1、第第5 5章章 材料的形变和再结晶材料的形变和再结晶 回复再结晶回复再结晶2022-11-3015.35.3回复和再结晶回复和再结晶经塑性变形的材料具有自发恢复到变形前低自由能状经塑性变形的材料具有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势。态的趋势。当冷变形金属加热时会发生当冷变形金属加热时会发生回复回复、再结晶再结晶和和晶粒长大晶粒长大等过程。等过程。了解这些过程的发生和发展规律，对于改善和控制金了解这些过程的发生和发展规律，对于改善和控制金属材料的组织和性能具有重要的意义属材料的组织和性能具有重要的意义。2022-11-3025.3.15.3.1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
2、时的组织与性能变化 冷变形后材料经重新加热进行退火之后，其组织和性冷变形后材料经重新加热进行退火之后，其组织和性能会发生变化。观察在不同加热温度下变化的特点可能会发生变化。观察在不同加热温度下变化的特点可将退火过程分为将退火过程分为回复回复、再结晶再结晶和和晶粒长大晶粒长大三个阶段三个阶段 回复回复：指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性 能变化的阶段；能变化的阶段；再结晶再结晶：指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒：指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒 的过程；的过程；晶粒长大晶粒长大：指再结晶结束之后晶粒的继续长大：指再结晶结束之后晶粒
3、的继续长大 2022-11-303冷变形金属在退火 时晶粒形状和大小的变化回复阶段回复阶段，由由于不发生大角于不发生大角度晶界的迁移，度晶界的迁移，所以晶粒的形所以晶粒的形状和大小与变状和大小与变形态的相同，形态的相同，仍保持着纤维仍保持着纤维状或扁平状，状或扁平状，从光学显微组从光学显微组织上几乎看不织上几乎看不出变化。出变化。再结晶阶段再结晶阶段，首先是在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐首先是在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶
4、粒为止。等轴晶粒为止。晶粒长大阶段晶粒长大阶段 ，在晶界表面能的驱动下，新晶粒互相吞食而，在晶界表面能的驱动下，新晶粒互相吞食而长大，从而得到一个在该条件下较为稳定的尺寸长大，从而得到一个在该条件下较为稳定的尺寸2022-11-304展示了冷变形金属在退火过程中的性能和能量变化 2022-11-305（1 1）强度与硬度）强度与硬度：回复阶段的硬度变化很小，约占总变化的回复阶段的硬度变化很小，约占总变化的1 15 5，而再结晶阶段则下降较多。可以推断，强度具有与硬度相似的变，而再结晶阶段则下降较多。可以推断，强度具有与硬度相似的变化规律。上述情况主要与金属中的位错机制有关，即回复阶段时，化规律
5、。上述情况主要与金属中的位错机制有关，即回复阶段时，变形金属仍保持很高的位错密度，而发生再结晶后，则由于位错密变形金属仍保持很高的位错密度，而发生再结晶后，则由于位错密度显著降低，故强度与硬度明显下降度显著降低，故强度与硬度明显下降 （2 2）电阻：）电阻：变形金属的电阻在回复阶段已表现明显的下降趋势。变形金属的电阻在回复阶段已表现明显的下降趋势。因为电阻率与晶体点阵中的点缺陷（如空位、间隙原子等）密切相因为电阻率与晶体点阵中的点缺陷（如空位、间隙原子等）密切相关。点缺陷所引起的点阵畸变会使传导电子产生散射，提高电阻率。关。点缺陷所引起的点阵畸变会使传导电子产生散射，提高电阻率。它的散射作用比
