第六章 回复与再结晶课件.ppt

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1、第 六 章 金 属 及 合 金 的 回 复 与 再 结 晶 2 第 一 节 形 变 金 属 与 合 金 在 退 火 过 程 中 的 变 化 金 属 和 合 金 经 塑 性 变 形 后 ， 内 部 组 织 结 构 与 各 项性 能 均 发 生 相 应 变 化 ， 并 产 生 大 量 晶 体 缺 陷 （ 位 错 、空 位 等 ） ， 变 形 金 属 中 还 储 存 了 相 当 数 量 的 弹 性 畸 变能 ， 使 其 处 于 热 力 学 不 稳 定 的 高 自 由 能 状 态 。 因 此 ，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 。

2、 当 冷 变 形 金 属 加 热 时 会 发 生 回 复 、 再 结 晶和 晶 粒 长 大 等 过 程 。 3 一 、 显 微 组 织 的 变 化 4 5 二 、 储 存 能 及 内 应 力 的 变 化 加 热 过 程 中 变 形 金 属 的 性 能 变 化 回 复 阶 段 释 放 的 储存 能 较 少 ， 再 结 晶 晶粒 出 现 的 温 度 对 应 于储 能 释 放 曲 线 的 高 峰 。 在 回 复 阶 段 ， 大 部分 或 全 部 的 宏 观 内 应力 可 以 消 除 ， 而 微 观内 应 力 只 有 通 过 再 结晶 方 可 全 部 消 除 。 6 金 属 在 塑 性 变 形 过 程

3、 中 ， 外 力 所 作 的 功 大 部 分 转 化 为 热 能 ，但 尚 有 一 小 部 分 （ 约 占 总 变 形 功 的 10 ） 保 留 在 金 属 内 部 ， 形 成残 余 内 应 力 和 点 阵 畸 变 。1. 宏观内应力（第一类内应力） 由 于 金 属 工 件 或 材 料 各 部 分 的 不 均 匀 变 形 所 引 起 的 ， 它 是 整 个物 体 范 围 内 处 于 平 衡 的 力 。2. 微观内应力（第二类内应力） 由 于 晶 粒 或 亚 晶 粒 变 形 不 均 匀 而 引 起 的 ， 它 是 在 晶 粒 或 亚 晶 粒范 围 内 处 于 平 衡 的 力 。3. 点阵畸变（第

4、三类内应力） 由 于 工 件 在 塑 性 变 形 中 形 成 的 大 量 点 阵 缺 陷 （ 如 空 位 、 间 隙 原子 、 位 错 等 ） 引 起 的 。 只 在 晶 界 、 滑 移 面 等 附 近 不 多 的 原 子 群 范围 内 维 持 平 衡 ， 作 用 范 围 是 几 十 至 几 百 纳 米 。 7 由 于 杂 质 原 子 和合 金 元 素 阻 碍 再 结晶 的 形 核 和 长 大 ，推 迟 再 结 晶 过 程 ，从 而 使 不 纯 金 属 和合 金 中 的 储 能 在 再结 晶 开 始 以 前 能 通过 回 复 而 较 多 地 释放 出 来 。A 纯 金 属B 不 纯 金 属C

5、合 金 8 三 、 性 能 及 其 他 指 标 的 变 化 加 热 过 程 中 变 形 金 属 的 性 能 变 化 9 第 二 节 回 复 回 复 （ recovery） 是 指 冷 塑 性 变 形 的 金 属 在 加 热 时 ，在 光 学 显 微 组 织 发 生 改 变 前 （ 即 在 再 结 晶 晶 粒 形 成 前 ）所 产 生 的 某 些 亚 结 构 和 性 能 的 变 化 过 程 。 冷 变 形 金 属 在 回 复 阶 段 ， 金 属 的 变 形 晶 粒 形 态 并 未发 生 任 何 变 化 ， 但 是 金 属 的 一 些 性 能 如 内 应 力 、 密 度 、电 阻 率 等 则 有

