1、1 冷加工變形：冷加工變形：加工硬化，可使位錯數量增加，加工硬化，可使位錯數量增加，金屬的強度和硬度增加金屬的強度和硬度增加冷加工缺點：冷加工缺點：內應力，這種殘余應力在金屬零內應力，這種殘余應力在金屬零件進一步加工和使用過程中往往會產生不應有的變件進一步加工和使用過程中往往會產生不應有的變形，使用中也會由于大氣環境與內應力的共同作用，形，使用中也會由于大氣環境與內應力的共同作用，造成零件的應力腐蝕；冷加工也可能使電阻率增加造成零件的應力腐蝕；冷加工也可能使電阻率增加等。這時金屬處于一種不穩定狀態。等。這時金屬處于一種不穩定狀態。3rd 2發生應力腐蝕奧氏發生應力腐蝕奧氏體不銹鋼管道內壁體不銹

2、鋼管道內壁應力腐蝕裂紋應力腐蝕裂紋奧氏體不銹鋼易發生應力腐蝕。即在特定合金奧氏體不銹鋼易發生應力腐蝕。即在特定合金-環境體系環境體系中，應力與腐蝕共同作用引起的破壞。應力腐蝕易在含中，應力與腐蝕共同作用引起的破壞。應力腐蝕易在含Cl的介質中發生，裂紋為樹枝狀。的介質中發生，裂紋為樹枝狀。3第五章第五章 回復與再結晶回復與再結晶Recovery and recrystallization 消除的方法消除的方法 退火處理。退火處理。退火可使原子擴散能力增加，金屬將依次發生退火可使原子擴散能力增加，金屬將依次發生回復、再結晶和晶粒長大過程。回復、再結晶和晶粒長大過程。4加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅re

3、coveryrecrystallizationgrain growth5.1 冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化冷變形金屬在加熱時的組織變化冷變形金屬在加熱時的組織變化5冷變形金屬在加熱時的組織變化冷變形金屬在加熱時的組織變化 回復回復recovery是指新的無畸變晶粒出現前所產是指新的無畸變晶粒出現前所產生的亞結構和性能變化的階段，在金相顯微鏡生的亞結構和性能變化的階段，在金相顯微鏡中無明顯變化，仍保持原有的變形晶粒形貌，中無明顯變化，仍保持原有的變形晶粒形貌，若通過若通過TEM，則可觀察到位錯組態或亞結構已，則可觀察到位錯組態或亞結構已開始發生變化。開始發

4、生變化。 recoveryrecrystallizationgrain growth6冷變形金屬在加熱時的組織變化冷變形金屬在加熱時的組織變化recoveryrecrystallizationgrain growth 再結晶再結晶recrystallization是指出現無畸變的等軸新是指出現無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程。晶粒逐步取代變形晶粒的過程。 在開始階段，在畸變較大的區域里產生新的無畸在開始階段，在畸變較大的區域里產生新的無畸變的晶粒核心，即再結晶的形核過程；然后通過變的晶粒核心，即再結晶的形核過程；然后通過逐漸消耗周圍變形晶粒而長大，轉變成為新的等逐漸消耗周圍變形晶粒而長

5、大，轉變成為新的等軸晶，直至冷變形晶粒完全消失。軸晶，直至冷變形晶粒完全消失。7冷變形金屬在加熱時的組織變化冷變形金屬在加熱時的組織變化recoveryrecrystallizationgrain growth 晶粒長大晶粒長大grain growth是指再結晶結束后晶粒的是指再結晶結束后晶粒的長大過程，在晶界界面能的驅動下，新晶粒會發長大過程，在晶界界面能的驅動下，新晶粒會發生合并長大，最終達到一個相對穩定的尺寸。生合并長大，最終達到一個相對穩定的尺寸。8冷變形金屬在加熱時的性能變化冷變形金屬在加熱時的性能變化A：強度、硬度和塑性：強度、硬度和塑性 strength, hardness an

6、d ductility：回復階段變化非常小，再結晶時硬度降低，塑性升高，晶回復階段變化非常小，再結晶時硬度降低，塑性升高，晶粒長大后趨于緩慢。粒長大后趨于緩慢。9B：電阻率：電阻率resistivity：其大小與點陣：其大小與點陣中的點缺陷密切相關，隨溫度升高，中的點缺陷密切相關，隨溫度升高，空位濃度下降，故電阻率呈現連續空位濃度下降，故電阻率呈現連續下降趨勢。下降趨勢。C：內應力：內應力inner stress：回復之后，：回復之后，宏觀內應力基本消除，微觀內應力宏觀內應力基本消除，微觀內應力部分消除；再結晶后，冷變形造成部分消除；再結晶后，冷變形造成的內應力全部消除。的內應力全部消除。D：

