11章冷变形金属的回复、再结晶与热加工.ppt

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1、 第十一章冷变形金属的回第十一章冷变形金属的回 复、再结晶与热加工复、再结晶与热加工主讲教师主讲教师董艳春董艳春 同学们好！同学们好！11-1 冷变形金属在加热时的组织与冷变形金属在加热时的组织与 性能变化性能变化11-2 冷变形金属的回复冷变形金属的回复11-3 冷变形金属的再结晶冷变形金属的再结晶11-4晶粒长大晶粒长大11-5 金属的热加工金属的热加工第第十十一一章章 冷冷变变形形金金属属的的回回复复、再再结结晶晶与与热热加加工工外力使金属变形时，外力对金属作功。这些能量大部分转外力使金属变形时，外力对金属作功。这些能量大部分转化为热量散失到环境中；有一部分能量（化为热量散失到环境中；有

2、一部分能量（2 10%）保存到）保存到变形金属中变形金属中-形变储存能，金属处于不稳定状态。形变储存能，金属处于不稳定状态。金属塑性变形后，其组织性能发生了很大变化，为了恢复金属塑性变形后，其组织性能发生了很大变化，为了恢复性能，需要加热性能，需要加热-退火。退火。加热时，不稳定状态的金属将发生一系列转变，逐步向平加热时，不稳定状态的金属将发生一系列转变，逐步向平衡状态转变。衡状态转变。(2)变形储存能量的释放能能量量存存在在形形式式：位位错错（80809090）、弹弹性性应应变变能能（3 31212）和点缺陷）和点缺陷储存能的释放：原子迁移至平衡位置，储存能得以释放。储存能的释放：原子迁移至

3、平衡位置，储存能得以释放。一、显微组织变化一、显微组织变化 11-1 冷变形金属在加热时的组织与性能变化冷变形金属在加热时的组织与性能变化1.回复阶段：显微组织仍为纤维状，晶粒外形无变化；回复阶段：显微组织仍为纤维状，晶粒外形无变化；2.再结晶阶段：变形晶粒通过形核与长大，拉长的晶粒再结晶阶段：变形晶粒通过形核与长大，拉长的晶粒 逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。3.晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定 的形状和尺寸。的形状和尺寸。二二.性能变化性能变化1.回复阶段：强度、硬度略回复阶段：强度、硬度略 有下降

4、塑性略有提高有下降塑性略有提高,电电阻阻 率明显率明显下降弹性应变能基下降弹性应变能基 本消除。本消除。2.再结晶阶段：强度、硬度再结晶阶段：强度、硬度 明显下降，塑性明显提高明显下降，塑性明显提高 ，内应力全部消除。，内应力全部消除。3.晶粒长大阶段：强度、硬晶粒长大阶段：强度、硬 度继续下降，塑性、韧性度继续下降，塑性、韧性 继续提高，晶粒粗化严重时强度、硬度大大下降，继续提高，晶粒粗化严重时强度、硬度大大下降，塑塑 性、性、韧性大大升高。韧性大大升高。112 冷变形金属的回复冷变形金属的回复一回复阶段组织及性能的变化一回复阶段组织及性能的变化（一）低温回复阶段（一）低温回复阶段1.回复温

5、度回复温度 0.10.3Tm2.回复组织晶粒外形无变化。回复组织晶粒外形无变化。3.性能变化电阻率明显下降，强度、硬度无变化。性能变化电阻率明显下降，强度、硬度无变化。4.低温回复机制低温回复机制 由于温度较低只有点缺陷的运动由于温度较低只有点缺陷的运动,空位运动到晶体空位运动到晶体 表面、晶界处而消失；空位与间隙原子相互作用而表面、晶界处而消失；空位与间隙原子相互作用而 消失等，使空位浓度降低，消失等，使空位浓度降低，电阻率明显下降电阻率明显下降。无位错的运动（强度、硬度无变化）。无位错的运动（强度、硬度无变化）。（二）中温回复阶段（二）中温回复阶段1.回复温度回复温度 0.30.5Tm2.

6、回复组织晶粒外形无变化。回复组织晶粒外形无变化。3.回复性能变化因回复温度度升高除点缺陷运动外回复性能变化因回复温度度升高除点缺陷运动外 位错开始运动，位错滑移导致异号位错相互抵销使位错开始运动，位错滑移导致异号位错相互抵销使 位错密度稍有下降，从而性能变化不大。位错密度稍有下降，从而性能变化不大。（三）高温回复阶段（三）高温回复阶段1.回复温度回复温度 T0.5Tm2.回复组织晶粒外形无变化，亚结构发生变化。回复组织晶粒外形无变化，亚结构发生变化。3.回复性能变化弹性应变能基本消除，内应力明显回复性能变化弹性应变能基本消除，内应力明显 下降，强度、硬度稍有下降。下降，强度、硬度稍有下降。4.