6、明 显 的 变 化 。 这 是 由 于 在 比 晶 粒 更 微 观的 结 构 层 次 上 与 这 些 性 能 相 关 的 点 阵 缺 陷 密 度 和 组 态变 化 的 结 果 。 10 一 、 退 火 温 度 和 时 间 对 回 复 过 程 的 影 响 回 复 过 程 是原 子 的 迁 移 扩散 过 程 。 11 二 、 回 复 机 制 一 般 认 为 ， 回 复 是 空 位 和 位 错 在 退 火 过 程 中 发 生 运动 ， 从 而 改 变 了 它 们 的 数 量 和 组 态 的 过 程 。 回 复 阶 段 的 加 热 温 度 不 同 ， 冷 变 形 金 属 的 回 复 机 制各 异 。1

7、. 低 温 回 复 低 温 回 复 主 要 与 点 缺 陷 （ 空 位 和 间 隙 原 子 ） 的 迁 移有 关 。 点 缺 陷 运 动 的 结 果 ， 使 点 缺 陷 密 度 明 显 下 降 。 12 2. 中 温 回 复 加 热 温 度 稍 高 时 ， 会 发 生 位 错 运 动 和 重 新 分 布 。 回 复 的机 制 主 要 与 位 错 的 滑 移 有 关 ， 同 一 滑 移 面 上 的 异 号 位 错 可以 相 互 吸 引 而 抵 消 。3. 高 温 回 复 高 温 时 ， 刃 型 位 错 可 获 得 足 够 能 量 产 生 攀 移 ， 发 生 多 边化 （ 或 多 边 形 化 ）

8、。多 边 化 ： 冷 变 形 金 属 加 热 时 ， 原 来 处 在 滑 移 面 上 的 位 错 通过 攀 移 和 滑 移 ， 形 成 与 滑 移 面 垂 直 的 亚 晶 界 的 过 程 。多 边 化 的 驱 动 力 ： 弹 性 应 变 能 的 降 低 。 13 14 三 、 亚 结 构 的 变 化 15 四 、 回 复 退 火 的 应 用 回 复 退 火 在 工 程 上 称 之 为 去 应 力 退 火 ， 使 冷 加 工的 金 属 件 在 基 本 保 持 加 工 硬 化 状 态 的 条 件 下 降 低 其内 应 力 （ 主 要 是 第 一 类 内 应 力 ） ， 以 避 免 或 减 轻 变形

9、 并 改 善 工 件 的 耐 蚀 性 。 16 第 三 节 再 结 晶 冷 变 形 后 的 金 属 加 热 到 一 定 温 度 或 保 温 足 够 时间 后 ， 在 原 来 的 变 形 组 织 中 产 生 了 无 畸 变 的 新 晶 粒 ，位 错 密 度 显 著 降 低 ， 性 能 也 发 生 显 著 变 化 ， 并 恢 复到 冷 变 形 前 的 水 平 ， 这 个 过 程 称 为 再 结 晶（ recrystallization） 。再 结 晶 的 驱 动 力 ： 储 存 能 的 降 低 （ 与 回 复 的 驱 动 力相 同 ） 。 17 18 19 变 形 金 属 发 生 再 结 晶 时

10、， 力 学 性 能 发 生 显 著 变化 ， 金 属 恢 复 到 软 化 状 态 ； 变 形 储 存 能 得 到 充 分释 放 ； 新 的 无 畸 变 等 轴 晶 完 全 取 代 了 原 畸 变 晶 粒 ，但 是 再 结 晶 前 后 晶 格 类 型 不 变 ， 因 此 再 结 晶 不 是相 变 。 20 一 、 再 结 晶 晶 核 的 形 成 与 长 大（ 一 ） 形 核1. 亚晶长大形核机制 一 般 在 大 的 变 形 度 下 发 生 。 可 能 有 两 种 方 式 ： （ 1） 亚 晶 合 并 形 核 （ 适 于 高 层 错 能 金 属 ） （ 2） 亚 晶 界 移 动 形 核 （ 适 于

11、 低 层 错 能 金 属 ） 两 种 方 式 都 是 通 过 消 耗 周 围 的 高 能 量 区 长 大 成 为再 结 晶 晶 核 。 因 此 ， 随 着 变 形 度 的 增 大 ， 会 产 生 更多 的 高 能 量 区 ， 从 而 有 利 于 再 结 晶 晶 核 的 形 成 。层 错 能 ： 产 生 单 位 面积 层 错 所 需 的 能 量 。 21 22 2. 晶界凸出形核机制 对 于 变 形 程 度 较 小 （ 约 小 于 40%） 的 金 属 ， 其 再 结 晶晶 核 常 以 晶 界 凸 出 方 式 形 成 ， 即 应 变 诱 导 晶 界 移 动 或 称为 晶 界 弓 出 形 核 机

