材料科学基础I 回复与再结晶
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回复与再结晶的异同点回复和再结晶是金属材料学中常用的两种热处理方法,它们都能够改善材料的力学性能和微观结构。
虽然它们都是通过热处理来改善材料性能,但是它们的机制和效果有很大的不同。
本文将从几个方面来比较回复和再结晶的异同点。
一、机制不同回复是指在高温下,材料中原有的位错被消除或减少,从而使材料的硬度和强度降低,塑性增加的过程。
回复的机制是通过材料中的位错移动和聚集来实现的。
随着温度的升高,材料中的位错能够更容易地移动,从而形成更大的位错环和蠕变流,这有助于位错的聚集和消除。
再结晶是指在高温下,材料中原有的晶粒被消除或减少,从而使材料的晶粒尺寸变小,晶界数量增加,从而提高材料的硬度和强度的过程。
再结晶的机制是通过晶界迁移和晶粒长大来实现的。
随着温度的升高,材料中的原始晶粒能够被破坏,从而形成更小的晶粒。
在材料中存在的能量梯度会引导晶界的迁移,从而使晶粒长大。
二、效果不同回复能够改善材料的塑性,但是对于硬度和强度的提高效果不是很明显。
回复后,材料的位错密度减少,从而使材料的塑性增加。
但是,由于材料中的位错并没有完全消除,所以材料的硬度和强度并没有明显提高。
再结晶能够改善材料的硬度和强度,但是对于塑性的提高效果不是很明显。
再结晶后,材料的晶粒尺寸变小,晶界数量增加,从而使材料的硬度和强度提高。
但是,由于晶粒尺寸变小,晶界的数量增加,所以材料的塑性并没有明显提高。
三、应用不同回复主要用于提高材料的塑性,适用于需要进行复杂成形的材料。
回复后,材料的塑性增加,从而使材料更容易进行成形。
回复也可以用于消除材料中的残余应力,从而提高材料的稳定性和寿命。
再结晶主要用于提高材料的硬度和强度,适用于需要提高材料强度和硬度的材料。
再结晶后,材料的硬度和强度提高,从而使材料更适合用于高强度和高硬度的应用中。
四、温度要求不同回复的温度比较低,一般在0.3Tm~0.5Tm之间。
其中Tm为材料的熔点。
回复的温度比较低,可以减少材料的变形和晶粒长大,从而使材料更容易进行塑性变形。
2020届材料科学基础期末必考知识点总结第八章回复与再结晶第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化一回复与再结晶回复:冷变形金属在低温加热时,其显微组织无可见变化,但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。
再结晶:冷变形金属被加热到适当温度时,在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒,而使形变强化效应完全消除的过程。
二显微组织变化(示意图)回复阶段:显微组织仍为纤维状,无可见变化;再结晶阶段:变形晶粒通过形核长大,逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。
晶粒长大阶段:晶界移动、晶粒粗化,达到相对稳定的形状和尺寸。
三性能变化1 力学性能(示意图)回复阶段:强度、硬度略有下降,塑性略有提高。
再结晶阶段:强度、硬度明显下降,塑性明显提高。
晶粒长大阶段:强度、硬度继续下降,塑性继续提高,粗化严重时下降。
2 物理性能密度:在回复阶段变化不大,在再结晶阶段急剧升高;电阻:电阻在回复阶段可明显下降。
四储存能变化(示意图)1 储存能:存在于冷变形金属内部的一小部分(~10%)变形功。
弹性应变能(3~12%)2 存在形式位错(80~90%)点缺陷是回复与再结晶的驱动力3储存能的释放:原子活动能力提高,迁移至平衡位置,储存能得以释放。
五内应力变化回复阶段:大部分或全部消除第一类内应力,部分消除第二、三类内应力;再结晶阶段:内应力可完全消除。
第二节回复一回复动力学(示意图)1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系ln(x0/x)=c0t exp(-Q/RT)x0 –原始加工硬化残留率;x-退火时加工硬化残留率;c0-比例常数;t-加热时间;T-加热温度。
2 动力学曲线特点(1)没有孕育期;(2)开始变化快,随后变慢;(3)长时间处理后,性能趋于一平衡值。
二回复机理移至晶界、位错处1 低温回复:点缺陷运动空位+间隙原子缺陷密度降低(0.1~0.2Tm)空位聚集(空位群、对)异号位错相遇而抵销2 中温回复:位错滑移位错缠结重新排列位错密度降低(0.2~0.3Tm)亚晶粒长大3 高温回复:位错攀移(+滑移)位错垂直排列(亚晶界)多边化(亚(0.3~0.5Tm)晶粒)弹性畸变能降低。
