第四节再结晶后的晶粒长大.ppt

1、第四节 再结晶后的晶粒长大,晶粒长大过程是金属加热时出现的普遍现象。晶粒长大在热力学上是自发过程，只要动力学条件允许，都会发生晶粒长大。再结晶完成后，继续升温或延长保温时间，都会使晶粒继续长大。根据再结晶后晶粒长大的特性，可分为两类：正常长大：大多数晶粒长大速率相差不多，几乎是均匀长大。异常长大(二次再结晶)：少数晶粒突发性的不均匀的长大。,一、晶粒的正常长大,1、长大方式：通过大角度晶界的移动，大晶粒吞食小晶粒，晶界向曲率中心移动。与再结晶中晶界移动方向相反。 原因：驱动力不同。,铝晶粒长大的晶界迁移1迁移前晶界位置；2迁移后晶界位置,在200的温台加热时，用偏光显微镜观察到的锌的晶粒长大。

2、通过晶界移动，“X”晶粒逐渐缩小而消失a)、b)、c)、d)、e)和f)分别为加热0、30、37、38、40和42分钟,2、晶粒长大的驱动力,晶界迁移后，体系总的自由能降低。即总的界面能降低。晶界移动的驱动力： A-晶界面积；dx-晶界移动的距离；dGt-体系总的自由能变化 (增为正，降为负)。自由能降低，dGt0，促进晶界移动的驱动力；自由能增加，dGt0，p25后，晶界移动速度稳定。200时，大角度晶界范围内，只有某些特殊位向的晶界移动速度较大，其他大角度晶界的移动速度都较小，这与纯铅中存在微量杂质有关。具有特殊位向差的晶界其原子排列重合性高，不利于杂质原子吸附，因而微量杂质对晶界活动性的

3、影响小，晶界移动速度较大；高温时，杂质不在晶界偏聚，不体现特殊位向不利于杂质吸附的特点。,200和300 时，区域提纯的铅的双晶体中的倾斜晶界的移动速度与晶体间的位相差的关系,表面热蚀沟：金属在高温下长时间加热时，晶界与金属表面相交处，为了达到表面张力间的平衡，通过表面扩散产生的沟状形态。热蚀沟所张开的角度(180-2)决定于晶界能b和表面能s的比值，当很小时对于不少金属, s 3 b ,因此10,金属表面最简单的热蚀沟的截面,对于薄板材料，表面热蚀沟对晶界移动有约束力ptg。 a -板厚ptg 与a成反比， a越小(板越薄)， ptg 越大。,当热蚀沟对晶界的约束力与晶界能提供的晶界移动的驱

4、动力相等时，晶界被钉扎在热蚀沟处，使薄板中的晶粒尺寸达到极限而不再长大。此时极限晶粒半径对一定的金属， s / b为一常数，Rlim与a成正比， a越小， Rlim越小。对厚板，表面所占比例小，热蚀沟的影响可忽略。,例题,二、晶粒的反常长大,二次再结晶现象：已再结晶的少数晶粒突然异常长大。好象在再结晶后均匀、细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶。其实，二次再结晶无形核过程，只是一次再结晶形成的某些少数晶粒，其长大速率比绝大多数晶粒的长大速率快得多，吞并了其它晶粒而迅速长大，且越长越快。其驱动力仍是晶界能。发生二次再结晶的原因：正常晶粒长大过程被分散相粒子、织构、表面热蚀沟等强烈阻碍，使能够长大的

5、晶粒尺寸比无阻碍时大，而能够长大的晶粒数目少，一旦阻碍消失，少数晶粒迅速长大。,晶粒异常长大过程 时间t1t2t3,Fe-3%Si合金在1100 退火组织（a）异常长大前（5min）；（b）异常长大后（20min）,例：MnS颗粒对Fe-Si再结晶时的晶界移动有“钉扎”作用。实线：含有少量MnS，发生二次再结晶；虚线1：二次再结晶周围，只有一次再结晶的晶粒随温度增加均匀长大。虚线2：不含MnS颗粒，没有明显二次再结晶。在920以下，实线及曲线1均在曲线2下方，表明晶粒较细小；到920，实线突然增高，表明少数晶粒突然长大，发生二次再结晶，个别晶粒可为晶粒平均尺寸的50倍。,二次再结晶的“晶核”可