12、制 。 晶 界 凸 出 形 核 23 再 结 晶 退 火 时 ， 晶 界 中 的 某 一 段 向 亚 晶 粒 细 小 、 位错 密 度 高 的 一 侧 弓 出 。 24 （ 二 ） 长 大 再 结 晶 晶 核 形 成 之 后 ， 它 就 借 界 面 的 移 动 而 向 周围 畸 变 区 域 长 大 。 界 面 迁 移 的 驱 动 力 是 无 畸 变 的 新 晶 粒 与 周 围 畸 变的 母 体 （ 即 旧 晶 粒 ） 之 间 的 应 变 能 差 。 界 面 移 动 的 方 向 总 是 背 离 界 面 曲 率 中 心 ， 向 着 畸变 区 域 推 进 。 直 到 全 部 形 成 无 畸 变 的

13、等 轴 晶 粒 为 止 ，再 结 晶 即 告 完 成 。 25 二 、 再 结 晶 温 度 及 其 影 响 因 素再 结 晶 温 度 ： 经 过 严 重 冷 变 形 （ 变 形 度 在 70%以 上 ） 的 金属 ， 在 约 1h的 保 温 时 间 内 能 够 完 成 再 结 晶 （ 95%转 变 量 ）的 温 度 。 再 结 晶 不 是 相 变 ， 没 有 一 个 恒 定 的 转 变 温 度 。 因 此 再 结晶 温 度 不 是 一 个 物 理 常 数 ， 而 是 随 条 件 的 不 同 （ 如 变 形 程度 、 材 料 纯 度 、 退 火 时 间 等 ） ， 可 以 在 一 个 较 宽 的

14、 范 围 内变 化 。 金 属 的 最 低 再 结 晶 温 度 与 其 熔 点 之 间 存 在 经 验 关 系 ：T 再 Tm (K) 对 于 工 业 纯 金 属 ， 值 为 0.35 0.4； 对 于 高 纯 金 属 ， 值 为 0.25 0.35 甚 至 更 低 。 26 1. 变 形 程 度 随 着 冷 变 形 程 度 的 增 加 ， 储 能 也 增 多 ， 再 结 晶 的 驱 动 力越 大 ， 再 结 晶 温 度 越 低 。 但 当 变 形 量 增 大 到 一 定 程 度 后 ，再 结 晶 温 度 基 本 上 稳 定 不 变 了 。 在 给 定 温 度 下 发 生 再 结 晶 需 要

15、一 个 最 小 变 形 量 （ 临 界 变形 度 ） 。 低 于 此 变 形 度 ， 不 发 生 再 结 晶 。2. 原 始 晶 粒 尺 寸 在 其 他 条 件 相 同 的 情 况 下 ， 原 始 晶 粒 越 细 小 ， 冷 变 形 时加 工 硬 化 率 大 ， 储 能 高 ， 再 结 晶 温 度 则 较 低 。 此 外 ， 晶 界往 往 是 再 结 晶 形 核 的 有 利 区 域 ， 故 再 结 晶 形 核 率 和 长 大 速率 均 增 加 ， 再 结 晶 温 度 也 被 降 低 。 27 3. 微 量 溶 质 原 子 微 量 溶 质 原 子 的 存 在 能 显 著 提 高 再 结 晶 温

16、度 。 28 4. 第 二 相 弥 散 的 第 二 相 能 提 高 再 结 晶 温 度 。 弥 散 度 愈 大 ， 效果 愈 好 。 如 果 第 二 相 数 量 不 多 而 且 弥 散 度 不 大 时 ， 有可 能 使 再 结 晶 温 度 降 低 。5. 加 热 速 度 与 保 温 时 间 加 热 速 度 过 于 缓 慢 时 ， 再 结 晶 温 度 上 升 。 但 是 ， 极快 的 加 热 速 度 也 会 因 在 各 温 度 下 停 留 时 间 过 短 而 来 不及 形 核 与 长 大 ， 也 会 致 使 再 结 晶 温 度 升 高 。 在 一 定 范 围 内 延 长 保 温 时 间 会 降

