回复与再结晶

本章重点：
（1）回复与再结晶的概念和应用； （2）临界变形度的概念； （3）再结晶晶粒度的控制； （4）热加工与冷加工的区别；
§6-1 形变金属与合金在加热过程中的变化
1 金属加热中组织转变的原因 ——驱动力问题 退火T> Ac1 时，驱动力为相变中两相的 体积自由能之差； 退火T< Ac1时，对形变金属而言驱动力 为形变储存能(其中晶格畸变能占80~90%) ┗ 不稳定组织
回复 再结晶 晶粒长大
组织 变化
变形金属加热时性能性能变化
§6-2 回复
一 回复的定义及特点
1 定义：
冷变形后的金属在加热温度不高时，其光 学组织未发生明显改变，但点缺陷以及某些亚 结构发生变化，使物理、化学性能大致恢复到 变形前，这一过程称为~。
2 回复特点
① 加热T低：T回 = (0.25~0.3)T熔； ② 显微组织无明显变化
再结晶温度的定义
——生产上通常规定，经过大变形量 (>70%)后的金属在保温时间1h内完成再结
晶(转变量>95％)的温度为(最低)再结晶温
度。
二 晶粒长大
随T↑，t↑，晶粒长大
1 驱动力——界面能
① 界面多少：细晶→粗晶；
② 界面形态：界面能 ∝ 界面曲率
┗ 直晶界最稳定
2 长大方式
① “大吃小”； ② 晶界拉直: 120°，近六边形
高纯Fe-Si 箔材于1200℃真空退火时 所产生的 二次再结晶现象
衡量依据——形核中无晶格类型发生
2 再结晶特点(与回复比较)
① 加热温度较高：T>T再 T再≈0.4T熔；实际: Biblioteka Baidu100~200℃ ② 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 ③ 亚结构：位错密度极大降低； ④ 性能显著变化： HB、σ↓↓；δ、ψ↑↑ ⑤ 内应力完全消除。
二 回复的应用
1 典型应用——冷加工件的去应力退火 2 目的：保持强硬度水平; 消除内应力，防止变形、开裂; 恢复物理、化学性能。 冷成形、焊接、铸造钢件：250~650℃ 例如： 一战中黄铜子弹的季裂现象
§6-3 再结晶及晶粒长大
一 再结晶定义及特点 1 再结晶定义：变形金属在一定温度下，通 过新晶核的形成与长大，由畸变晶粒转变 为相同晶格类型等轴晶粒的过程。
② 纯度
—— 纯度↓，杂质% ↑ ，T再↑ 如：高纯铝(99.999%)： T再＝80 ℃ ； 而工业纯铝(99.9%)： T再＝ 290℃ 原因：杂质原子阻碍基体原子扩散以及晶界 迁移 又如： 纯铁： T再＝ 450℃； 而碳钢： T再＝ 500～650℃
③ 变形程度
最低再结晶 温度
——变形程度↑，T再↓ 原因： 储存能↑，驱动力↑ 当ε<40%, 影响显著； 当 ε>60%, 趋于稳定； 当ε↓↓，T再↑↑→ 无再结晶过程
120° 120°
120°
晶粒长大示意图
三 影响再结晶晶粒度的因素
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 （1）再结晶加热温度 T↑，d ↑ 原因：原子扩散能力强、 晶界易迁移， 长大速度块
（2）预先变形量
ε= 10~90%：ε↑, d↓ ε= 2~10%：异常长大 ε> 90%：异常长大 原因： 驱动力因素 ——变形量大，畸变能高 形核因素 ——变形量大，形核率高 形变织构因素
铁碳相图
L+δ
1538℃ 1495℃ 0.53 J 2.11 E
δ T
912℃ G
L
L+γ
4.3 C
L +Fe3C
D
γ α+γ
P 0.0218 0.77 S
1148℃ F
γ +Fe3C
A1
727℃
K
α
α+Fe3C
Fe C% Fe3C
6.69
0.0008 Q
二 形变金属在退火过程中的变化
根据组织变化不同，分为三个阶段：
比较再结晶与重结晶的差别
重结晶：由一种晶格类型转变为另一种 晶格类型的过程。 如： 钢在1000℃热轧，及轧后冷却到室 温过程中发生两次相变过程： 铁素体 → 奥氏体 奥氏体 → 铁素体 均为重结晶 衡量依据——形核中有相变发生
再结晶与重结晶的差别
再结晶：无晶格类型转变 （1）冷变形后再结晶退火中： 畸变铁素体→ 无畸变铁素体 （2）钢在1000℃热轧过程中： 畸变奥氏体→ 无畸变奥氏体 ——均为再结晶过程
——仍保留拉长、畸变的晶粒
③ 晶粒内部点缺陷、亚结构发生变化： Ⅰ 点缺陷大大下降 ——畸变原子回到正常晶格位置。
Ⅱ 发生多边形化过程，形成回复亚晶。
——通过异号位错的合并使位错密度有所降低，同 号位错通过“多边形化”的规整化过程，形成回复 亚晶，但仍保留较高密度位错。
——“多边形化” （概念见P203）是回复阶 段的重要过程 └ 保留了较高位错密度
回复亚晶的形成 ——“多边形化” 过程
冷加工态， 缠结位错
回复0.1h， 位错伸直
回复50h， 位错网络
回复300h， 大的位错网 格
④ 性能变化
HB、σ略 ↓ ，δ、ψ略↑； 电学、磁学等物理性能以及化学性能恢复 到冷加工前，电阻↓↓；耐腐蚀性提高。 原因：晶格畸变↓ ⑤ 内应力↓ ↓ 原因：点缺陷的极大降低 总体： 回复阶段力性变化不大，加工硬化基本保 持；物理、化学性能显著恢复。
关键——形变均匀度
（3）合金元素、杂质及第二相质点等的影响
——均阻碍晶界运动→细化再结晶晶粒； ——第二相愈弥散、细小、量愈多 →细化效果愈明显 注意： 第二相或杂质元素分布须均匀，否则可能引 起二次再结晶——晶粒异常长大。
其它影响因素：原始晶粒尺寸、变形温度等
二次再结晶
——形变量很大时(>90~95%)或在较高 温度下某些晶粒的异常长大过程。 ——实质并非再结晶过程，而为再结晶 后的晶粒长大：“大吃小” ε= 2~10%：再结晶晶粒少、细小、被吃 ε> 90%：含织构且较多的杂质时，某些 晶粒的长大被抑制。
3 再结晶形核机制
（1）亚晶合并，相邻 亚晶界中位错通过攀 移和滑移消失 (2)亚晶界移动 (3) 晶界突出形核 变形度较小，<40%时
4 影响T再的因素
T再：指开始出现再结晶现象时的最低温度
① 与金属熔点有关： T熔↑， T再↑
如： Fe: 1538 ℃ → 450℃; W: 3300℃ →1100~1200℃ 原因：原子间结合力强，难扩散 Pb(Sn): 300℃(200℃) → 0℃;