第七章回复与再结晶
重点与难点
内容提要：
晶体在外力的作用下发生形变.当外力较小时形变是弹性的,即卸载后形变也随之消失.这
种可恢复的变形就称为弹性变形.但是,当外加应力超过一定值(即屈服极限)时,卸载后变形就不能完全消失,而会留下一定的残余变形或永久变形.这种不可恢复的变形就称为塑性变形.
晶体的弹性和材料的微观组织(或结构)关系不大,而晶体的塑性(和强度)则对微观组织(结构)十分敏感.
本章的重点时讨论单晶体的塑性变形方式和规律,并在此基础上讨论多晶体和合金的塑性
变形特点及位错机制,以便认识材料强韧化的本质和方法,合理使用,研制开发新材料.
从微观上看,单晶体塑性变形的基本方法有两种:滑移和孪生.滑移和孪生都是剪应变,即在剪应力作用下晶体的一部分相对与另一部分沿着特定的晶面和晶向发生滑移.在滑移时,改特定晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向,一个滑移面和位于该面上的一个滑移方向便组成一个滑移系统.类似的,在孪生时,该特定晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向,一个孪生面和位于该面上的一个孪生方向组成一个孪生系统.
多晶体及合金的塑性变形,其基本方式也是滑移和孪生.不过,也各有其特点,如多晶体变形时,就会受晶粒取向及晶界的影响;而合金变形时还会受到第二相的影响.
陶瓷晶体的塑性变形与金属不同.除了与结合键(共价键、离子键)的本性有关外,还与陶瓷晶体中的滑移多少、位错的柏氏矢量大有关.所以,仅有那些以离子键为主的单晶体陶瓷可以进行较多的塑性变形.
许多高聚物在一定的条件下都能屈服,有些高聚物在屈服之后产生很大的塑性变形,但这与金属材料的屈服现象有着本质上的差别.高聚物的变形受温度的影响很大:在Tg以下,材料是钢硬的,只有弹性变形;在Tg附近,呈粘弹性或皮革状;在Tg以上呈橡胶态;接近Tm时呈粘性流动。基本要求：
(1)熟悉滑移、孪生变形的主要特点;滑移系统及schmid定律(T=σm=Tk)
(2)能用位错理论解释晶体的滑移过程,滑移带和滑移线的形成,滑移系的特点;
(3)理解加工硬化、细晶强化、弥散强化、固溶强化等产生的原因和它的实际意义;
(4)了解聚合物及陶瓷塑性变形的特点;
(5)熟悉材料塑性变形后内部组织及性能的变化,这些变化的实际意义;
(6)了解屈服现象与应变实效,它对生产有什么危害及如何消除?
(7)熟悉下列概念及术语:滑移、滑移线、滑移带、滑移系、滑移面、滑移方向、临界分切应力、多滑移;孪生、孪晶、孪晶面、孪生方向;取向因子、屈服现象、吕德斯带、应变时效、柯氏气团;固溶强化、有序强化、细晶强化、弥散强化、第二相强化;纤维组织、胞状亚结构、位错网络、加工硬化、择优取向、变形织构、内应力.
回复、再结晶与晶粒长大是冷变形金属加热过程中经历的基本过程。
7．1形变金属及合金在退火过程中的变化
7．1．1显微组织的变化
将冷塑性变形的金属材料加热到0.5T熔温度附近，进行保温，随时间的延长。第一阶段显微组织无变化，晶粒仍是冷变形后的纤维状，称为回复阶段。第二阶段完全变成新的等轴晶粒，称为再结晶阶段。第三阶段称为晶粒长大阶段。
7．1．2储存能释放与性能变化
冷塑变时，外力所作的功尚有一小部分储存在形变金属内部，这部分能量叫储存能。图7—2是三种不同类型的储存能释放谱。曲线A为纯金后、B与c为合金储存能释放谱。每条曲线都有一峰值，高峰开始出现对应再结晶开始，在此之前为回复。回复期A型纯金属储存能释放少，C 型储存能释放最多。储存能的释放使金属的对结构敏感的性质发生不同程度的变化。
7．2回复
7．2．1回复机理
低温回复主要涉及点缺陷的运动。空位或间隙原子移动到晶界或位错处消失，空位与间隙原子的相遇复合，空位集结形成空位对或空位片，使点缺陷密度大大下降。
中温回复时．随温度升高．原子活动能力增强，位错可以在滑移面上猾移或交滑移，使异号位错相通相消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使亚晶规整化。
高温回复，原子活动能力进一步增强，位错除滑移外，还可攀移。主要机制是多边化。
冷变形使平行的同号位错在滑移面上塞积，致使晶格弯曲，所增殖的位错杂乱分布
高温回复过程中，这些刃位错便通过攀移和滑移，由原来能量较高的水平塞积。