17、低 再 结 晶 温 度 。 在 烧 结 铝 中 加 入 5%的 Al2O3，可 使 再 结 晶 温 度 提 高 到 500 。 29 三 、 再 结 晶 晶 粒 大 小 的 控 制再 结 晶 晶 粒 的 平 均 直 径 d可 用 下 式 表 达 ：41)NG(Kd 式 中 ， N为 形 核 率 ； G为 长 大 线 速 度 ； K为 比 例 常 数 。由 上 式 可 知 ， 再 结 晶 后 的 晶 粒 大 小 决 定 于 NG的 比 值 。 30 （ 一 ） 变 形 度 当 变 形 量 很 小 时 ， 晶 粒 尺 寸即 为 变 形 前 原 始 晶 粒 的 尺 寸 。 当 变 形 量 增 大 到

18、 某 一 数 值（ 一 般 金 属 在 2% 10%范 围内 ） 时 ， 再 结 晶 后 的 晶 粒 特 别粗 大 。 通 常 把 对 应 于 得 到 特 别粗 大 晶 粒 的 变 形 度 称 为 临 界 变形 度 。 31 当 变 形 度 超 过 临 界 变 形度 后 ， 则 变 形 度 越 大 ， 晶粒 越 细 小 。 当 变 形 度 达 到 一 定 程 度后 ， 再 结 晶 晶 粒 大 小 基 本保 持 不 变 。 32 33 （ 二 ） 再 结 晶 退 火 温 度 当 变 形 程 度 和 保 温 时间 一 定 时 ， 提 高 再 结 晶退 火 温 度 ， 不 仅 使 再 结晶 后 的

19、晶 粒 变 得 更 粗 大 ，而 且 还 减 小 临 界 变 形 度的 具 体 值 。 34 （ 三 ） 原 始 晶 粒 尺 寸 当 变 形 度 一 定 时 ，原 始 晶 粒 越 细 ， 金 属中 晶 界 面 积 越 大 ， 形成 再 结 晶 晶 核 的 部 位也 越 多 ， 造 成 形 核 率增 大 ， 则 再 结 晶 后 的晶 粒 也 越 细 。 35 溶 于 基 体 中 的 合 金 元 素 及 杂 质 ， 一 方 面 增 加 变 形金 属 的 储 存 能 ， 另 一 方 面 阻 碍 晶 界 的 运 动 ， 一 般 均起 细 化 晶 粒 的 作 用 。（ 四 ） 合 金 元 素 及 杂 质

20、 36 第 四 节 晶 粒 长 大 再 结 晶 刚 结 束 时 ， 再 结 晶 组 织 为 细 小 的 等 轴 晶 粒 。若 继 续 提 高 加 热 温 度 或 延 长 保 温 时 间 ， 则 再 结 晶 晶粒 将 通 过 晶 界 的 迁 移 使 一 部 分 晶 粒 尺 寸 增 大 ， 而 另一 部 分 晶 粒 尺 寸 减 小 直 至 消 失 ， 这 一 现 象 称 之 为 晶粒 长 大 。l 正 常 长 大 ： 晶 粒 均 匀 连 续 地 长 大 。l 反 常 长 大 （ 二 次 再 结 晶 ） ： 晶 粒 不 均 匀 不 连 续 地长 大 。 37 一 、 晶 粒 的 正 常 长 大 晶

21、体 中 有 许 多 晶 粒 获 得 长 大 条 件 ， 晶 粒 的 长 大 是 连 续地 、 均 匀 地 进 行 ， 晶 粒 长 大 过 程 中 晶 粒 的 尺 寸 是 比 较 均匀 的 ， 晶 粒 平 均 尺 寸 的 增 大 也 是 连 续 的 。（ 一 ） 晶 粒 长 大 的 驱 动 力 晶 粒 长 大 的 驱 动 力 是 总 的 界 面 能 的 降 低 ， 即 晶 粒 长 大前 后 总 的 界 面 能 差 。 细 晶 粒 长 大 成 为 粗 晶 粒 是 使 金 属 自 由 能 下 降 的 自 发 过程 。 晶 界 的 界 面 能 越 大 ， 曲 率 半 径 越 小 （ 或 曲 率 越 大

