Chapter7金属及合金的回复与再结晶

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1、本章目的本章目的n 1 揭示形变金属在加热过程中组织和揭示形变金属在加热过程中组织和性能变化的规律性能变化的规律n 2 揭示再结晶的实质揭示再结晶的实质n 3 说明热加工与冷加工的本质区别以说明热加工与冷加工的本质区别以及热加工的特点及热加工的特点第七章第七章 金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶（1）回复与再结晶的概念和应用）回复与再结晶的概念和应用（2）临界变形度的概念）临界变形度的概念（3）再结晶晶粒度的控制）再结晶晶粒度的控制（4）热加工与冷加工的区别）热加工与冷加工的区别本章重点本章重点7-1 形变金属与合金在退火过程形变金属与合金在退火过程中的变化中的变化塑性变形所消耗

2、塑性变形所消耗的功的功储存能储存能热（绝大部分）热（绝大部分）弹性应变能弹性应变能畸变能畸变能 形变金属的组织和性能在加热时逐渐发生变化，向形变金属的组织和性能在加热时逐渐发生变化，向稳定态转变，这个过程称为稳定态转变，这个过程称为退火退火。形变金属在退火过程，随保温时间的延长或温度形变金属在退火过程，随保温时间的延长或温度的升高，可分为的升高，可分为回复、再结晶和晶粒长大回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。三个阶段。一、显微组织的变化一、显微组织的变化塑性塑性变形金属加形金属加热的的0.5Tm附近保温，附近保温，组织将将发生生一系列一系列变化。化。二、储存能及内应力的变化二、储存能及内应力的变化

3、1代表纯金属；代表纯金属；2、3 代表非纯金属和合金代表非纯金属和合金回复阶段第一类内应力基本可以得到消除，第二类或第三回复阶段第一类内应力基本可以得到消除，第二类或第三类只能消除部分。类只能消除部分。三、力学性能的变化三、力学性能的变化回复阶段，硬度值略有下降；回复阶段，硬度值略有下降；再结晶阶段，硬度与强度显著再结晶阶段，硬度与强度显著下降，塑性大大提高下降，塑性大大提高四、其他性能的变化四、其他性能的变化电阻在回复阶段发生显著地电阻在回复阶段发生显著地变化，与再结晶过程中变化变化，与再结晶过程中变化相差不大。相差不大。五、亚晶粒尺寸五、亚晶粒尺寸回复前期，尺寸变化不大，后回复前期，尺寸变

4、化不大，后期，接近再结晶温度时，尺寸期，接近再结晶温度时，尺寸显著增大。显著增大。7-2 回复回复一、退火温度和时间对回复过程的影响一、退火温度和时间对回复过程的影响 回复回复是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组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。些亚结构和性能的变化过程。回复阶段：硬度和强度等力学性能变化小，电阻率变回复阶段：硬度和强度等力学性能变化小，电阻率变化明显。化明显。拉伸变形后纯铁在不同温度下回复时屈服拉伸变形后纯铁在不同温度下回复时屈服强度随时间的变化

5、。强度随时间的变化。1-r：剩剩余余加加工工硬硬化化分分数数，r=（m-r）/m-0。1-r越越小小，则则r越越大大，表表示示回复程度越大。回复程度越大。一、退火温度和时间对回复过程的影响一、退火温度和时间对回复过程的影响n回复是温度和时间的函数回复是温度和时间的函数 温度越高，回复程度越大；温度越高，回复程度越大；温度一定时，回复随时间的延长而逐渐增加温度一定时，回复随时间的延长而逐渐增加n每个温度下，回复程度都有一个相应的极限值。每个温度下，回复程度都有一个相应的极限值。n回复过程是源自的迁移扩散过程。原子迁移的回复过程是源自的迁移扩散过程。原子迁移的结果，导致金属内部缺陷数量的减少，储存

6、能结果，导致金属内部缺陷数量的减少，储存能下降。下降。n杂质原子和合金元素使回复阶段储存能释放的杂质原子和合金元素使回复阶段储存能释放的多，从而导致再结晶的驱动力的降低，推迟再多，从而导致再结晶的驱动力的降低，推迟再结晶过程。结晶过程。一、退火温度和时间对回复过程的影响一、退火温度和时间对回复过程的影响二、回复机制n一一般般认认为为，回回复复是是空空位位和和位位错错在在退退火火过过程程中中发发生生运运动动，从而改变了它们的数量和组态的过程。从而改变了它们的数量和组态的过程。n低低温温回回复复，主主要要是是空空位位的的运运动动使使空空位位密密度度大大大大减减小小。电电阻阻率率对对空空位位敏敏感感