7、密度：密度density：密度在再結晶階段急劇增加，主要是：密度在再結晶階段急劇增加，主要是由于此時位錯密度顯著降低造成的。由于此時位錯密度顯著降低造成的。E：儲能的釋放：儲能的釋放energy release：當加熱到足以引起應力松：當加熱到足以引起應力松弛的溫度時，儲能就釋放出來，再結晶階段儲能釋放最弛的溫度時，儲能就釋放出來，再結晶階段儲能釋放最多，達到峰值。多，達到峰值。10黃銅的回復、再結晶和晶粒長大黃銅的回復、再結晶和晶粒長大(a) (b)(c)(d)(e) (f)（a a是黃銅冷加工變形量達到是黃銅冷加工變形量達到3838后的組織，可見粗大晶粒內的滑移線。后的組織，可見粗大晶粒內

8、的滑移線。（b b經過經過580C580C保溫保溫3 3秒后，試樣上秒后，試樣上開始出現白色小的顆粒，即再結晶出開始出現白色小的顆粒，即再結晶出的新的晶粒。的新的晶粒。（c c是在是在580C580C保溫保溫4 4秒后，顯示有秒后，顯示有更多新的晶粒出現。更多新的晶粒出現。（d d在在580C580C保溫保溫8 8秒后，粗大的帶秒后，粗大的帶有滑移線的晶粒已完全被細小的新晶有滑移線的晶粒已完全被細小的新晶粒所取代，即完成了再結晶。粒所取代，即完成了再結晶。（e e是保溫是保溫1515分后的金相組織。晶分后的金相組織。晶粒已有所長大。粒已有所長大。（f f則是在則是在700C700C保溫保溫10

9、10分后晶粒長分后晶粒長大的情形。大的情形。11退火溫度與黃銅退火溫度與黃銅強度、塑性和晶強度、塑性和晶粒大小的關系粒大小的關系拉伸強度拉伸強度延展性延展性退火溫度退火溫度晶粒大小晶粒大小拉伸強度拉伸強度退火溫度愈高晶退火溫度愈高晶粒長得愈大，拉粒長得愈大，拉伸強度下降得愈伸強度下降得愈多，塑性則增加多，塑性則增加得愈多。得愈多。12回復是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位錯回復是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶內某些變化。如空位與其他缺陷近距離遷移而引起的晶內某些變化。如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合并而使缺陷數量合并、同一滑移面上的

10、異號位錯相遇合并而使缺陷數量減少等。減少等。l由于位錯運動使其由冷塑性變由于位錯運動使其由冷塑性變形時的無序狀態變為垂直分布，形時的無序狀態變為垂直分布，形成亞晶界，這一過程稱多邊形成亞晶界，這一過程稱多邊形化形化 polygonization。5.2 回復回復recovery13回復機理回復機理 recovery mechanism 移至晶界、位錯處移至晶界、位錯處點缺陷運動點缺陷運動 空位間隙原子空位間隙原子 消失消失 缺陷密度降低缺陷密度降低 空位聚集空位群、對）空位聚集空位群、對）1 1 低溫回復機制低溫回復機制 點缺陷的運動！點缺陷的運動！14 異號位錯相遇而抵銷異號位錯相遇而抵銷

11、位錯密度降低位錯密度降低位錯滑移位錯滑移 位錯纏結重新排列位錯纏結重新排列 亞晶規整化亞晶規整化2 2 中溫回復機制中溫回復機制 位錯滑移！位錯滑移！15位錯攀移（滑移）位錯攀移（滑移） 位錯垂直排列亞晶界）位錯垂直排列亞晶界） 多邊化亞晶粒）多邊化亞晶粒） 彈性畸變能降低。彈性畸變能降低。3 3 高溫回復機制高溫回復機制 位錯攀移和滑移！位錯攀移和滑移！16回回 復復 動動 力力 學學 recovery kineticsR 屈服強度回復率屈服強度回復率m 變形后屈服強度變形后屈服強度r 回復后屈服強度回復后屈服強度0 原始態的屈服強度原始態的屈服強度0mrmR（1-R愈小，即愈小，即R 愈大