22、 ） ，则 晶 界 移 动 的 驱 动 力 越 大 。 38 晶 粒 长 大 时 ， 弯 曲 的 晶 界总 是 趋 向 于 平 直 化 ， 即 向 晶界 的 曲 率 中 心 方 向 移 动 以 减少 界 面 积 。 这 与 再 结 晶 时 晶界 移 动 的 方 向 正 好 相 反 。 39 因 晶 界 为 大 角 度 晶 界 ， 其晶 界 能 为 常 数 ， 故12 = 13 = 23 因 此 三 个 相 邻 晶 粒 晶 界 相交 点 力 学 平 衡 条 件 为 ：12 = 13 = 23 = 120 所 有 三 晶 界 相 交 而 相 互 间夹 角 不 是 120的 将 通 过 晶 界迁 移

23、 趋 向 120。（ 二 ） 晶 粒 的 稳 定 形 状 232313131212 sinsinsin 40 41 晶 粒 稳 定 形 状 的两 个 必 备 条 件 （ 缺一 不 可 ） ：（ 1） 所 有 的 晶 界 均为 直 线 ；（ 2） 晶 界 间 的 夹 角均 为 120。 42 l 六 边 形 晶 粒 满 足 晶 界 夹 角 应 为 120的 力 学 平 衡 要 求 并 可 保持 晶 界 平 直 ， 故 最 为 稳 定 。l 边 数 小 于 6的 晶 粒 为 满 足 120晶 间 夹 角 要 求 而 具 有 外 凸 的晶 界 ， 而 外 凸 的 晶 界 将 向 曲 率 中 心 迁

24、移 使 晶 粒 缩 小 。l 边 数 大 于 6的 晶 粒 为 满 足 120晶 间 夹 角 要 求 则 具 有 内 凹 的晶 界 ， 内 凹 晶 界 迁 移 的 结 果 使 晶 粒 长 大 。 43 44晶 界 迁 移 总 是 朝 向 晶 界 的 曲率 中 心 方 向 ； 随 着 晶 界 迁 移 ， 小 晶 粒 （ 晶 粒 边 数 小 于 6）逐 渐 被 吞 并 到 相 邻 的 较 大 晶 粒 （ 晶 粒 边 数 大 于 6） ， 晶 界本 身 趋 于 平 直 化 ； 三 个 晶 粒 的 晶 界 交 角 趋 于 120， 使 晶界 处 于 平 衡 状 态 。 45 晶 粒 长 大 是 通 过

25、 晶 界 迁 移 实 现 的 ， 所 有 影 响 晶 界 迁 移的 因 素 都 会 影 响 晶 粒 长 大 。1. 温 度 温 度 越 高 ， 晶 粒 长 大 速 度 越 快 。 通 常 在 一 定 温 度 下 晶粒 长 大 到 一 定 尺 寸 后 就 不 再 长 大 ， 但 升 高 温 度 后 晶 粒 又会 继 续 长 大 。2. 杂 质 及 合 金 元 素 一 般 认 为 被 吸 附 在 晶 界 的 溶 质 会 降 低 晶 界 的 界 面 能 ，从 而 降 低 界 面 移 动 的 驱 动 力 ， 使 晶 界 不 易 移 动 ， 降 低 晶粒 长 大 速 度 。（ 三 ） 影 响 晶 粒 长

26、 大 的 因 素 46 3. 第 二 相 质 点 弥 散 分 布 的 第 二 相 质 点 阻 碍 晶 界 的 移 动 ， 使 晶 粒 长 大 受 到抑 制 。 稳 定 晶 粒 尺 寸 d = 4r/3。 式 中 ， r为 第 二 相 质 点 半 径 ， 为第 二 相 质 点 的 体 积 分 数 。 第 二 相 质 点 越 细 小 ， 数 量 越 多 ， 则 阻 碍 晶 粒 长 大 的 能 力 越强 ， 晶 粒 越 细 小 。4. 相 邻 晶 粒 的 位 向 差 晶 界 的 界 面 能 与 相 邻 晶 粒 的 位 向 差 有 关 。 与 大 角 度 晶 界 相比 ， 小 角 度 晶 界 的 界