7、，所所以以其其数数值值下下降降明明显显，而而力力学学性性能变化不大。能变化不大。n高高温温回回复复，主主要要是是位位错错的的运运动动。通通过过位位错错的的滑滑移移和和攀攀移移，发生，发生多边化多边化。多边化多边化n多边化多边化是冷变形金属加热时，原来处在滑移面是冷变形金属加热时，原来处在滑移面上的位错，通过滑移和攀移，形成与滑移面垂上的位错，通过滑移和攀移，形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。直的亚晶界的过程。n驱动力来自弹性应变能的降低。攀移攀移n攀移是指刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动。攀移是指刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动。n正攀移：额外半原子面缩短。正攀移：额外半原子面缩短。n负攀移：额

8、外半原子面扩大。负攀移：额外半原子面扩大。刃型位错的攀移刃型位错的攀移和滑移示意图和滑移示意图三、亚结构的变化（a）冷加工后的胞状结构，胞）冷加工后的胞状结构，胞壁中含有高密度的位错缠结。壁中含有高密度的位错缠结。（b）回回复复退退火火0.1h后后，胞壁中的位错平直了。胞壁中的位错平直了。（c）回复退火）回复退火50h后，在胞后，在胞壁中的位错形成网络，亚晶壁中的位错形成网络，亚晶伸长了。伸长了。（d）回复退火）回复退火300h后，位后，位错网络断开并形成更稳定的错网络断开并形成更稳定的网络。网络。四、四、回复特点回复特点 加热加热T低：低：T回回=(0.250.3)T熔熔 显微组织无明显变化

9、显微组织无明显变化-仍保留拉长、仍保留拉长、畸变的晶粒畸变的晶粒 晶粒内部点缺陷、亚结构发生变化晶粒内部点缺陷、亚结构发生变化 点缺陷大大下降点缺陷大大下降-畸变原子回到正常晶格位置畸变原子回到正常晶格位置 发生多边形化过程，形成回复亚晶。发生多边形化过程，形成回复亚晶。性能变化性能变化 HB、略略 ，、略略 电学、磁学等物理性能以及化学性能恢复到冷电学、磁学等物理性能以及化学性能恢复到冷加工前，电阻加工前，电阻；耐腐蚀性提高；耐腐蚀性提高 原因：晶格畸变原因：晶格畸变 内应力内应力 原因：点缺陷的极大降低原因：点缺陷的极大降低总体：总体：回复阶段力学性能变化不大，加工硬化基本保持；回复阶段力

10、学性能变化不大，加工硬化基本保持；物理、化学性能显著恢复物理、化学性能显著恢复典型应用典型应用冷加工件的去应力退火，主要消除冷加工件的去应力退火，主要消除第一类内应力，减轻工件的翘曲和变形，但是其第一类内应力，减轻工件的翘曲和变形，但是其加工硬化状态还将保持。加工硬化状态还将保持。五、回复退火的应用五、回复退火的应用消除内应力，防止变形、开裂消除内应力，防止变形、开裂恢复物理、化学性能恢复物理、化学性能冷成形、焊接、铸造钢件：冷成形、焊接、铸造钢件：250-650例如：例如：一战中黄铜子弹的季裂现象一战中黄铜子弹的季裂现象7-3 再结晶再结晶再再结结晶晶指指冷冷变变形形的的金金属属加加热热到到

11、一一定定温温度度保保温温足足够够时时间间后后，在在原原来来的的变变形形组组织织中中产产生生了了无无畸畸变变的的新新晶晶粒粒，位位错错密密度度显显著著降降低低，性性能能也也发发生生显显著著变变化，并化，并恢复到冷变形前恢复到冷变形前的水平的过程。的水平的过程。驱动力：冷变形产生的储存能的降低。驱动力：冷变形产生的储存能的降低。再结晶与同素异构转变的共同点：形核和长大再结晶与同素异构转变的共同点：形核和长大 区别：再结晶晶格类型不变，成分不变；区别：再结晶晶格类型不变，成分不变；同素异构转变晶格类型发生变化。同素异构转变晶格类型发生变化。再结晶过程示意图再结晶过程示意图 加热温度较高：加热温度较高

