回复与再结晶退火-课件.ppt
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1、第三章第三章 基于回复与再结晶过程的退火基于回复与再结晶过程的退火Annealing Based on Recovery and Recrystallization1ppt课件(1)1)对象对象:冷变形或有严重内应力的金属及其合金冷变形或有严重内应力的金属及其合金4.1 概述概述提高塑性,降低变形抗力,有利于变形材料继续的后续加工(2)2)目的目的:有利于加工制品的最终使用性能退火去内应力;制造强度和塑性配合良好的半硬制品;提高弹性极限(铜合金的低温退火硬化现象);提高耐蚀性和组织稳定性。u随着冷变形程度增大,加工硬化,变形抗力增大,塑性降低;u变形不均,导致内应力产生。(3)3)原因原因:(
2、4)4)退火过程中主要固态转变退火过程中主要固态转变:回复、再结晶与晶粒长大Example:1.A steel wire cold bended;2.Al-,Cu-alloys plate-annealed2ppt课件4.2 冷变形金属在加热退火过程中组织性能变化冷变形金属在加热退火过程中组织性能变化金属冷变形所消耗的变形功大部分(9098%)以热的形式耗散,小部分(210%)以储能的形式残留,存在金属内部。储能的结构形式是晶格畸变和各种晶体缺陷(如点缺陷、位错、亚晶界、堆垛层错等)冷变形金属冷变形金属(1)纤维组织(2)变形织构(3)晶格畸变(储能)(4)晶体缺陷(储能)点缺陷、位错、亚晶界
3、、堆垛层错等以及位错缠结、位错网胞等亚结构3ppt课件Al with high purity hot compressed(strain of 0.3).Polycrystal specimen.Al with high purity hot compressed(strain of 1.5).Polycrystal specimen.4ppt课件Fig.?SEM backscattered micrographsof large-grained Al-0.1Mg:(a)deformed 50%,showing cell bands aligned at 40o to rolling plan
4、e,(b)deformed 70%,showing large scale deformation banding of grain A.Large-grained materials5ppt课件EBSD maps showing microstructure development of medium-grained Al-0.1Mgafter deformation at strains:(a)0.69,(b)1.2,(c)2.6,(d)3.9.Comparison with large-grained materials shows that the low angle boundari
5、es are less obviously aligned,andthat the formation of new high angle boundaries by process such as deformation banding,is less extensive and tends to occur mainly at the higher strains.6ppt课件Optical micrograph of the as-cast AA5754 alloy cold rolled to 95%reduction showing the alignment of particle
6、s and particle clusters(arrows)on the longitudinal plane along the rolling direction.7ppt课件在加热退火过程中组织变化:在加热退火过程中组织变化:冷变形储能使冷变形金属的自由能提高,这是加热过程中组织变化的驱动力。经回复、再结晶、晶粒长大等过程,完全再结晶的金属组织和性能恢复到平衡态。不完全的可能停留在中间阶段。加热时的转变过程:回复:储能降低,能量再分配,主要是空位、位错等运动、重布的过程。再结晶:储能差消失,无结构、成分的改变,仅伴随着缺陷运动与消失,是一种组织变化。晶粒长大:晶粒以小吃大,即界面能下降
7、的过程。8ppt课件Ag deformed 50%and annealed at 300C for 30S.Longitudinal9ppt课件Summary:Upon annealing after cold deformation,1.A large reduction in the number of point defects;2.Dislocations of opposite sign attract and/or annihilate each other;3.Dislocations rearrange themselves into lower energy configur