7、回复机制回复机制“多边化过程多边化过程”亚晶粒长大、聚集形成了多边形的亚晶粒。即发生了亚晶粒长大、聚集形成了多边形的亚晶粒。即发生了 “多边化过程多边化过程”,使弹性应变能基本消除使弹性应变能基本消除,内应力明显下内应力明显下降降（1）单晶体：）单晶体：同一滑移面排列的位错群，借助位错攀移和滑移而同一滑移面排列的位错群，借助位错攀移和滑移而 呈垂直排列的小角度晶界呈垂直排列的小角度晶界,形成许多不明显的亚晶形成许多不明显的亚晶.形变产生的弹性弯曲形变产生的弹性弯曲形变产生的弹性弯曲形变产生的弹性弯曲滑移面上的位错组态滑移面上的位错组态滑移面上的位错组态滑移面上的位错组态滑移面上刃位错的滑移面上

8、刃位错的滑移面上刃位错的滑移面上刃位错的攀移滑移示意图攀移滑移示意图攀移滑移示意图攀移滑移示意图多边化后滑移面上多边化后滑移面上多边化后滑移面上多边化后滑移面上的位错组态位错垂的位错组态位错垂的位错组态位错垂的位错组态位错垂直排列直排列直排列直排列 胞内位错移向胞壁，胞壁位错由弯曲变为平直，由胞内位错移向胞壁，胞壁位错由弯曲变为平直，由 无序变为有序。无序变为有序。亚晶聚集长大。亚晶聚集长大。（2）多晶体：）多晶体：回复阶段小结回复阶段小结1.回复阶段组织变化：晶粒外形无变化回复阶段组织变化：晶粒外形无变化,亚结构发生了亚结构发生了变化即形成了多边形的亚晶粒（畸变能最小）。变化即形成了多边形的

9、亚晶粒（畸变能最小）。2.回复阶段性能变化：回复阶段性能变化：电阻率明显下降电阻率明显下降-点缺陷的运动（低温回复）；点缺陷的运动（低温回复）；弹性应变能基本消除弹性应变能基本消除,内应力明显下降内应力明显下降-“多边化过多边化过 程程”。（高温回复）（高温回复）3.回复阶段的驱动力回复阶段的驱动力弹性应变能的降低弹性应变能的降低。二二 回复动力学回复动力学 （一）等温回复曲线（一）等温回复曲线 变形纯铁在不同温度退火时变形纯铁在不同温度退火时 屈服强度的回复动力学曲线屈服强度的回复动力学曲线加工硬化回复率加工硬化回复率 m 加工硬化状态晶体的屈服强度加工硬化状态晶体的屈服强度0 完全退火后（

10、无加工硬化）的屈服强度完全退火后（无加工硬化）的屈服强度 回复退火后（较小加工硬化）的屈服应力回复退火后（较小加工硬化）的屈服应力 （1 1R R）100100-残余加工硬化率残余加工硬化率残余加工硬化率残余加工硬化率 由图可知：由图可知：1.回复初始阶段去除硬化的程度较快，时间增长，回复回复初始阶段去除硬化的程度较快，时间增长，回复 程度减慢。程度减慢。2.随着回复温度的升高，随着回复温度的升高，,则回复率则回复率R,残余加工硬化率（残余加工硬化率（1R）100（二）回复动力学（二）回复动力学在回复过程中空位浓度明显下降在回复过程中空位浓度明显下降,晶体缺陷减小速率为：晶体缺陷减小速率为：C

11、d缺陷密度缺陷密度E扩散激活能扩散激活能 T绝对温度绝对温度 K波尔茲蔓常数波尔茲蔓常数C积分常数积分常数t时间时间Cdexp(-BtC)令令令令代入上式积分后整理得到：代入上式积分后整理得到：2.回复阶段晶体缺陷的减少主要是通过空位迁移实现。回复阶段晶体缺陷的减少主要是通过空位迁移实现。回复动力学回复动力学回复动力学回复动力学小结小结1.随着回复时间的延长缺陷密度随着回复时间的延长缺陷密度Cd,且随着回复且随着回复T晶晶 体缺陷下降速率体缺陷下降速率 。3.回复阶段不能使晶体回复到冷变形前的水平，仍保回复阶段不能使晶体回复到冷变形前的水平，仍保 留一部分加工硬化。留一部分加工硬化。4.由回复

12、动力学曲线可知：回复没有孕育期，开始变化由回复动力学曲线可知：回复没有孕育期，开始变化 快，随后变慢，长时间处理后，性能趋于一平衡值。快，随后变慢，长时间处理后，性能趋于一平衡值。Cdexp(-BtC)三回复退火的应用三回复退火的应用如：冷卷弹簧在如：冷卷弹簧在250300去应力退火。去应力退火。铸铁件在铸铁件在500550去应力退火。去应力退火。焊接件在焊接件在500600去应力退火。去应力退火。冷变形强化不锈钢冷变形强化不锈钢188型型300350去应力去应力 退火以提高耐蚀性。退火以提高耐蚀性。（二）回复退火的应用（二）回复退火的应用消除应力退火消除应力退火。（一）（一）回复退火对冷变形

13、金属进行加热保留部分加工回复退火对冷变形金属进行加热保留部分加工 硬化的退火硬化的退火。113 冷变形金属的再结晶冷变形金属的再结晶 1.组织拉长的晶粒变成等轴晶粒。组织拉长的晶粒变成等轴晶粒。2.性能内应力全部消除，基本恢复到冷变形前的水平性能内应力全部消除，基本恢复到冷变形前的水平 1.1.再结晶再结晶“形核形核”与与“长大长大”的过程的过程,无相变发生。无相变发生。2.2.重结晶固态相变重结晶固态相变,形核与形核与 长大，有晶体结构的变化。长大，有晶体结构的变化。二再结晶与重结晶二再结晶与重结晶 一再结晶阶段组织及性能一再结晶阶段组织及性能再结晶过程是一个形核再结晶过程是一个形核与长大过

