金属及合金的回复与再结晶

多边形化：指冷变形金 属加热时，原来处于滑 移面上无序状态的位错， 通过滑移和攀移形成与 滑移面垂直分布的亚晶 界的过程。
多边形化过程
位错的攀移
• 位错的攀移是依靠原子或空位的转移实现的。当 原子从多余半原子面下端原子转移到别处，或空 位从别处转移到半原子面的下端时，位错线便向 上攀移了——正攀移；反之，当原子从别处转移 到原子面下端时，或空位从这里转移到别处时， 位错线就向下攀移了——负攀移。
部分结晶 5s 580℃
完全结晶 8s 580℃ 晶粒长大15min 580℃ 晶粒长大10min 700℃
显微组织的变化
回复阶段：显微组织无明显变化； 再结晶阶段：变形晶粒通过形核、长大，逐
渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。 晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到
相对稳定的形状和尺寸。
内应力的变化
空位扩散到 位错刃部
空位离开位 错的刃部
二、回复阶段的Fra Baidu bibliotek点：
①加热温度低。
②显微组织无明显变化： 仍保留被拉长或压扁的畸变的晶粒 。
③晶粒内部亚结构发生变化： 点缺陷大大↓ ↓ ； 位错密度↓， 异号位错合并， 同号位错规整化—“多边形化”。 └ 仍保留较高的位错密度
④ 性能变化： HB、σ略 ↓ ，δ、ψ略↑； 电阻R↓↓；耐腐蚀性能提高。 原因：晶格畸变↓ 。
二、再结晶阶段的特点：
①加热温度较高：T>T再。 ②显微组织显著变化 ：
转变为等轴、无畸变的新晶粒。 ③亚结构：位错密度大大降低。 ④性能显著变化：
HB和σ↓↓；δ和ψ↑↑。 ⑤内应力完全消除。
三、再结晶晶核的形成和长大
再结晶的形核是个复杂的过程。最初人们尝试 用经典的形核理论来处理再结晶过程，但计算 出来的临界晶核半径过大（与试验结果不符）。
大量实验表明，再结晶晶核总是在塑性变形引 起的最大畸变处形成，并且回复阶段发生的多 边形化是再结晶形核的必要准备。
1、亚晶粒长大形核机制
亚晶粒长大形核机制一般在大的变形度下发生。
回复阶段，塑性变形所形成的胞状组织经多边形 化发展成为亚晶粒，其中有些亚晶粒会逐渐长大， 发展成为再结晶的晶核。 亚晶粒长大成为再结晶晶核的方式可能有亚晶合 并形核和亚晶界移动形核两种机制。
亚晶合并形核机制
相邻亚晶界上的位错，通过滑移和攀移转移到周围晶 界或亚晶界上，导致原来亚晶界的消失，最后通过原 子扩散和位置的调整，使两个或多个亚晶粒的取向变 为一致，合并成一个大的亚晶粒，成为再结晶的晶核。
亚晶界移动形核机制
晶粒中某些局部位错密度很高的亚晶界向周边移动， 吞并相邻的变形基体和亚晶粒而成长为再结晶晶核。
再结晶与同素异构转变的区别
• 同素异构转变：由一种晶格类型转变为另一种 晶格类型的过程——有晶格类型转变。 钢由室温加热到1000℃热轧： 发生铁素体 → 奥氏体； 轧后冷却到室温： 发生奥氏体 → 铁素体 。
• 再结晶：无晶格类型转变。 冷变形后在再结晶退火过程中： 畸变铁素体→无畸变铁素体； 又如钢在1000℃热轧的过程中： 畸变奥氏体→ 无畸变奥氏体。
第七章 金属及合金的回复与再结晶
7.1 形变金属与合金在退火在过程中的变化 7.2 回复 7.3 再结晶 7.4 晶粒长大 7.5 金属的热加工
7.1 形变金属与合金在退火过程中的变化
形变储存能
弹性应变能(3~12%) 晶格畸变能(80~90%)
形变储能使金属内能升高，处于热力学亚稳定状态，有 自发恢复到稳定状态的倾向。在常温下，原子扩散能力 小，不稳定状态可长时间维持。加热时，原子活动能力 升高，形变金属从亚稳态向稳态转变，形变储存能降低 是形变金属退火过程中组织变化的驱动力。
⑤ 内应力↓↓
总体上： 力学性能变化不大，加工硬化基本保留； 但物理、化学性能变化较大。
三、回复的应用 └ 去应力退火
• 工业上，常利用回复现象将冷加工的金属件低温加 热，以降低内应力，基本保留加工硬化效果，这种 热处理方法称为去应力退火。
回复温度： T回复 =（0.25 ~ 0.3 ）T0 T0—金属的熔点，单位为绝对温度( K )。
2、晶界凸出形核机制
当金属的变形度较小时，金属变形是不均匀的，有的晶粒 变形度大，位错密度也大；有的晶粒变形度小，位错密度 也小。若晶界两边一个晶粒的位错密度高，另一个晶粒的 位错密度低，加热时晶界会突然向密度高的一侧移动（弓 出），晶界扫过的区域位错密度下降，成为无畸变晶粒， 这个晶粒就是再结晶晶核。
退火
将材料加热到某一温度，保温一定时 间，然后缓慢冷至室温，通过组织结 构的变化使材料热力学稳定性得以提 高的热处理工艺。
加热可使原子扩散能力增加，金属将依 次发生回复、再结晶和晶粒长大。
1、回复 2、再结晶 3、晶粒长大
冷变形黄铜的回复、再结晶和晶粒长大
黄铜冷变形 33%
形核 3s 580℃
一、回复的定义及机制 定义：冷变形后的金属在加热温度不高时， 显微组织未发生明显改变，但其物理、力学 性能部分恢复的过程。
回复机制
• 加热温度很低时，主要涉及到空位的运动， 运动结果使空位密度大的减少。
• 加热温度稍高时，主要涉及到位错的运动。 同一滑移面上的异号位错相互吸引而抵消。
• 加热温度更高时，位错不仅可以滑移，还可 以攀移，发生多边形化。
• 回复阶段：大部分或全部消除第一类内 应力，部分消除第二、三类内应力；
• 再结晶阶段： 内应力完全消除。
力学性能的变化
•回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有 提高。 •再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明 显提高。 •晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，晶粒 粗化后塑性会下降。
7.2 回 复
目的：保持高的强度、硬度; 消除内应力，防止变形、开裂; 恢复物理、化学性能。
7.3 再结晶
一、定义 冷变形后的金属加热到低于Ac1的较高温度或保温 足够长时间，通过新晶核的形成与长大，由畸变晶 粒变为相同晶格类型等轴新晶粒的过程。
铁素体变形80% 650℃加热 670℃加热
• 再结晶后组织发生了 明显的变化，产生了 无畸变的新晶粒—— 组织复原 ；性能也发 生了明显的变化，恢 复到冷变形前的水平。 金属的强度和硬度明 显降低，塑性和韧性 大大提高，即加工硬 化现象被消除。