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1、金属在冷和热塑性加工过程中组织和性能的变化规律,报告人：吴毅 报告时间：2015年11月2日,2,一、回复 二、再结晶 三、晶粒长大,具体内容：,3,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。 （1）回复：是指新的无畸变晶粒出现前所产生的亚结构和性能变化的阶段； （2）再结晶：是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程； （3）晶粒长大：是指再结晶结束之后晶粒的继续长大。,4,冷变形金属在退火过程中显微组织的变化,5,冷变形金属退火时某些性能和能量的变化,性能及其他指标,加热温度,0,6,同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，屈服强度的回复动力学曲
2、线,一、回复 1.回复动力学,剩余应变硬化分数（1-R）,时间/min,7,这种回复特征可用一级反应方程式来表达：,c值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点，可由Arrhenius方程来描述：,最终得到lnt1/T的关系式为：,8,2.回复机制,（1）低温回复（0.10.3Tm）：主要与点缺陷的迁移有关。 （2）中温回复（0.30.5Tm）：主要与位错的滑移有关。 （3）高温回复（0.5Tm）：高温时，刃型位错可获得足够的能量产生攀移。,9,（a）多变化前刃型位错散乱分布,（b）多变化后刃型位错排列成位错壁,因此，回复退火主要是用作去应力退火，使冷加工的金属在基本上保持加工硬化状态的条件下降
3、低其内应力，以避免变形并改善工件的耐蚀性。,10,二、再结晶,与回复不同，再结晶是一个显微组织重新改组的过程，驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能。 1.再结晶过程：形核和长大 晶界弓出形核 形核 亚晶形核,亚晶合并机制,亚晶迁移机制,长大：再结晶晶核形成后，借助界面的移动向周围畸变区域长大，直到全部形成无畸变的等轴晶为止。,11,（1）晶界弓出形核,具有亚晶粒组织晶粒间的凸出形核示意图,晶界弓出形核模型示意图,12,（2）亚晶合并机制,亚晶粒合并形核示意图,13,（3）亚晶迁移机制,亚晶粒迁移长大示意图,14,2.再结晶动力学,（1）再结晶速度与温度的关系： （2）特点：再结晶过程有一孕
4、育期，开始速度慢，然后逐渐增大，在体积分数为50%最大，然后减慢。,经98%冷轧的纯铜（质量分数为Cu=99.999%）在不同温度下的等温再结晶曲线,再结晶的体积分数/%,时间/min,15,作1/Tlgt图，直线的斜率为2.3R/Q,（3）动力学方程表达式,（1/T）/10-3K-1,经98%冷轧的纯铜（质量分数为Cu=99.999%）在不同温度下等温再结晶时的1/Tlgt图,t(R为50%所需的时间)/min,16,3.再结晶温度及其影响因素,（1）定义：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。 高纯金属：T再=0.250.35Tm 经验公式 工业纯金属：T再=0.350.45Tm 合金：T再
5、=0.40.9Tm 注：再结晶退火温度一般比上述温度高100200,17,a. 变形量,（2）再结晶温度的影响因素,开始再结晶温度/,变形度/%,a电解铁 b铝,18,b.原始晶粒尺寸 c.微量溶质原子 d.第二相粒子 e.再结晶退火工艺参数，如加热速度、加热温度与保温时间等。,再结晶温度,退火时间,19,4.再结晶后的晶粒大小及其影响因素,（1）利用约翰逊-梅厄方程，可得再结晶后晶粒尺寸d的表达式为： （2）影响因素 a.变形度的影响,20,低碳钢（C=0.06%）变形度及退火温度对再结晶后晶粒大小的影响,此外，原始晶粒大小、杂质含量，以及形变温度等均对再结晶后的晶粒大小也有影响。,b.退火
6、温度的影响,放大100倍时每6.45cm2中晶粒数,变形度/%,21,三、晶粒长大,驱动力：界面能差。 长大方式,正常长大,异常长大（二次再结晶）,22,（1）定义：再结晶后晶粒的均匀连续长大。 （2）驱动力：界面能差。界面能越大，曲率半径越小，驱动力越大。 (长大方向是指向曲率中心,而再结晶晶核的长大方向相反.) 注：由于晶粒长大是通过大角度晶界的迁移来进行的，因而所有影响晶界迁移的因素均对晶粒长大有影响。,1.正常长大,23,a.温度,（3）影响晶粒长大的因素,Dt/108cm2,时间/min,黄铜在恒温下的晶粒长大曲线,24,b.分散相粒子：一般有晶粒稳定尺寸d和第二相质点半径r、体积分
7、数的关系：,移动中的晶界与分散相粒子的交互作用示意图,25,c.晶粒间的位向差：小角度晶界的界面能小于大角 度晶界，因而前者的移动速率低于后者。 d.杂质与合金元素：降低界面能，不利于晶界移动。,300时，微量锡对区域提纯的高纯铅的晶界迁移速度的影响,晶界迁移速度/mmmin-1,(Sn)/%,26,2、异常长大,（1）定义：少数再结晶晶粒的急剧长大现象。 （2）机制,a.钉扎晶界的第二相溶于基体,b.再结晶织构中位向一致晶粒的合并,c.大晶粒吞并小晶粒,27,（3）对组织和性能的影响,织构明显,各向异性 优化磁导率,晶粒大小不均 性能不均,晶粒粗大,降低强度和塑韧性 提高表面粗糙度,纯的和含MnS的Fe-3Si合金（冷轧到0.35mm厚，=50%）在不同温度退火1h的晶粒尺寸,硅铁二次再结晶的反常晶粒,28,最后，谢谢大家！,参考书目： 1、材料科学基础第三版，胡庚祥，蔡珣， 戎咏华编著，上海交通大学出版社。 2、金属塑性变形物理基础，杨觉先编著， 冶金工业出版社。,