14、程，影线部分与长大过程，影线部分为塑性变形基体，白色为塑性变形基体，白色部分代表无畸变的新晶部分代表无畸变的新晶粒。变形前后的组织并粒。变形前后的组织并不完全相同。不完全相同。再结晶过程示意图再结晶过程示意图再结晶晶核再结晶晶核-具有具有大角度晶界大角度晶界所包围的所包围的无畸变无畸变的亚晶粒。的亚晶粒。三三.再结晶晶核再结晶晶核多边化过程形成许多畸变能较小的亚晶，该亚晶是再结多边化过程形成许多畸变能较小的亚晶，该亚晶是再结晶晶核的基础。因此说：晶晶核的基础。因此说：“没有多边化则没有再结晶。没有多边化则没有再结晶。”四再结晶过程形核和长大四再结晶过程形核和长大（一）回复阶段的多边化是再结晶的

15、必备阶段（一）回复阶段的多边化是再结晶的必备阶段（二）再结晶形核及其机制（二）再结晶形核及其机制亚晶合并形核亚晶合并形核 1.冷变形量冷变形量20（1）高层错能金属）高层错能金属“亚晶粒合并形核亚晶粒合并形核”多边化后产生的畸变能小的亚晶界（多边化后产生的畸变能小的亚晶界（A、B、C亚晶）亚晶）上的位错滑移和攀移到其它晶界上，上的位错滑移和攀移到其它晶界上，A、B、C亚晶界消亚晶界消失，合并在一起的亚晶界位错密度增加形成大角度晶界失，合并在一起的亚晶界位错密度增加形成大角度晶界时变形成了时变形成了“由大角度晶界所包围的无畸变的亚晶粒由大角度晶界所包围的无畸变的亚晶粒”即为再结晶即为再结晶“晶核

16、晶核”。（二）再结晶形核及其机制（二）再结晶形核及其机制亚晶合并形核亚晶合并形核 畸变能小的亚晶（白色区域），在畸变能小的亚晶（白色区域），在界面能界面能的驱动下亚晶的驱动下亚晶界由低畸变能亚晶向高畸变能亚晶移动界由低畸变能亚晶向高畸变能亚晶移动,直至形成直至形成“由大由大角度晶界所包围的无畸变的亚晶粒角度晶界所包围的无畸变的亚晶粒”-即为再结晶即为再结晶“晶核晶核”。（2）低层错能金属）低层错能金属“亚晶界移动形核亚晶界移动形核”如图如图b)b)亚晶界移动形核亚晶界移动形核 再结晶突出形核示意图再结晶突出形核示意图2.冷变形量冷变形量20（较小）（较小）为为“凸出形核凸出形核”机制（如图机制

17、（如图c）由于变形量较小，变形不均匀，从而使相邻亚晶粒间的由于变形量较小，变形不均匀，从而使相邻亚晶粒间的位错密度不同，储存的能量不同，低位错密度的亚晶粒位错密度不同，储存的能量不同，低位错密度的亚晶粒依靠依靠大角度晶界的迁移凸入高位错密度的亚晶粒大角度晶界的迁移凸入高位错密度的亚晶粒，当形，当形成成“由大角度晶界所包围的无畸变的晶粒由大角度晶界所包围的无畸变的晶粒即为再结晶即为再结晶晶核晶核”。在点阵畸变能的驱动下，再结晶晶核迅速长大，直至在点阵畸变能的驱动下，再结晶晶核迅速长大，直至“畸畸变能小的亚晶粒完全由大角度晶界所包围的无畸变的亚晶变能小的亚晶粒完全由大角度晶界所包围的无畸变的亚晶粒

18、所取代，再结晶结束。粒所取代，再结晶结束。”（三）晶核的长大（三）晶核的长大3.形核的驱动力形核的驱动力-点阵畸变能的降低点阵畸变能的降低(与回复驱动力相同与回复驱动力相同).纯金属的凝固和再结晶动力学曲线比较纯金属的凝固和再结晶动力学曲线比较纯金属再结晶动力学曲线纯金属再结晶动力学曲线（b b）五再结晶动力学五再结晶动力学再结晶体积分数（再结晶体积分数（Xv）在温度）在温度T时，经过一定时间时，经过一定时间t后后 已再结晶的体积分数。已再结晶的体积分数。（一）再结晶动力学曲线（一）再结晶动力学曲线1.再结晶需要一定的孕育期，且温度越高，孕育期越再结晶需要一定的孕育期，且温度越高，孕育期越 小

19、，易于再结晶（与纯金属凝固动力学相反）；小，易于再结晶（与纯金属凝固动力学相反）；2.开始再结晶速度较慢，随着再结晶的体积分数开始再结晶速度较慢，随着再结晶的体积分数Xv增增 加，结晶速率增大；加，结晶速率增大；3.当当Xv50时再结晶速率最大，当时再结晶速率最大，当Xv50时再结时再结 晶速率减小。晶速率减小。由再结晶动力学曲线可知：由再结晶动力学曲线可知：由再结晶动力学曲线可知：由再结晶动力学曲线可知：再结晶动力学曲线再结晶体积分数再结晶动力学曲线再结晶体积分数Xv可用下式表示：可用下式表示：（二）再结晶速度与温度的关系（二）再结晶速度与温度的关系 Xv1expBtK K-常数常数,K为为