27、面 能 低 ， 故 界 面 移 动 的 驱 动 力 小 ， 晶 界移 动 速 度 低 。 所 以 大 角 度 晶 界 的 移 动 速 度 大 于 小 角 度 晶 界 。 47 二 、 晶 粒 的 反 常 长 大 将 再 结 晶 完 成 后 的 金 属 继 续 加 热 至 某 一 温 度 以上 ， 或 更 长 时 间 地 保 温 ， 会 有 少 数 晶 粒 优 先 长 大 ，成 为 特 别 粗 大 的 晶 粒 ， 而 其 周 围 较 细 的 晶 粒 则 逐渐 被 吞 食 掉 ， 整 个 金 属 由 少 数 比 再 结 晶 后 晶 粒 要大 几 十 倍 甚 至 几 百 倍 的 特 大 晶 粒 组

28、成 ， 又 称 为 不连 续 晶 粒 长 大 或 二 次 再 结 晶 。 48 49 二 次 再 结 晶 的 驱 动 力 来 自 界 面 能 的 降 低 ， 与 正 常长 大 的 驱 动 力 相 同 。 严 格 说 来 ， 二 次 再 结 晶 是 在 特 殊 条 件 下 的 晶 粒 长大 现 象 ， 并 非 是 再 结 晶 。 发 生 晶 粒 反 常 长 大 的 基 本 条 件 是 晶 粒 的 正 常 长 大过 程 被 弥 散 的 夹 杂 物 、 第 二 相 粒 子 或 织 构 等 强 烈 地阻 碍 。 50 二 次 再 结 晶 导 致晶 粒 粗 大 ， 降 低 材料 的 强 度 、 塑 性

29、和韧 性 ， 对 产 品 的 性能 非 常 有 害 。 因 此 ，在 制 订 材 料 的 再 结晶 退 火 工 艺 时 ， 一般 应 避 免 发 生 二 次再 结 晶 。 51 三 、 再 结 晶 退 火 后 的 组 织 再 结 晶 退 火 是 将 冷 变 形 金 属 加 热 到 规 定 温 度 ， 并保 温 一 定 时 间 ， 然 后 缓 慢 冷 却 到 室 温 的 一 种 热 处 理工 艺 。 其 目 的 是 降 低 硬 度 ， 提 高 塑 性 ， 恢 复 并 改 善材 料 的 性 能 。（ 一 ） 再 结 晶 图 通 常 将 再 结 晶 后 晶 粒 大 小 、 变 形 程 度 和 退 火

30、 温 度之 间 的 关 系 （ 保 温 时 间 一 定 ） 绘 制 成 立 体 图 形 ， 称为 “ 再 结 晶 图 ” 。 52 53 （ 二 ） 再 结 晶 织 构 和 退 火 孪 晶1. 再结晶织构 当 变 形 量 很 大 时 ， 多 晶 体 中 原 为 任 意 取 向 的 各个 晶 粒 会 逐 渐 调 整 其 取 向 而 彼 此 趋 于 一 致 ， 这 一 现象 称 为 晶 粒 的 择 优 取 向 。 由 于 金 属 塑 性 变 形 使 晶 粒具 有 择 优 取 向 的 组 织 称 为 形 变 织 构 。 具 有 形 变 织 构 的 金 属 经 再 结 晶 后 的 新 晶 粒 若 仍具

31、 有 择 优 取 向 ， 则 称 之 为 再 结 晶 织 构 或 退 火 织 构 。再 结 晶 织 构 可 能 和 原 来 的 形 变 织 构 一 致 ， 但 更 经 常和 原 来 的 形 变 织 构 完 全 不 同 。 54 变 形 度 越 大 ， 退 火 温 度 越 高 ， 所 产 生 的 织 构 越 显 著 。 当 出 现 织 构 后 ， 多 晶 体 金 属 显 示 出 各 向 异 性 ， 对 材 料的 性 能 和 加 工 工 艺 有 很 大 的 影 响 。 55深 冲 工 件 上 的 “ 制 耳 ” 56 2. 退火孪晶 具 有 镜 面 对 称 位 向 关 系 的 两 部 分 晶 体

