动态再结晶二次开发

奥氏体不锈钢动态再结晶

奥氏体不锈钢的变形与再结晶 一、引言 奥氏体不锈钢在不锈钢中一直扮演着最重要的角色,是不锈钢家族中最为重要的类型,钢号特别的多。之所以称其为奥氏体不锈钢是因为它在常温下是稳定的奥氏体组织。奥氏体组织具有面心立方(FCC)的晶体结构,具有众多的滑移系,因此冷加工能力特别的好。当前我国常用奥氏体不锈钢的牌号有40多个,奥氏体不锈钢具有高塑性韧性、抗腐蚀性、冷加工能力以及无磁性,但是强度偏低。 奥氏体不锈钢主要有200、300和超级不锈钢三大系列, 300系列不锈钢是国内最常用的奥氏体系列不锈钢,是以18-8(304奥氏体不锈钢,又称18-8)为基础发展起来的,在304奥氏体不锈钢的基础上增加Ni的含量就能够生成305不锈钢,为了提高不锈钢的抗点蚀能力常在305不锈钢的基础上加入MO制造出316、317不锈钢，321不锈钢是在305的基础上加入了Ti,目的就是提高抗晶界腐蚀性及高温强度。 对于奥氏体不锈钢这种应用广泛的材料，它不仅具有高的耐蚀性、塑性和良好的可焊性,而且经过锻造、挤压后强度可以成倍提高。正因为如此，许多研究者研究了奥氏体不锈钢的变形行为,其中尤以冷变形和温变形研究得较多，本文中，将通过举例对常见的3种奥氏体不锈钢（304奥氏体不锈钢、316LN不锈钢和321奥氏体不锈钢）的高温变形进行系统的分析。主要通过热模拟试验机研究不锈钢单道次高温时的动态再结晶，得到热变形条件下的真应力-真应变曲线，结合显微组织分析，得出动态再结晶规律和流变应力。 2、金属材料的热变形行为 热变形是指在钢的再结晶温度以上进行的加工过程。不同变形温度及应变速率下的流变曲线是研究热变形条件下金属材料力学行为的主要内容之一。在热变形过程中，加工硬化与软化过程同时进行，并且决定了此时材料的变形抗力。通常，变形过程的软化取决于钢的动态回复和动态再结晶过程。 2.1 基本概念 动态回复： 动态回复是在热加工过程中伴随发生的回复过程。对于层错能较高的材料,在热加工过程中,位错易发生交滑移和攀移,在热变形时容易发生动态回复。而对于层能较低的材料,如奥氏体不锈钢则不易发生动态回复。 第Ⅰ阶段—微应变阶段:应力增加很快,但应变量不大(小于1%),加工硬化开始出现。 第Ⅱ阶段—均匀变形阶段:曲线的斜率逐渐下降，金属材料开始均匀塑性变形，即开始流变，并发生加工硬化，且随加工硬化作用的加强,开始出现动态回复并逐渐加强,其造成的软化逐渐抵消加工硬化作用,使曲线的斜率下降并趋于水平，加工硬化率为零，进入第三阶段。 第Ⅲ阶段—稳态流变阶段:在达到第三阶段后，即可实现持续形变。表现为由变形产生的加工硬化与动态回复产生的软化达到动态平衡,流变应力不再随应变的增加而增大,曲线保持水平状态。达到稳态流变时应力值与变形温度和应变速率有关,增高变形温度或降低应变速率,都将使稳态流变应力降低。

