回复和再结晶在线视频

同学们

这节课我们学习回复与再结晶

首先我们看一下冷变形金属

在加热时候的组织和性能的变化

金属材料在经过冷变形以后

组织处于不稳定的状态

那么有自发的恢复到稳定状态的倾向

但是呢在常温下

原子扩散的能力比较小

所以不稳定状态可以长时间的维持

如果我们给它一定的加热

那么可以使原子的扩散能力增加

金属材料将依次发生回复

再结晶和晶粒长大

那么回复就是新的无畸变晶粒出现前

所产生的亚结构和性能变化的阶段

在金相显微镜中没有明显的变化

再结晶就是无畸变的等轴新晶粒

逐步取代变形晶粒的过程

那么晶粒长大就是再结晶结束以后

晶粒长大的这样一个过程

这个是形变铝合金形变

再结晶形核和再结晶完毕以后的组织

我们可以看到这样一个组织的变化情况

我们前面讲到

回复和再结晶的驱动力是储存能

那么储存能释放曲线大概有这样三种类型

A B C一种是A是金属

B和C是两种合金

那么能量释放的峰值对应的温度

就是再结晶开始出现的温度

回复阶段纯金属A释放的储存能

占总储存能的3%

合金B占7%

而合金C的比例最多

表明杂质或者合金元素

对于基体金属再结晶过程

可能存在推迟作用

那么在材料发生回复再结晶以后

材料的组织会发生变化

那么材料的性能也会发生变化

回复阶段强度和硬度变化很小

电阻率呢有明显的降低的趋势

好

我们看一下什么是回复

那么回复是指加热温度比较低的时候

由于金属中的点缺陷以及位错近距离迁移

而引起晶体内部的某些变化

比如说空位与某些缺陷合并

某同一滑移面上的异号位错相遇合并

从而使得缺陷数量减少

那么我们也可以说

回复是指冷变形金属加热时

尚未发生光学显微组织变化前的微观结构

以及性能的变化过程

这样一个过程的驱动力是弹性畸变能的降低

在回复阶段

金属组织变化不明显

但是它的强度硬度略有降低

塑性略有提高

内应力电阻率的降低比较明显

那么在工业上我们常常利用回复现象

来将冷变形金属低温加热

既稳定组织

又能保留加工硬化的效果

这样一种处理方法呢

我们叫做去应力退火

冷变形金属经过回复以后

使得内应力得到了很大程度的消除

同时又能保持冷变形的硬化效果

这样一种退火

我们叫做回复退火或者去应力退火

那么在回复阶段

第一类内应力基本可以消除

造成加工硬化的第三类内应力的变化很少

而第二类内应力的消除程度呢

介于第一和第三类内应力之间

实际生产中

我们常常利用冷变形的工件

进行去应力退火来降低它的内应力

比如说冷冲件

冷拉钢丝

弹簧和锻件

那么一些铸件

焊接件

切削件

也需要进行去应力退火

工件中的内应力的降低

可以避免工件变形或者开裂

从而提高整个材料的耐蚀性

那么在回复阶段

材料性能的变化

是随温度和时间的变化而变化的

那么图展示的是相同变形程度

多晶体铁在不同温度下的回复动力学曲线

我们可以看到

纵坐标是剩余加工硬化的分数

那么我们可以看到

从这样一个动力学曲线

我们可以发现回复过程有以下的特点

一回复过程在加热以后立刻开始

没有孕育期

二回复开始的速率很大

随着时间的延长逐渐降低

直至趋于0

三加热温度越高

最终回复程度也越高

四变形量越大

初始晶粒越细小

都有助于加快回复速率

那么我们根据加热温度

和内部组织结构变化的特征

机制的不同

可以将回复分为低温回复

中温回复和高温回复三种

低温回复是指冷变形金属在

较低的温度加热时

所产生的回复

那么因为温度比较低

原子的活动能力有限

主要局限于点缺陷的运动

通过空位迁移至晶界位错

或与间隙原子的结合而消失

空位浓度显著降低

那么中温回复对应的是冷变形金属

在中温加热时所产生的回复

因为温度提高

原子的活动能力增强

除了点缺陷以外

位错也被激活

那么它的主要机制就是位错滑移

导致位错重新组合以及异号位错互相抵消

使得相对于冷变形金属而言

它的位错密度降低

那么冷变形金属

在较高温度加热时产生的回复

我们称为高温回复

因为温度比较高

位错可以被充分的激活

是同号的韧型位错

沿着垂直于滑移面的方向

排成小角度晶界

那么我们把这样一个过程也叫做多边化

那么由于位错运动

使其由冷塑性变形时的无序状态

变为垂直分布

形成亚晶界

这样一个过程呢

我们叫做多边形化

这是回复过程中位错的攀移与滑移

通过位错的攀移和滑移

使得位错发生了多边形化

发生多边形化的驱动力来自于应变能的降低

那么当同号的韧型位错塞积于

同一滑移面上的时候

它的应变场是相加的

位错间相互排斥使之发生攀移

竖直排列以后

使得相邻的同号位错

产生的应变部分抵消

降低了总的应变能

那么在电子显微镜下

我们观察多变化的过程

发现呢

随着多变化的进行

形变位错胞内的位错密度也不断降低

胞壁处的位错变长并凝聚

使得胞壁减薄

逐渐形成了位错网络

构成了亚晶界

那么回复会导致我们说硬度强度略有降低

塑性韧性略有增加

那么电阻率的降低比较明显

主要是由于空位的减少

和位错应变能的降低

那么回复还可以大大降低内应力

主要是由于晶体弹性应变能的基本消除

那么经过回复阶段以后

当变形的金属被加热到更高的温度时

由于原子活动能力进一步增加

晶粒的形状开始发生变化

由变形的破碎拉长的晶粒

变为了完整的等轴晶粒

这样一种冷变形组织在加热时候

重新彻底改组的过程

我们称之为再结晶

再结晶也是一个晶核形成和长大的过程

但是呢需要注意的是

再结晶不是相变过程

在结晶前后

新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同

我们从图中可以看到

再结晶晶粒在

原变形晶粒组织的晶界上形核

和在高密度位错的基体上形核

由于再结晶以后

组织发生了很大的变化

所以呢材料的强度

硬度下降

塑性

韧性提高

加工硬化的效果也消失

好

这就是我们这节课回复和再结晶的内容

谢谢大家