7．2．2回复动力学
图7—5为经拉伸变形的纯铁在不同温度下加热时，屈服强度的回复动力学曲线。（L—R)为剩余加工硬化分数，t为退火时间。
7．3再结晶
冷变形后的金属加热到一定温度之后，在变形基体中，重新生成无畸变的新晶粒的过程叫再结晶。再结晶包括生核与长大两个基本过程，
7．3．1再结晶的形核
1．小变形量的弓出形核机制
2．亚晶合并机制
3．亚晶蚕食机制
7．3．2再结晶动力学
对恒温再结晶动力学人们作过大量研究。图7—10为纯铜经98％冷轧，在不同温度下等温再结晶．已经再结晶的体积分数xv与等温时间t的关系曲线。具有典型的形核，长大过程的动力学特征。等温温度越高，孕育期越短，再结晶速度越快。等温的每个温度下，再结晶速度开始很小，随xv的增加而逐渐增大，并在大约50％处达到最大，然后又逐渐减小。
7．3．3影响再结晶的因素
影响再结晶的因素主要有以下几个方面：
1．温度
热温度越高，再结晶转变速度V再越快，完成再结晶所需的时间也越短。
2．变形程度
金属的变形度越大储存能也越多，再结晶驱动力也越大，因此再结晶速度也越低。工业
3．微量溶质原子
不利于再结晶的形核与长大，阻碍再结晶，使再结晶温度升高。
4．原始晶粒尺寸
晶粒越细，变形抗力越大，冷变形后储存能越多，再结晶温度越低。
5．分散相粒子
分散相粒子直径较大，粒子间距较大的情况下，再结晶被促进：而小的粒子尺寸和小的粒子间距，再结晶被阻碍。
7．3．4再结晶后晶粒大小
1．变形度的影响
变形量很小时，储存能少，不足以发生再结晶，故退火后晶粒尺寸不变：能发生再结晶的最小变形度通常在2％—8％范围内，此时驱动力小，形核率低，最终能长大的晶粒个数少，再
结晶退火后晶粒特别粗大，称为“临界变形度”；超过临界变形度随变形度增加，储存能增加．从而使再结晶驱动力增加，导致生核率N与长大率G同时增加，但由于N增加速率大于G，同时增加．但由于N增加速率大于G，故再结晶后的晶粒得到细化。对于有些合金，当变形量相当大时再结晶晶粒义会更新粗化，这是晶粒异常长大造成的。
2．退火温度的影响
提高退火温度，不仅使再结晶的晶粒长大，而且使临界变形度变小，临界变形度越小，再结晶后的晶粒也越粗大。
7．4晶粒长大
冷变形金属在完成再结晶后，继续加热时，会发生晶粒长大。晶粒长大又可分为正常长大和异常长大（二次再结晶）。
7．4．1晶粒的正常长大
再结晶刚刚完成，得到细小的无畸变等轴晶粒，当升高温度或延长保温时间，晶粒仍可继续长大，若均匀地连续生长叫正常长大。
1．晶粒长大的驱动力
晶粒长大的驱动力，从整体上看，是晶粒长大前后总的界面能差。
从个别晶粒长大的微观过程来说，晶界具有不同的曲率则是造成晶界迁移的直接原因。
2．晶粒的稳定形貌
实际的二维晶粒如图7—20所示，较大的晶粒往往是六边以上。
3．影响晶粒长大的因素
(1)温度温度越高晶粒长大速度越快。一定温度下，晶粒长到极限尺寸后就不再长大，但提高温度后晶粒将继续长大。
(2)杂质与合金元素杂质及合金元素渗入基体后能阻碍晶界运动。
(3)第二相质点弥散分布的第二相粒子阻碍晶界的移动，可使晶粒长大受到抑制。
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，小角度晶界界面能低，故界面移动的驱动力
小，晶界移动速度低，界面能高的大角度晶界可动性高。
7．4．2晶粒的异常长大
异常晶粒长大又称不连续晶粒长大或二次再结晶，是—种特殊的晶粒长大现象。
发生异常长大的条件是，正常晶粒长大过程被分散相粒子，织构或表面热蚀沟等强烈阻碍，能够长大的晶粒数目较少，致使晶粒大小相差悬殊。晶粒尺寸差别越大，大晶粒吞食小晶粒的条件越有利，大晶粒的长大速度也会越来越快，最后形成晶粒大小极不均匀的组织。
二次再结晶形成非常粗大的晶粒及非常不均匀的组织，从而降低了材料的强度与塑性。因此在制定冷变形材料再结晶退火工艺时．应注意避免发生二次再结晶。
7．5金属的热变形
热变形或热加工指金属材料在再结晶温度以上的加工变形。工业生产个，高温进行的锻造，轧制等压力加工属热加工。热加工过程中，在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反的过程。
7．5．1 动态回复
动态回复主要发生在曾错能高的金属材料的热变形过程中，动态回复是其主要或唯一的软化机制。
7．5．2动态再结晶