回复与再结晶

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

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 )。

高强度钢的动态再结晶行为研究

?试验研究? 高强度钢的动态再结晶行为研究 关奎英１，唐荻１，武会宾１，谢勇１，孙全社２ （１北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京１０００８３；２宝山钢铁股份有限公司技术中心，上海２０１９００）摘 要：采用Ｇｌｅｅｂｌｅ１５００热模拟实验机研究了高强度钢在不同条件下热变形时的动态再结晶行为以及晶粒尺寸的变化规 律，确定了该钢的动态再结晶激活能为２９４０９６Ｊ／ｍｏｌ，建立了动态再结晶行为的数学模型，分析了变形工艺参数对再结晶行为以及晶粒尺寸的影响。变形温度和变形速率是影响动态再结晶的主要因素，一般在高的变形温度和小的变形速率下，动态再结晶才能发生。 关键词：高强度钢；动态再结晶；变形温度；变形速率；热模拟实验机中图分类号：ＴＧ１１１．７ 文献标识码： Ａ文章编号： １００４－４６２０（２００７）０２－００４２－０３收稿日期：２００６－１２－１２ 作者简介：关奎英（１９８１–），男，陕西西安人，北京科技大学高效轧制国家工程研究中心２００４级材料加工专业硕士研究生。研究方向：金属加工工艺。 １前言 高强度钢在工程机械大型钢结构等领域有着广 泛的应用，因此在国民经济中发挥着重要的作用。近几年，上海宝山钢铁股份有限公司（简称宝钢）开发了一系列高强度和超高强度钢，供应市场，满足机械和航空航天等行业的需求。本研究主要探讨高强度钢热变形后冷却过程中奥氏体的转变规律。 一般金属在热变形过程中，位错增殖产生的加工硬化逐渐被动态回复或动态再结晶软化所平衡，最终达到稳态流变。应变速率越大，再结晶的驱动力也越大，然而，加工硬化作用也随着应变速率的增大而增大，因此，再结晶软化与加工硬化二者的作用相 互平衡时的峰值应力及峰值应变均增大［１， ２］ 。微合金钢热变形过程中的动态再结晶以及变形后的静态再结晶行为是影响变形抗力的主要因素，同时也对随后的奥氏体相变行为产生影响。因此，通过建立奥氏体再结晶行为的预测模型，由钢材的化学成分及工艺参数可预测并控制钢材最终的机械性能，完成钢材的化学成分及轧制工艺参数的设计优化［３］。利用单道次压缩的实验方法， 研究了实验钢热变形过程中的动态再结晶行为。同时，利用双道次压缩的实验方法，研究了实验钢变形间隔时间内奥氏体的静态再结晶行为，为研究相变行为和制定轧制工艺提供理论依据。 ２实验材料和方法 实验用材料为宝钢生产的热轧高强度钢，从锻 造坯料上截取并加工成直径为８ｍｍ，长度为１５ｍｍ的试样。通过单道次压缩实验研究其动态再结晶规律，建立动态再结晶模型并比较模型计算和实验测 得的结果，热压缩变形实验工艺如图１所示，采用５个变形温度，分别为８５０、９００、９５０、１０００和１０５０℃，３个不同的变形量，真应变ε分别为０．２、０．４、０．８，变形速率为１．０ｓ－１。 图１单道次压缩变形工艺 ３实验结果及分析 图２为不同变形速率下的应力－应变曲线。可 以看出，当变形速率为５．０ｓ－１时，应力一应变曲线没有出现峰值，随着应变的增加，变形抗力（即应力）同步增加，所以并没有发生动态再结晶。分析可知，因变形速率较快，且高强度钢中含有Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ合金比较多，对动态再结晶的形核和晶粒长大有明显阻碍作用，推迟动态再结晶的效果十分明显，不易发生和完成动态再结晶。 图２ 不同变形速率下的应力－应变曲线 即使在１０５０℃温度、变形速率为１ｓ－１时，也没有出现动态再结晶。当变形速率为１．０、０．５ｓ－１时，变形抗力在到达峰值后基本保持稳定，此时动态软化基本和加工硬化程度相等。当变形速率为０．１、０．０５ｓ－１时变形抗力出现峰值，并随之下降，表明此两种变形条件下其动态软化超过了加工硬化，发生了明显的动态再结晶。 第２９卷第２期２００７年４月 山东冶金 ＳｈａｎｄｏｎｇＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．２ Ａｐｒｉ ｌ ２００７ ４２

回复与再结晶

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）

铝合金的再结晶 82-9

铝合金的再结晶82-9 10 作者顾景诚 一前言 铝及铝合金与其他金属材料一样，经塑性变形后，位错密度显著升高，同时发生加工硬化，强度和硬度大大提高。另外，由于滑移转动，晶体取向发生变化，晶粒也沿加工方向拉长，产生变形织构或加工织构。将这种材料加热到某一温度以上，随等温加热时间延长，强度和硬度渐渐下降，这就是软化过程，称之为回复。当变形程度超过某一临界值之后，加热保温时，在变形组织中产生新的晶粒，大量的晶核长大，吞食变形组织，使变形组织所占的比例越来越小，最后变成晶粒组织。强度和硬度下降到最低值。这就是大家所熟知的再结晶过程。使材料发生这一过程的处理称为再结晶处理[1]。 再结晶处理在工业生产上是意义重大的。变形铝合金半成品的生产过程就是形变和热处理交替进行的过程。半成品的最终组织和性能主要由这一过程决定的[2]。 因此，为了保证铝合金材料的工艺性能和最终性能，必须控制再结晶过程。例如：为使下道加工顺利进行，要进行中间退火，实现完全再结晶，消除位错，达到完全软化状态，以保证有足够的变形条件。但是，为使最终产品具有足够的强度，必须保存变形组织和挤压效应，则在最终热处理时，应尽量使材料不发生再结晶。硬铝LY12合金的挤压棒材和型材，有时因断面外围部位发生一次和二次再结晶，形成粗晶组织，使性能不合格而报废[5·6]。 要控制再结晶，必须清楚再结晶晶粒成核和长大过程，机理以及对再结晶过程的影响因素。 多年来，铝及铝合金的工作者们，在这方面进行了大量的研究工作。对再结

