《塑性变形》ppt课件

用金相法或硬第一颗新晶粒时的温度
以硬度下降50％所对应的温度再结晶温度
工业消费中那么通常以经过大变形量(70％以上)冷 变形金属，经1h退火能完成再结晶(＞95％)所对
〔1〕变形程度的影响
变形程度添加 储存能增多 再结晶驱动力增大 再结
晶温度降低，再结晶速度加 快，形核率添加，
界面，妨碍〔亚〕晶界迁移，形核与长大速率下降，妨 碍再结晶的进展。
〔4〕微量溶质原子
溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，对位错的 滑移和晶界的迁移起着妨碍作用，不利于再结晶 的形核和长大，妨碍再结晶过程，故微量溶质原 子提高再结晶温度。
〔5〕再结晶退火工艺参数
加热速度过于缓慢时，变形金属在加热过程中有足 够的时间进展回复，使点阵畸变度降低，储能减小， 使再结晶驱动力减小，再结晶温度上升。
原始晶粒尺寸 杂质含量
回复动力学特点
(1)初期的回复速率很
大，随后即逐渐变慢，
直到趋近于零，温度
升高，起始回复速率
加快；
(2)每一温度的回复程
度有一极限值，退
火温度愈高，极限值
也愈高，到达此极限
值所需时间缩短；
(3)预变形量愈大，起
始的回复速率愈快；
(4)晶粒尺寸减小有利
于回复过程的加快。
(5)无孕育期
5
回复特征可用一级反响方程来表达：
造、性能变化
取代变形组织过程
再结晶后晶粒 长大
8.2.1.2 性能的变化
(1)强度与硬度：回复时变形金 属位错密度很高，再结晶后位错 密度显著降低。 (2)电阻：点缺陷所引起的点阵 畸变会使传导电子产生散射，提 高电阻率。退火使缺陷密度降低， 那么电阻率下降。 (3)内应力：回复阶段消除大部 或全部的宏观内应力，而微观内 应力那么只需经过再结晶方可消 除。 (4)亚晶粒尺寸：亚晶粒尺寸在 回复前期变化不大，接近再结晶 时显著增大。 (5)密度：密度在再结晶阶段急 剧增高，除与前期点缺陷数目减 小有关外，主要是在再结晶阶段 中位错密度显著降低所致。 (6)储能的释放：回复时释放的 储存能较小，再结晶晶粒出现的 温度对应于储能释放曲线的顶峰
运用约翰逊—梅厄方程，可以证明再结晶后晶粒尺 寸d与形核率N和长大速率G之间存在着以下关系
〔8.30)
〔1〕变形量 临界变形度
变形量不大，N/G值很 小， 故d粗大 大于临界变形度，随着变形 量添加，N迅速增大， N/G变大，d细化
27
〔2〕退火温度
温度升高，临界变形 度减小。
温度升高，再结晶晶 粒粗化。
对一个恣意曲面，可定义 两个主曲率半径r1、r2， 当这个曲面挪动时，有
晶界弓出形核的能量条件
假设该曲面为一球面， 那么r1=r2=r，而
即
晶界弓出形核时再结晶中心坚持初始亚晶取向
C C
(2)亚晶形核机制
〔a〕亚晶迁移机制 变形量很大、层错能低的金属中以此机制形核
网络位错构造，位错密度较高的亚晶界，其两侧亚晶的
(8.17)
t为恒温下的加热时间； x为冷变形导致的性能增量经加热后的残留分数； c为与资料和温度有关的比例常数； c值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点，可由著名 的阿累尼乌斯(Arrhenius)方程来描画：
(8.18)
式中，Q为激活能；R为气体常数；T为绝对温度；C0为比例常数。 将(5.18)式代入(5.17)一级反响方程中并积分，得
x0表示开场时性能增量的残留分数 在不同温度下，如以回复到一样程度作比较，此时上式的左 边为一常数，两边取对数，可得
(8.19)
式中，A为常数。作lnt-1／T图，如为直线，那么由直线 斜率可求得回复过程的激活能。
实验阐明，冷变形铁有不同的激活能值 短时间回复时激活能与空位迁移能相近
回复机制不是单一的
加热速度极快时，因在各温度下停留时间过短而来 不及形核与长大，致使再结晶温度升高。
当变形程度和退火保温时间一定时，退火温度愈高， 再结晶速度愈快，产生一定体积分数的再结晶所需求 的时间也愈短，再结晶后的晶粒愈粗大。
在一定范围内延伸保温时间会降低再结晶温度。
8.2.3.4 再结晶后晶粒大小及其影响要素
高温回复 位错滑移、攀移构成多边化构造 多边化过程的驱动力—应变能的下降
多边化过程产生的条件—塑性变形使点阵弯曲；滑移面 上有同号刃型位错塞积；温度较高使位错攀移
刃型位错滑移攀移产生结果：
〔1〕使滑移面上不规那么的位错重新分布，刃型位错垂直陈列成 墙，显著降低位错的弹性畸变能，此温度范围内有较大的应变能 释放。