8、ation.4.Both point defects and dislocations are absorbed by grain boundaries migrating through the material;5.A reduction in the grain boundary area.10ppt课件11ppt课件Fig.?TEM micrograph showing a tendency of cell formation of the AA5182 stressed to 2.4.12ppt课件Metal with lower energy of stacking fault:E
9、arly stages of recrystallization:Observations were carried out on the longitudinal section within the shear band area of a Ag crystal deformed 67%and annealed at 265C for 30S.13ppt课件冷变形冷变形33%5803sec5804sec5808sec5803min58015minRecrystallization of Mg alloys after deformed then annealed.14ppt课件Discon
10、tinuous recrystallization in large-grained Al-0.1Mg(a)and AA8006(b)at strain 3.9 annealed for 1 hour at 250oC.Explanation?AA8006(Al-Fe-Mn-Si),Discontinuous and continuous recrystallization.15ppt课件金属材料热处理原理 4.2 冷变形金属在加热退火过程中组织性能变化16ppt课件金属材料热处理原理 4.2 冷变形金属在加热退火过程中组织性能变化17ppt课件回回复复原原位位再再结结晶晶再再结结晶晶正正常常
11、晶晶粒粒长长大大异常晶粒长大异常晶粒长大非均匀、不连续长大非均匀、不连续长大晶粒长大晶粒长大18ppt课件原位再结晶与再结晶原位再结晶与再结晶区别:(1)小角度晶界(小于1015)与大角度晶界(2)退火织构仍与原变形织构相同原位再结晶实际上是指在一定的条件下,随着温度升高,时间延长,亚晶长大到相当大(如大于10m),晶体取向几乎保持不变,而并形成新的再结晶晶核。原位再结晶是多边化和胞状亚组织形成的亚晶通过亚晶界迁移和亚晶粒合并的方式逐渐粗化后进一步长大粗化的过程。而这种亚晶进一步粗化实际上仍处于亚晶粗大化范畴,不是真正意义上的再结晶。19ppt课件加热退火过程中性能变化:加热退火过程中性能变化
12、:根据加热时冷变形金属所发生过程的本质,这类退火可分为回复退火、消除内应力退火、再 结晶退火等;而根据退火软化程度,则可分为完全退火和不完全退火。根据退火温度高低,则可分为低温退火、中温退火和高温退火。New equiaxed and strain-free grainsLow temperture anneal hardening 20ppt课件4.3 回复退火回复退火(1)1)本质:本质:低温退火过程,包括点缺陷运动、位错运动与重新组织分布。物理、化学性能变化明显软化,加工硬化减弱,强度下降,塑性提高,但都不明显。(2)2)力学性能的变化力学性能的变化除了与退火温度和时间有关外,还与材料本
13、性(堆垛层错能大小)有关。金属可分三类:1层错能低,如层错能低,如Cu、Ni、Ag、-Fe等及其合金等及其合金点缺陷动,而位错不变,物理、化学性能变化明显,而力学性能基本不下降,加工硬化几乎完全保留,甚至有的合金还有所升高(低温退火硬化);2层错能中,如层错能中,如Al、Ti、-Fe等及其合金等及其合金位错较易重排(多边化、或亚晶粗化),位错密度下降,力学性能有所下降,加工硬化部分保留;3层错能高,如层错能高,如W、Mo等及其合金等及其合金位错易重排,多边化或亚晶粗化强烈,位错密度急剧下降,力学性能迅速下降,加工硬化基本消失。21ppt课件(3)3)低温退火硬化现象:低温退火硬化现象:Cu,N
