材料物理基础-第六章_3_2012.pdf

6.3 回复与再结晶 (Recovery and recrystallization) §6.3.1 引言 •金属和合金塑性变形后，内部组织结构与性能发生变化；空位、位错 等缺陷密度增加，畸变能升高；处于热力学不稳定的高自由能状态 •经塑性变形的材料具有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势；当对 冷变形金属加热，将发生 回复  再结晶  晶粒长大 过程 什么是回复？ 再结晶？ 晶粒长大？ 回复：新的无畸变晶粒出现前，亚结构和性能变化的过程 再结晶：出现无畸变的等轴新晶粒、取代变形晶粒的过程 晶粒长大：再结晶后，晶粒继续长大的过程 1 ①冷变形金属加热时的组织变化 加热温度升高或保温时间延长 • 回复阶段：不发生大角度晶界迁移，晶粒形状和大小与变形态相同， 保持纤维状或扁平状，光镜看不出变化 • 再结晶阶段：在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒核心，逐渐消耗周围变形 基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变细等轴晶 • 晶粒长大阶段：在晶界表面能驱动下，新晶粒互相吞食而长大， 达到该条件下较稳定的尺寸 2 ②性能变化 • 强度与硬度：回复阶段硬度变化小， 再结晶阶段显著下降；与位错机制有 关，回复阶段变形金属保持高位错密 度，再结晶后位错密度显著降低 • 电阻：回复和再结晶阶段均明显下 降；与晶体点阵中的点缺陷（空位、 间隙原子）密切相关，点缺陷浓度 明显减小导致电阻率显著下降 • 内应力：（低温）回复阶段，宏观内应力（第一类）可消除； 再结晶阶段，可消除微观内应力（第二、三类） • 亚晶粒尺寸：回复前期，亚晶粒尺寸无明显变化；回复后期，亚晶粒尺寸显著增大 • 密度：回复阶段，平缓增大；再结晶阶段，明显增高； 与点缺陷数目减小和位错密度降低有关 3 §6.3.2 回复 ①概况 • 回复概念 ： 回复：新的无畸变晶粒出现前，亚结构和性能变化的过程  在加热温度较低时（0.4Tm 以下），储存能部分释放， 因点缺陷和位错的迁移而导致某些晶体性质变化  回复过程是热激活过程，转变速度取决于原子活动能力 • 回复过程组织性能变化 ：  显微组织基本无变化，亚结构发生改变。在电镜下可看到位错胞状 组织转变为亚晶，位错密度下降较小，点缺陷密度下降明显  宏观残余应力完全消除，微观残余应力部分消除  力学性能变化不大，如硬度和流变应力无明显变化；物理性能变化 明显：如电阻率明显降低 4 • 回复的工程应用  冷变形金属经回复后内应力得到很大程度消除，同时又能保持 冷变形硬化效果；因此，称回复退火为去应力退火  工程上，对冷冲件、冷拉钢丝、弹簧及锻件，还有一些铸件， 焊接件及切削件，均需进行去应力退火 5 ② 回复动力学 • 回复特点  驰豫过程  与热激活有关： 无孕育期； 初期回复速率大  逐渐变慢  趋近于零； 每一温度的回复程度有一极值； 预变形量愈大，起始回复速率愈快  回复过程可用反应方程表达： dx cx dt 变形量相同的铁在不同温度下 x : 变形导致的性能增量的残留量 的屈服强度的回复动力学曲线