12、：TT再，再，T再再0.4T熔熔；实际；实际:+100200 显微组织显著变化，但无晶格类型变化显微组织显著变化，但无晶格类型变化 转变为等轴无畸变新晶粒转变为等轴无畸变新晶粒 亚结构：位错密度极大降低亚结构：位错密度极大降低 性能显著变化性能显著变化 HB、；、内应力完全消除内应力完全消除再结晶特点再结晶特点(与回复比较与回复比较)n再结晶的形核比较复杂。用经典的结晶形核理论计算结果与试验结果相差大。试验表明再结晶晶核在最大畸变处形成，回复阶段发生的多边化是为再结晶形核作必要准备。一、再结晶晶核的形成与长大一、再结晶晶核的形成与长大（一）形核机制（一）形核机制再结晶晶核由回复阶段再结晶晶核由

13、回复阶段形成的亚晶发展形成，形成的亚晶发展形成，形成方式有两种：形成方式有两种：亚晶合并形核亚晶合并形核亚晶界移动形核亚晶界移动形核亚晶界移动亚晶界移动亚晶合并，相邻亚晶界中位亚晶合并，相邻亚晶界中位错通过攀移和滑移消失错通过攀移和滑移消失1.亚晶长大形核机制亚晶长大形核机制亚晶长大一般在大的变形度下发生亚晶长大一般在大的变形度下发生晶界突出形核又称晶界弓出形核，变形度较小，晶界突出形核又称晶界弓出形核，变形度较小，70%)后的后的金属在保温时间金属在保温时间1h内完成再结晶内完成再结晶(转变量转变量95)的温度为的温度为(最低最低)再结晶温度再结晶温度再结晶温度的定义再结晶温度的定义二、二、

14、再结晶温度及其影响因素再结晶温度及其影响因素再结晶温度不是一个物理常数，不是一个恒定再结晶温度不是一个物理常数，不是一个恒定的转变温度，可以在一个较宽的范围内变化，它的转变温度，可以在一个较宽的范围内变化，它受受变形度变形度、材料纯度和退火时间材料纯度和退火时间等因素的影响。等因素的影响。再结晶温度与金属熔点有关：再结晶温度与金属熔点有关：T再再Tm，如：如：Fe:1538 450 Pb(Sn):300(200)0 W:3300 11001200 原因：原子间结合力强，难扩散原因：原子间结合力强，难扩散为了消除加工硬化现象，再结晶退火温度通常比最为了消除加工硬化现象，再结晶退火温度通常比最低再

15、结晶温度高低再结晶温度高100200 纯度纯度，杂质，杂质%，T再再 如：高纯铝如：高纯铝(99.999%)：T再再80 而工业纯铝而工业纯铝(99.9%)：T再再 290 原因：杂质原子阻碍基体原子扩散以及晶界原因：杂质原子阻碍基体原子扩散以及晶界 迁移迁移 又如：又如：纯铁：纯铁：T再再 450 而碳钢：而碳钢：T再再 500650（1）纯度）纯度再结晶温度的影响因素再结晶温度的影响因素变形程度变形程度，T再再原因：原因：储存能储存能，驱动力，驱动力 当当60%,趋于稳定趋于稳定 当当，T再再 无再结晶过程无再结晶过程（3）加热速度和保温时间加热速度和保温时间v，T再再；t，T再再最低再结

16、晶最低再结晶温度温度（2）变形程度）变形程度再结晶的基本规律再结晶的基本规律(1)需超过一最小形变量需超过一最小形变量c(2)随随，T再再；但当；但当大到一定值后，大到一定值后，T再再趋于一稳定趋于一稳定值。值。(3)再结晶刚完成时的再结晶刚完成时的d取决于取决于而和而和T关系不大。关系不大。(4)原始原始d0，要获得相同的，要获得相同的T再再的的越大。越大。(5)新晶粒不会长入取向相近的形变晶粒中。新晶粒不会长入取向相近的形变晶粒中。(6)再结晶后继续加热，再结晶后继续加热，d(长大问题长大问题).n形变金属经再结晶退火后，力学性能发生很大变化，强硬度降低，塑韧性增加。n与变形前金属的性能相