20、12 B-常数常数,随随T而而B t-时间时间（一）理论冷变形金属完全发生再结晶的最低温度。（一）理论冷变形金属完全发生再结晶的最低温度。六再结晶温度六再结晶温度高高 纯纯 金金 属：属：T再再(0.250.35)Tm;工业纯金属：工业纯金属：T再再(0.350.45)Tm合合 金：金：T再再(0.40.9)Tm。注注:再结晶退火温度一般比上述温度高再结晶退火温度一般比上述温度高100200。1.加热温度加热温度T，完成再结晶所需要的时间越短。，完成再结晶所需要的时间越短。（Xv0.95时为完成在结晶的标志）时为完成在结晶的标志）2.保温时间越长，完成再结晶所需要的温度越低。保温时间越长，完成

21、再结晶所需要的温度越低。由由Xv1expBtK可知：可知：（二）工业（二）工业70的冷变形金属，经过的冷变形金属，经过1小时加小时加 热热95已经再结晶的最低温度。已经再结晶的最低温度。工业纯铁：工业纯铁：T再再(0.350.45)Tm T再再0.40Tm=（1538 273）0.40273 450150600 影响再结晶的因素主要从形影响再结晶的因素主要从形 核率（核率（N）和长大速度（）和长大速度（u）七七.影响再结晶的因素影响再结晶的因素 冷变形度对晶粒度的影响冷变形度对晶粒度的影响（一）变形度（一）变形度（）临界变形度临界变形度-210 1.210时没有再结晶，对晶粒大小无影响。时没有

22、再结晶，对晶粒大小无影响。2.210时晶粒异常长大。（变形不均匀时晶粒异常长大。（变形不均匀,晶粒间畸晶粒间畸 变能差大，从而使变能差大，从而使Nu,导致晶粒异常长大。）导致晶粒异常长大。）3.210时时,Nu,畸变能畸变能E,随着随着,晶粒越细。晶粒越细。4.4.210，出现形变织构，出现形变织构，u ，晶粒异常粗大，晶粒异常粗大,畸变能畸变能E,T再再,u再再,再结晶所需要的时间越短。再结晶所需要的时间越短。退火温度越高退火温度越高,再结晶再结晶u,N,因此再结晶因此再结晶温度对晶粒度影响不大。温度对晶粒度影响不大。（二）再结晶退火温度（二）再结晶退火温度再结晶温度与再结晶再结晶温度与再结

23、晶再结晶温度与再结晶再结晶温度与再结晶完成时间的关系曲线完成时间的关系曲线完成时间的关系曲线完成时间的关系曲线原始晶粒越细小原始晶粒越细小,变形抗力变形抗力,驱动力越大；晶驱动力越大；晶界越多界越多,有利于形核有利于形核,T再再,再结晶后晶粒细小再结晶后晶粒细小（三）（三）原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸间距与尺寸小时间距与尺寸小时,增加变形抗力增加变形抗力,使畸变能使畸变能,阻碍位错运动阻碍位错运动,阻碍晶界阻碍晶界迁移迁移,阻碍再结晶，升高再结晶温度。阻碍再结晶，升高再结晶温度。间距与尺寸大时间距与尺寸大时,可作形核核心可作形核核心 N 促进再结晶，降低再结晶温度。促进再结晶，降低再结晶温度。（四

24、）微量溶质元素（四）微量溶质元素微量溶质元素阻碍位错和晶界的运动微量溶质元素阻碍位错和晶界的运动,不利于再不利于再结晶结晶,再结晶温度升高。再结晶温度升高。（五）第二分散相粒子（五）第二分散相粒子退火温度越高退火温度越高,再结晶再结晶u,N,因此再结晶温度对晶粒度影响因此再结晶温度对晶粒度影响不大。不大。（二）再结晶退火温度（二）再结晶退火温度原始晶粒越细小原始晶粒越细小,变形抗力变形抗力,驱动力越大；晶界越多驱动力越大；晶界越多,有利于形有利于形核核,T再再,再结晶后晶粒细小再结晶后晶粒细小（三）（三）原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸（四）微量溶质元素（四）微量溶质元素微量溶质元素阻碍位错和晶界的运

25、动微量溶质元素阻碍位错和晶界的运动,不利于再结晶不利于再结晶,晶粒细小。晶粒细小。影响再结晶后晶粒度的因素：影响再结晶后晶粒度的因素：影响再结晶后晶粒度的因素：影响再结晶后晶粒度的因素：（一）变形度（一）变形度（一）变形度（一）变形度 11-4 再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大 长大方式：正常长大；异常长大（二次再结晶）长大方式：正常长大；异常长大（二次再结晶）一一.晶粒的正常长大晶粒的正常长大2.正常长大的驱动力界面能差。正常长大的驱动力界面能差。1.正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长大。正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长大。再结晶完成后晶粒细小再结晶完成后晶粒细小,相互接触相互接触