具有动态再结晶的真应力-真应变曲线如图7-24
随变形量增加位错密度不断增高，使动态再结晶加快，软化作用逐渐增强，当软化作用开始大于加工硬化作用时．曲线开始下降。当变形造成的硬化与再结晶造成的软化达到动态平衡时，曲线进入稳定阶段。在低应变速率下，与其对应的稳定态阶段的曲线呈波浪形变化，这是由于低的应变速率或较高的变形温度下，位错密度增加速率小，动态再结晶后，必须进一步加工硬化，才能再一次进行再结晶的形核。
因此这种情况下，动态再结品与加工硬化交替进行：使曲线呈波浪式。层错能偏低的材料如铜及其合金，奥氏体钢等易出现动态再结晶。故动态再结晶是低错能金属材料热交形的主要软化机制。
7．5．3热加工后的组织及性能
金属高温塑性好，变形抗力低．可进行大量的塑变，使铸锭中的组织缺陷明显改善。如使气泡焊合提高了材料的致密度和机械性能，改善了组织。
热加工过程中，某些枝晶偏析，晶界杂质偏聚．夹杂物或第二相粒子将随变形的进行,
沿加工变形方向分布，在浸蚀的宏观磨面上，可看到沿变形方向分布的．形态呈纤维状的“流线”。
1、一块单相多晶体包含。 A．不同化学成分的几部分晶体B．相同化学成分，不同结构的几部分晶体C．相同化学成分，相同结构，不同位向的几部分晶体 2、在立方系中点阵常数通常指。 A．最近的原子间距B．晶胞棱边的长度 3、每一个面心立方晶胞中有八面体间隙m个，四面体间隙n个，其中。 A．m=4，n=8B．m=13，n=8C．m=1，n=4 4、原子排列最密的一族晶面其面间距。 A．最小B．最大 5、晶体中存在许多点缺陷，例如 A．被激发的电子B．空位C．沉淀相粒子 6、金属中通常存在着溶质原子或杂质原子，它们的存在。 A．总是使晶格常数增大B．总是使晶格常数减小C．可能使晶格常数增大，也可能使晶格常数减小 7、金属中点缺陷的存在使电阻。 A．增大B．减小C．不受影响 8、空位在过程中起重要作用。
A．形变孪晶的形成B．自扩散C．交滑移 9、金属的自扩散的激活能应等于。 A．空位的形成能与迁移激活能的总和B．空位的形成能C．空位的迁移能 10、位错线上的割阶一般通过形成 A．位错的交割B．交滑移C．孪生 一、名词解释 沉淀硬化、细晶强化、孪生、扭折、第一类残余应力、第二类残余应力、、回复、再结晶、多边形化、临界变形量、冷加工、热加工、动态回复、动态再结晶 沉淀硬化：在金属的过饱和固溶体中形成溶质原子偏聚区和由之脱出微粒弥散分布于基体中导致硬化。 细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法。 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 扭折：在滑移受阻、孪生不利的条件下，晶体所做的不均匀塑性变形和适应外力作用，是位错汇集引起协调性的形变。 按残余应力作用范围不同，可分为宏观残余应力和微观残余应力等两大类，其中宏观残余应力称为第一类残余应力（由整个物体变形不均匀引起），微观残余应力称为第二类残余应力（由晶粒变形不均匀引起）。 储存能：在塑性变形中外力所作的功除大部分转化为热之外，由于金属内部的形变不均匀及点阵畸变，尚有一小部分以畸变能的形式储存在形变金属内部，这部分能量叫做储存能。回复：经冷塑性变形的金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前（即再结晶之前）的微观结构变化过程。 再结晶：经冷变形的金属在一定温度下加热时，通过新的等轴晶粒形成并逐步取代变形晶粒的过程。 多边形化：指回复过程中油位错重新分布而形成确定的亚晶结构过程。 临界变形量：需要超过某个最小的形变量才能发生再结晶，这最少的形变量就称为临界变形量。 冷加工：在再结晶温度以下的加工过程；在没有回复和在接近的条件下进行的塑性变形加工。热加工：在再结晶温度以上的加工过程；在再结晶过程得到充分进行的条件下进行的塑性变形加工。 动态回复：热加工时由于温度很高，金属在变形的同时发生回复，同时发生加工硬化和软化两个相反的过程。这种在热变形时由于温度和外力联合作用下发生的回复过程 动态再结晶：是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。 二、问答题
