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6.5 冷变形金属的回复与再结 晶n金属在塑性变形时需要消耗大量的能量,其中绝大 部分转化变成热而散失。n只有一小部分能量以增加晶体缺陷所引起的畸变能 和由于变形不均匀性所引起的弹性应变能形式储存 在金属内部,称为储存能。n材料处在热力学上不稳定的状态。n加热时发生会组织和性能的变化,其过程随着温度 的升高可分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。一 回复回复是指经冷塑性变形的金属在加热时,在光 学显微组织发生改变前所产生的某些亚结构和性能 的变化过程。n回复时温度低,晶粒仍为纤维或扁平状。强硬度略 降低,塑性略升,但内应力和电阻显著减小。n可以认为,回复是点缺陷和位错在加热时发生运动 ,从而改变它们的组态分布和数量的过程。一 回复n温度低时,点缺陷移动,密度降低。n温度稍高,位错开始运动,发生滑移和攀移,其结果是 分布于滑移面上的同号刃型位错互相排斥,并沿垂直于 滑移面的方向排列成位错墙,构成小角亚晶界,形成小 晶块,称为回复亚晶。这一过程称为多边形化。多边形化过程的实质n位错从高能态混乱排列向低能态规则排列移动的过程 。n纯铝多晶体回复退火时亚结构的变化:1 回复退火前的胞状亚结构;2 回复加热时,胞状亚结构内部位错向胞壁滑移,-纯铝多晶体回复退火时亚结构的变 化3 胞壁中的位错逐渐形成位错网络,边界变得清晰而 成为亚晶界。 4 亚晶界迁移,晶粒长大。生产应用去应力退火:即回复处理保持硬化,降低内应力,减轻 变形和开裂,改善耐蚀性。如:冷拉钢丝卷制弹簧,卷成之后要进行退火;铸件和焊件加工后也要进行退火。二 再结晶n冷变形金属加热温度高于回复温度。n在变形组织的基体上:(1)产生新的无畸变晶核;(2)迅速长大形成等轴晶粒;(3)逐渐取代全部变形组织。此过程称为再结晶。再结晶方式n经再结晶后,材料强硬度显著下降,塑韧性显著提高 ,内应力完全消除,加工硬化消除。n再结晶过程是通过形核和长大方式完成的,如图示意 。再结晶核心两种形成方式1 亚晶形核a 局部位错密度 很高的亚晶界的 迁移,吞并相邻 变形基体和亚晶 。b 边界上的位错 通过攀移和滑移 转移到邻近的晶 界中,使得相邻 的亚晶粒合并。再结晶核心两种形成方式2 晶界凸出形核变形度较小时,各晶粒位错密度不同,再结晶 时大角晶界上也会出现部分的迁移。三 再结晶温度n再结晶温度被定义为在一定时间内完成再结晶所对应的温度 。n在生产中通常把再结晶温度定义为:经大量变形( 70% )的金属在约1h的保温时间内,能够完成再结晶( 95% )的最低温度。n再结晶不是相变、不是恒温过程,而是逐渐生核、长大的连 续过程。n再结晶温度是一个温度范围。T再(K)=(0.35-0.4)Tm(K )三 再结晶温度及影响因素n影响再结晶温度的因素 :1 变形程度:金属的 冷变形程度越大,其储 存能越高,再结晶的驱 动力也越大。因此,再 结晶温度越低。三 再结晶温度及影响因素2 金属的纯度:纯度越高,其再结晶温度就越低。 因为杂质及合金元素阻碍原子扩散与位错运动。3 原始晶粒的尺寸:金属的原始晶粒越细,其再结 晶温度就越低。这是由于细晶粒金属的变形抗力较 大,冷变形后的储存能较高的缘故。4 加热时间和加热速度:退火加热保温时间越长, 原子扩散移动越充分地进行,故增加退火时间有利 于新的再结晶晶粒充分形核和生长,可降低再结晶 温度。因为再结晶过程需要一定的时间才能完成, 故提高加热速度会使再结晶温度升高。四再结晶晶粒大小的控制晶粒大小对性能产生重要影响有实际意义1 变形程度:n变形量很小,储存能太 小,不足以引起再结晶 ;n临界变形度:210%, 再结晶晶粒特别粗大。 这是因为此时的变形量 较小,形成再结晶核心 较少,而生长速度却很 大造成的;n变形度增加,晶粒逐渐 细化。四 再结晶晶粒大小的控制2 原始晶粒尺寸:金属的原始晶粒越细,则再结晶后 的晶粒也越细。因为原始晶粒细小,晶界面积增加, 为再结晶形核提供更多的位置,故再结晶后晶粒得到 细化。3 杂质与合金元素:都可增加储存能,阻碍晶界移动 ,细化晶粒。4 变形温度:变形温度越高,回复程度变越大,结果 使变形金属的储存能减小,故使再结晶晶粒粗化。5 退火温度:再结晶退火温度越高,再结晶后的晶粒 越粗大。四 再结晶全图变形程度和退火温度对再结晶晶粒度影响最大。五 晶粒长大n冷变形金属再结晶刚完成时,一般得到细小的等轴晶 粒组织。如果继续提高加热温度或延长保温时间,将 引起晶粒进一步长大,称为晶粒长大现象。n晶粒长大主要靠晶界的迁移,小晶粒被大的吞并,晶 界趋于平直化,三个晶粒的界面交角趋于120度。n正常长大n异常长大或二次再结晶(尺寸达到几个cm,超过原 始几十倍)。原因是晶界存在弥散、细小的夹杂物或 第二相,不均匀。少数晶粒脱离约束。
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