32、称 为 孪 晶 ， 对 称晶 面 称 为 孪 晶 面 。 57 形 成 孪 晶 的 主 要 方 式 有 三 种 ： （ 1） 形 变 孪 晶 （ 机 械 孪 晶 ） ： 通 过 机 械 变 形 产 生 的孪 晶 ； （ 2） 生 长 孪 晶 ： 包 括 晶 体 自 气 态 （ 如 气 相 沉 积 ） 、液 态 （ 液 相 凝 固 ） 或 固 体 中 长 大 时 形 成 的 孪 晶 ； （ 3） 退 火 孪 晶 （ 再 结 晶 孪 晶 ） ： 变 形 金 属 在 其 再 结晶 退 火 过 程 中 形 成 的 孪 晶 。 58 第 五 节 金 属 的 热 加 工一 、 金 属 的 热 加 工 与

33、冷 加 工l 热 加 工 ： 在 再 结 晶 温 度 以 上 进 行 的 加 工 过 程 。l 冷 加 工 ： 在 再 结 晶 温 度 以 下 进 行 的 加 工 过 程 。 例 如 ， 低 熔 点 金 属 （ 如 Pb、 Sn等 ） 的 再 结 晶 温 度低 于 室 温 ， 在 室 温 下 的 加 工 实 际 上 是 热 加 工 ； 高 熔 点金 属 ， 如 W的 再 结 晶 温 度 约 为 1200 ， 因 此 即 使 在1000 变 形 时 仍 会 造 成 加 工 硬 化 ， 属 于 冷 加 工 。 59 在 热 加 工 过 程 中 ， 在 金 属 内 部 同 时 进 行 着 加 工 硬

34、 化与 回 复 再 结 晶 软 化 两 个 相 反 的 过 程 。l 动 态 回 复 、 动 态 再 结 晶 ： 在 热 加 工 过 程 中 同 时 出 现的 回 复 与 再 结 晶 。l 静 态 回 复 、 静 态 再 结 晶 ： 变 形 中 断 或 终 止 后 的 保 温过 程 中 ， 或 者 在 随 后 的 冷 却 过 程 中 所 发 生 的 回 复 与 再结 晶 。 60 二 、 动 态 回 复 与 动 态 再 结 晶 对 于 层 错 能 较 高 的 金属 ， 如 Al、 -Fe、 铁 素体 钢 以 及 一 些 密 排 六 方 金属 （ Mg、 Zn） 等 ， 交 滑移 容 易 进 行

35、 ， 在 热 变 形 过程 中 动 态 回 复 是 软 化 的 主要 方 式 ， 其 应 力 应 变 曲线 如 左 图 所 示 。（ 一 ） 动 态 回 复 61 l 第 阶 段 ： 微 应 变 阶 段l 第 阶 段 ： 均 匀 变 形 阶 段l 第 阶 段 ： 稳 态 流 变 阶 段 达 到 稳 态 流 变 时 应 力 值 与 变 形 温 度 、 应 变 速 率 有关 。 升 高 变 形 温 度 或 降 低 应 变 速 率 ， 都 将 使 稳 态 流 变应 力 降 低 。 62 动 态 回 复 的 组 织 形 态 特 点 ： 在 纤 维 状 晶 粒 内 有 等轴 状 的 亚 晶 粒 。 变

36、形 温 度 越 低 ， 应 变 速 率 越 大 ， 则形 成 的 亚 晶 尺 寸 越 小 。 动 态 回 复 的 组 织 比 较 稳 定 ， 如 果 在 热 变 形 后 迅 速冷 却 ， 亚 晶 组 织 便 可 以 保 留 下 来 。 动 态 回 复 组 织 的 强 度 远 高 于 再 结 晶 组 织 ， 因 此 可作 为 强 化 材 料 的 一 种 途 径 。 63 对 具 有 低 层 错 能 的 材 料 ，如 Cu、 Au、 Ni、 Ag、 Pd及 其 合 金 、 -Fe、 奥 氏 体 不锈 钢 和 奥 氏 体 合 金 以 及 高 纯度 的 -Fe等 ， 不 易 发 生 交 滑移 和 动

37、态 回 复 。 此 时 ， 动 态再 结 晶 成 为 动 态 软 化 的 主 要方 式 。 动 态 再 结 晶 应 力 应 变 曲线 的 形 状 取 决 于 应 变 速 率 。（ 二 ） 动 态 再 结 晶 64 l 第 阶 段 ： 加 工 硬 化 阶段 （ 0 C）l 第 阶 段 ： 动 态 再 结 晶开 始 阶 段 （ C S）l 第 阶 段 ： 稳 态 流 变 阶段 （ S） 动 态 再 结 晶 的 应 力 应 变 曲 线 受 变 形 温 度 和 应 变 速 率 的影 响 明 显 。 变 形 温 度 上 升 或 应 变 速 率 下 降 都 将 使 应 力 应变 曲 线 向 下 方 移 动