12、，則回復程度愈大；愈大，則回復程度愈大； 回復過程無孕育期，加熱立刻開始回復；回復過程無孕育期，加熱立刻開始回復； 初期的回復速率大，隨后逐漸變慢；初期的回復速率大，隨后逐漸變慢； 長時間退火后，性能出現一平衡值；長時間退火后，性能出現一平衡值； 預變形量愈大，起始回復速率愈大。預變形量愈大，起始回復速率愈大。1.00.80.60.40.20100200300400500oC450oC400oC350oC300oC時間時間/min./min.剩余應變硬化分數剩余應變硬化分數1-R1-R）同一變形度的同一變形度的Fe在不同溫度下的回復在不同溫度下的回復 回復是一個馳豫過程回復是一個馳豫過程(re

13、laxation process)(relaxation process)17 在回復階段，金屬組織變化在回復階段，金屬組織變化不明顯，其強度、硬度略有不明顯，其強度、硬度略有下降，塑性略有提高，但內下降，塑性略有提高，但內應力、電阻率等顯著下降。應力、電阻率等顯著下降。 工業上，常利用回復現象將工業上，常利用回復現象將冷變形金屬低溫加熱，既穩冷變形金屬低溫加熱，既穩定組織又保留加工硬化，這定組織又保留加工硬化，這種熱處理方法稱去應力退火種熱處理方法稱去應力退火relief annealing。18 回復階段退火的作用：回復階段退火的作用： 提高擴散提高擴散 促進位錯運動促進位錯運動 釋放內應

14、變能釋放內應變能回復退火產生的結果：回復退火產生的結果： 電阻率下降電阻率下降硬度、強度下降不多硬度、強度下降不多 降低內應力降低內應力19回復退火產生的結果：回復退火產生的結果： 電阻率下降電阻率下降硬度、強度下降不多硬度、強度下降不多 降低內應力降低內應力Plastic deformationWork hardeningResidual stress加熱溫度加熱溫度 5th Annealing Recovery Recrystallization Grain growth?20 當變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增大，當變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增大，晶粒的形

15、狀：破碎拉長的晶粒晶粒的形狀：破碎拉長的晶粒 等軸晶粒。等軸晶粒。 這種冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程稱再結晶。這種冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程稱再結晶。 再結晶是一個晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結晶是一個晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。再結晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。5.3 再結晶再結晶 recrystallization21 由于再結晶后組織的復原，因而金屬的強度、硬由于再結晶后組織的復原，因而金屬的強度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。驅動力：變形金屬經回

16、復后未被驅動力：變形金屬經回復后未被釋放的儲存能相當于變形總儲釋放的儲存能相當于變形總儲能的能的90%）。）。新晶粒長大通過短程擴散，再結晶程度依賴于新晶粒長大通過短程擴散，再結晶程度依賴于溫度和時間。溫度和時間。再結晶的驅動力？再結晶的驅動力？22鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱23新晶粒的形核新晶粒的形核形核：是在現存的局部高能區域內，以多邊化形成形核：是在現存的局部高能區域內，以多邊化形成 的亞的亞晶為基礎形核晶為基礎形核變形程度較小變形程度較小 時小于時小于20%20%），），各晶粒間由于變形不均勻而引起各晶粒間由于變形不均勻而引起位錯密度不同，相應亞晶尺寸不位錯

17、密度不同，相應亞晶尺寸不同，為降低系統的自由能，位錯同，為降低系統的自由能，位錯密度小的晶粒中的亞晶通過晶界密度小的晶粒中的亞晶通過晶界凸入另外晶粒中，以吞食方式開凸入另外晶粒中，以吞食方式開始形成無畸變的再結晶晶核。始形成無畸變的再結晶晶核。1. 晶界弓出形核應變誘導晶界移動、凸出形核）晶界弓出形核應變誘導晶界移動、凸出形核）形核機制形核機制242. 亞晶形核：變形程度較大時發生此機制，又分為兩種亞晶形核：變形程度較大時發生此機制，又分為兩種（a亞晶合并機制：相鄰亞晶界上的位錯網絡通過解離、拆散、亞晶合并機制：相鄰亞晶界上的位錯網絡通過解離、拆散、位錯的攀移、滑移，逐漸轉移到周圍其它亞晶界上