17、比，主要取决于再结晶后的晶粒大小。三三 再结晶晶粒大小的控制再结晶晶粒大小的控制再结晶晶粒的平均直径再结晶晶粒的平均直径 d=K(G/N)1/4；取决于形核率和长大速度取决于形核率和长大速度控制影响形核率和长大速度的各种因素可达到细控制影响形核率和长大速度的各种因素可达到细化再结晶晶粒的目的。化再结晶晶粒的目的。=1090%：,d =210%：异常长大：异常长大(临界变形度临界变形度）90%：异常长大：异常长大 临界变形度：对应于得到特别粗大晶粒的变形度。临界变形度：对应于得到特别粗大晶粒的变形度。（一）变形度（一）变形度关键关键形变均匀度形变均匀度n当变形度很小时，不会引起再结晶，晶粒仍保当

18、变形度很小时，不会引起再结晶，晶粒仍保持原状；持原状；n当变形度达到临界变形度时，再结晶后晶粒变当变形度达到临界变形度时，再结晶后晶粒变得特别粗大；得特别粗大；n当变形度超过临界变形度时，变形度越大，再当变形度超过临界变形度时，变形度越大，再结晶后获得的晶粒越细；结晶后获得的晶粒越细；n当变形度达到一定程度后，再结晶晶粒大小基当变形度达到一定程度后，再结晶晶粒大小基本保持不变；本保持不变；n当变形度相当大时，再结晶晶粒又会出现粗化当变形度相当大时，再结晶晶粒又会出现粗化现象。现象。不均匀变形引起的再结晶晶粒不均匀现象不均匀变形引起的再结晶晶粒不均匀现象(二二)再结晶退火温度再结晶退火温度 T，

19、d 原因：原子扩散能力强原因：原子扩散能力强 晶界易迁移晶界易迁移 长大速度快长大速度快(三三)原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸 当变形度一定时，材料的原始晶粒越细小，再结晶当变形度一定时，材料的原始晶粒越细小，再结晶后的晶粒越细小。后的晶粒越细小。增加变形金属的储存能增加变形金属的储存能 均阻碍晶界运动均阻碍晶界运动细化再结晶晶粒细化再结晶晶粒 第二相愈弥散、细小、量愈多第二相愈弥散、细小、量愈多 细化效果愈明显细化效果愈明显 注意：注意：第二相或杂质元素分布须均匀，否则第二相或杂质元素分布须均匀，否则可能引起二次再结晶可能引起二次再结晶晶粒异常长大晶粒异常长大（四）合金元素、杂质及第二相质点等的影

20、响（四）合金元素、杂质及第二相质点等的影响7-4 晶粒长大晶粒长大n随随着着加加热热温温度度的的升升高高或或保保温温时时间间的的延延长长，无无畸畸变变的的等等轴轴的的再再结结晶晶的的初初始始晶晶粒粒之之间间就就会会相相互互吞吞并而长大，这一现象称之为晶粒长大。并而长大，这一现象称之为晶粒长大。n根根据据晶晶粒粒长长大大过过程程的的特特征征，可可将将晶晶粒粒长长大大分分为为两两种种类类型：型：正正常常长长大大：随随温温度度升升高高或或保保温温时时间间的的延延长长晶晶粒粒均均匀匀连连续长大续长大 反常长大（二次再结晶）：反常长大（二次再结晶）：晶粒不均匀不连续地长大晶粒不均匀不连续地长大一、晶粒的

21、正常长大（一）晶粒长大的驱动力 驱动力为晶粒长大前后总的界面能差。n细晶粒的晶界多，界面能高；粗晶粒的晶界少，界面能低。n界面能越大，晶界的曲率半径越小，驱动力就越大。1211222铝中晶粒长大时，晶铝中晶粒长大时，晶界由位置界由位置1移至位置移至位置2原子就由界面的凹侧向凸侧扩散，界面向曲率中原子就由界面的凹侧向凸侧扩散，界面向曲率中心方向移动，使凸面一侧晶粒不断长大，直到晶心方向移动，使凸面一侧晶粒不断长大，直到晶界变为平面，界面移动的驱动力为零，达到相对界变为平面，界面移动的驱动力为零，达到相对稳定状态。稳定状态。（二）晶粒的稳定形状（二）晶粒的稳定形状所有的晶界均为直线，晶界间的夹角均