6、位错所引起的更为强烈。因此，在回复阶段电阻率它的散射作用比位错所引起的更为强烈。因此，在回复阶段电阻率的明显下降就标志着在此阶段点缺陷浓度有明显的减小的明显下降就标志着在此阶段点缺陷浓度有明显的减小 2022-11-306（3 3）内应力：）内应力：在回复阶段，大部或全部的宏观内应力可以消除，在回复阶段，大部或全部的宏观内应力可以消除，而微观内应力则只有通过再结晶方可全部消除而微观内应力则只有通过再结晶方可全部消除（4 4）亚晶粒尺寸）亚晶粒尺寸：在回复的前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在在回复的前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶时，亚晶粒尺寸就显著增大后期，尤其在接近再结晶时，
7、亚晶粒尺寸就显著增大 （5 5）密度：）密度：变形金属的密度在再结晶阶段发生急剧增高，显然变形金属的密度在再结晶阶段发生急剧增高，显然除与前期点缺陷数目减小有关外，主要是在再结晶阶段中位错密度除与前期点缺陷数目减小有关外，主要是在再结晶阶段中位错密度显著降低所致显著降低所致 （6 6）储能的释放）储能的释放：当冷变形金属加热到足以引起应力松弛的温当冷变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，储能就被释放出来。回复阶段时各材料释放的储存能量均较小，度时，储能就被释放出来。回复阶段时各材料释放的储存能量均较小，再结晶晶粒出现的温度对应于储能释放曲线的高峰处再结晶晶粒出现的温度对应于储能释放曲线的高峰
8、处 2022-11-3075.3.25.3.2回复回复 1 1回复动力学回复动力学 回复回复是冷变形金属是冷变形金属在退火时发生组织在退火时发生组织性能变化的早期阶性能变化的早期阶段段 在此阶段内物理在此阶段内物理和力学性能的回和力学性能的回复是随温度和时复是随温度和时间而变化的间而变化的不同温度下电阻随保温时间的变化/铜2022-11-308同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，屈服应力的回复动力学曲线动力学曲线表明，回复动力学曲线表明，回复是一个驰豫过程：是一个驰豫过程：1 1、没有孕育期、没有孕育期2 2、在一定温度时初期的、在一定温度时初期的回复速率大，随后逐渐回复速率大，随后逐渐变
9、慢，直到趋近于零变慢，直到趋近于零3 3、预变形量越大，起始、预变形量越大，起始的回复速率也越快，晶的回复速率也越快，晶粒尺寸减小也有利于回粒尺寸减小也有利于回复过程的加快复过程的加快2022-11-309回复特征通常可用一级反应方程来表达回复特征通常可用一级反应方程来表达：式中，式中，t t为恒温下的加热时间；为恒温下的加热时间；x x为冷变形导致的性能增量为冷变形导致的性能增量经加热后的残留分数；经加热后的残留分数；c c为与材料和温度有关的比例常数，为与材料和温度有关的比例常数，c c值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点，可由著值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点，可由著名的阿累
10、尼乌斯（名的阿累尼乌斯（ArrheniusArrhenius）方程来描述：）方程来描述：/0Q RTcc e式中，式中，Q Q为激活能；为激活能；R R为气体常数；为气体常数；T T为绝对温度；为绝对温度；c c0 0为为比例常数比例常数 dxcxdt 2022-11-3010lnQtART将上式代入一级反应方程中并积分，以将上式代入一级反应方程中并积分，以X X0 0表示开始时性表示开始时性能增量的残留分数，则得能增量的残留分数，则得0/00 xtQ RTxdxc edtx/00lnQ RTxc tex两边取对数得回复方程式：两边取对数得回复方程式：式中，A为常数。作lnt1/T图，如为直线