38、 。 65 动 态 再 结 晶 的 组 织 形 态 特 点 ： 在 等 轴 晶 内 存 在 被缠 结 位 错 所 分 割 的 亚 晶 粒 。 动 态 再 结 晶 的 晶 粒 比 静态 再 结 晶 的 细 小 。 动 态 再 结 晶 的 晶 粒 大 小 决 定 于 应 变 速 率 和 变 形 温度 。 提 高 变 形 温 度 ， 降 低 应 变 速 率 ， 可 得 到 较 大 的等 轴 晶 粒 。 如 果 将 动 态 再 结 晶 的 组 织 迅 速 冷 却 下 来 ， 可 以 获得 比 静 态 再 结 晶 组 织 高 的 强 度 和 硬 度 。 66 三 、 热 加 工 后 的 组 织 和 性

39、能（ 一 ） 改 善 铸 锭 组 织 通 过 热 加 工 可 使 铸 锭 中 的 组 织 缺 陷 得 到 明 显 改 善 ，显 著 提 高 材 料 的 质 量 和 力 学 性 能 。l 机 械 焊 合 气 孔 、 疏 松 等 ， 使 金 属 材 料 的 致 密 度 增 加 。l 破 碎 铸 态 组 织 中 粗 大 的 柱 状 晶 和 树 枝 晶 ， 使 晶 粒 细化 。l 某 些 合 金 钢 中 的 大 块 初 晶 或 共 晶 碳 化 物 以 及 粗 大 的夹 杂 物 等 被 打 碎 ， 并 均 匀 分 布 。l 可 部 分 消 除 偏 析 ， 提 高 合 金 成 分 的 均 匀 性 。 67

40、 （ 二 ） 纤 维 组 织 在 热 变 形 时 ， 铸 锭 中 的 各 种 夹 杂 物 和 偏 析 等 随 着 基 体金 属 一 起 伸 长 和 流 动 ， 在 宏 观 试 样 上 沿 着 变 形 方 向 分 布 ，形 成 一 条 条 细 线 ， 称 为 流 线 。 由 一 条 条 流 线 勾 画 出 来 的组 织 ， 叫 做 纤 维 组 织 。 由 于 流 线 总 是 平 行 于 主 变 形 方 向 ， 因 此 由 流 线 即 可 推断 金 属 加 工 过 程 。 68 纤 维 组 织 的 形 成 使 金 属 的 力 学 性 能 呈 现 各 向 异 性 。 沿 着 流线 方 向 比 垂 直

41、 于 流 线 方 向 具 有 较 高 的 力 学 性 能 。 因 此 ， 在 制造 金 属 零 件 时 应 考 虑 流 线 与 零 件 受 力 方 向 之 间 的 关 系 。 69 （ 三 ） 带 状 组 织 多 相 合 金 中 的 各 个 相 ， 在 热 加 工 时 沿 着 变 形 方 向交 替 地 呈 带 状 分 布 ， 这 种 组 织 称 为 带 状 组 织 。 带 状 组 织 使 金 属 材 料 的 力 学 性 能 产 生 明 显 的 各 向异 性 。 沿 着 带 状 组 织 方 向 比 垂 直 于 带 状 组 织 方 向 具有 较 高 的 力 学 性 能 。 70 71 （ 四 ） 晶 粒 大 小 热 变 形 材 料 的 力 学 性 能 在 很 大 程 度 取 决 于 其 晶粒 大 小 ， 细 小 的 晶 粒 既 提 高 强 度 又 增 加 韧 性 。 所以 要 控 制 好 热 加 工 中 的 变 形 温 度 、 应 变 速 率 、 变形 量 以 及 热 加 工 后 在 高 温 下 的 停 留 时 间 和 冷 却 速率 等 工 艺 参 数 ， 以 得 到 细 小 均 匀 的 晶 粒 组 织 ， 提高 材 料 的 性 能 。 72