页，共49页。a.温度温度(wnd)对晶粒长大得影响对晶粒长大得影
32、响由上图可以看出由上图可以看出(knch)，温度，温度越高，晶粒得长大速度也越快。这越高，晶粒得长大速度也越快。这是因为是因为因此(ync)代入得恒温下晶粒长大速度与温度得关系得恒温下晶粒长大速度与温度得关系上式积分或第36页/共48页第三十七页，共49页。b.分散相粒子(lz)分散颗粒对晶界得阻碍作用，从而分散颗粒对晶界得阻碍作用，从而(cngr)使晶粒长大速度降使晶粒长大速度降低低假设第二假设第二(dr)相粒子为球形相粒子为球形晶界右移时，晶界沿其移动方向对粒子所施的拉力为晶界右移时，晶界沿其移动方向对粒子所施的拉力为当第37页/共48页第三十八页，共49页。实际上，合金基体均匀分布着许多
33、第二相颗粒，因此晶界实际上，合金基体均匀分布着许多第二相颗粒，因此晶界迁移能力及其所决定的晶粒长大速度，不仅与分散相粒子迁移能力及其所决定的晶粒长大速度，不仅与分散相粒子的尺寸有关，而且单位体积的尺寸有关，而且单位体积(tj)中第二相粒子的数量也中第二相粒子的数量也具有重要影响具有重要影响在第二在第二(dr)相颗粒所占体积分数一定的条件下相颗粒所占体积分数一定的条件下颗粒愈细，数量颗粒愈细，数量(shling)愈多，晶界迁移愈多，晶界迁移的阻力愈大的阻力愈大当晶界能迁移的驱动力与所受阻力相等时，晶粒当晶界能迁移的驱动力与所受阻力相等时，晶粒的正常长大停止，此时晶粒平均直径（极限的晶的正常长大停
34、止，此时晶粒平均直径（极限的晶粒平均直径）粒平均直径）为分散粒子体积分数第38页/共48页第三十九页，共49页。c.晶粒间的位相差晶粒间的位相差(xinch)实验表明实验表明:相邻晶粒间的位相差相邻晶粒间的位相差(xinch)对晶界的迁移有很对晶界的迁移有很大影响大影响当晶界两侧的晶粒位向较为接近或具有孪晶位向时，当晶界两侧的晶粒位向较为接近或具有孪晶位向时，晶界迁移晶界迁移(qiny)速度很小速度很小但若晶粒间具有大角度晶界的位向差时，则由于晶界但若晶粒间具有大角度晶界的位向差时，则由于晶界能和扩散稀疏相应增大，因而其晶界的迁移能和扩散稀疏相应增大，因而其晶界的迁移(qiny)速度也随之加快
35、速度也随之加快第39页/共48页第四十页，共49页。d.杂质与微量合金杂质与微量合金(hjn)元素元素右图为微量右图为微量Sn在高纯在高纯Pb中对中对300时晶界迁移速度时晶界迁移速度(sd)的影响。的影响。通常认为，由于微量杂质原子与晶界的交互作用及其在晶界区域的吸附，形成了一种阻碍晶界迁移的通常认为，由于微量杂质原子与晶界的交互作用及其在晶界区域的吸附，形成了一种阻碍晶界迁移的“气团气团”从而随着从而随着(suzhe)杂质含量的增加，显著降低了晶界的迁移速度。杂质含量的增加，显著降低了晶界的迁移速度。该类晶界结构中的点阵重合性较高，从而不利于杂质原子的吸附该类晶界结构中的点阵重合性较高，从
36、而不利于杂质原子的吸附但是但是图中虚线所示，微量杂质原子对某些具有特殊位向差的晶界迁移速度影响较小，这可能与图中虚线所示，微量杂质原子对某些具有特殊位向差的晶界迁移速度影响较小，这可能与特殊晶界匀晶移动速度/(mm/min)一般晶界第40页/共48页第四十一页，共49页。2.异常异常(ychng)晶粒长大（二次再晶粒长大（二次再结晶）结晶）一次再结晶的细小一次再结晶的细小(xxio)晶粒晶粒加热(jir)消除阻碍晶界迅速迁移晶界迅速迁移长大与其它晶粒界与其它晶粒界面接触面接触纯的和含MnS的Fe3Si合金在不同温度退火1h的晶粒尺寸第41页/共48页第四十二页，共49页。5.3.5再结晶织构与
37、退火再结晶织构与退火(tuhu)孪晶孪晶1再结晶织构再结晶织构通常具有通常具有(jyu)变形织构的金属经再结晶后的新晶粒若仍具有变形织构的金属经再结晶后的新晶粒若仍具有(jyu)择优取向，称为再结晶织构择优取向，称为再结晶织构再结晶织构与原变形织构之间可存在以下再结晶织构与原变形织构之间可存在以下(yxi)三三种情况：种情况：（1）与原有的织构相一致；）与原有的织构相一致；（2）原有织构消失而代之以新的织构；）原有织构消失而代之以新的织构；（3）原有织构消失不再形成新的织构）原有织构消失不再形成新的织构再结晶织构的形成机制：再结晶织构的形成机制：a.定向生长理论定向生长理论b.定向型核理论定向