18、，導致亞晶位錯的攀移、滑移，逐漸轉移到周圍其它亞晶界上，導致亞晶合并。合并。（b亞晶遷移機制：位錯密度較大的亞晶界，向位向差較大的亞晶遷移機制：位錯密度較大的亞晶界，向位向差較大的周圍亞晶方向遷移，并逐漸轉化為大角晶界，成為形核中心并周圍亞晶方向遷移，并逐漸轉化為大角晶界，成為形核中心并長大。長大。（a）（b）25再結晶的形核率和長大速率再結晶的形核率和長大速率再結晶的形核率是指單位時間、單位體積內形成的再結晶的形核率是指單位時間、單位體積內形成的再結晶核心的數目，一般用再結晶核心的數目，一般用N表示；晶核一旦形成便表示；晶核一旦形成便會繼續長大至相鄰晶粒彼此相遇，長大速率用會繼續長大至相鄰晶

19、粒彼此相遇，長大速率用G表示。表示。26 變形程度的影響：冷變形越大，儲能越多，驅動力越大，變形程度的影響：冷變形越大，儲能越多，驅動力越大， 長大越快，長大越快，T T再越低再越低 再再 結結 晶的形核與長大都受到儲存能的驅動，主要影晶的形核與長大都受到儲存能的驅動，主要影響因素有：響因素有：原始晶粒尺寸：晶粒越細，變形抗力越大，變形后的儲原始晶粒尺寸：晶粒越細，變形抗力越大，變形后的儲能越高，能越高，T T再越低；再越低；微量溶質原子：易與位錯交互作用，阻礙形核和長大，微量溶質原子：易與位錯交互作用，阻礙形核和長大，提高提高T T再；再；第二相粒子：可提高、或降低再結晶溫度；第二相粒子：可

20、提高、或降低再結晶溫度；退火工藝：加熱速度、加熱溫度、保溫時間等工藝參數的退火工藝：加熱速度、加熱溫度、保溫時間等工藝參數的影響。影響。27再結晶動力學再結晶動力學再結晶體積分數再結晶體積分數 vs. vs. 時間時間長大速率。形核率；再結晶體積分數；)3exp(143GNtGNRR常數。常數；再結晶體積分數；)exp(1KBBtRKR約翰遜約翰遜-梅厄梅厄（Johnson-Mehl方程：方程：阿弗拉密阿弗拉密（Avrami方程：方程：假定條件：假定條件：均勻成核、球形晶核，均勻成核、球形晶核，N、G不隨時間改變、恒溫不隨時間改變、恒溫假定條件：假定條件：均勻成核、球形晶核，均勻成核、球形晶核

21、，N隨時間指數衰減、恒溫隨時間指數衰減、恒溫28再結晶再結晶 1) 1) 再結晶過程有孕育期；再結晶過程有孕育期；2) 2) 再結晶剛開始速度慢，逐步加快，到再結晶分數再結晶剛開始速度慢，逐步加快，到再結晶分數為為50%50%時速度最快，隨后逐漸變慢時速度最快，隨后逐漸變慢 再結晶的特點再結晶的特點29再結晶再結晶 與與 固態相變固態相變 異同異同S型曲線型曲線轉變率轉變率 時間時間孕育期孕育期長大期長大期開場開場終了終了轉變率轉變率時間對數形式）時間對數形式） 再結晶的晶核不是再結晶的晶核不是新相，晶體結構未變，新相，晶體結構未變，而固態相變出現新相；而固態相變出現新相； 固態相變傾向于晶固

22、態相變傾向于晶界成核，而再結晶以亞界成核，而再結晶以亞晶為基礎；晶為基礎； 兩者動力學過程相兩者動力學過程相似。似。固態相變固態相變再結晶再結晶30再再 結結 晶晶 溫溫 度度recrystallization temperature定義定義1：冷變形金屬開始進行再結晶的最低溫度。：冷變形金屬開始進行再結晶的最低溫度。定義定義2：工業生產中，以經過大變形量（：工業生產中，以經過大變形量（70%以上的變形以上的變形金屬，經金屬，經1h退火后完成再結晶（退火后完成再結晶（R95%）所對應的溫度。）所對應的溫度。 再結晶不是一個恒溫過程，它是自某一溫度開始，再結晶不是一個恒溫過程，它是自某一溫度開始