22、为所有的晶界均为直线，晶界间的夹角均为120。达到稳定状态的晶粒是什么形状？达到稳定状态的晶粒是什么形状？相同体积条件下，球体的总界面能最小，球状晶粒最稳定。相同体积条件下，球体的总界面能最小，球状晶粒最稳定。晶粒的平衡形状晶粒的平衡形状-十四面体十四面体二维晶粒的稳定形状二维晶粒的稳定形状晶粒长大的规律：晶粒长大的规律：n晶界迁移总是朝向晶界的曲率中心方向晶界迁移总是朝向晶界的曲率中心方向n随着晶界迁移，小晶粒（晶粒边数小于随着晶界迁移，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）逐渐被吞并到相邻的较大晶粒（晶粒边数大于边数大于6），晶界本身趋于平直化。），晶界本身趋于平直化。

23、n三个晶粒的晶界交角趋于三个晶粒的晶界交角趋于120，使晶界，使晶界处于平衡状态。处于平衡状态。（三）影响晶粒长大的因素n1.温度温度 温度越高，长大速度越快。温度越高，长大速度越快。n2.杂质和合金元素杂质和合金元素 阻碍晶界运动，降低晶界的界阻碍晶界运动，降低晶界的界面能。面能。n3.第二相质点第二相质点 弥散的第二相质点对于阻碍晶界的移动起着重要的弥散的第二相质点对于阻碍晶界的移动起着重要的作用。研究表明，达到平衡时的稳定晶粒尺寸作用。研究表明，达到平衡时的稳定晶粒尺寸d与与r、有下述关系：有下述关系：r第二相质点半径、第二相质点半径、单位体积内的第二相质点的体积分数。单位体积内的第二相

24、质点的体积分数。第二相质点越细小，数量越多，阻碍晶粒长大的能力越强，第二相质点越细小，数量越多，阻碍晶粒长大的能力越强，晶粒越小。晶粒越小。晶晶界界的的界界面面能能与与相相邻邻晶晶粒粒间间的的位位向向差差有有关关，小小角角度度晶晶界界的的界界面面能能小小于于大大角角度度晶晶界界的的界界面面能能，而而界界面面移移动动的的驱驱动动力力又又与与界界面面能能成成正正比比，因此前者的移动速度小于后者。因此前者的移动速度小于后者。4.相邻晶粒的位向差相邻晶粒的位向差二、晶粒的反常长大n某些金属材料经过严重冷变形严重冷变形后，在较高温度下退火时，会出现反常的晶粒长大反常的晶粒长大现象，即少数晶粒具有特别大的

25、长大能力，逐步吞食掉周围的大量小晶粒，其尺寸超过原始晶粒的几十倍或者上百倍，比临界变形后形成的再结晶晶粒还要粗大得多，这个过程称为二次再结晶二次再结晶。形变量很大时形变量很大时(9095%)，一次再结晶后的某些特殊，一次再结晶后的某些特殊晶粒异常迅速的长大，造成晶粒间的大小相差越来越悬晶粒异常迅速的长大，造成晶粒间的大小相差越来越悬殊，这样更加有利于大晶粒吞并周围的小晶粒，直至大殊，这样更加有利于大晶粒吞并周围的小晶粒，直至大晶粒相互接触。最终金属材料具有明显的不均匀晶粒尺晶粒相互接触。最终金属材料具有明显的不均匀晶粒尺寸。寸。二次再结晶二次再结晶高高纯纯Fe-Si Fe-Si 箔箔材材于于1

26、2001200真真空空退退火火时时所所产产生生的的二二次次再结晶现象再结晶现象一般认为，发生异常晶粒长大的原因是弥散的夹杂物、第一般认为，发生异常晶粒长大的原因是弥散的夹杂物、第二相粒子或织构对晶粒长大过程的阻碍。二相粒子或织构对晶粒长大过程的阻碍。二次再结晶导致材料晶粒粗大，降低材料的强度、塑性和韧二次再结晶导致材料晶粒粗大，降低材料的强度、塑性和韧性。零件服役时，粗大晶粒处易产生裂纹，导致零件的破坏。性。零件服役时，粗大晶粒处易产生裂纹，导致零件的破坏。粗大晶粒会提高冷变形后的表面粗糙度值。粗大晶粒会提高冷变形后的表面粗糙度值。因此，在制定再结晶退火工艺时，应避免发生二次再结晶。因此，在制