第六章回复与再结晶 (一)填空题 1. 金属再结晶概念的前提是，它与重结晶的主要区别是。 2. 金属的最低再结晶温度是指，它与熔点的大致关系是。 3 钢在常温下的变形加工称，铅在常温下的变形加工称。 4．回复是，再结晶是。 5．临界变形量的定义是，通常临界变形量约在范围内。 6 金属板材深冲压时形成制耳是由于造成的。 7．根据经验公式得知，纯铁的最低再结晶温度为。 (二)判断题 1．金属的预先变形越大，其开始再结晶的温度越高。（×） 2．变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。（√）3．金属的热加工是指在室温以上的塑性变形过程。（×） 4．金属铸件不能通过再结晶退火来细化晶粒。（√） 金属铸件不能通过再结晶退火达到细化晶粒的目的，因为铸件，没有经受冷变形加工，所以当加热至再结晶退火温度时，其组织不会发生根本变化，因而达不到细化晶粒的目的。 再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料，其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。再结晶退火的温度较低，一般都在临界点以下。若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力(如冷变形储存能等)，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。 5．再结晶过程是形核和核长大过程，所以再结晶过程也是相变过程。（×）； 6 从金属学的观点看，凡是加热以后的变形为热加工，反之不加热的变形为冷加工。 （×） 7 在一定范围内增加冷变形金属的变形量，会使再结晶温度下降。( √) 8．凡是重要的结构零件一般都应进行锻造加工。（√） 9．在冷拔钢丝时，如果总变形量很大，中间需安排几次退火工序。( √) 10．从本质上讲，热加工变形不产生加工硬化现象，而冷加工变形会产生加工硬化现象。这是两者的主要区别。( ×) (三)选择题 1．变形金属在加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型( )。 A．与变形前的金属相同 B 与变形后的金属相同 C 与再结晶前的金属相同D．形成新的晶型 2．金属的再结晶温度是( ) A．一个确定的温度值B．一个温度范围 C 一个临界点D．一个最高的温度值 3．为了提高大跨距铜导线的强度，可以采取适当的( A )。 A．冷塑变形加去应力退火 B 冷塑变形加再结晶退火 C 热处理强化D．热加工强化 4 下面制造齿轮的方法中，较为理想的方法是( C )。 A．用厚钢板切出圆饼再加工成齿轮B用粗钢棒切下圆饼再加工成齿轮 C 由圆钢棒热锻成圆饼再加工成齿轮D．由钢液浇注成圆饼再加工成齿轮 5．下面说法正确的是( C )。 A．冷加工钨在1 000℃发生再结晶 B 钢的再结晶退火温度为450℃ C 冷加工铅在0℃也会发生再结晶D．冷加工铝的T再≈0.4Tm＝0.4X660℃＝264℃ 6 下列工艺操作正确的是(D ) 。 A．用冷拉强化的弹簧丝绳吊装大型零件淬火加热时入炉和出炉 B 用冷拉强化的弹簧钢丝作沙发弹簧 C 室温可以将保险丝拉成细丝而不采取中间退火 D．铅的铸锭在室温多次轧制成为薄板，中间应进行再结晶退火 7 冷加工金属回复时，位错(C )。
理论课教案 编号：NGQD-0707-09版本号：A/0页码：编制/时间：审核/时间：批准/时间： 学科金属材料及 热处理 第三章金属的塑性变形与再结晶 第三节回复与再结晶 教学类型授新课授课时数1授课班级 教学目的 和要求 1、了解加热过程中，变形金属内部组织的变化。 教学重点和难点1、重点：回复、再结晶的作用。 2、难点：再结晶温度的计算。 教具准备 复习提问再结晶温度如何计算？ 作业布置P33习题8 教学方法主要教学内容和过程附记 §3-3回复与再结晶 经冷塑性变形后的金属晶粒破碎，晶格扭曲，位错密度增高，产生内应力，其内部能量增高，因而组织处于不稳定 的状态，并存在向稳定状态转变的趋势。在低温下，这种转 变一般不易实现。而在加热时，由于原子的动能增大，活动 能力增强，冷塑性变形后的金属组织会发生一系列的变化， 最后趋于较稳定的状态。随着加热温度的升高，变形金属的 内部相继发生回复、再结晶、晶粒长大三个阶段的变化