6、能是,一次再结晶后，比周围晶粒显著大的晶粒；具有织构的组织中某些非择优取向的晶粒；晶界处第二相粒子发生溶解的晶粒；被热蚀沟钉扎的薄板中表面能低的晶粒。二次再结晶的影响：二次再结晶会形成非常粗大的晶粒及很不均匀的组织，从而降低材料的强度和塑、韧性，还会降低再次冷加工工件的表面粗糙度。因此，在制定冷变形金属材料的再结晶退火工艺时，应注意避免发生二次再结晶。但对于某些磁性材料如硅钢片，可利用二次再结晶获得粗大晶粒，以改善其磁性能。,三、再结晶的应用及其组织控制,1、再结晶退火：冷变形金属再结晶后，形成了新的无应变的细小等轴晶粒，塑性变形所导致的各种性能改变消失，材料的性能恢复到冷变形前的水平。其应用

7、有：中间退火：目的是消除冷变形金属的加工硬化效果及内应力，恢复塑性，便于继续冷加工。最终退火：细化晶粒，改善显微组织。再结晶退火工艺：加热温度高于再结晶温度，保温12小时，缓冷至室温。,2、再结晶组织,(1)再结晶图：再结晶退火后的晶粒大小与冷变形度及退火温度间关系的三维图形。可用作制定生产工艺规范的参考依据。图中有两个粗晶区：临界变形区；二次再结晶区。对于一般结构材料，制定变形及退火工艺时，应避开这两个区域。,(2)退火孪晶：,形貌：界面平直的片状组织。可贯穿晶粒(B)； 或终止在晶内(C)；或处于晶界交角处(A)。孪晶两侧互相平行的晶面是共格孪晶界，由111面组成。终止于晶内的界面为非共

8、格孪晶界。,某些面心立方结构的金属和合金经再结晶退火后形成的退火孪晶（示意图）,冷变形黄铜退火时形成的退火孪晶组织,退火孪晶的形成：再结晶过程中，因晶界迁移出现层错而形成。111面某层原子面错排造成层错，出现孪晶界。孪晶界面能远小于大角度晶界能，层错稳定并随大角度晶界的移动而长大。如111面再次错排，恢复原来的堆跺次序，又形成一 个孪晶界，两孪晶界间出现一个 孪晶带。,面心立方结构的金属形成退火孪晶时(111)的堆垛次序,(3)再结晶织构：,再结晶织构：冷变形金属在再结晶过程中形成的具有择优取向的晶粒。再结晶织构与原形变织构可能一致，也可能不一致，但与形变织构有一定的取向关系。形成理论：择优形

9、核理论：再结晶核心大多数都保持着原变形织构的择优取向，并经长大形成与原变形织构相一致的再结晶织构。择优成长理论：形成的晶核是多种位向，但晶核的生长速度取决于晶核与形变基体间的位向差，具有有利取向的晶核能够通过消耗变形基体而迅速长大，使其他位向晶核的生长受到抑制，形成再结晶织构。,再结晶织构的利弊：不利：使材料出现各向异性，退火后继续变形时各方向变形不均匀，出现“制耳”。例：冷轧铜板退火后出现100立方织构，顺轧向和垂直轧向的伸长率为40%，而与轧向成45的方向的伸长率则高达75%。避免或消除强烈织构的方法：调整冷变形量、合金成分和组织、退火后的变形工艺等。如：使冷变形量 50%；采用磷脱氧铜；通过20%的冷轧将立方织构破坏等。有利：用作磁性材料等用途时。,