11、，则由直线斜率可求得回复过程的激活能 2022-11-30112 2回复机制回复机制 a a低温回复低温回复 低温时，回复主要与点缺陷的迁移有关低温时，回复主要与点缺陷的迁移有关 b b中温回复中温回复 加热温度稍高时会发生位错运动和重加热温度稍高时会发生位错运动和重新分布小回复的机制主要与位错的滑移有关新分布小回复的机制主要与位错的滑移有关 c c高温回复高温回复 高温（高温（0.30.3T Tmm）时，刃型位错可获得足够能）时，刃型位错可获得足够能量产生量产生攀移攀移使滑移面上不规则得位错重新分布，刃型位错垂使滑移面上不规则得位错重新分布，刃型位错垂直排列成墙，显著降低位错得畸变能，有较大
12、得直排列成墙，显著降低位错得畸变能，有较大得应变能释放应变能释放沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位错墙（小角度晶界），以及由此产生的亚晶，即错墙（小角度晶界），以及由此产生的亚晶，即多边化结构多边化结构2022-11-3012多边化产生的条件：多边化产生的条件：1 1、塑性变形使晶体点阵发生弯曲、塑性变形使晶体点阵发生弯曲2 2、在滑移面上有塞积的同号刃型位、在滑移面上有塞积的同号刃型位错错3 3、需要加热到较高的温度，使刃型、需要加热到较高的温度，使刃型位错能够产生攀移运动位错能够产生攀移运动通过攀移使同一滑移面上异号位错通过攀移使同一滑移面
13、上异号位错相消，位错密度下降，位错重排成相消，位错密度下降，位错重排成较稳定的组态，构成亚晶界，形成较稳定的组态，构成亚晶界，形成回复后的亚晶结构回复后的亚晶结构 从上述回复机制可以理解，回复过程中电阻率的明显下降主要是由于从上述回复机制可以理解，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内弹性应变的基本消除；硬度及强度下降不多则是由于位错密度下降内弹性应变的基本消除；硬度及强度下降不多则是由于位错密度下降不多，亚晶还较细小之故不多，亚晶还较细小之故 2022-11-30135.3
14、.35.3.3再结晶再结晶再结晶再结晶是一种形核和长大过程，即通过在变形组织的是一种形核和长大过程，即通过在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并通过逐渐长大基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织的过程形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织的过程 a a形核形核 通过观察表明，再结晶晶核是现存于局部高能通过观察表明，再结晶晶核是现存于局部高能量区域的，以多边化形成的亚晶为基础形核。量区域的，以多边化形成的亚晶为基础形核。晶界弓出形核晶界弓出形核亚晶形核亚晶形核2022-11-3014（1 1）晶界弓出形核）晶界弓出形核 对于变形程度较小（一般小于对于
15、变形程度较小（一般小于2020）的金属，其再结）的金属，其再结晶核心多以晶界弓出方式形成，即应变诱导晶界移动或晶核心多以晶界弓出方式形成，即应变诱导晶界移动或称为凸出形核机制称为凸出形核机制 具有亚晶粒组织的晶粒间的凸出形核示意图具有亚晶粒组织的晶粒间的凸出形核示意图2022-11-3015晶界弓出形核模型晶界弓出形核模型假设晶界扫过地方的储存能假设晶界扫过地方的储存能全部释放，则由全部释放，则由到到时的时的自由能变化为自由能变化为dAGEsdV 弓出形核示意图弓出形核示意图2022-11-3016对于任意曲面可以定义两个主曲率半径对于任意曲面可以定义两个主曲率半径r r1 1、r r2 2，
16、当曲面，当曲面移动时有移动时有1211dAdVrr若该曲面为一球面若该曲面为一球面，则，则r r1 1、r r2 2r r，而，而2dAdVr故其自由能变化为2GEsr 2022-11-3017minabababrGrrL2G显然，若晶界弓出段两端，固定，且 值恒定，则开始阶段随弓出弯曲，逐渐减小，值增大，当 达到最小值（）时，将达到最大值。rGLG0此后，若继续弓出，由于 的增大而使减小，于是，晶界将自发的向前推进。因此，一段长为2 的晶界，其弓出形核的能量条件为，即2E sLLLL这样，再结晶的形核将在现成晶界上两点间距离为2，而弓出距离大于的凸起处进行，使弓出距离达到 所需的时间即为再结