26、,在更高温度和较长在更高温度和较长时时 间下是间下是以大角度晶界迁移、一些晶粒尺寸增大，另一以大角度晶界迁移、一些晶粒尺寸增大，另一 些晶粒尺寸缩小而消失，晶粒相互吞食方式进行的。些晶粒尺寸缩小而消失，晶粒相互吞食方式进行的。晶界夹角趋于晶界夹角趋于120；二维坐标中晶粒边数趋于二维坐标中晶粒边数趋于6；晶界趋于平直。晶界趋于平直。3.晶粒的稳定形状晶粒的稳定形状在在在在200200时观察到的时观察到的时观察到的时观察到的ZnZn晶粒长大，通过晶界迁移晶粒长大，通过晶界迁移晶粒长大，通过晶界迁移晶粒长大，通过晶界迁移“x”x”晶粒缩小而消晶粒缩小而消晶粒缩小而消晶粒缩小而消失失失失a)a)、b

27、)b)、c)c)、d)d)、e)e)、f)f)分别是加热分别是加热分别是加热分别是加热0 0、3030、3737、3838、4040和和和和4242分钟分钟分钟分钟晶粒平衡形状晶粒平衡形状晶粒平衡形状晶粒平衡形状-十四面体十四面体十四面体十四面体二维晶粒的顶角均为二维晶粒的顶角均为二维晶粒的顶角均为二维晶粒的顶角均为120120多变边形晶粒多变边形晶粒多变边形晶粒多变边形晶粒温度：温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。温度：温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。分散相粒子：分散相粒子：4.影响晶粒正常长大的因素影响晶粒正常长大的因素分散相粒子阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。分散相粒子阻碍晶界迁移，降低

28、晶粒长大速率。多个粒子对界面迁移的最大约束力为：多个粒子对界面迁移的最大约束力为：多个粒子对界面迁移的最大约束力为：多个粒子对界面迁移的最大约束力为：-分散相粒子的体积分数分散相粒子的体积分数分散相粒子的体积分数分散相粒子的体积分数-分散相粒子单位面积界面能分散相粒子单位面积界面能分散相粒子单位面积界面能分散相粒子单位面积界面能-分散相粒子的半径分散相粒子的半径分散相粒子的半径分散相粒子的半径说明分散相粒子的体积分数说明分散相粒子的体积分数说明分散相粒子的体积分数说明分散相粒子的体积分数 ；，F Fmaxmax .当来自界面能的驱动力当来自界面能的驱动力当来自界面能的驱动力当来自界面能的驱动力

29、P P与约束力与约束力与约束力与约束力F Fmaxmax间保持如下：间保持如下：间保持如下：间保持如下：时，晶粒长大；时，晶粒长大；时，晶粒长大；时，晶粒长大；时，晶粒停止长大。时，晶粒停止长大。时，晶粒停止长大。时，晶粒停止长大。此时晶粒长大到极限值此时晶粒长大到极限值此时晶粒长大到极限值此时晶粒长大到极限值而晶界能的驱动力而晶界能的驱动力而晶界能的驱动力而晶界能的驱动力-晶粒的平均直径晶粒的平均直径晶粒的平均直径晶粒的平均直径当当当当P PF Fmaxmax时时时时,晶粒停止长大晶粒停止长大晶粒停止长大晶粒停止长大,此时晶粒达到极限尺寸此时晶粒达到极限尺寸此时晶粒达到极限尺寸此时晶粒达到极

30、限尺寸则则则则由此可见：由此可见：由此可见：由此可见：一定时，一定时，一定时，一定时，,；一定时，一定时，一定时，一定时，,。利用此原理工业上可以细化晶粒：利用此原理工业上可以细化晶粒：利用此原理工业上可以细化晶粒：利用此原理工业上可以细化晶粒：在钢中介入少量在钢中介入少量在钢中介入少量在钢中介入少量AlAl、TiTi、V V、NbNb等元素使其在钢种形成等元素使其在钢种形成等元素使其在钢种形成等元素使其在钢种形成AlNAlN或或或或VCVC、TiNTiN、NbNNbN等中间相，强烈阻止晶粒长大，等中间相，强烈阻止晶粒长大，等中间相，强烈阻止晶粒长大，等中间相，强烈阻止晶粒长大，可以有效地细化

31、晶粒。可以有效地细化晶粒。可以有效地细化晶粒。可以有效地细化晶粒。高速钢高速钢高速钢高速钢W18Cr4VW18Cr4V钢钢钢钢12801280淬火组织淬火组织淬火组织淬火组织Fe-3Fe-3SiSi合金合金合金合金MnSMnS粒子限制晶粒长大粒子限制晶粒长大粒子限制晶粒长大粒子限制晶粒长大晶粒度晶粒度晶粒度晶粒度9 9级级级级 500500VCVC、WCWC、WW2 2C C等碳化物强等碳化物强等碳化物强等碳化物强烈阻止奥氏体晶粒粗化烈阻止奥氏体晶粒粗化烈阻止奥氏体晶粒粗化烈阻止奥氏体晶粒粗化A Ac1c18208208408402.晶粒异常长大是：少数再结晶晶粒的急剧长大现象。晶粒异常长大是