理论课教案附页 编制/时间： 教学方法主要教学内容和过程附记 一、回复 回复：当加热温度不太高时，原子活动能力有所增加，原子已能作短距离的运动，此时，晶格畸变程度大为减轻， 从而使内应力有所降低，这个阶段称为回复。 1、回复是冷塑性变形金属在较低温度下加热的阶段。 在这个温度范围内，随温度的升高，变形金属中的原子活动 能力有所增大。 2、通过回复，变形金属的晶格畸变程度减轻，内应力 大部分消除，但金属的显微组织无明显变化，因此力学性能 变化不大。 3、在生产实际中，常利用回复现象将冷变形金属在低 温加热，进行消除内应力的处理，适当提高塑性、韧性、弹 性，以稳定其组织和尺寸，并保留加工硬化时留下的高硬度 的性能。 二、再结晶 再结晶：当冷塑性变形金属加热到较高温度时，由畸变晶粒通过形核及晶核长大而形成新的无畸变的等轴晶粒的 过程。 1、再结晶过程是发生在较高温度（再结晶温度以上）， 其过程以形核和核长大的方式进行。（见教材P30） 2、再结晶后，冷变形金属的组织和性能恢复到变形前 的状态（教材P31） 3、再结晶过程是新晶粒重新形成的过程，而晶格类型 并没有发生改变，所以它不是相变过程。（教材P31）
习题5：回复和再结晶 1. 已知锌单晶的回复激活能为2×104J/mol ，若0℃温度去除25%的加工硬化需 要5分钟，试求-20℃温度回复到同样程度所需要的时间。 2. 已知单相黄铜400℃恒温下完成再结晶需要1小时，而350℃恒温时则需要3 小时，试求该合金的再结晶激活能。 3. 若某金属的比界面能为0.5J/mol ，若球形晶粒直径为0.2mm 时，试求其晶粒 长大的驱动力。 4. 预先经球化退火的1.2％C 钢加热到780℃时，若已知未溶Fe 3C Ⅱ粒子直径为 2μm ，试计算此时奥氏体晶粒尺寸（已知Fe 3C 密度为7.6g/cm 3，Fe 的密度为 7.8g/cm 3）。 5. 已知黄铜的晶界迁移激活能为73.6J/mol ，当加热至700℃时，试求曲率半径 为0.1mm 的晶界的迁移速度。 6. 试比较去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同？从显微组织上如 何区分动、静态回复和动、静态再结晶。 7. 假定以再结晶完成95％作为再结晶完成的标准，则根据约翰逊—梅尔(Johnson —Mehl)方程：3441exp()3 V X NG t =-- 其中X V 表示再结晶体积分数，t 表示再结晶时间，导出再结晶后晶粒直径d 与N ，G 的关系为： 1/4G d k N ??= ???
习题5答案： 1. 解：冷塑性变形金属发生回复时，若回复量（去除25％的加工硬化）一定， 回复所需时间t 与回复温度T 间的关系为：ln Q t A RT =+ 设-20℃温度回复到同样程度所需要的时间为t 2，则 212111exp t Q t R T T ????=-?? ????? 已知t 1=5min, T 1=273K ，T 2＝253K ，Q ＝2×104J/mol ，所以 421211121011exp 5exp 10min 8.314253273Q t t R T T ?????????==-=?-=?? ? ??????????? 2. 解：再结晶进行的速率为 e x p ( )Q V A Q RT =-再结晶， (为再结晶激活能) 设t 为完成再结晶所需要的时间，则 1212 21122121exp()exp()11ln ln()8.314ln(3/1)76594J/mol 1111623673Q Q A t A t RT RT t Q t R T T R t t Q T T -=-??∴=-- ??? ?∴===????-- ? ????? 3. 解：设球形晶粒长大的驱动力为ΔP ，已知σ＝0.5J/mol ，r ＝0.1mm ＝1×10-4m ， 则 44220.5110P a 110 P r σ-??===?? 4．解：根据杠杆定律可得，1.2％C 钢加热到780℃时，Fe 3C Ⅱ的质量百分数为 3 1.2%0.94%F e C %100% 4.52%6.69%0.94% -=?=-Ⅱ 设Fe 3C Ⅱ粒子的体积分数为f ，则 4.52% 7.6100% 4.63%4.52%1 4.52%7.67.8 f =?=-+ 设奥氏体晶粒的平均直径为D ，则 44130μm 33 4.63% r D f ?===?
