【正文】 第五 (2)章 回復(fù)和再結(jié)晶 Recovery and Recrystallization 塑性變形 →系統(tǒng)的能量 ↑ 回復(fù)再結(jié)晶 回復(fù) Recovery 再結(jié)晶 Recrystallization 晶粒長大 Grain growth after recrystallization 自發(fā)趨勢 ※ 一 、顯微組織的變化 熱（～ 90％） 儲存能（～ 10％） 變形材料發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶的驅(qū)動力 冷變形材料在加熱時先后經(jīng)歷 回復(fù) 在較低溫度下變形材料的顯微組織基 本上未發(fā)生變化，多邊化 再結(jié)晶 新的無畸變等軸小晶粒代替變形組織 晶粒長大 細(xì)小新晶粒通過互相吞并長大而形成 穩(wěn)定的尺寸 塑性變形外力所做的功 二 、性能變化 sb HV ρ γ ※ 2. 回復(fù) Recovery 一 、回復(fù)階段性能與組織的變化 : 在回復(fù)階段，觀察以下幾種現(xiàn)象 : ，而微觀應(yīng)力仍存在 ρ ar↓ Cu、 Al、 Ag 線材預(yù)先在 90K下變形，發(fā)現(xiàn)在293K 下導(dǎo)電性能就可以逐漸恢復(fù)，相對原始變形態(tài) ρ↓ 30％ 3. HV、 ss變化隨材料不同而異： Zn、 Cd 在室溫下就可以絕大部分去除冷變形所產(chǎn) 生的加工硬化； Cu、 α 黃銅則加熱至 350℃ ，其 HV仍無明顯變化 Fe 在 358℃ 以上就可看到部分加工硬化的去除 4. 在光鏡下顯微組織基本上未發(fā)生變化。但在高溫回復(fù)時，在熱激活能條件下，通過位錯與攀移，會發(fā)生多邊化亞結(jié)構(gòu)。 二、 回復(fù)動力學(xué) Recovery Kiics 變形材料加熱時，其力學(xué)和物理性能回復(fù)程度隨溫度 T和時間 t變化 R為回復(fù)部分 s為回復(fù)退火后的流變應(yīng)力 s0為加工硬化完全消除的流變應(yīng)力 sm為退火前即冷態(tài)的流變應(yīng)力 001ssss????mR馳豫過程 無孕育期 回復(fù)的初始階段去除硬化的程度較快，隨著時間的延長，回復(fù)的程度就減弱了，而且，隨變形量越大，起始回復(fù)速率也越快。進(jìn)一步分析，在某一恒定溫度下，回復(fù)時間可表達(dá)為 ： Q為回復(fù)過程的激活能， R為氣體常數(shù) T為絕對溫度 A 、 B 為常數(shù) 作 lnt 1/T關(guān)系曲線 直線，由直線斜率可求得 Q RTQAetabR /ln1 ?????RTQBt /ln ???三 、回復(fù)機(jī)制 在回復(fù)過程中，發(fā)生如下變化 遷移至表面或晶界 點(diǎn)缺陷變化 ― 與間隙原子復(fù)合 與位錯交互作用 聚集成空位片 崩塌 表現(xiàn) ρ ↓ 2. 中溫回復(fù) 位錯滑移 ―― 位錯重新組合以及異號位錯互相抵消 (過飽和空位的消失 ) 3. 高溫回復(fù) 多邊化 Polygonization 多邊化產(chǎn)生的條件 1）塑性變形使晶體點(diǎn)陣發(fā)生彎曲 2）在滑移面上有過剩的同號刃型位錯 3）熱激活下刃位錯產(chǎn)生攀移運(yùn)動 刃型位錯可獲得足夠能量產(chǎn)生攀移 ⊥ 位錯排列成墻 多邊化結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生單滑移的單晶體中多邊化過程最為典型 多晶體中，由于多系滑移 →位錯纏結(jié) →形成胞狀組織，多邊化不明顯 ※ 3. 再結(jié)晶 Recrystallization t℃ ↑，在變形組織的基體上就會產(chǎn)生新的無畸變再結(jié)晶晶核，并逐漸長大形成等軸晶粒，從而取代變形組織，該過程就成為再結(jié)晶過程。 再結(jié)晶 —— 無晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的變化，不屬于相變。 一、再結(jié)晶的形核 再結(jié)晶的轉(zhuǎn)變驅(qū)動力： —— 晶體的彈性畸變能 可預(yù)料晶核必然產(chǎn)生于高畸變能區(qū)域： 大角度晶界、相界面、孿晶或滑移帶界面上 變形量較?。?20％）多晶體，其再結(jié)晶核心往往以晶界弓出方式形成或稱應(yīng)變導(dǎo)致的晶界遷移，凸出形核方式形成。 再結(jié)晶的形核機(jī)制 變形度較小時，多晶粒間變形不均勻性而導(dǎo)致多晶粒內(nèi)位錯密度不同。為了降低系統(tǒng)的自由能，再結(jié)晶時，通過晶界遷移原來平直的晶界會向位錯密度大的晶粒內(nèi)凸出，在其 前沿掃過的區(qū)域內(nèi)通過吞食畸變亞晶的方式形成無畸變的再結(jié)晶晶核。 晶核的臨界尺寸可作如下估算 G? 形核時單位體積引起總的自由能變化 SE 單位體積儲存的應(yīng)變能 ? 界面表面能 dA 弓出的表面積 dV 弓出的晶界由位置 Ⅰ — Ⅱ 時掃過的體積 dVdAEG S ?????若界面為一球面其半徑為 r，則 dA/dV＝ 2/r ，則上式可改寫為 由于弓出形核的能量條件為 △ G0 即 若弓出部分兩端距離為 2L 則 r=L/sina 當(dāng) α ＝ π /2時， L=rmin ∴ Lc=2?/Es rEG S ?2＋???rE S?2? 當(dāng)變形度較大（ 20%）時，形成位錯纏結(jié)組成的胞狀結(jié)構(gòu) →多邊形化 →亞晶，借助亞晶作為再結(jié)晶的核心，其形核機(jī)制為： 1)亞晶的遷移機(jī)制 通過亞晶界的移動，吞并相鄰的形變基體和亞晶而生長 2)亞晶合并機(jī)制 通過兩亞晶之間亞晶界的消失，使兩相鄰亞晶合并而生長 位錯網(wǎng)絡(luò)解離、拆散以及位錯的攀移與滑移 加熱 亞晶無論以那種方式生長，包圍著它的一部分亞晶界的位向差必然會越來越大，最后構(gòu)成了大角度晶界。大角度晶界一旦形成，由于它較亞晶界具有大的多的遷移率，故可以迅速移動，而在其后留下無畸變的晶體 —— 再結(jié)晶核心。 二、 再結(jié)晶動力學(xué) Recystallization Kiics 再結(jié)晶過程是通過無畸變新晶粒的形核和長大而進(jìn)行的，故再結(jié)晶的動力學(xué)決定于 N和 G。 )e x p (0RTQNN N??? ??)ex p (0RTQGG G??N?實(shí)驗(yàn)：不同 T，以縱坐標(biāo)表示再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù) jR 以橫坐標(biāo)表示再結(jié)晶的時間 t 恒溫動力學(xué)曲線 1）不同 T，不同變形度，曲線不同，但有“ S”特征 2）發(fā)生再結(jié)晶，需要一段孕育期 incubation period （ T ↑ ， t孕 ↓ ） 3）開始再結(jié)晶時，轉(zhuǎn)變量速率 V轉(zhuǎn)