17、晶的孕育期2022-11-3018（2 2）亚晶形核）亚晶形核 此机制一般是在大的变形度下发生。借助亚晶作为再结晶的此机制一般是在大的变形度下发生。借助亚晶作为再结晶的核心，其形核机制又可分为两种核心，其形核机制又可分为两种 亚晶合并机制亚晶合并机制:多存在于大变形且具有高层错能的金属中多存在于大变形且具有高层错能的金属中相邻亚晶相邻亚晶界边界上界边界上的位错网的位错网络络解离，拆散解离，拆散攀移，滑移攀移，滑移周围其他周围其他晶界上晶界上相邻亚晶边相邻亚晶边界消失和亚界消失和亚晶合并晶合并形成大角形成大角度晶界度晶界边界位边界位错密度错密度增加增加晶粒晶粒变大变大无畸变晶粒无畸变晶粒迅速迁移
18、，清除位错迅速迁移，清除位错2022-11-3019亚晶粒合并形核示意图亚晶粒合并形核示意图2022-11-3020亚晶迁移机制亚晶迁移机制 变形程度大的低层错能金属变形程度大的低层错能金属亚晶界位错密度高，其两侧亚晶的位向差较大，在亚晶界位错密度高，其两侧亚晶的位向差较大，在加热过程中容易迁移生成大角晶界，于是就做为再加热过程中容易迁移生成大角晶界，于是就做为再结晶核心而长大结晶核心而长大亚晶粒长大示意图2022-11-3021再结晶晶核形成之后，它就借界面的移动而再结晶晶核形成之后，它就借界面的移动而向周围畸变区域长大界面迁移的推动力是无向周围畸变区域长大界面迁移的推动力是无畸变的晶粒本身
19、与周围畸变的母体（即旧晶畸变的晶粒本身与周围畸变的母体（即旧晶粒）间的粒）间的应变能差应变能差，晶界总是背离其曲率中，晶界总是背离其曲率中心，向着畸变区域推进，直到全部形成无畸心，向着畸变区域推进，直到全部形成无畸变的等轴晶粒为止，再结晶即告完成变的等轴晶粒为止，再结晶即告完成b b长大长大2022-11-30222 2再结晶动力学再结晶动力学再结晶动力学决定于形核率再结晶动力学决定于形核率 和长大速率和长大速率G的大小的大小 2022-11-3023 和G不随时间而改变的情况下，在恒温下经过t时间后，已经再结晶的体积分R可用下式表示 3 41exp()3RNG t Johnson和 Mehl
20、 方程方程恒温再结晶时的形核率 是随时间的增加而呈指数关系衰减的，故通常采用Avrami方程进行描述1exp()KRBt 或1lglnlglg1RBKt式中，B和K均为常数，可通过实验确定：作1lglnlg1Rt图直线斜率为K，直线的截距为lgB2022-11-30241.什么是传统机械按键设计？传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功能的一种设计方式。传统机械按键设计要点：1.合理的选择按键的类型，尽量选择平头类的按键，以防按键下陷。2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议留0.050.1mm，以防按键死键。3.要考虑成型工艺，合理计算累积公差，以防按键手感不良。传统机
21、械按键结构层图：按键开关键PCBA等温温度对再结晶速率等温温度对再结晶速率v v的影响，可用阿累尼乌斯公式表的影响，可用阿累尼乌斯公式表示，即示，即/Q RTvAe而再结晶速率的产生某一体积分数而再结晶速率的产生某一体积分数 R R所需的时间所需的时间t t成成反比，即反比，即1vt故/1Q RTA et式中 为常数，Q为再结晶的激活能；R为气体常数，T为绝对温度 两边取对数两边取对数11lnlnQAtR T2022-11-30262022-11-3027和等温回复的情况相似，在两个不同的恒定温度产和等温回复的情况相似，在两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时，可得生同样程度的再结晶时，可得