主要考点 考点1：回复 考点2：再结晶 考点3：再结晶晶粒大小的影响因素 考点4：再结晶温度 考点5：组织和性能变化 考点6：动态回复与动态再结晶 考点7：综合 考点1：回复 例1（名词解释）：回复。 例2：形变后的材料在低温回复阶段时其内部组织发生显著变化的是（）。 A．点缺陷的明显下降B．形成亚晶带C．位错重新运动和分布 例3：冷加工金属加热时发生回复过程中位错组态有哪些变化？ 例4：经冷变形后的金属在回复过程中，位错会发生（）。 A．增殖B．大量消失C．部分重排D．无变化 考点2：再结晶 例1（名词解释）：再结晶。 例2（名词解释）：再结晶退火。 例3：给出金属发生再结晶的基本条件（驱动力）。 例4：再结晶形核地点有什么特点或特征？哪些地点可能是优先的形核地点？ 考点3：再结晶晶粒大小的影响因素 例1：固态下，无相变的金属，如果不重熔，能否细化晶粒？如何实现？ 例2：为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5%后于650℃退火1h，组织反而粗化，增大冷变形量至80%，再于650℃退火1h，仍然得到粗大晶粒。试分析其原因，指出上述工艺的不合理处，并制定一种合理的晶粒细化工艺。 例3：若欲通过形变和再结晶方法获得细晶粒组织，应该避免（）。 A．在临界形变量进行塑性变形加工B．大变形量 C．较长的退火时间D．较高的退火温度 例4 晶粒尺寸和形核率N、线长大速度v g之间的关系是（）。 A．N越大，晶粒尺寸越大B．N/v g越大，晶粒尺寸越大 C．v g/N越大，晶粒尺寸越大D．v g越小，晶粒尺寸越大 例5：影响再结晶晶粒大小的因素有哪些？在生产实际中如何控制再结晶晶粒的大小？ 例6：再结晶后晶粒的大小主要取决于________和________。 考点4：再结晶温度 例1（名词解释）：再结晶温度。 例2：下面关于对再结晶温度影响的说法中，错误的为（）。 A．冷形变程度越小则再结晶温度越高 B．在同样的冷变形程度下，原始晶粒尺寸越小则再结晶温度越低 C．第二相粒子分布越弥散则再结晶温度越低 例3：在室温下对铁板（其熔点为1538℃）和锡板（其溶点为232℃）分别进行来回弯折，随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么？ 考点5：组织和性能变化
动态再结晶及其机制
引言 工程上常将再结晶温度以上的加工成为“热加工”，而把再结晶温度以下而又不加热的加工称为“冷加工”。至于“温加工”则介于二者之间，其变形温度低于再结晶温度，却高于室温。高温进行的锻造，轧制等压力加工属热加工。热加工过程中，在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反的过程。 在金属冷形变后的加热过程中发生的，称为静态回复和静态再结晶。若提高金属变形的温度,使金属在较高的温度下形变时，金属在热变形的同时也发生回复和再结晶，这种与金属热变形同时发生的回复和再结晶称为动态回复和动态再结晶。 一、动态再结晶定义 在热加工过程中，塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的再结晶的现象。 这是在通常的热加工时发生的过程。在发生回复和再结晶时，由形变造成的加工硬化与由动态回复，动态再结晶造成的软化同时发生。 二、动态再结晶的应力应变曲线 值得注意的是：温度为常数时，随应变速率增加，动态再结晶应力应变曲线向上向右移动， 对应的应变增大：而应变速率一定时，温度升高，曲线会向下向左移动，最大应力对应的应变减小. 三、动态再结晶的机制 3.1概述 在低应变速率下，动态再结晶通过原晶界的弓出机制形核。与其对应的稳定态阶段的曲线呈波浪形变化，这是由于位错增殖速度小，在发生动态再结晶软化后，继续进行再结晶的驱动力减小，再结晶软化作用减弱，以致不能与新的加工硬化平衡，从而重新发生硬化，曲线重新上升。等到位错再度积累到一定程度，使再结晶又占上风时，曲线又重新下降。这种反复变化的过程将不断进行下去，变化周期大致不变，但振幅逐渐衰减。因此这种情况下，动态再结品与加工硬化交替进行：使曲线呈波浪式。层错能偏低的材料如铜及其合金，奥氏体钢等易出现动态再结晶。故动态再结晶是低的层错能金属材料热交形的主要软化机制。 第一阶段—加工硬化阶段：应力随应 变上升很快，金属出现加工硬化（0<ε< εc ）。 第二阶段—动态再结晶开始阶段：应 变达到临界值εc ，动态再结晶开始，其软 化作用随应变增加而上升的幅度逐渐降 低，当σ>σmax 时，动态再结晶的软化作 用超过加工硬化，应力随应变增加而下降 （ε c ≤ε<εs ）。 第三阶段—稳定流变阶段：随真应变 的增加，加工硬化和动态再结晶引起的软 化趋于平衡，流变应力趋于恒定。但当ε 以低速率进行时，曲线出现波动，其原因 主要是位错密度变化慢引起。（ε≥εs ）