27、定再结晶退火工艺时，应避免发生二次再结晶。三、再结晶退火后的组织三、再结晶退火后的组织n再结晶退火是将冷变形的金属加热到规再结晶退火是将冷变形的金属加热到规定温度，并保温一定时间，然后缓慢冷定温度，并保温一定时间，然后缓慢冷却到室温的一种热处理工艺。却到室温的一种热处理工艺。n目的是降低硬度，提高塑性，恢复并改目的是降低硬度，提高塑性，恢复并改善材料的性能。善材料的性能。n对于没有同素异构转变的金属，采用冷对于没有同素异构转变的金属，采用冷塑性变形和再结晶退火的方法是获得细塑性变形和再结晶退火的方法是获得细小晶粒的一个重要手段。小晶粒的一个重要手段。（一）再结晶图以以晶晶粒粒大大小小与与对对其

28、其影影响响最最大大的的变变形形程程度度和和退退火火时时间间之之间间的的关关系，绘制成立体图形，称为系，绘制成立体图形，称为“再结晶图再结晶图”，纯纯铁铁退退火火1h的再结晶图的再结晶图工业纯铝的再结晶图工业纯铝的再结晶图重点注意两个粗大晶区重点注意两个粗大晶区（二）再结晶织构和退火孪晶n金属再结晶退火后所形成的织构称为再结晶织构。再结晶织构的形成与变形程度和退火温度有关。变形度越大，退火温度越高，所产生的织构越显著。n某些面心立方结构的金属及合金，如铜及铜合金、奥氏体不锈钢等经再结晶退火后，经常会出现孪晶组织，这种孪晶称为退火孪晶或再结晶孪晶。目的：目的：中间退火中间退火消除加工硬化消除加工硬

29、化 例如冷拔铁铬铝电阻丝生产中，冷拔道次间例如冷拔铁铬铝电阻丝生产中，冷拔道次间采用氢气保护再结晶退火采用氢气保护再结晶退火 冷拉钢丝、冷拔钢管，道次间的软化再结晶冷拉钢丝、冷拔钢管，道次间的软化再结晶退火，等等退火，等等再结晶应用再结晶应用再结晶退火再结晶退火 无相变金属的细晶强化无相变金属的细晶强化(如如Al、Cu等等)热处理强化的前提是有相变发生，或固热处理强化的前提是有相变发生，或固态内有溶解度的显著变化，但对于无相变金态内有溶解度的显著变化，但对于无相变金属尤其是纯金属，无法利用重结晶细化或过属尤其是纯金属，无法利用重结晶细化或过饱和固溶处理饱和固溶处理 利用冷加工形成高畸变能利用冷

30、加工形成高畸变能 冷塑变冷塑变+再结晶退火再结晶退火细化的再结晶晶粒细化的再结晶晶粒7-5 金属的热加工金属的热加工 一一、金属热加工与冷加工金属热加工与冷加工 热加工热加工：在再结晶温度以上进行的塑性变形加工过程；：在再结晶温度以上进行的塑性变形加工过程；冷加工冷加工：塑性变形：塑性变形T T再再冷热加工冷热加工的区分依据塑性变形的区分依据塑性变形T 是大于还是小于是大于还是小于T再再本质差别本质差别：塑性加工中是否有再结晶软化过程，是否能：塑性加工中是否有再结晶软化过程，是否能在塑性变形的同时消除加工硬化在塑性变形的同时消除加工硬化 例：例：W 在在1000塑性变形非热加工塑性变形非热加工

31、 纯纯Sn、Pb 在室温塑性变形为热加工在室温塑性变形为热加工热加工：热加工：在在材材料料的的再再结结晶晶温温度度以以上上的的加加工工过过程程。即即变变形形中中伴伴随随回回复复和和再再结结晶晶过过程程，称称动动态态回回复复和和动动态态再结晶再结晶.热热加加工工后后的的组组织织性性能能受受热热加加工工时时的的硬硬化化过过程程和和软化过程影响。软化过程影响。二、动态回复与动态再结晶热加工的真应力热加工的真应力-应变曲线有两类。应变曲线有两类。图 动态回复时的真应力应变曲线n第一阶段是微应变阶段。第一阶段是微应变阶段。n第第二二阶阶段段表表现现为为曲曲线线的的斜斜率率逐逐渐渐下下降降，材材料料开开始