22、122111exp()tQtR TT这样，若已知某温度的再结晶激活能及此晶体在这样，若已知某温度的再结晶激活能及此晶体在某温度完成再结晶所需的等温退火时间，就可计某温度完成再结晶所需的等温退火时间，就可计算出它再另一温度退火时完成再结晶所需的时间算出它再另一温度退火时完成再结晶所需的时间2022-11-30283 3再结晶温度及其影响因素再结晶温度及其影响因素再结晶温度再结晶温度定义：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度定义：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度测定方法：金相法或硬度法测定测定方法：金相法或硬度法测定 标准：显微镜中出现第一颗新晶粒时的温度或以硬度下降标准：显微镜中出现第一颗新晶粒
23、时的温度或以硬度下降 5050所对应的温度所对应的温度工业生产中，通常以经过大变形量（约工业生产中，通常以经过大变形量（约7070以上）的冷以上）的冷变形金属，经过变形金属，经过1h1h退火能完成再结晶所对应的温度定义退火能完成再结晶所对应的温度定义为再结晶温度为再结晶温度再结晶温度并不是一个物理常数，它不仅随材料而改再结晶温度并不是一个物理常数，它不仅随材料而改变，同一材料其冷变形程度、原始晶粒度等因素也影变，同一材料其冷变形程度、原始晶粒度等因素也影响着再结晶温度响着再结晶温度 2022-11-3029a变形程度的影响变形程度的影响 随着冷变形程度的增加，储存能也增多，再结晶的驱随着冷变形
24、程度的增加，储存能也增多，再结晶的驱动力就越大，因此再结晶温度越低，同时等温退火时动力就越大，因此再结晶温度越低，同时等温退火时的再结晶速度也越快。但当变形量增大到一定程度后，的再结晶速度也越快。但当变形量增大到一定程度后，再结晶温度就基本上稳定不变了再结晶温度就基本上稳定不变了 对工业纯金属，经强烈冷变形后的最低再结晶温对工业纯金属，经强烈冷变形后的最低再结晶温度度T TR R/K K约等于其熔点约等于其熔点T TmmK K的的0.350.4 0.350.4 b原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸 在其他条件相同的情况下，金属的原始晶粒越细小，在其他条件相同的情况下，金属的原始晶粒越细小，则变形的抗力越
25、大，冷变形后储存的能量较高，再则变形的抗力越大，冷变形后储存的能量较高，再结晶温度则较低结晶温度则较低 2022-11-3030c微量溶质原子微量溶质原子 微量溶质原子的存在对金属的再结晶有很大的影响微量溶质原子的存在对金属的再结晶有很大的影响 微量溶质原子存在显著提高再结晶温度的原因可能是溶质原子微量溶质原子存在显著提高再结晶温度的原因可能是溶质原子与位错及晶界间存在着交互作用，使溶质原子倾向于在位错及与位错及晶界间存在着交互作用，使溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起着阻碍作用，晶界处偏聚，对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起着阻碍作用，从而不利于再结晶的形核和核
26、的长大，阻碍再结晶过程从而不利于再结晶的形核和核的长大，阻碍再结晶过程 d第二相粒子第二相粒子 第二相粒子的存在既可能促进基体金属的再结晶，也可第二相粒子的存在既可能促进基体金属的再结晶，也可能阻碍再结晶能阻碍再结晶 ，这主要取决于基体上分散相粒子的大小，这主要取决于基体上分散相粒子的大小及分布。及分布。第二相粒子尺寸大，间距宽的，再结晶核心能在表面产生第二相粒子尺寸大，间距宽的，再结晶核心能在表面产生第二相粒子尺寸小又密集时，会阻碍再结晶的进行第二相粒子尺寸小又密集时，会阻碍再结晶的进行2022-11-3031e再结晶退火工艺参数再结晶退火工艺参数 加热速度、加热温度与保温时间等退火工艺参数
27、，对变加热速度、加热温度与保温时间等退火工艺参数，对变形金属的再结晶有着不同程度的影响形金属的再结晶有着不同程度的影响 若加热速度过于缓慢时，变形金属加热时间长，使点若加热速度过于缓慢时，变形金属加热时间长，使点阵畸变度降低，储能减少，使再结晶驱动力减小，再阵畸变度降低，储能减少，使再结晶驱动力减小，再结晶温度上升结晶温度上升 当变形程度和退火保温时间一定时，退火温度愈高，当变形程度和退火保温时间一定时，退火温度愈高，再结晶速度愈快再结晶速度愈快 ，产生一定体积分数的再结晶所需，产生一定体积分数的再结晶所需要的时间也越短，再结晶后的晶粒越粗大要的时间也越短，再结晶后的晶粒越粗大2022-11-