动态回复 ?金属材料在进行热加工时几乎与塑性变形同时发生的回复过程。是热加工过程中金属材料保持软化状态的主要原因,对不发生动态再结晶的金属材料则是唯一原因。动态回复过程与一般回复大致相同(参见“回复”),其显著特征是晶粒沿变形方向呈纤维状, 在晶粒内形成等轴亚晶粒,其强度比再结晶组织高得多。 - 来源：金属材料简明辞典 ?在热加工和蠕变过程中发生的回复。对于层错能高的材料如Al,铁素体 钢,Zn,Mg,Sn等,在热变形过程中,形变硬化和动态软化同时发生,表现为恒定应力下的塑性变形。刃型位错的滑移及攀移、螺型位错的交滑移、扩展位错的束集及交滑移等一方面引起位错抵消,从而造成软化,另一方面由于多边形化形成的等轴亚晶处于动态平衡中。加工得到的组织为变形伸长的晶粒,呈纤维状。动态回复的亚组织比较稳定,热形变终止后迅速冷却, 亚组织可以保留下来。 - 来源：现代材料科学与工程辞典 ?dynamic recovery - 来源：英汉汉英灾害科学词典 ?金属在热塑性变形过程中通过热激活,空位扩散、位错运动(滑移、攀移)相消和位错重排的过程。金属在动态回复过程中往往形成胞状组织,其大小和胞壁的清晰程度与金属 金属高温下的应力一应变曲线硬化率减少的区域为发生动态回复过程的区间,在这一区域,热激活和应力的作用促使发生交滑移,并且由于温度高,动态回复所需的激活能可促使点阵的扩散,胞壁虽仍存在但很薄。 铝和α铁热变形时经过动态回复过程后,因发生交滑移与攀移而形成了形态良好的亚结构。将高温变形后的材料迅速冷却以抑止静态回复与静态再结晶,然后在室温下进行观察,在组织上若能看到亚结构,则证明确实发生了动态回复。具有这种组织的材料,其强度与韧性均比一般再结晶材料的高。 - 来源：中国冶金百科全书 金属塑性加工 ?所谓动态回复是指在形变状态下发生的回复,而不是发生在形变停止之后,在蠕变过程与超塑变形过程中均能发生动态回复.由此可见动态回复一般在较高的温度下材料处于形变状态下所发生的过程. 高温形变的流变曲线一般可分成三个阶段,第一阶段的形变为微应变区,在此区间,塑性形变的速度由零增加到试验速度,应力应变曲线的斜率较大,如图所示,当应力应变曲线的斜率降低一个数量级时,微应变阶段结束,形变进入第二阶段,加工硬化率逐渐降低,最后达到第三阶段,称为平稳阶段,加工硬化的实际速度为零. 在微应变阶段,位错密度由退火状态的1010～1011m-2,增至1011～1012 m-2,宏观流变开始后,位错密度继续增加,进入平稳状态后,位错密度维持在1014～1015m-2.也就是位错的增殖率与位错的消失率之间达到了动态平衡.
1．设计一种实验方法，确定在一定温度( T )下再结晶形核率N和长大线速度G （若N和G都随时间而变）。 2．金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒? 3．固态下无相变的金属及合金，如不重熔，能否改变其晶粒大小? 用什么方法可以改变? 4．说明金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段晶体缺陷的行为与表现，并说明各阶段促使这些晶体缺陷运动的驱动力是什么。 5．将一锲型铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制，如图7—4所示。 (1) 画出此铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示 意图；
(2) 如果在较低温度退火，何处先发生再结晶?为什么? 6．图7—5示出。—黄铜在再结晶终了的晶粒尺寸和再结晶前的冷加 工量之间的关系。图中曲线表明，三种不同的退火温度对晶粒大小影响不大。这一现象与通常所说的“退火温度越高，退火后晶粒越大”是否有矛盾?该如何解释? 7．假定再结晶温度被定义为在1 h 内完成95％再结晶的温度，按阿 累尼乌斯(Arrhenius)方程，N ＝N 0exp(RT Q n -)，G ＝G 0exp(RT Q g -)可 以知道，再结晶温度将是G 和向的函数。 (1) 确定再结晶温度与G 0，N 0，Q g ，Q n 的函数关系； (2) 说明N 0，G 0，Q g ，Q 0的意义及其影响因素。 8．为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5％后于650℃退火1 h ，组织 反而粗化；增大冷变形量至80％，再于650℃退火1 h ，仍然得到粗大晶粒。试分析其原因，指出上述工艺不合理处，并制定一种合理的晶粒细化工艺。