32、始均均匀匀塑塑性性变变形形，即即开开始始流流变变，并发生加工硬化。并发生加工硬化。n第第三三阶阶段段称称为为稳稳定定流流变变阶阶段段。在在达达到到第第三三阶阶段段后后，即可实现持续形变。即可实现持续形变。第一类：动态回复第一类：动态回复动态回复常出回复常出现在在层错能高的金属材料中，如能高的金属材料中，如Al及其合金、及其合金、工工业纯铁等。等。n在在第第一一阶段段，金金属属中中的的位位错密密度度可可由由10101011m-2增增至至10111012m-2。n位位错密密度度在在第第二二阶段段继续增增大大，到到第第三三阶段段可可达达10141015m-2，和和冷冷形形变时相相同同，随随着着位位错

33、密密度度的的增增大大，金金属属中中形形成成位位错缠结和和位位错胞胞。位位错密密度度的的增增大大导致致了了回回复复过程程的的发生生，位位错消消失失的的速速率率随随应变的的增增大大不不断断增增大大，最最后后终于于使使位位错增增殖殖与与位位错消消失失达达到到平平衡衡，不再不再发生加工硬化的生加工硬化的稳态流流变阶段。段。n在在这个个阶段段，位位错构构成成亚晶晶界界，形形成成亚晶晶粒粒。亚晶晶粒粒却始却始终保持等保持等轴状。状。第二类：第二类：动态再结晶动态再结晶动态再结晶常出现在层错能较低的材料中，如动态再结晶常出现在层错能较低的材料中，如-Fe，Cu及及其合金，其合金，Ni及其合金等。及其合金等。

34、动态再结晶为什么不易发生？动态再结晶为什么不易发生？图 动态再结晶的真应力-真应变曲线n在在较高的高的应变速率下，再速率下，再结晶曲晶曲线也可分也可分为三个三个阶段，段，即加工硬化即加工硬化阶段段(0c)、动态再再结晶的初始晶的初始阶段段(cs)和和稳态流流变阶段段(s)。n在峰在峰值之前，加工硬化占主之前，加工硬化占主导，在金属中只，在金属中只发生部分生部分动态再再结晶，硬化作用大于晶，硬化作用大于软化作用。当化作用。当应力达到极大力达到极大值后，随着后，随着动态再再结晶的加快，晶的加快，软化作用开始大于硬化作化作用开始大于硬化作用，于是曲用，于是曲线下降。当由下降。当由变形造成的硬化与再形

35、造成的硬化与再结晶所造晶所造成的成的软化达到化达到动态平衡平衡时，曲，曲线进入入稳定定态阶段。段。n当当应变速率低速率低时，由于位，由于位错增殖速度小，在增殖速度小，在发生生动态再再结晶晶软化后，化后，继续进行再行再结晶的晶的驱动力减小，再力减小，再结晶晶软化作用减弱，以致不能与新的加工硬化平衡，从而重新化作用减弱，以致不能与新的加工硬化平衡，从而重新发生硬化，曲生硬化，曲线重新上升。等到位重新上升。等到位错再度再度积累到一定程累到一定程度，使再度，使再结晶又占上晶又占上风时，曲，曲线又重新下降。又重新下降。这种反复种反复变化的化的过程将不断程将不断进行下去，行下去，变化周期大致不化周期大致不

36、变，但振，但振幅逐幅逐渐衰减。衰减。三、热加工后的组织与性能三、热加工后的组织与性能(一一)改善铸锭组织改善铸锭组织（1）改善铸锭的组织缺陷，气泡、微裂纹）改善铸锭的组织缺陷，气泡、微裂纹焊合，缩松压实，增加金属材料的致密度。焊合，缩松压实，增加金属材料的致密度。（2）细化铸态时粗大的柱状晶，打碎某些）细化铸态时粗大的柱状晶，打碎某些合金钢中的大块碳化物初晶，使其均匀分合金钢中的大块碳化物初晶，使其均匀分布。布。（3）减轻枝晶偏析，使成分均匀。）减轻枝晶偏析，使成分均匀。（二）（二）纤维组织纤维组织n流线流线：铸态组织的：铸态组织的 枝晶偏析、夹杂物分布沿枝晶偏析、夹杂物分布沿加工方向细碎延伸