晶的发生，发展过程认识比较充分。本文对铝及铝合金再结晶过程的基本知识作梗概介绍。 二再结晶过程 铝及铝合金的再结晶过程就是在变形基体上生成新的晶核长大的过程。 变形组织为什么在一定温度下要变成再结晶组织呢？这应从铝合金材料在变形前后和再结晶前后的金属内能变化来加以说明。因为金属在变形过程中，外力对金属作功，使位错迅速而大量地增殖，位错密度显著增加，位错沿滑移面滑移带和剪切带，又使原晶粒破碎形成亚结构和位错胞，增加大量的亚晶界和胞壁，把变形能变成金属内能储存起来，使自由能升高。从热力学第二定律[9]可知：这是一种不稳定的状态，它向稳定的平衡状态过渡，使自由能降低，熵值增加，这是不可逆反应。因此：铝及铝合金的变形组织在一定条件下变成再结晶组织，这是热力学第二定律所决定的。再结晶动力就是位错消毁，晶界减少所带来的金属内能的降低。 下面介绍铝及铝合金从变形状态到再结晶组织的变化过程。 1.变形组织[1] 压力工使铝及铝合金发生变形，增殖大量位错，位错沿滑移面滑移，使多晶体中的各个晶粒都被分割成若干块，这就是亚结构。部分晶体取向发生改变，趋于一致，它们之间的位向差只有几度，而与它们相邻的另一部分基体的晶体取向相差30以上。取向差急剧改变是在狭窄区间内发生的，这一区间叫做滑移带。 由于位错密度的增大，位错互相堆积，形成三维的网络组织，它叫位错胞状组织，简称位错胞。在冷轧铝板的情况下，胞的大小是：厚为0.2～1.0微米，直径为0.5～1.0微米。当变形量达20%以上时，它的大小与变形量无关，只是相邻位错胞间的取向差随变形程度而增大。变形量为70%时，位错胞间的取向差达2～

合金的动态再结晶与晶粒细化研究

FGH4096合金的动态再结晶与晶粒细化研究 摘要：使用Gleeble-1500D热模拟试验机对热等静压态FGH4096合金进行变形温度 1080~1140℃，应变速率0.02~1s–1，变形量15%，35%和50%的等温压缩实验。通过观察微观组织，分析了粉末高温合金动态再结晶的组织演化规律，并通过透射电镜研究了再结晶的形核位置。当变形量在35%及以下时，得到不完全再结晶组织，即“项链“组织；当变形量大于50%时，得到完全的动态再结晶组织。动态再结晶晶粒尺寸随变形温度的升高和应变速率的降低而增大。再结晶形核主要在以下三个位置，即原始颗粒边界，再结晶晶粒边界以及孪晶源。最后利用多方向热变形对晶粒的破碎和细化，得到平均晶粒尺寸为4μm的细晶坯料。 关键词：FGH4096粉末高温合金；动态再结晶；形核；细晶化锻造 粉末高温合金由于具有组织均匀、无宏观偏析、合金化程度高等优点,成为制造先进航空发动机涡轮盘的首选材料[1]。30多年中，粉末高温合金发展已经历了三代。FGH4096粉末高温合金属于我国第二代粉末高温合金材料，以其优秀的高温强度和抗裂纹扩展能力受到航空发动机研究人员的极大重视[3]。但由粉末冶金工艺所带来的原始颗粒边界(PPB)、热诱导孔洞(TIP)等组织缺陷极大的损害了高温合金的力学性能和热加工性能。美国普惠公司使用以大挤压比的热挤压来粉碎PPB、焊合TIP，并诱导高温合金发生充分的动态再结晶以得到组织均匀细小、热加工性能优秀的高温合金坯料的制坯工艺[3]。国内受多方面条件限制，尚无法实施该类工艺，但可通过塑性变形诱发动态再结晶得到细晶、无缺陷坯料[3]。本文研究了FGH4096高温合金热变形中的动态再结晶的形核、发展规律和组织演化过程，并研究了合金的细晶化锻造工艺。 1 实验材料与方法 FGH4096合金名义化学成分(Wt%)为：Cr 15.5, Co 12.5, Mo 3.8, W 3.8, Nb 0.6, Ti 3.9, Al 2.0, B 0.006, Zr 0.025, Ni Bal。本实验采用的原材料由北京钢铁研究总院提供，母合金采用真空感应熔炼,等离子旋转电极(PREP)方法制粉,粉末尺寸为50μm~100μm ,粉末经真空脱气后装入包套,封焊后进行热等静压成型(HIP)。实验用试样用线切割法取自HIP态FGH4096合金，尺寸为Φ8×12(mm)和Φ40×70(mm)的圆柱形料，试样变形前先进行1150℃/2h+AC的均匀化处理。 用Gleeble–1500D模拟器对Φ8×12(mm)圆柱试样进行1080、1110和1140℃下，应变速率分别为：0.02、0.2、1 s–1，变形量分别为：15%、35%和50%的恒温、恒应变速率压缩实验。变形后迅速将试样喷液冷却至室温，沿压缩轴线方向将压缩试样对半切开制成金相样品，研究动态再结晶组织的演化规律。并用HITACHI–H800透射电镜观察、分析动态再结晶的形核与发展规律，晶粒尺寸统计采用截线法完成。最后，用THP–6300A型液压机对Φ40×70(mm)试样进行多方向累计变形量为150%的热模锻造(模具温度930℃)，以研究合金的细晶化锻造工艺。