38、型核理论第42页/共48页第四十三页，共49页。a.定向定向(dnxin)生长理论生长理论一次再结晶形成了各种位向的晶核，但只有某些具有特一次再结晶形成了各种位向的晶核，但只有某些具有特殊位相的晶核才能殊位相的晶核才能(cinng)迅速向变形基体中长大，迅速向变形基体中长大，即形成了再结晶织构。即形成了再结晶织构。b.定向(dnxin)形核理论当变形量较大的金属组织存在变形织构时，由于各当变形量较大的金属组织存在变形织构时，由于各亚晶的位向相似，而使再结晶形核具有择优取向，亚晶的位向相似，而使再结晶形核具有择优取向，并经长大形成与原有织构相一致的再结晶织构并经长大形成与原有织构相一致的再结晶织
39、构当基体存在变形织构时，其中大多数晶粒取向是相似的，当基体存在变形织构时，其中大多数晶粒取向是相似的，晶粒不易长大，而某些与变形织构成特殊位向关系的再结晶粒不易长大，而某些与变形织构成特殊位向关系的再结晶晶核，其晶界则具有很高的迁移速度，故发生择优生长，晶晶核，其晶界则具有很高的迁移速度，故发生择优生长，并通过逐渐吞食其周围变形基体达到互相接触，形成与原并通过逐渐吞食其周围变形基体达到互相接触，形成与原变形织构取向不同的再结晶织构变形织构取向不同的再结晶织构第43页/共48页第四十四页，共49页。2退火退火(tuhu)孪晶孪晶某些面心立方金属和合金某些面心立方金属和合金(hjn)如铜及铜合金如
40、铜及铜合金(hjn)，镍，镍及镍合金及镍合金(hjn)和奥氏体不锈钢等冷变形后经再结晶退火和奥氏体不锈钢等冷变形后经再结晶退火后，其晶粒中会出现退火孪晶后，其晶粒中会出现退火孪晶A、B、C代表三种典型的退火孪晶形态：代表三种典型的退火孪晶形态：A为晶界交角处的退火孪晶；为晶界交角处的退火孪晶；B为贯穿为贯穿(gunchun)晶粒的完整退火孪晶；晶粒的完整退火孪晶；C为一端终止于晶内的不完整退火孪晶为一端终止于晶内的不完整退火孪晶孪晶带两侧互相平行的孪晶界属于共格的孪晶界，由（孪晶带两侧互相平行的孪晶界属于共格的孪晶界，由（111）组成；孪晶带在晶粒内终止处的孪晶界，以及共格孪晶界的台阶处均属于
41、非共格的孪晶界）组成；孪晶带在晶粒内终止处的孪晶界，以及共格孪晶界的台阶处均属于非共格的孪晶界第44页/共48页第四十五页，共49页。关于退火关于退火(tuhu)孪晶的形成机制，一般认为退火孪晶的形成机制，一般认为退火(tuhu)孪晶是在晶粒生长过程中形成的孪晶是在晶粒生长过程中形成的当晶粒通过晶界移动当晶粒通过晶界移动(ydng)而生长时，原子层而生长时，原子层在晶界角处（在晶界角处（111）面上的）面上的堆垛顺序偶然错堆，就会出堆垛顺序偶然错堆，就会出现一共格的孪晶界并随之而现一共格的孪晶界并随之而在晶界角处形成退火孪晶在晶界角处形成退火孪晶，这种退火孪晶通过大角度晶这种退火孪晶通过大角度
42、晶界的移动界的移动(ydng)而长大。而长大。第45页/共48页第四十六页，共49页。在长大过程中，如果原子在（在长大过程中，如果原子在（111）表面再次发生错堆而恢）表面再次发生错堆而恢复原子的堆垛顺序，则又形成复原子的堆垛顺序，则又形成(xngchng)第二个共格孪晶第二个共格孪晶界，构成了孪晶带。界，构成了孪晶带。同样，形成退火孪晶必须同样，形成退火孪晶必须(bx)满足能量条件，层错能低的晶满足能量条件，层错能低的晶体容易形成退火孪晶体容易形成退火孪晶第46页/共48页第四十七页，共49页。Theend第47页/共48页第四十八页，共49页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第48页/共48页第四十九页，共49页。