14、iCu,Ni合金中易出现合金中易出现。Cu-AlCu-32%Zn某些合金及金属回退(低温退火),强度,硬度,尤其是屈服极限,弹性极限不仅不下降反而有所升高。较普遍。22ppt课件退火硬化机理:退火硬化机理:主要的有两种。(1)变形材料中的可动位错和退火时由多边化产生的位错壁中的可动位错发生闭锁;(2)退火时,杂质及合金元素原子形成的气团(在位错处或层错处产生偏聚,contrell气团、铃木气团),固溶体中产生了短程有序等等,钉扎或阻碍位错。退火硬化特点:退火硬化特点:(1)硬化值与合金成份有关 成份高,高;(2)硬化值与冷变形程度有关 冷变形程度高,高;(3)具有可逆性 冷变形软化,再退火硬化
15、Working-hardening mechanism in Ti aluminide alloys:1.Long-range elastic dislocation interaction;2.Short-range obstacles in the form of dislcoation debris and dipoles produced during plastic deformation at low T.23ppt课件堆垛层错能强烈影响回复阶段位错重新组合倾向:)(82GbKd 位错分解成两个不全位错,夹一层错:位错运动需先束集,堆垛层错能低,扩展位错宽,难束集,难以发生交滑移。
16、回复阶段,Cu及其合金中仅有点缺陷变化,而位错密度变化小,储能释放小,力学性能基本不变化,但与点缺陷有关的物理、化学性能变化明显(如电阻等)。Al及其合金则可多边化、形成亚晶、发生亚晶粗化,回复较强,力学性能有所下降。W、Mo及其合金则回复更加强烈,储能大部分释放,形成较大的亚晶,加工硬化基本消失。(这一点对W、Mo的生产很重要,再结晶退火会导致晶粒粗大,强烈提高脆化温度,使材料不易加工,通常中间退火须采用回复退火)。24ppt课件(4)4)回复退火的应用回复退火的应用作为最终热处理:a 半硬制品生产(软、硬、半硬)b 消除内应力 工厂中称之为低温退火,去应力退火利用低温退火硬化效应,提高弹性
17、极限 (Cu基弹簧)中间退火,冷变形之间的中间退火 (W、Mo等及其合金)25ppt课件4.4 再结晶退火再结晶退火1)1)再结晶过程再结晶过程形核长大过程 位错密度降低,储能释放;纤维状组织 等轴状晶粒结构;再结晶的晶粒与基体间的界面一般为大角度晶界(与原位再结晶不同);动力学规律符合JMA方程。初始再结晶:位错密度下降(10610101012cm-2);储能基本释放;晶核形核长大,吞食周围变形基体,纤维状组织消失,等轴状晶粒形成;聚集再结晶:主要是指晶界面积减少,界面能下降,以大吃小的晶粒长大过程。在这个过程中位错储能变化不太大。再结晶从广义上讲包括回复(点缺陷,位错重布),再结晶(形核长
18、大),晶粒长大三个阶段。主要指再结晶形核到再结晶完了(初始再结晶)。26ppt课件形核位置 原始晶界,夹杂物(界面附近)强烈变形带(切变等)等处(变形不均匀引起变形集中处)。最近研究表明,亚晶间取向随变形程度增加而增加。回复与再结晶的关系 回复对再结晶的影响具有双重性,(1)空位下降,扩散慢,能量下降,驱动力下降,阻碍再结晶;(2)多边化也是作为再结晶的开始阶段,有利于再结晶 再结晶过程包括:再结晶过程包括:(a)形成一些晶核(由大角度晶界包围,且具有高度结构完整性,储能低的区域);(b)晶核逐渐吞食周围变形基体的方式长大;(c)直到整个基体有新生晶粒点满为止27ppt课件Deformed m
19、atrixNew grainsMechanism:subgrain growth,grain boundary protrudes28ppt课件2)2)再结晶温度及其影响因素再结晶温度及其影响因素(1)定义(测定T再时,建立一个统一的标准)T再不是一个物理量(合金成分一定时,T再还与工艺过程参数有关)。退火时间60分钟,再结晶体积温度达95的温度;退火时间60分钟,再结晶晶粒开始出现的温度(习惯);再结晶门槛温度,变形程度在6070以上,退火12小时(工业生产常用)的最低开始再结晶温度(有时需7080,总之,是要大变形,通常用来表征金属再结晶温度(实际上为的最小值)。再结晶过程与原子的扩散能力
20、有关,而原子的扩散能力与所在温度和熔点之差有关。因此,再结晶温度与熔点之间有一定关系(它没有严格数学物理推导),苏联人博奇瓦尔总结了一个经验公式:对于工业纯金属 T再(0.3-0.4)Tm(熔点,k)特别纯金属 T再(0.25-0.3)Tm 单相固溶体合金 T再 0.6 Tm 29ppt课件(2)再结晶温度的意义合理制定回复与再结晶退火工艺制度的主要依据合理制定热变形工艺的主要依据(冷变形、温变形与热变形)耐热性好坏的判断依据之一(3)影响因素冷变形程度通常测定再结晶温度时需要给定(6070以上)30ppt课件加热时间t通常测定再结晶温度时需要给定t(12h)加热速度 过快再结晶来不及,再结晶
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