32、：少数再结晶晶粒的急剧长大现象。二二.晶粒的异常长大（二次再结晶）晶粒的异常长大（二次再结晶）1.二次再结晶二次再结晶-在一定条件下于一次再结晶后晶粒长大阶在一定条件下于一次再结晶后晶粒长大阶 段少数晶粒异常长大或几个特大晶粒吞倂周围小晶粒段少数晶粒异常长大或几个特大晶粒吞倂周围小晶粒,此种现象叫做二次再结晶。此种现象叫做二次再结晶。3.异常长大特点是：少数晶粒迅异常长大特点是：少数晶粒迅 速长大，吞食周围小晶粒。速长大，吞食周围小晶粒。4.条件：条件：阻碍晶粒正常长大的因素消失阻碍晶粒正常长大的因素消失驱动力驱动力(P)大于约束大于约束(F)力；力；正常长大非常缓慢。正常长大非常缓慢。11-

33、5 再结晶退火及其组织再结晶退火及其组织再结晶退火及其组织再结晶退火及其组织一一一一.再结晶退火再结晶退火再结晶退火再结晶退火-将冷变形金属加热到再结晶温度以上，将冷变形金属加热到再结晶温度以上，将冷变形金属加热到再结晶温度以上，将冷变形金属加热到再结晶温度以上，保温一定时间，缓慢冷却到室温的过程。保温一定时间，缓慢冷却到室温的过程。保温一定时间，缓慢冷却到室温的过程。保温一定时间，缓慢冷却到室温的过程。目的是目的是目的是目的是细化晶粒，改善显微组织细化晶粒，改善显微组织细化晶粒，改善显微组织细化晶粒，改善显微组织，尤其适用于不，尤其适用于不，尤其适用于不，尤其适用于不能相变的材料可先进行能相

34、变的材料可先进行能相变的材料可先进行能相变的材料可先进行形变形变形变形变-再结晶再结晶再结晶再结晶后可强化材料。后可强化材料。后可强化材料。后可强化材料。二二二二.再结晶组织再结晶组织再结晶组织再结晶组织（一）再结晶图（一）再结晶图（一）再结晶图（一）再结晶图对于冷变形金属再结晶后的对于冷变形金属再结晶后的对于冷变形金属再结晶后的对于冷变形金属再结晶后的组织即晶粒度大小主要受变组织即晶粒度大小主要受变组织即晶粒度大小主要受变组织即晶粒度大小主要受变形度及退火温度的控制，三形度及退火温度的控制，三形度及退火温度的控制，三形度及退火温度的控制，三者间的关系绘制成再结晶图者间的关系绘制成再结晶图者间

35、的关系绘制成再结晶图者间的关系绘制成再结晶图由图中可知：由图中可知：由图中可知：由图中可知：注意临界变形度（注意临界变形度（注意临界变形度（注意临界变形度（2 21010），晶粒会异常长大；），晶粒会异常长大；），晶粒会异常长大；），晶粒会异常长大；变形度变形度变形度变形度 退火温度退火温度退火温度退火温度，晶粒尺寸越细小；，晶粒尺寸越细小；，晶粒尺寸越细小；，晶粒尺寸越细小；当变形度当变形度当变形度当变形度,将会发生二次再结晶将会发生二次再结晶将会发生二次再结晶将会发生二次再结晶,使晶粒使晶粒使晶粒使晶粒R.R.（二）退火孪晶（二）退火孪晶（二）退火孪晶（二）退火孪晶 变形变形变形变形 黄铜

36、退火黄铜退火黄铜退火黄铜退火时形成的退火挛晶时形成的退火挛晶时形成的退火挛晶时形成的退火挛晶1.1.退火挛晶退火挛晶退火挛晶退火挛晶-某些某些某些某些fccfcc结构的金属结构的金属结构的金属结构的金属 经再结晶退火后产生的孪晶。经再结晶退火后产生的孪晶。经再结晶退火后产生的孪晶。经再结晶退火后产生的孪晶。如：如：如：如：fccfcc结构的结构的结构的结构的CuCu、NiNi、奥氏、奥氏、奥氏、奥氏 体等再结晶退火后易产生。体等再结晶退火后易产生。体等再结晶退火后易产生。体等再结晶退火后易产生。右图表示三种典型的退火孪晶形态。右图表示三种典型的退火孪晶形态。右图表示三种典型的退火孪晶形态。右图

37、表示三种典型的退火孪晶形态。A A为晶界角处的退火孪晶；为晶界角处的退火孪晶；为晶界角处的退火孪晶；为晶界角处的退火孪晶；B B是贯穿晶是贯穿晶是贯穿晶是贯穿晶粒的完整退火孪晶；粒的完整退火孪晶；粒的完整退火孪晶；粒的完整退火孪晶；C C为一端终止于晶为一端终止于晶为一端终止于晶为一端终止于晶内的不完全退火孪晶。内的不完全退火孪晶。内的不完全退火孪晶。内的不完全退火孪晶。fccfcc孪晶两侧互孪晶两侧互孪晶两侧互孪晶两侧互相平行的晶面是共格孪晶界相平行的晶面是共格孪晶界相平行的晶面是共格孪晶界相平行的晶面是共格孪晶界,由由由由111111晶面族所组成，孪晶终止于晶粒内的晶面族所组成，孪晶终止于