23、，在一個溫度范圍內連續進行的過程，發生再結晶在一個溫度范圍內連續進行的過程，發生再結晶的最低溫度稱再結晶溫度。的最低溫度稱再結晶溫度。31T再與再與的關系的關系影響再結晶溫度的因素：影響再結晶溫度的因素：1、金屬的預先變形度：金屬預先變形程度越大、金屬的預先變形度：金屬預先變形程度越大, 再結再結晶溫度越低。當變形度達到一定值后，再結晶溫度晶溫度越低。當變形度達到一定值后，再結晶溫度趨于某一最低值，稱最低再結晶溫度。趨于某一最低值，稱最低再結晶溫度。 純金屬的最低再結晶溫度與其熔點之純金屬的最低再結晶溫度與其熔點之間的近似關系間的近似關系: T再再(0.35-0.4)T熔，熔， 其中其中T再、

24、再、T熔為絕對溫度熔為絕對溫度K. 金屬熔點越高金屬熔點越高, T再也越高再也越高.T再再 = (T熔熔+273)0.4273，如，如Fe的的T再再=(1538+273)0.4273=451Fe的再結晶溫度？的再結晶溫度？322、金屬的純度、金屬的純度金屬中的微量雜質或合金元素，尤其高熔點元素起阻礙擴散金屬中的微量雜質或合金元素，尤其高熔點元素起阻礙擴散和晶界遷移作用，使再結晶溫度顯著提高和晶界遷移作用，使再結晶溫度顯著提高.eg. C 加入到純加入到純Fe中變成低中變成低C鋼，再結晶溫度變為鋼，再結晶溫度變為540 。335、加熱速度和保溫時間、加熱速度和保溫時間 提高加熱速度會使再結晶推遲

25、到較高溫度發生提高加熱速度會使再結晶推遲到較高溫度發生, 延長加熱時延長加熱時間間, 使原子擴散充分使原子擴散充分, 再結晶溫度降低。再結晶溫度降低。 生產中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結晶退火生產中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結晶退火recrystallization annealing。再結晶退火溫度比再結晶溫。再結晶退火溫度比再結晶溫度高度高100200。 3. 原始晶粒尺寸：晶粒越細，再結晶溫度越低；原始晶粒尺寸：晶粒越細，再結晶溫度越低；4.第二相粒子：可提高、或降低再結晶溫度；第二相粒子：可提高、或降低再結晶溫度；34再結晶后晶粒的大小再結晶后晶粒的大小形核率長大速率常數;)(

26、41NGNGd由約翰遜由約翰遜-梅厄方梅厄方程得再結晶晶粒程得再結晶晶粒尺寸尺寸d 為：為：（a變形度的影響變形度的影響（b溫度的影響溫度的影響影響因素影響因素35預先變形度的影響，實質上是變形均勻程度的影響預先變形度的影響，實質上是變形均勻程度的影響.當變形度很小時，晶格畸變小，不足以引起再結晶當變形度很小時，晶格畸變小，不足以引起再結晶.當變形達到當變形達到210%時，只有部分晶粒變形，變形極不均勻，再結晶晶粒大時，只有部分晶粒變形，變形極不均勻，再結晶晶粒大小相差懸殊，易互相吞并和長大小相差懸殊，易互相吞并和長大,再結晶后晶粒特別粗大，這個變形度稱臨再結晶后晶粒特別粗大，這個變形度稱臨界

27、變形度。界變形度。1、預先變形度、預先變形度當超過臨界變形度后，隨變形當超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來越均勻，程度增加，變形越來越均勻，再結晶時形核量大而均勻，使再結晶時形核量大而均勻，使再結晶后晶粒細而均勻，達到再結晶后晶粒細而均勻，達到一定變形量之后，晶粒度基本一定變形量之后，晶粒度基本不變。對于某些金屬，當變形不變。對于某些金屬，當變形量相當大時量相當大時(90%)，再結晶，再結晶后晶粒又重新出現粗化現象，后晶粒又重新出現粗化現象，一般認為這與形成織構有關一般認為這與形成織構有關.預先變形度對再結晶晶粒度的影響預先變形度對再結晶晶粒度的影響再結晶晶粒大小的控制晶粒大小變形量關

