材料导论之回复再结晶

• 而硬度和强度下降甚少，则是由于位 错密度下降不多,亚晶还较细小之故。
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10.2 回 复
二、回复退火的应用
因此可利用回复退火使冷加工金属在基本保持加工硬化的状态下，降低其 内应力，以稳定和改善性能，减少变形和开裂，提高耐蚀性，也可利用回复 退火，提高导电材料的导电性。
例：70Cu－30Zn黄铜深冲子弹壳，由于残留应力及环境气氛的作用，在 放置一段时间后会自动发生晶界开裂，可经250℃退火处理。
材料科学基础电子教案—第十章
变形金属的热行为
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章目录
10.1 冷变形金属在加热时的变化 10.2 回 复 10.3 再结晶 10.4 再结晶后的晶粒长大 10.5 再结晶退火及其组织 10.6 金属的热变形
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经冷变形的金属具有如下特点：
1、机械性能和理化性能发生明显变化，强度、硬度升高，
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10.1 冷变形金属在加热时的变化
一、组织的变化 经冷变形的金属逐渐增加温度，显微组织会发生
三个阶段的变化。
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0 ~ T1：纤维组织不变，但亚结构有所变化 ——回复
T1～T2：新的等轴晶形成，直至形变晶粒完全耗尽
（纤维组织消失）
——再结晶
T2～T3：新晶粒继续长大
冷变形后位错缠结 回复0.5h位错平直化 50h后形成位错网络 300h后形成稳定网络
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10.2 回 复
二、回复退火的应用
由回复退火机制可知： • 回复过程中电阻率的明显下降，主要
是由于过量空位的减少和位错应变能 的降低；
• 内应力的降低主要是由于晶体中微区 弹性应变大部分消除；
回复：新的无畸变晶粒出现之前的亚结构与性能的变化。 回复驱动力：弹性畸变能 一、回复机制
1、低温回复 0.1～0.3Tm，电阻率下降明显 （对点缺陷敏感）。 机制：过量空位消失，趋向平衡浓度。
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10.2 回 复
一、回复机制
2、中温回复
0.3～0.5Tm
与位错的滑移有关：
（1）同一滑移面上异号位错相消。
Fra Baidu bibliotek
（2）位错偶极子的两根位错相消。
使位错密度略有衰减 导致材料的加工硬化有所减少
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10.2 回 复
一、回复机制
ln t
3、高温回复
Q1
Q2 >0.5Tm
机制：位错的攀移和重新排列成较稳定的组态
Q3
——多边化过程
1 T
如：Fe－Si（3％）单晶按下图截取，弯曲变形后，在 650℃、700℃、
例：冷拉钢丝卷制弹簧，要在250℃～300℃进行回复退火以降低其内应力 并使之定型，而强度和硬度基本保持不变。
例：冷拔铜丝导线需进行回复退火处理，以提高导电性能。
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10.2 回 复
三、回复动力学（退火温度和时间对回复过程的影响）
如图为变形锌在不同温度 下等温回复时，屈服强度的 衰减曲线，其中：
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• 回复：新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构与性能的变化。 • 再结晶：出现无畸变的等轴晶逐步取代变形晶粒的过程。 • 晶粒长大：指再结晶结束之后，晶粒的继续长大。
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10.3 再结晶
• 与回复相比，当冷变形金属材料加热到更高温度，其显微组织 将发生彻底的改组，即再结晶。
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10.2 回 复
三、回复动力学（退火温度和时间对回复过程的影响）
ln 0 m 0
C0t exp( Q / RT )
P252，式7－3
ln
x0 x
C0t exp(Q / RT)
ln t1 Q ( 1 1 ) t2 R T1 T2
0 x m 0 x0
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总之：由以上变化说明，冷变形金属在加热时要经历 三个阶段：回复，再结晶和晶粒长大。
• 回复：新的无畸变晶粒出现之前的亚结构与性能的变化。 • 再结晶：无畸变的等轴晶逐步取代变形晶粒的过程。 • 晶粒长大：再结晶结束之后，晶粒的继续长大。
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10.2 回 复
y 0 m 0
—加工硬化残余分数
σ0——变形前的屈服强度 σm—— 变形后的屈服强度（加工硬化） σ—— 回复后的屈服强度
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10.2 回 复
三、回复动力学（退火温度和时间对回复过程的影响）
显然，回复的程度是温度和时间的函数。 温度越高，回复程度越大； 温度一定，回复程度随时间的延长而逐渐增加； 回复初期变化快，随后变慢，到达极限后停止。
——晶粒长大
若将冷变形金属快速加热到0.5Tm以上恒温，随加热时间 t延长，也会出现上述三个阶段的变化。
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10.1 冷变形金属在加热时的变化
二、性能的变化
经冷变形金属缓慢 加热，测其性能的变 化，如图所示。性能 急变区对应于新晶粒 的出现，再结晶之前 为回复，之后为晶粒 长大。
塑性韧性下降。
2、组织结构有明显变化，晶粒变形，缺陷增加，位错胞形成。
3、处于自由能较高的不稳定状态。
冷加工时，外力所作之功，除消耗于成型中摩擦阻力以及工 件变形时的发热外，尚有一小部分（约占总功2～10％）存储在 变形晶体中，这种储能主要以位错的形式存在，使晶体内能增 加。
可以推想，如果金属中原子获得足够的活动性，便会自发地 趋向能量较低的稳定状态变化。
800℃保温一小时，蚀坑法显示位错位置。
（（111111）） （（0011ī）ī）
（01ī）
（111）
454°5° 4455°°
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变形后的位错蚀坑
• 机制：攀移＋滑移
700℃回复后的位错蚀坑 滑移 攀移
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• 多晶体的高温回复机制比单
晶体的多边化过程要复杂，但 本质上也是包含位错的滑移和 攀移。同一滑移面上异号位错 的相消，密度下降，位错重排 成较稳定的组态。对冷加工中 已形成位错胞的晶体，则表现 为胞壁变薄，胞内位错进一步 减少，形成界面清晰的亚晶。 亚晶逐步聚合粗化，亚晶界出 现二维的位错网络。
• 再结晶是一个形 核和长大的过程。
• 形核是可移动的大 角度晶界的形成。
• 长大则是核心向 着尚未再结晶的部 分移动，从而完成 以新的无畸变的晶 粒取代冷变形晶粒 的过程。