28、30324再结晶后的晶粒大小再结晶后的晶粒大小 由于晶粒大小对材料性能将产生重要影响，因此，调由于晶粒大小对材料性能将产生重要影响，因此，调整再结晶退火参数，控制再结晶的晶粒尺寸，在生产整再结晶退火参数，控制再结晶的晶粒尺寸，在生产中具有一定的实际意义中具有一定的实际意义 运用约翰逊一梅厄方程，可以证明再结晶后晶粒尺寸运用约翰逊一梅厄方程，可以证明再结晶后晶粒尺寸d与与 和长大速率和长大速率 之间存在着下列关系之间存在着下列关系：GNd 14常数（）2022-11-3033a a变形度的影响变形度的影响 冷变形程度对再结晶后晶粒大小的影响如图 /当变形程度很小时，晶粒尺寸即为原始晶当变形程度很
29、小时，晶粒尺寸即为原始晶粒的尺寸，这是因为变形量过小，造成的粒的尺寸，这是因为变形量过小，造成的储存能不足以驱动再结晶，所以晶粒大小储存能不足以驱动再结晶，所以晶粒大小没有变化。当变形程度增大到一定数值后，没有变化。当变形程度增大到一定数值后，此时的畸变能已足以引起再结晶，但由于此时的畸变能已足以引起再结晶，但由于变形程度不大，变形程度不大，得到特别粗大的晶粒 比值很小，因此通常，把对应于再结晶后得到特别粗通常，把对应于再结晶后得到特别粗大晶粒的变形程度称为大晶粒的变形程度称为“临界变形度临界变形度”当变形量大于临界变形量之后，变形度愈大，晶粒愈细化当变形量大于临界变形量之后，变形度愈大，晶粒
30、愈细化 变形变形量量原始原始晶粒晶粒尺寸尺寸尺寸大小尺寸大小临界变形量2022-11-3034b b退火温度的影响退火温度的影响 退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的影响比较弱退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的影响比较弱 提高退火温度可使再提高退火温度可使再结晶的速度显著加快，结晶的速度显著加快，临界变形度数值变小临界变形度数值变小 （如图）（如图）再结晶过程完成，随后再结晶过程完成，随后还有一个晶粒长大阶段，还有一个晶粒长大阶段，温度越高晶粒越粗温度越高晶粒越粗790退火7006500481216202420010010112345678应变 /%100时，6.45cm 中晶粒数2晶粒度202
31、2-11-30355.3.45.3.4晶粒长大晶粒长大 再结晶结束后，材料通常得到细小等轴晶粒，若继再结晶结束后，材料通常得到细小等轴晶粒，若继续提高加热温度或延长加热时间，将引起晶粒进一续提高加热温度或延长加热时间，将引起晶粒进一步长大步长大 晶界移动的晶界移动的驱动力驱动力通常来自总的界面能的降低通常来自总的界面能的降低 晶粒长大按其特点可分为两类：晶粒长大按其特点可分为两类：1 1、正常晶粒长大，大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大；、正常晶粒长大，大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大；2 2、异常晶粒长大，少数晶粒突发性的不均匀长大、异常晶粒长大，少数晶粒突发性的不均匀长大 2022-11-303
32、61 1 晶粒的正常长大及其影响因素晶粒的正常长大及其影响因素对于系统，晶粒长大的驱动力式总界面能的减小对于系统，晶粒长大的驱动力式总界面能的减小对于个别晶粒，不同曲率是造成晶界迁移的直接原因对于个别晶粒，不同曲率是造成晶界迁移的直接原因 晶面是向着曲率中心的方向移动晶面是向着曲率中心的方向移动正常晶粒长大时，晶界的平均移动速度正常晶粒长大时，晶界的平均移动速度2bdDvm pmRdt在一定温度下，上式可看作常数在一定温度下，上式可看作常数1dDKDdt分离变量，积分得分离变量，积分得220tDDK t若220tDD则近似有则近似有2tDK t1/2tDCt或2022-11-3037公式与实验