28、系圖）再結晶晶粒大小的控制晶粒大小變形量關系圖）362 2 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸: :晶粒越小，驅動力越大，形核位置越多，晶粒越小，驅動力越大，形核位置越多，使晶粒細化。使晶粒細化。3 3 合金元素和雜質合金元素和雜質: : 增加儲存能，阻礙晶界移動，有利于晶增加儲存能，阻礙晶界移動，有利于晶粒細化。粒細化。4 4 溫度溫度: :退火溫度越高，回復程度越大，儲存能減小，晶粒退火溫度越高，回復程度越大，儲存能減小，晶粒粗化；同時臨界變形度越小，晶粒粗大。粗化；同時臨界變形度越小，晶粒粗大。再結晶退火溫度對晶粒度的影響再結晶退火溫度對晶粒度的影響溫度的影響溫度的影響37再結晶全圖再結晶全圖 ：

29、再結晶退火溫度再結晶退火溫度- -變形量變形量- -再結晶后晶粒尺寸關系再結晶后晶粒尺寸關系 臨界變形區臨界變形區38再結晶的應用再結晶的應用 恢復變形能力恢復變形能力 改善顯微組織改善顯微組織 再結晶退火再結晶退火 消除各向異性消除各向異性 提高組織穩定性提高組織穩定性 再結晶退火溫度：再結晶退火溫度：T T再再100100200200。 39黃銅再結晶后晶粒的長大黃銅再結晶后晶粒的長大580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C580C保溫保溫1515分后的組織分后的組織700C700C保溫保溫1010分后的組織分后的組織5.4 再結晶后的晶粒長大再結晶后的晶粒長大grain growt

30、h 再結晶完成后，若繼續升高加熱溫度再結晶完成后，若繼續升高加熱溫度或延長保溫時間，將發生晶粒長大，或延長保溫時間，將發生晶粒長大，這是一個自發的過程。這是一個自發的過程。40 驅驅 動動 力：界面能差力：界面能差 長大方式：長大方式： 正常長大；正常長大； 異常長大二次再結晶）異常長大二次再結晶）41晶粒長大晶粒長大 Grain growth 正常長大正常長大 正常長大：大多數晶粒幾乎同時長大，晶粒長大的驅正常長大：大多數晶粒幾乎同時長大，晶粒長大的驅動力是降低其界面能，晶粒界面的不同曲率是造成界面動力是降低其界面能，晶粒界面的不同曲率是造成界面遷移的直接原因，界面總是向曲率中心的方向移動。

31、遷移的直接原因，界面總是向曲率中心的方向移動。晶界運動方向晶界運動方向原子擴散方向原子擴散方向晶粒長大示意圖晶粒長大示意圖42 晶粒的長大是通過晶界遷移進行的，是大晶粒吞并晶粒的長大是通過晶界遷移進行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。小晶粒的過程。 晶粒粗大會使金屬的強度、尤其是塑性和韌性降低晶粒粗大會使金屬的強度、尤其是塑性和韌性降低 。原子穿過原子穿過晶界擴散晶界擴散晶界遷晶界遷移方向移方向43影響晶粒長大的因素影響晶粒長大的因素(1)(1)溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。(2)(2)分散相粒子。阻礙晶界遷移，降低晶粒長大速率。分散相粒子。阻礙晶

32、界遷移，降低晶粒長大速率。(3)(3)雜質與合金元素。雜質與合金元素。“氣團氣團作釘扎晶界作釘扎晶界, ,不利于晶不利于晶界移動。界移動。(4)(4)晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，界， 因而前者的移動速率低于后者。因而前者的移動速率低于后者。44晶粒長大晶粒長大 Grain growth 異常長大異常長大 異常長大不連續晶粒長大、二次再結晶）：異常長大不連續晶粒長大、二次再結晶）： 少數晶粒突發性不均勻長大，使晶粒之間尺寸差別顯著少數晶粒突發性不均勻長大，使晶粒之間尺寸差別顯著增大，直至這些迅速長大的晶粒完全相互接觸為止。增大，直至這些

33、迅速長大的晶粒完全相互接觸為止。 形成條件：形成條件：正常晶粒長大過程正常晶粒長大過程被分散相粒子、織構被分散相粒子、織構或表面熱蝕溝等強烈或表面熱蝕溝等強烈阻礙，能夠長大的晶阻礙，能夠長大的晶粒數目較少，致使晶粒數目較少，致使晶粒大小相差懸殊。粒大小相差懸殊。45 各向異性各向異性 織構明顯織構明顯 優化磁導率優化磁導率 對組織和性能的影響對組織和性能的影響 晶粒大小不均晶粒大小不均 性能不均性能不均 降低強度和塑韌性降低強度和塑韌性 晶粒粗大晶粒粗大 提高表面粗糙度提高表面粗糙度46Mg-3Al-0.8ZnMg-3Al-0.8Zn合金退火組織合金退火組織 a a 正常再結晶，正常再結晶，b