回复与再结晶主讲人:王准网学天地网学天地( )版权所有主要内容一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化二、回复过程三、再结晶过程四、晶粒长大过程五、热加工对金属组织和性能的影响网学天地( )版权所有一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化回复:冷变形金属在低温加热时,其显微组织无可见变化,但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。
再结晶:冷变形金属被加热到适当温度时,在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒,而使形变强化效应完全消除的过程。
1. 回复与再结晶网学天地( )版权所有回复阶段:显微组织仍为纤维状,无可见变化;再结晶阶段:变形晶粒通过形核长大,逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。
晶粒长大阶段:晶界移动、晶粒粗化,达到相对稳定的形状和尺寸。
2. 显微组织变化(示意图)网学天地()版权所有网学天地( )版权所有(1)力学性能(示意图)回复阶段:强度、硬度略有下降,塑性略有提高。
再结晶阶段:强度、硬度明显下降,塑性明显提高。
晶粒长大阶段:强度、硬度继续下降,塑性继续提高,粗化严重时下降。
(2)物理性能密度:在回复阶段变化不大,在再结晶阶段急剧升高;电阻:电阻在回复阶段可明显下降。
3. 性能变化储存能变化(示意图)网学天地()版权所有网学天地( )版权所有5. 内应力变化回复阶段:大部分或全部消除第一类内应力,部分消除第二、三类内应力;再结晶阶段:内应力可完全消除。
网学天地( )版权所有二、回复1. 回复过程的特征(1)组织不发生变化,仍保持变形状态伸长的晶粒;(2)变形引起的宏观一类应力全部消失,微观二类应力大部分消除;(3)一般力学性能变化不大;某些物理性能有较大变化,电阻率显著降低,密度增大。
(4)变形储存能在回复阶段部分释放。
网学天地()版权所有网学天地( )版权所有(3)高温回复(>0.5T m )位错攀移(+滑移)→位错垂直排列(亚晶界)→多边化(亚晶粒)→弹性畸变能降低。
第10章回复与再结晶§1 冷变形金属在加热时的变化一、显微组织的变化二、性能的变化(一)力学性能的变化回复阶段:强度、硬度、塑性等力学性能变化不大。
再结晶阶段:随加热温度升高,强度、硬度显著下降,塑性急剧升高。
当晶粒长大时,强度、硬度继续下降,塑性在晶粒严重粗化时,也下降。
(二)物理性能的变化回复阶段:,密度变化不大,电阻明显下降;再结晶阶段:密度急剧升高。
(三)内应力的变化回复阶段,内应力部分消除;再结晶阶段,内应力全部消除。
§2 回复一、回复过程中微观结构的变化机制回复:回复的驱动力:弹性畸变能的降低。
根据回复阶段加热温度及内部结构变化特征、机制不同,将其分为三类:(一)低温回复温度:0.1T m~0.3 T m。
结构变化:主要是点缺陷的运动,空位浓度降低。
(二)中温回复温度:0.3T m~0.5 T m。
结构变化:除点缺陷的运动外,位错也开始运动,位错密度降低。
(三)高温回复温度:≥0.5 T m。
结构变化:位错运动发生多边化,形成亚晶结构;总的应变能下降。
二、回复动力学特点:①无孕育期;②变化速率先快后慢;③最后趋于恒定值。
回复过程的表达式:dx / dt= - cx (c=c0exp(-Q/RT))→ln(x0/x)= c0texp(-Q/RT)。
如果采用两个不同温度将同一冷变形金属的性能回复到同样程度,则有:三、去应力退火§3 再结晶再结晶:经冷变形的金属在足够高的温度下加热时,通过新晶粒的形核及长大,以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。
再结晶是一个显微组织彻底改组、变形储能充分释放、性能显著变化的过程。
一、再结晶的形核及长大形核的两种方式:晶界凸出形核、亚晶形核。
(一)晶界凸出形核变形度较小时,再结晶核心一般以凸出形核方式形成。
如右图所示。
若界面由I向II推进,则:当α>π/2时,晶界可以自发生长,因此,凸出形核所需的能量条件为:ΔE>2σ/ lΔE-单位体积A、B相邻晶粒储存能差;ΔA-增加的晶界面积。