9．冷拉铜导线在用作架空导线时(要求一定的强度)和电灯花导线(要求韧性好)时，应分别采用什么样的最终热处理工艺才合适? 10．试比较去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同。从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶? 11．某低碳钢零件要求各向同性，但在热加工后形成比较明显的带状组织。请提出几种具体方法来减轻或消除在热加工中形成带状组织的因素。 12．为何金属材料经热加工后机械性能较铸造状态为佳? 13．灯泡中的钨丝在非常高的温度下工作，故会发生显著的晶粒长大。当形成横跨灯丝的大晶粒时，灯丝在某些情况下就变得很脆，并会在因加热与冷却时的热膨胀所造成的应力下发生破断。试找出一种能延长钨丝寿命的方法。
动态再结晶 金属材料在热加工过程中几乎与塑性变形同时发生的再结晶过程。主要发生在位错交滑移和攀移比较困难的一些金属中,如铜、镍、金、银、高纯铁、奥氏体钢等。动态再结晶过程与一般再结晶大体相同(参见“再结晶”)。动态再结晶是金属材料在热加工过程中保持软化状态(即不发生加工硬化) 的重要原因。动 态再结晶后的晶粒平均直径-n (n=0.5～1.0)。 金属在热变形过程中发生的再结晶。与热变形各道次之间以及变形完毕后加热和冷却时所发生的静态再结晶相比,动态再结晶的特点是:(1)动态再结晶要达到临界变形量和在较高的变形温度下才能发生。(2)与静态再结晶相似,动态再结晶易在晶界及亚晶界形核。(3)动态再结晶转变为静态再结晶时无需孕育期。(4)动态再结晶所需的时间随温度升高而缩短。 发生动态再结晶的金属的应力一应变曲线具有图1b所示的特征。在变形的开始阶段,应力随变形的增加而增加,达到某一峰值时σm(对应于此应力的变形为εm) 后,由于发生了动态再结晶,屈服应力又下跌至某一恒定的σs值(曲线1)。这时加工硬化与动态软化达到了平衡。在高的温度或低的变形速度下,动态再结晶引起软化,但紧跟着又重新产生加工硬化,致使应力—应变曲线呈现出波浪形(曲线2)。变形速度提高或变形温度下降皆使σm和εm增大,发生动态再结晶所需变形量也要增加。如通常的厚板热轧(变形速度大但道次压下量较小)时较难发生动态再结晶;而变形速度较小的大型水压机上的锻造、变形程度大的热挤压以及行星轧机轧制板材等,只要达到一定的温度,动态再结晶就能顺利发生。变形温度与变形速度对变形过程中产生动态再结晶的影响如图2所示。 图1 动态应力—应变曲线
第七章回复与再结晶 重点与难点 内容提要： 晶体在外力的作用下发生形变.当外力较小时形变是弹性的,即卸载后形变也随之消失.这 种可恢复的变形就称为弹性变形.但是,当外加应力超过一定值(即屈服极限)时,卸载后变形就不能完全消失,而会留下一定的残余变形或永久变形.这种不可恢复的变形就称为塑性变形. 晶体的弹性和材料的微观组织(或结构)关系不大,而晶体的塑性(和强度)则对微观组织(结构)十分敏感. 本章的重点时讨论单晶体的塑性变形方式和规律,并在此基础上讨论多晶体和合金的塑性 变形特点及位错机制,以便认识材料强韧化的本质和方法,合理使用,研制开发新材料. 从微观上看,单晶体塑性变形的基本方法有两种:滑移和孪生.滑移和孪生都是剪应变,即在剪应力作用下晶体的一部分相对与另一部分沿着特定的晶面和晶向发生滑移.在滑移时,改特定晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向,一个滑移面和位于该面上的一个滑移方向便组成一个滑移系统.类似的,在孪生时,该特定晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向,一个孪生面和位于该面上的一个孪生方向组成一个孪生系统. 多晶体及合金的塑性变形,其基本方式也是滑移和孪生.不过,也各有其特点,如多晶体变形时,就会受晶粒取向及晶界的影响;而合金变形时还会受到第二相的影响. 陶瓷晶体的塑性变形与金属不同.除了与结合键(共价键、离子键)的本性有关外,还与陶瓷晶体中的滑移多少、位错的柏氏矢量大有关.所以,仅有那些以离子键为主的单晶体陶瓷可以进行较多的塑性变形. 许多高聚物在一定的条件下都能屈服,有些高聚物在屈服之后产生很大的塑性变形,但这与金属材料的屈服现象有着本质上的差别.高聚物的变形受温度的影响很大:在Tg以下,材料是钢硬的,只有弹性变形;在Tg附近,呈粘弹性或皮革状;在Tg以上呈橡胶态;接近Tm时呈粘性流动。基本要求： (1)熟悉滑移、孪生变形的主要特点;滑移系统及schmid定律(T=σm=Tk) (2)能用位错理论解释晶体的滑移过程,滑移带和滑移线的形成,滑移系的特点; (3)理解加工硬化、细晶强化、弥散强化、固溶强化等产生的原因和它的实际意义; (4)了解聚合物及陶瓷塑性变形的特点; (5)熟悉材料塑性变形后内部组织及性能的变化,这些变化的实际意义; (6)了解屈服现象与应变实效,它对生产有什么危害及如何消除?