材料科学基础 材料的变形和再结晶 1.3.ppt

2.再结晶的开始温度 　　再结晶过程受温度、时间、变形量、原始晶粒尺寸等因素影响。要精确判断再结晶的开始温度是很困难的，通常采用以下几种方法： 　　(1)测量金属退火后(60分钟)硬度的变化，将变化50%时的温度定为再结晶温度。 　　(2)用金相显微镜观察到出现第一个晶粒时对应的温度定为再结晶温度。 　　(3)用X射线观察出现第一个清晰的斑点，将此时的温度称为再结晶温度。 　　再结晶过程不是相变，它是一种组织变化。再结晶的形核是如何产生的？ 事实上，再结晶的形核与冷变形程度有关，当冷变形程度较小(如20%），一般采用所谓的弓出形核机制来描述。晶界凸出形核，形核以后，晶粒凸向亚晶粒小的方向生长。 我们知道再结晶的驱动力是晶体的弹性畸变能，因此，预期晶核必然是产生在高畸变能的区域。晶核的出现对体系的能量有两方面的影响：　　(1)新晶核形成使得晶体的畸变能降低。　　(2)新晶核形成时由于界面的增加而带来界面能的增加。 二、再结晶的形核与长大 再结晶过程是形核和长大,但无晶格类型变化。 1. 形核 再结晶晶核是现存于局部高能区域内的,以多边化形成的亚晶为基础形核。其形核机制有： （1）凸出形核机制 对于变形度较小（20%）的金属， 以凸出形核机制形核，弓出形核时所需能量条件为： △Es≧2γ/L (2) 亚晶形核 对于变形度较大的金属,再结果形核往往采用这种方式。 亚晶核核方式有：1. 亚晶合并机制：在变形度大且具有高层错能的金属中。 2. 亚晶迁移（boundary migration）机制：在变形度大,而层错能低的金属中。 ? 2. 长大 驱动力：畸变能差 长大 方式:晶核向畸变晶粒扩展,至新晶粒相互接触。 注：再结晶不是相变过程。 如果新晶核形成使得晶体的畸变能降低足以弥补界面的增加而带来界面能的增加，这会使系统的能量降低，晶核就会进一步长大。实验观察到的再结晶核心首先产生在大角度界面上。 对此可以作如下的分析，变形的两个相邻晶粒：其位错胞的尺寸相差很大，两晶粒的弹性畸变能相差也很大，位错胞尺寸小的晶粒弹性储能大大高于位错胞尺寸大的晶粒。 对于冷变形较大的晶体，再结晶形核优先地发生于多边化区域，这些区域就是位错塞积而导致点阵强烈弯曲的区域。因此，对这类晶体多边化是再结晶形核的必要准备阶段。再结晶晶核通过亚晶界的迁动吞并相邻的形变基体和亚晶而生长，或是通过两亚晶之间亚晶界的消失使两相邻亚晶粒合并而生长。 再结晶温度 再结晶温度(recrystallization temperature)： 冷变形金属开始进行再结晶最低温度。 测定方法：金相法 硬度法 实际生产上确定方法： 一般TR = （0.35-0.40）Tm 一些金属的再结晶温度 影响再结晶的因素 1.变形程度：变形度增大、开始TR下降，等温退火再结晶速度越快；而大到一定程度，TR趋于稳定。 2.原始晶粒尺寸：其它条件相同时，金属原始晶粒细小，则TR越低，同时形核率和长大速度均增加，有利于再结晶。 3. 微量溶质原子：其作用一方面以固溶状态存在于金属中，会产生固溶强化作用，有利于再结晶；另一方面溶质原子偏聚于位错和晶界处，起阻碍作用。总体上起阻碍作用，使TR提高。 4.第二相粒子：其作用是两方面的,这主要取决于分散相粒子大小与分布。第二相粒子尺寸较大,间距较宽（1微米），促进再结晶。第二相粒子尺寸较小且又密集分布时阻碍再结晶形成。 5.退火工艺参数：加热速度过于缓慢或极快时，TR上升； 当变形程度和保温时间一定，退火温度越高，再结晶速度快；在一定范围内延长保温时间，TR降低。 再结晶后晶粒大小 再结晶晶粒的平均直径d与形核率及长大速度之间的关系如：式5.30。 影响再结晶后晶粒大小的因素： 1.?变形程度的影响 变形度很小时，晶粒尺寸为原始晶粒尺寸；临界变形度（critical deformation degree）εc时，晶粒特别粗大，一般金属εc =2－8% ;当变形度大于εc时，随变形度增加，晶粒逐渐细化。 2. 退火温度 T升高，再结晶速度快，εc值变小。 3. 原始晶粒尺寸 当变形度一定时，原始晶粒越细，D越小。 4. 微量溶质原子和杂质元素 一般都能起细化再结晶晶粒的作用。 变形程度对再结晶晶粒尺寸的影响 加热温度与晶粒尺寸 5.3.4. 晶粒长大 再结晶结束后，材料的晶粒一般比较细小(等轴晶)，若继续升温或延长保温时间