38、晶粒内的晶面族所组成，孪晶终止于晶粒内的晶面族所组成，孪晶终止于晶粒内的界面为非共格孪晶界。界面为非共格孪晶界。界面为非共格孪晶界。界面为非共格孪晶界。2.2.退火孪晶的形成退火孪晶的形成退火孪晶的形成退火孪晶的形成 形成孪晶退火时需（形成孪晶退火时需（形成孪晶退火时需（形成孪晶退火时需（111111）晶面的堆剁次序发生层错）晶面的堆剁次序发生层错）晶面的堆剁次序发生层错）晶面的堆剁次序发生层错 fccfcc结构的层错面是结构的层错面是结构的层错面是结构的层错面是111111晶面族。晶面族。晶面族。晶面族。fccfcc结构的退火结构的退火结构的退火结构的退火挛晶示意图挛晶示意图挛晶示意图挛晶示

39、意图如：如：如：如：fccfcc结构堆剁次序和发生层错后的次序为：结构堆剁次序和发生层错后的次序为：结构堆剁次序和发生层错后的次序为：结构堆剁次序和发生层错后的次序为：在在在在A A层出现了错排，出现孪界，层出现了错排，出现孪界，层出现了错排，出现孪界，层出现了错排，出现孪界，B B层层层层原子占据原子占据原子占据原子占据C C位置，位置，位置，位置，C C层原子占据层原子占据层原子占据层原子占据B B位置位置位置位置如果孪晶界面能远小于一般大角如果孪晶界面能远小于一般大角如果孪晶界面能远小于一般大角如果孪晶界面能远小于一般大角度晶界能，随着大角度晶界移动而长度晶界能，随着大角度晶界移动而长度

40、晶界能，随着大角度晶界移动而长度晶界能，随着大角度晶界移动而长大大大大如果如果如果如果111111面再次错排，又形成面再次错排，又形成面再次错排，又形成面再次错排，又形成了一个孪晶界，两孪晶界间出现了一了一个孪晶界，两孪晶界间出现了一了一个孪晶界，两孪晶界间出现了一了一个孪晶界，两孪晶界间出现了一个孪晶。一般个孪晶。一般个孪晶。一般个孪晶。一般fccfcc金属的孪晶界面能金属的孪晶界面能金属的孪晶界面能金属的孪晶界面能小于一般大角度晶界面能，越易于形小于一般大角度晶界面能，越易于形小于一般大角度晶界面能，越易于形小于一般大角度晶界面能，越易于形成退火孪晶。成退火孪晶。成退火孪晶。成退火孪晶。挛

41、晶挛晶挛晶挛晶ABCABCACBACBACBABCABCABCABCABCABCABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC（三）再结晶织构（三）再结晶织构（三）再结晶织构（三）再结晶织构 1.1.再结晶织构再结晶织构再结晶织构再结晶织构-冷变形金属经再结晶退火后产生的织构冷变形金属经再结晶退火后产生的织构冷变形金属经再结晶退火后产生的织构冷变形金属经再结晶退火后产生的织构.再结晶织构的形成为：再结晶织构的形成为：再结晶织构的形成为：再结晶织构的形成为：保持或加强原织构；保持或加强原织构；保持或加强原织构；保持或加强原织构；形成新织构。形成新织构。形成新织构。形成新织构。2.2

42、.形成机理：形成机理：形成机理：形成机理：择优形核理论择优形核理论择优形核理论择优形核理论-对已形成织构的变形金属再结晶核对已形成织构的变形金属再结晶核对已形成织构的变形金属再结晶核对已形成织构的变形金属再结晶核 心都保持着变形织构的择优取向，从而保持或加心都保持着变形织构的择优取向，从而保持或加心都保持着变形织构的择优取向，从而保持或加心都保持着变形织构的择优取向，从而保持或加 强了原织构。强了原织构。强了原织构。强了原织构。择优长大理论择优长大理论择优长大理论择优长大理论-再结晶核心的长大受晶核与变形基再结晶核心的长大受晶核与变形基再结晶核心的长大受晶核与变形基再结晶核心的长大受晶核与变形

43、基 体间的位向差有关；有利的位向，迅速长大，从体间的位向差有关；有利的位向，迅速长大，从体间的位向差有关；有利的位向，迅速长大，从体间的位向差有关；有利的位向，迅速长大，从 而拟制不利位向的晶粒形成织构。而拟制不利位向的晶粒形成织构。而拟制不利位向的晶粒形成织构。而拟制不利位向的晶粒形成织构。3.3.控制方法控制方法控制方法控制方法-形成织构使材料具有方向性，严加控制形成织构使材料具有方向性，严加控制形成织构使材料具有方向性，严加控制形成织构使材料具有方向性，严加控制.退火前变形量要小（退火前变形量要小（退火前变形量要小（退火前变形量要小（1515）退火温度要低，退火时间要短。退火温度要低，退

44、火时间要短。退火温度要低，退火时间要短。退火温度要低，退火时间要短。加入少量杂质，以阻止晶界迁移。加入少量杂质，以阻止晶界迁移。加入少量杂质，以阻止晶界迁移。加入少量杂质，以阻止晶界迁移。11116 6 金属的热变形（热加工）金属的热变形（热加工）金属的热变形（热加工）金属的热变形（热加工）一一一一.热加工与冷加工热加工与冷加工热加工与冷加工热加工与冷加工1.1.热加工热加工热加工热加工-在再结晶温度以上的塑性变形，加工后没在再结晶温度以上的塑性变形，加工后没在再结晶温度以上的塑性变形，加工后没在再结晶温度以上的塑性变形，加工后没有加工硬化现象。有加工硬化现象。有加工硬化现象。有加工硬化现象。