8.2.3.1 再结晶过程
形核与长大
a 形核
(1)晶界弓核出
形核机制
以多边变化形构量成小于的2亚0%晶的为金属根底形
设dV为弓出的晶界由位置I移到 位置Ⅱ时扫过的体积；
dA为其外表积； ΔG为由此而引起的单位体积 总的自在能变化； γ为晶界的外表能； Es为冷变形晶粒中单位体积 的储存能；
假定晶界扫过体积的储存能全部释放，那么晶界弓出时单 位体积的自在能变化为
8.2.2 回复
冷变形金属退火时，显微组织和力学性能无明显变化，内 应力大幅度下降，此过程为回复
8.2.2.1 回复动力学
R为屈服强度回复率 R=(σm - σr)／(σm - σ0) 其中σmσrσ0分别代表变形后(回复前)，回复后和
完全退火后(变形前)的屈服强度。 回复时剩余应变硬化分数(1-R) (1-R)愈小，即R愈大，那么表示回复程度愈大。
〔2〕原始晶粒尺寸
原始晶粒越细小．那么变形抗力越大，冷变形后储存 能量较高，再结晶温度较低。
细晶粒金属的再结晶形核率N和长大速率G均添加， 构成的新晶粒更细小，再结晶温度降低。
〔3〕第二相粒子
第二相粒子的大小、分布影响再结晶 当第二相粒子尺寸较大，间距较宽(大于1um)时，再结晶
中心能在其外表产生，促进基体金属的再结晶。 当第二相粒子尺寸很小(＜100nm)且较密集时，粒子钉扎
长时间回复时激活能与自分散激活能相近
12/11
8.2.2.2 回复机制
低温回复 点缺陷迁移、点缺陷密度降低；
点缺陷迁移至外表或晶界 空位与间隙原子结合 点缺陷与位错交互作用，使位错攀移 空位聚集成空位片并崩塌成位错环 中温回复 位错滑移运动和重新分布，亚构造变化； 同一滑移面上异号位错相互吸引而抵消 位错偶极子的两根位错线相消
8.2 回复与再结晶
12/11
塑性变形 组织、应力、能量形状、性能
晶粒组织 位错亚构造 缺陷密度 剩余应力 畸变能升高，使资料处于热力学不稳定的高自在 能形状。
经塑性变形的资料具有自发恢复到变形前低自在 能形状的趋势。
8.2.1 冷变形金属在加热时的组织与性能变化 8.2.1.1 显微组织的变化
组织无变化，亚构 无畸变等轴新晶粒
〔2〕构成沿垂直于滑移面方向陈列并具有一定取向差的位错墙(小
角度亚晶界)，以及由此所产生的亚晶，即多边化构造。
9
8.2.3 再结晶
冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变 形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，性能发 生明显的变化并恢复到变形前的程度，这个过 程称之为再结晶。 再结晶是显微组织重构的过程，非相变过程。 再结晶的驱动力是变形金属经回复后未被释放 的储存能(相当于变形总储能的90％)。
(3)温度升高，孕育期缩短。
再结晶动力学决议于形核率N和长大速率G
假定均匀形核、晶核为球形，N和G不随时间而改动的情 况下，在恒温下经过t时间后，已再结晶的体积分数用约 翰逊-梅厄方程表示为：
(8.25)
恒温再结晶时的形核率随时间的添加呈指数关系衰减的， 故通常采用阿弗拉密方程进展描画，即
或
(8.26)
位向差较大，在加热过程中容易发生界面迁移〔经过位
错滑移、迁移〕并逐渐变为大角晶界，可作为再结晶中
心长大，再结晶中心坚持初始亚晶取向。
14
(2)亚晶形核机制
〔b〕亚晶合并机制 变形量大、层错能高的金属中，多以此机制形核。
胞状亚构造，相邻亚晶界上的位错网络拆散，位错攀移与滑移， 位错逐渐转移到周围其他亚晶界，导致相邻亚晶边境的消逝和 亚晶的合并。合并后的亚晶取向改动，尺寸增大，亚晶界上位 错密度添加，相邻亚晶的位向差增大，逐渐转化为大角度晶界。
b 长大
再结晶晶核长大方式：界面迁移 界面迁移推进力：无畸变的新晶粒与周围畸变的母体(即
旧晶拉)之间的应变能差 界面迁移方向：背叛其曲率中心，向畸变区推进 二维晶粒的稳定外形：正六边形
8.2.3.2 再结晶动力学
动力学曲线特点
(1)有孕育期； (2)再结晶开场时的速度很慢，随之 逐渐加快，至再再结结晶晶体速积率分数约50％ 时速度到达最大，之后又逐渐变慢；
(8.27)
A’为常数；Q为再结晶的激活能；R为气体常数，T为绝对温度。 对上式两边取对数得
(8.28)
做ln(1/t)-1/T图，其直线的斜率为K=-Q/R，求出 再结晶激活能Q
同样程度再结晶时由
(8.27)
式，有
(8.29)
8.2.3.3 再结晶温度及其影响要素
冷变形金属开场进展再结晶的最低温度称为再结 晶温度