33、结果得比较黄铜在恒温下的晶粒长大曲线303060609090120120123624486072154530607590时间 /minw(Zn)10w(Zn)20w(Zn)30w(Zn)35Dt /10 cm2282022-11-3038a.a.温度对晶粒长大得影响温度对晶粒长大得影响由上图可以看出，温度越高，晶粒由上图可以看出，温度越高，晶粒得长大速度也越快。这是因为得长大速度也越快。这是因为em-Qm/RT与成正比因此代入2bdDvm pmRdt得恒温下晶粒长大速度与温度得关系得恒温下晶粒长大速度与温度得关系11ed DKd tD-Q m/R T上式积分2202etDDKt-Qm/RT或2
34、202lg()lg2.3tmDDQKtRT1.01.11.21.323468103(1/)/10TK228210/10tDDcm st2022-11-3039b.分散相粒子分散相粒子分散颗粒对晶界得阻碍作用，从而使晶粒长大速度降低分散颗粒对晶界得阻碍作用，从而使晶粒长大速度降低假设第二相粒子为球形假设第二相粒子为球形晶界右移时，晶界沿其移动方晶界右移时，晶界沿其移动方向对粒子所施的拉力为向对粒子所施的拉力为maxbFr max2cossinsin2bbFr 当452022-11-3040实际上，合金基体均匀分布着许多第二相颗粒，因此晶界实际上，合金基体均匀分布着许多第二相颗粒，因此晶界迁移能力
35、及其所决定的晶粒长大速度，不仅与分散相粒子迁移能力及其所决定的晶粒长大速度，不仅与分散相粒子的尺寸有关，而且单位体积中第二相粒子的数量也具有重的尺寸有关，而且单位体积中第二相粒子的数量也具有重要影响要影响在第二相颗粒所占体积分数一定的条件下在第二相颗粒所占体积分数一定的条件下颗粒愈细，数量愈多，晶界迁移的阻力愈大颗粒愈细，数量愈多，晶界迁移的阻力愈大当晶界能迁移的驱动力与所受阻力相等时，晶粒当晶界能迁移的驱动力与所受阻力相等时，晶粒的正常长大停止，此时晶粒平均直径（极限的晶的正常长大停止，此时晶粒平均直径（极限的晶粒平均直径）粒平均直径）m in43rD为分散粒子体积分数2022-11-304
36、1c.c.晶粒间的位相差晶粒间的位相差实验表明实验表明:相邻晶粒间的位相差对晶界的迁移有很大相邻晶粒间的位相差对晶界的迁移有很大影响影响当晶界两侧的晶粒位向较为接近或具有孪晶位向时，当晶界两侧的晶粒位向较为接近或具有孪晶位向时，晶界迁移速度很小晶界迁移速度很小但若晶粒间具有大角度晶界的位向差时，则由于晶但若晶粒间具有大角度晶界的位向差时，则由于晶界能和扩散稀疏相应增大，因而其晶界的迁移速度界能和扩散稀疏相应增大，因而其晶界的迁移速度也随之加快也随之加快2022-11-3042d.d.杂质与微量合金元素杂质与微量合金元素右图为微量右图为微量SnSn在高纯在高纯PbPb中对中对300300时晶界迁
37、移速度的影响。时晶界迁移速度的影响。通常认为，由于微量杂质原子与通常认为，由于微量杂质原子与晶界的交互作用及其在晶界区域晶界的交互作用及其在晶界区域的吸附，形成了一种阻碍晶界迁的吸附，形成了一种阻碍晶界迁移的移的“气团气团”从而随着杂质含量从而随着杂质含量的增加，显著降低了晶界的迁移的增加，显著降低了晶界的迁移速度。速度。该类晶界结构中的点阵重合性较高，从而不利于该类晶界结构中的点阵重合性较高，从而不利于杂质原子的吸附杂质原子的吸附但是但是 图中虚线所示，微量杂质原图中虚线所示，微量杂质原子对某些具有特殊位向差的晶界子对某些具有特殊位向差的晶界迁移速度影响较小，这可能与迁移速度影响较小，这可能
38、与特殊晶界1002628111231113642()/%w Sn0.0000.0020.0040.0060.00010.0010.010.1110匀晶移动速度/(mm/min)一般晶界2022-11-30432.2.异常晶粒长大（二次再结晶）异常晶粒长大（二次再结晶）一次再结晶的细一次再结晶的细小晶粒小晶粒加热消除阻碍晶界迅速迁移晶界迅速迁移长大与其它晶粒界与其它晶粒界面接触面接触纯的和含MnS的Fe3Si合金在不同温度退火1h的晶粒尺寸2022-11-30445.3.55.3.5再结晶织构与退火孪晶再结晶织构与退火孪晶 1 1再结晶织构再结晶织构通常具有变形织构的金属经再结晶后的新晶粒若仍具