45、2.2.冷加工冷加工冷加工冷加工-在再结晶温度以下的塑性变形加工，加工后在再结晶温度以下的塑性变形加工，加工后在再结晶温度以下的塑性变形加工，加工后在再结晶温度以下的塑性变形加工，加工后有加工硬化现象。有加工硬化现象。有加工硬化现象。有加工硬化现象。二二二二.热加工特点：热加工特点：热加工特点：热加工特点：1.1.热加工是软化伴随着硬化发生。热加工是软化伴随着硬化发生。热加工是软化伴随着硬化发生。热加工是软化伴随着硬化发生。变形产生加工硬化变形产生加工硬化变形产生加工硬化变形产生加工硬化 使材料强化使材料强化使材料强化使材料强化 热加工又有软化热加工又有软化热加工又有软化热加工又有软化 发生。

46、即热加工随着变形的进行的同时由发生了回发生。即热加工随着变形的进行的同时由发生了回发生。即热加工随着变形的进行的同时由发生了回发生。即热加工随着变形的进行的同时由发生了回 复和再结晶称之为复和再结晶称之为复和再结晶称之为复和再结晶称之为“动态回复动态回复动态回复动态回复”和和和和“动态再结晶动态再结晶动态再结晶动态再结晶”。2.2.由于热加工温度大于再结晶温度，变形后无加工硬由于热加工温度大于再结晶温度，变形后无加工硬由于热加工温度大于再结晶温度，变形后无加工硬由于热加工温度大于再结晶温度，变形后无加工硬 化，可以实现较大变形。化，可以实现较大变形。化，可以实现较大变形。化，可以实现较大变形。

47、纯铁的纯铁的纯铁的纯铁的T T再再再再450450；SnSn的的的的T T再再再再2525三三三三.动态回复动态回复动态回复动态回复-冷变形金属在高温变形阶段发生的回复冷变形金属在高温变形阶段发生的回复冷变形金属在高温变形阶段发生的回复冷变形金属在高温变形阶段发生的回复（一）动态回复时的真应力（一）动态回复时的真应力（一）动态回复时的真应力（一）动态回复时的真应力-真应变曲线真应变曲线真应变曲线真应变曲线 第第第第阶段：微应变阶段阶段：微应变阶段阶段：微应变阶段阶段：微应变阶段 第第第第阶段：材料均匀变形阶段阶段：材料均匀变形阶段阶段：材料均匀变形阶段阶段：材料均匀变形阶段 第第第第阶段：稳定

48、流变阶段阶段：稳定流变阶段阶段：稳定流变阶段阶段：稳定流变阶段（二）动态回复时组织、结构的变化（二）动态回复时组织、结构的变化（二）动态回复时组织、结构的变化（二）动态回复时组织、结构的变化 第第第第阶段：随着阶段：随着阶段：随着阶段：随着 位错密度由位错密度由位错密度由位错密度由10106 610107 7cmcm2 2增加增加增加增加 到到到到10107 710108 8cmcm2 2 。第第第第阶段：随着阶段：随着阶段：随着阶段：随着 位错密度位错密度位错密度位错密度,10,107 710108 8cmcm2 2 增至增至增至增至1010101010101111cmcm2 2 第第第第阶

49、段：稳定流变阶段阶段：稳定流变阶段阶段：稳定流变阶段阶段：稳定流变阶段形成位错缠结、位错胞，发生形成位错缠结、位错胞，发生形成位错缠结、位错胞，发生形成位错缠结、位错胞，发生“多变化过程多变化过程多变化过程多变化过程”即通过刃型位错的即通过刃型位错的即通过刃型位错的即通过刃型位错的攀攀攀攀移和螺型位错的交滑移使异号位错低消移和螺型位错的交滑移使异号位错低消移和螺型位错的交滑移使异号位错低消移和螺型位错的交滑移使异号位错低消,位错密度降低位错密度降低位错密度降低位错密度降低,形成新亚形成新亚形成新亚形成新亚晶晶晶晶最后达到位错的增值与消失平衡。即稳定态阶段。最后达到位错的增值与消失平衡。即稳定态

50、阶段。最后达到位错的增值与消失平衡。即稳定态阶段。最后达到位错的增值与消失平衡。即稳定态阶段。四四四四.动态再结晶动态再结晶动态再结晶动态再结晶-冷变形金属在高温变形过程中产生的再结晶。冷变形金属在高温变形过程中产生的再结晶。冷变形金属在高温变形过程中产生的再结晶。冷变形金属在高温变形过程中产生的再结晶。（一）动态再结晶时的真应力（一）动态再结晶时的真应力（一）动态再结晶时的真应力（一）动态再结晶时的真应力-真应变曲线真应变曲线真应变曲线真应变曲线1.1.高应变速率时：高应变速率时：高应变速率时：高应变速率时：阶段阶段阶段阶段:加工硬化阶段加工硬化阶段加工硬化阶段加工硬化阶段 0 0 c c,