动态再结晶及其机制

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 ）

回复再结晶

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 ?===?

金属组织控制原理,江苏大学

1金属热处理概念。金属材料通过加热、保温和冷却获得不同组织，具有满足不同工程要求的性能的加工工艺过程。 2奥氏体化是钢热处理强化的必要途径，没有奥氏体化就没有随后的其他相变。奥氏体的组织状态直接影响后续热处理的组织和性能。随等温温度的降低或冷速的提高，分别转变为P、B、M 3奥氏体相变过程 4晶粒异常长大及原因？奥氏体晶粒随温度升高而逐渐长大，当超过某一温度生急剧长大的现象。在铝脱氧的钢及Ti,Nb,V等元素的钢，奥氏体晶粒形成后，晶界上存在一些Al,Ti,Nb,V等碳氮化合物的微粒，阻止晶界移动，当温度升至晶粒粗化温度，碳氮化合物溶于奥氏体后，奥氏体晶粒出现快速长大。 过热，过烧和组织遗传 1.珠光体重要性，不仅正确控制退火。，正火，索氏体处理而且正确制定淬火工艺，以 避免珠光体转变物。 2.珠光体组织类型，性能决定因素 3.派登处理（铅浴处理）：（奥氏体化后）将高碳钢丝经铅浴等温处理后得到 片间距极小的索氏体组织，然后利用薄渗碳体可以弯曲和产生塑性变形的特性进行深度冷拔，以增加铁素体片内的位错密度，形成了由许多位错网络组成的位错胞，细化了亚结构，从而使强度显著提高 4粒状珠光体的组织形态和用途，获得的三种方法？ 粒状渗碳体分布在a基体上，作为预备热处理组织；改善加工性能。 片状碳化物的粒化，渗碳体领先形核、调质处理 4.先析出F(片状、块状、网状)；先析出Fe3C(片状、网状 5.钢的临界冷却速率：过冷奥氏体在冷却过程中不发生其它相变，完全转变 为马氏体组织（包括残留奥氏体）的最低冷却速率 6.合金元素对C曲线的影响？除CO外，均使P转变，c曲线右移-*Mn,W,Cr.强烈使P 曲线右移，而对贝氏体转变不大，有利于获得B，Cr元素的铜，推迟贝氏体转变作用大于P有利于获得B. 7.形变热处理：一种将塑性加工与热处理结合起来进行种种组合以谋求提高材料性能的 方法，狭义：将以前作为独立工序进行的塑性加工热处理同时在一个工序中进行的工艺。 8.控扎控冷：艺过程中既成型，又进行着高温形变热处理，目的：最大限度的细化晶粒， 细化组织以及产生第二项的弥散沉淀析出，从而有效的提高刚的强韧性。 9.典型轧制主要分哪三个不同轧制阶段?每个阶段有什么特点? 奥氏体再结晶区轧制、奥氏体未再结晶区轧制、奥氏体和铁素体两相区轧制。 特点：（1）轧制时，发生动态回复再结晶和不完全再结晶。在两道次之间的间隙时间内进行静态回复再结晶。奥氏体晶粒随着反复轧制—再结晶而逐渐变细小。（2）轧制不发生再结晶，形成了大量被拉长的形变奥氏体晶粒。（3）轧制奥氏体进一步被拉长，奥氏体晶粒内形成了形变带和位错，容易形成新的等轴状铁素体晶粒。先析出的铁素体晶粒，形成了大量的位错，经回复形成的亚结构。 10.奥氏体状态调节：通过合金化设计和热变形控制，使热变形后。相变形钱的奥氏体具 有合适的组织状态和成分，在一定条件下可得到细小的铁素体组织。 11.3.相间析出：含有强碳化物形成元素的低碳合金钢在发生γ→α转变过程 中，在γ/α界面上同期地析出呈点列状排布的极细碳氮化合物的过程