39、通常具有变形织构的金属经再结晶后的新晶粒若仍具有择优取向，称为再结晶织构有择优取向，称为再结晶织构 再结晶织构与原变形织构之间可存在以下三种情况：再结晶织构与原变形织构之间可存在以下三种情况：（1 1）与原有的织构相一致；）与原有的织构相一致；（2 2）原有织构消失而代之以新的织构；）原有织构消失而代之以新的织构；（3 3）原有织构消失不再形成新的织构）原有织构消失不再形成新的织构 再结晶织构的形成机制：再结晶织构的形成机制：a.a.定向生长理论定向生长理论b.b.定向型核理论定向型核理论2022-11-3045a.a.定向生长理论定向生长理论一次再结晶形成了各种位向的晶核，但只有某些具有一次
40、再结晶形成了各种位向的晶核，但只有某些具有特殊位相的晶核才能迅速向变形基体中长大，即形成特殊位相的晶核才能迅速向变形基体中长大，即形成了再结晶织构。了再结晶织构。b.定向形核理论定向形核理论当变形量较大的金属组织存在变形织构时，由于各当变形量较大的金属组织存在变形织构时，由于各亚晶的位向相似，而使再结晶形核具有择优取向，亚晶的位向相似，而使再结晶形核具有择优取向，并经长大形成与原有织构相一致的再结晶织构并经长大形成与原有织构相一致的再结晶织构当基体存在变形织构时，其中大多数晶粒取向是相似当基体存在变形织构时，其中大多数晶粒取向是相似的，晶粒不易长大，而某些与变形织构成特殊位向关的，晶粒不易长大
41、，而某些与变形织构成特殊位向关系的再结晶晶核，其晶界则具有很高的迁移速度，故系的再结晶晶核，其晶界则具有很高的迁移速度，故发生择优生长，并通过逐渐吞食其周围变形基体达到发生择优生长，并通过逐渐吞食其周围变形基体达到互相接触，形成与原变形织构取向不同的再结晶织构互相接触，形成与原变形织构取向不同的再结晶织构2022-11-30462 2退火孪晶退火孪晶某些面心立方金属和合金如铜及铜合金，镍及镍合金和奥氏某些面心立方金属和合金如铜及铜合金，镍及镍合金和奥氏体不锈钢等冷变形后经再结晶退火后，其晶粒中会出现退火体不锈钢等冷变形后经再结晶退火后，其晶粒中会出现退火孪晶孪晶 A A、B B、C C代表三种
42、典型代表三种典型的退火孪晶形态：的退火孪晶形态：A A为晶界交角处的退火为晶界交角处的退火孪晶；孪晶；B B为贯穿晶粒的完整退为贯穿晶粒的完整退火孪晶；火孪晶；C C为一端终止于晶内的为一端终止于晶内的不完整退火孪晶不完整退火孪晶 孪晶带两侧互相平行的孪晶界属于共格的孪晶界，由（孪晶带两侧互相平行的孪晶界属于共格的孪晶界，由（111111）组）组成；孪晶带在晶粒内终止处的孪晶界，以及共格孪晶界的台阶成；孪晶带在晶粒内终止处的孪晶界，以及共格孪晶界的台阶处均属于非共格的孪晶界处均属于非共格的孪晶界 2022-11-3047关于退火孪晶的形成机制，一般认为退火孪晶是在晶关于退火孪晶的形成机制，一般
43、认为退火孪晶是在晶粒生长过程中形成的粒生长过程中形成的 当晶粒通过晶界移动而生当晶粒通过晶界移动而生长时，原子层在晶界角处长时，原子层在晶界角处（111111）面上的堆垛顺序偶）面上的堆垛顺序偶然错堆，就会出现一共格然错堆，就会出现一共格的孪晶界并随之而在晶界的孪晶界并随之而在晶界角处形成退火孪晶角处形成退火孪晶 ，这种，这种退火孪晶通过大角度晶界退火孪晶通过大角度晶界的移动而长大。的移动而长大。2022-11-3048在长大过程中，如果原子在（在长大过程中，如果原子在（111111）表面再次发生错堆）表面再次发生错堆而恢复原子的堆垛顺序，则又形成第二个共格孪晶界，而恢复原子的堆垛顺序，则又形成第二个共格孪晶界，构成了构成了孪晶带孪晶带。同样，形成退火孪晶必须满足能量条件，层错能低的晶同样，形成退火孪晶必须满足能量条件，层错能低的晶体容易形成退火孪晶体容易形成退火孪晶2022-11-3049The end2022-11-3050