34、 b 晶粒長大，晶粒長大，c c 二次再結晶二次再結晶 47再結晶退火的組織再結晶退火的組織1 1 再結晶織構再結晶織構: :對于變形織構的金屬及合金，退火可對于變形織構的金屬及合金，退火可將形變織構消除，也可形成新織構。將形變織構消除，也可形成新織構。 擇優形核沿襲形變織構）擇優形核沿襲形變織構） 擇優生長特殊位向的再結晶晶核快速長大）擇優生長特殊位向的再結晶晶核快速長大）2 2 退火孿晶退火孿晶: :因晶界遷移出現層錯形成的。因晶界遷移出現層錯形成的。700C700C保溫保溫1010分后的組織分后的組織48軋制軋制模鍛模鍛拉拔拉拔自自由由鍛鍛熱加工熱加工495.5 金屬的熱加工金屬的熱加工

35、1 冷加工與熱加工的區別冷加工與熱加工的區別低于再結晶溫度的加工變形稱為冷加工低于再結晶溫度的加工變形稱為冷加工高于再結晶溫度的加工變形稱為熱加工高于再結晶溫度的加工變形稱為熱加工熱加工：熱加工： 加工硬化加工硬化 動態回復與再結晶動態回復與再結晶 Fe 的再結晶溫度為的再結晶溫度為451，其在，其在400 以下仍為冷加工。以下仍為冷加工。 而而 Sn 的再結晶溫度為的再結晶溫度為-71，則其在室溫下為熱加工。，則其在室溫下為熱加工。軟化軟化抵消抵消50金屬的冷熱加工金屬的冷熱加工模鍛模鍛自由鍛自由鍛軋制軋制正擠壓正擠壓反擠壓反擠壓拉拔拉拔沖壓沖壓51動態回復與動態再結晶動態回復與動態再結晶

36、1 1 動態回復：在塑變過程中發生的回復。動態回復：在塑變過程中發生的回復。 2 2 動態再結晶：在塑變過程中發生的再結晶。動態再結晶：在塑變過程中發生的再結晶。 特點特點 反復形核，有限長大，晶粒較細。反復形核，有限長大，晶粒較細。 包含亞晶粒，位錯密度包含亞晶粒，位錯密度較高，強度硬度高。較高，強度硬度高。 應用：采用低的變形終止溫度、大的應用：采用低的變形終止溫度、大的最終變形量、最終變形量、 快的冷卻速度可獲得細快的冷卻速度可獲得細小晶粒。小晶粒。522 熱加工對金屬組織和性能的影響熱加工對金屬組織和性能的影響 熱加工可使鑄態金屬與合金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶熱加工可使鑄態金屬與合

37、金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細化，力或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細化，力學性能提高。學性能提高。 熱加工使鑄態金屬中的非金屬夾雜熱加工使鑄態金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長，形成彼此平行的沿變形方向拉長，形成彼此平行的宏觀條紋，稱作流線，由這種流線宏觀條紋，稱作流線，由這種流線體現的組織稱纖維組織。它使鋼產體現的組織稱纖維組織。它使鋼產生各向異性，在制定加工工藝時，生各向異性，在制定加工工藝時，應使流線分布合理，盡量與拉應力應使流線分布合理，盡量與拉應力方向一致。方向一致。 吊鉤中的纖維組織吊鉤中的纖維組織53 在加工亞共析鋼時，發

38、現鋼中的在加工亞共析鋼時，發現鋼中的F與與P呈帶狀分布，呈帶狀分布，這種組織稱帶狀組織。這種組織稱帶狀組織。 帶狀組織與枝晶偏析被沿加工方向拉長有關。可通帶狀組織與枝晶偏析被沿加工方向拉長有關。可通過多次正火或擴散退火消除過多次正火或擴散退火消除.正火組織正火組織帶狀組織帶狀組織54晶粒大小的控制。熱加工時動態再結晶的晶粒大小晶粒大小的控制。熱加工時動態再結晶的晶粒大小主要取決于變形時的流變應力，應力越大，晶粒越主要取決于變形時的流變應力，應力越大，晶粒越細小。添加微量的合金元素可抑制熱加工后的靜態細小。添加微量的合金元素可抑制熱加工后的靜態再結晶，熱加工后的細晶材料具有較高的強韌性。再結晶，