材科基考点强化(第8讲 回复与再结晶)

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

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

材料成型基本原理课后答案

第十三章思考与练习 简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。 答：滑移是指晶体在外力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对移动或切变。滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。 孪生变形时，需要达到一定的临界切应力值方可发生。在多晶体内，孪生变形是极其次要的一种补充变形方式。 设有一简单立方结构的双晶体，如图13-34所示，如果该金属的滑移 系是{100} <100>，试问在应力作用下，该双晶体中哪一个晶体首先发 生滑移？为什么？ 答：晶体Ⅰ首先发生滑移，因为Ⅰ受力的方向接近软取向， 而Ⅱ接近硬取向。 试分析多晶体塑性变形的特点。 答：①多晶体塑性变形体现了各晶粒变形的不同时性。 ②多晶体金属的塑性变形还体现出晶粒间变形的相互协调性。 ③多晶体变形的另一个特点还表现出变形的不均匀性。 ④多晶体的晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。金属的塑性越好。 4. 晶粒大小对金属塑性和变形抗力有何影响？ 答：晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。金属的塑性越好。 5. 合金的塑性变形有何特点？ 答：合金组织有单相固溶体合金、两相或多相合金两大类，它们的塑性变形的特点不相同。 单相固溶体合金的塑性变形是滑移和孪生，变形时主要受固溶强化作用， 多相合金的塑性变形的特点：多相合金除基体相外，还有其它相存在，呈两相或多相合金，合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形状、大小和分布的形态。但从变形的机理来说，仍然是滑移和孪生。 根据第二相又分为聚合型和弥散型，第二相粒子的尺寸与基体相晶粒尺寸属于同一数量级时，称为聚合型两相合金，只有当第二相为较强相时，才能对合金起到强化作用，当发生塑性变形时，首先在较弱的相中发生。当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相时，称为弥散型两相合金，这种弥散型粒子能阻碍位错的运动，对金属产生显著的强化作用，粒子越细，弥散分布越均匀，强化的效果越好。 6. 冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？ 答：对组织结构的影响：晶粒内部出现滑移带和孪生带； 晶粒的形状发生变化：随变形程度的增加，等轴晶沿变形方向逐步伸长，当变形量很大时，晶粒组织成纤维状； 晶粒的位向发生改变：晶粒在变形的同时，也发生转动，从而使得各晶粒的取向逐渐趋于一致（择优取向），从而形成变形织构。 对金属性能的影响：塑性变形改变了金属内部的组织结构，因而改变了金属的力学性能。 随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性和韧性相应下降。即产生了加工硬化。 7. 产生加工硬化的原因是什么？它对金属的塑性和塑性加工有何影响？ 答：加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升。为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。这种现象称为加工硬化。 加工硬化产生的原因主要是由于塑性变形引起位错密度增大，导致位错之间交互作用增强，大量形成缠结、不动位错等障碍，形成高密度的“位错林”，使其余位错运动阻力增大，于是塑性变形抗力提高。 8. 什么是动态回复？动态回复对金属热塑性变形的主要软化机制是什么？ 答：动态回复是层错能高的金属热变形过程中唯一的软化机制。 对于层错能高的金属，变形位错的交滑移和攀移比较容易进行，位错容易在滑移面间转移，使

动态回复

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.

七章回复与再结晶习题答案(西北工业大学刘智恩)

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。

回复与再结晶

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?