华南师范大学材料科学与工程教程第八章 材料的变形与断裂(四).ppt

?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 2017-3-26 1第八章材料的变形与断裂(四) ?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 2017-3-26 2 十一、冷变形金属的再结晶?在加热温度更高时发生再结晶,而在此之前变形金属的力学性能和物理性能都是逐渐变化的,但只要加热到某一确定值(或者说是一个很窄的温度范围),就可看到力学性能和物理性能急剧变化,加工硬化可以完全消除, 性能可恢复到未变形前的退火状态。?显微组织也发生明显变化,由拉长的变形晶粒变为新的等轴晶粒再结晶现象再结晶的实际意义——冷变形而产生强烈的加工硬化,导致加工工艺(如拉拔线材)不能继续进行时,中间必须进行再结晶退火——同时也是改变金属组织结构与性能的一种方法,特别是对那些在固态下没有相变的金属材料,在适当的场合下可以应用。?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 2017-3-26 3 ?概念:冷变形金属加热到一定温度后(T> 熔),在原来变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒,性能恢复到完全软化状态(冷变形前的状态) ,这一过程称为再结晶. 再结晶是一个先产生无畸变的晶核,然后再在变形的金属基体中长大的过程,但是再结晶转变没有晶体结构和化学成分的改变。( 本质上再结晶不属于相变) 在畸变的晶体中形成无畸变的晶核,晶核不断的长大,再结晶完成后,获得等轴晶粒。再结晶是形核和晶核长大的过程?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 2017-3-26 4 1、再结晶的形核再结晶的转变驱动力是晶体的弹性畸变能,从而晶核必然是产生在高畸变区域, 若晶核本身无畸变,且畸变能的降低足以弥补新晶核形成时所增加的界面能,这使系统的能量降低,晶核就会进一步增大。?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 2017-3-26 5 ?再结晶核心实际上是“现成的”,它已存在畸变能较大的区域,不需要原子逐个积累到超过某一临界尺寸。?实际观察到的再结晶核心首先产生在大角度界面上,如晶界、相界面、孪晶或滑移带界面上,也可能产生在晶粒内某些特定的位向差较大的亚晶上(右图) ?对于再结晶核心产生在大角度的晶界上,照 Beck 所提出的模型,也是变形的两个相邻晶粒内,其位错胞的尺寸相差悬殊( 图8- 38 ), 晶核产生于位错胞尺寸大的晶粒一侧,长入到有小位错胞晶粒内,即伸向畸变能较高的区域以减小畸变能. ?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂??再结晶的形核与长大 (1) 晶界弓出小变形量时,各晶粒形变形核不均匀, 变形小的晶粒向变形度大的亚晶粒一侧弓出→形成无畸变晶核(2) 亚晶合并变形大时:多边形化的亚晶合并为再结晶晶核. (3) 亚晶蚕食变形大时,低密度位错的亚晶蚕食途中遇到的位错。 ,自发长大,形成无畸变的新等轴晶粒. ?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 2017-3-26 7 2、再结晶动力学在一定变形量下,将变形金属在不同温度下退火,测定发生再结晶的体积分数随时间的变化; ?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 2017-3-26 8 下图表明再结晶的动力学与回复不同: (1) 在每一固定温度下,转变曲线形成如 S, 发生再结晶需要一孕育期,退火温度越高, 孕育期越短(2) 开始再结晶时,转变速率很低,随着转变量增加,转变速率逐渐增大,到转变量为 50%时,速率最快(中间范围是一直线)转变量再增加,速率又减慢。(3) 退火温度越高,转变曲线渐向左移, 即转变加速; (4) 如在恒定温度下,变形量不同, 也会有不同的再结晶速率( 图8- 40 ) 变形量越大,再结晶速率越大返回?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 2017-3-26 9 当再结晶是三维的, K在3~4之间;再结晶是二维的(如薄板), K在2~ 3之间;再结晶是一维的(如线材), K在1~2之间如对前式取对数,则有: lgln?? 1?x 1=Klgt??lgB lgln?? 1?x 1 作-lgt 图, 得直线的斜率 K,在一定温度范围内 K 值几乎不随温度而变阿弗拉米提出的再结晶动力学方程?=1- exp( - Bt K ) 式中, ?在t时间已经再结晶的体积分数, B和K为常数?材料科学基础??第8章材料的变形与断裂? 2017-3-26 10 再结晶速率 V再温度 T的关系符合阿罗尼乌斯(Arrhenius ) 公式:V再 = Aexp(-Q/RT). 式中 Q —再结晶激活能; R —气体常数再结晶速率与产生某一体积分数的再结晶所需要的时间成反比,即故在两个不同温度 T 1、T 2进行等温退火,若要产生同样程度的再结晶所需的时间分别为 t 1、t 2,则此式在生产上极为有用。