39、熱加工后的細晶材料具有較高的強韌性。55 熱加工能量消耗小，但鋼材表面易氧化。一般熱加工能量消耗小，但鋼材表面易氧化。一般用于截面尺寸大、變形量大、在室溫下加工困用于截面尺寸大、變形量大、在室溫下加工困難的工件。難的工件。 而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光潔度要求高的工件。精度及表面光潔度要求高的工件。56Recovery？Recrystallization？Influencing factorsDrivingRecrystallization temperatureNuclear6thGrain growth？Normal and

40、abnormal573 3 超塑性超塑性 superplasticity superplasticity超塑性：某些材料在特定變形條件下呈現的特超塑性：某些材料在特定變形條件下呈現的特別大的別大的 延伸率延伸率500-500-2000 %2000 %。條件：晶粒細小、溫度范圍條件：晶粒細小、溫度范圍0.50.65Tm0.50.65Tm）、）、應變速率小應變速率小 （1 10.01%/s0.01%/s）。）。實質：多數觀點認為是由晶界的滑動和晶粒的實質：多數觀點認為是由晶界的滑動和晶粒的轉動所致。轉動所致。應用：復雜零件的精密成形；難于熱變形材料應用：復雜零件的精密成形；難于熱變形材料的加工。的

41、加工。 58 超塑性材料的組織結構特點：超塑性材料的組織結構特點： A 超塑性變形時盡管變形量很大，但晶粒沒超塑性變形時盡管變形量很大，但晶粒沒有被拉長，仍保持等軸狀；有被拉長，仍保持等軸狀； B 超塑性變形沒有晶內滑移和位錯密度的變超塑性變形沒有晶內滑移和位錯密度的變化；化； C超塑性變形過程中晶粒有所長大，且形變超塑性變形過程中晶粒有所長大，且形變量越大，應變速率越小，晶粒長大越明顯；量越大，應變速率越小，晶粒長大越明顯； D超塑性變形時產生晶粒換位，使晶粒趨于超塑性變形時產生晶粒換位，使晶粒趨于無規則排列，可消除再結晶織構和帶狀組織。無規則排列，可消除再結晶織構和帶狀組織。59 超塑性合

42、金材料種類：超塑性合金材料種類： 最常用的鋁、鎳、銅、鐵、合金均有最常用的鋁、鎳、銅、鐵、合金均有1015個牌號，它們的延伸率在個牌號，它們的延伸率在2002000之之間。如鋁鋅共晶合金為間。如鋁鋅共晶合金為1000，鋁銅共晶合，鋁銅共晶合金為金為1150，純鋁高達，純鋁高達6000，碳和不銹，碳和不銹鋼在鋼在150800之間，鈦合金在之間，鈦合金在4501000之間。之間。 60金屬經過塑性變形后金屬經過塑性變形后回復回復加工硬化加工硬化殘余應力殘余應力 退化處理退化處理再結晶再結晶晶粒長大晶粒長大特點特點特點特點晶粒形核和長大晶粒形核和長大再結晶溫度再結晶溫度長大特點長大特點本章小結本章小

43、結61Laws of recrystallizationThere are several, largely empirical laws of recrystallization:Thermally activated. The rate of the microscopic mechanisms controlling the nucleation and growth of recrystallised grains depend on the annealing temperature. Arrhenius-type equations indicate an exponential

44、relationship. 62Critical temperature. Following from the previous rule it is found that recrystallization requires a minimum temperature for the necessary atomic mechanisms to occur. This recrystallization temperature decreases with annealing time. Critical deformation. The prior deformation applied

45、 to the material must be adequate to provide nuclei and sufficient stored energy to drive their growth. 63Laws of recrystallization(cont)There are several, largely empirical laws of recrystallization:Deformation affects the critical temperature. Increasing the magnitude of prior deformation, or redu

46、cing the deformation temperature, will increase the stored energy and the number of potential nuclei. As a result the recrystallization temperature will decrease with increasing deformation. 64Initial grain size affects the critical temperature. Grain boundaries are good sites for nuclei to form. Since an increase in grain size results in fewer boundaries this results in a decrease in the nucleation rate and hence an increase in the recrystallization temperature Deformation affects the final grain siz