37、形成的组织，这种由一条条加工方向细碎延伸形成的组织，这种由一条条流线勾划出来的组织叫做流线勾划出来的组织叫做纤维组织。纤维组织。n 使流线与力性方向分布合理使流线与力性方向分布合理（三）（三）带状组织带状组织 带状组织带状组织：复相合金中各个相沿热加工方向交：复相合金中各个相沿热加工方向交替呈带或层状组织。替呈带或层状组织。铁素体铁素体珠光体珠光体 钢中的带状组织与纤维组织钢中的带状组织与纤维组织(四四)晶粒大小：正常的热加工可使晶粒细化。晶粒大小：正常的热加工可使晶粒细化。热加工优点：改善组织；塑性好；变形抗力小热加工优点：改善组织；塑性好；变形抗力小缺缺 陷：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低陷

38、：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低应应 用用:（1）室温下硬度、脆性较大的金属）室温下硬度、脆性较大的金属（2）截面尺寸大、精度低、变形量大）截面尺寸大、精度低、变形量大 冷加工：冷加工：（1）用于塑性好的金属）用于塑性好的金属（2）截面小，精度与表面质量要求高）截面小，精度与表面质量要求高 四、热加工与冷加工的应用四、热加工与冷加工的应用习题与思考题习题与思考题1 名词解释：回复名词解释：回复 多边形化多边形化 再结晶再结晶 临界变形度临界变形度2 指出下列名词的区别：指出下列名词的区别：结晶结晶 再结晶再结晶 重结晶重结晶 热加工与冷加工热加工与冷加工 去应力退火与再结晶退火去应力退火与再结晶

39、退火3 举例说明回复、再结晶退火在工业上的应用。举例说明回复、再结晶退火在工业上的应用。4 金属经冷变形、热加工后组织与性能各有何变化。金属经冷变形、热加工后组织与性能各有何变化。5 试述位错对金属材料强度与塑性的作用。试述位错对金属材料强度与塑性的作用。答：塑性变形中随变形程度增加，金属强硬度增答：塑性变形中随变形程度增加，金属强硬度增加而塑韧性下降的现象称为加工硬化；加而塑韧性下降的现象称为加工硬化；加工硬化产生的原因：塑性变形引起的位错密加工硬化产生的原因：塑性变形引起的位错密度的增加，导致大量位错间交互作用，互为阻碍，度的增加，导致大量位错间交互作用，互为阻碍，使位错运动阻力增大，变形

40、抗力增加。使位错运动阻力增大，变形抗力增加。消除方法：再结晶退火消除方法：再结晶退火 加工硬化的意义：加工硬化的意义：是重要的强化机制；是重要的强化机制；使塑性变形均匀使塑性变形均匀1 何谓加工硬化？产生的原因及消除的方法是什何谓加工硬化？产生的原因及消除的方法是什么？加工硬化有何意义？么？加工硬化有何意义？答：答：(1)固溶强化、位错强化、细晶强化、第二相强固溶强化、位错强化、细晶强化、第二相强化；化；(2)在常温条件下，晶粒愈细小，金属的强硬度在常温条件下，晶粒愈细小，金属的强硬度愈高，塑韧性亦愈好。但高温下晶界强度低于晶愈高，塑韧性亦愈好。但高温下晶界强度低于晶内，晶粒细小强度反而下降，

41、但晶粒过于粗大会内，晶粒细小强度反而下降，但晶粒过于粗大会降低塑性，故须采取适当粗的晶粒度降低塑性，故须采取适当粗的晶粒度。2、（、（1）列举）列举4种强化金属和合金的方法；种强化金属和合金的方法；（2）指出晶粒大小对材料的机械性能影响的特殊）指出晶粒大小对材料的机械性能影响的特殊性？如何获得细小的再结晶晶粒？性？如何获得细小的再结晶晶粒？细化再结晶晶粒：细化再结晶晶粒：(1)控制变形度：首先须避开临界变形度，临界控制变形度：首先须避开临界变形度，临界变形度之外，变形度越大晶粒越细；变形度之外，变形度越大晶粒越细；（2）控制变形温度：）控制变形温度：变形温度越低，晶粒越细小；变形温度越低，晶粒越细小；（3）细化原始晶粒尺寸；）细化原始晶粒尺寸；（4）原始组织中保留一定量合金元素或杂质原子）原始组织中保留一定量合金元素或杂质原子等等