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再結(jié)晶及其對組織性能的影響

1. 再結(jié)晶及其對組織性能的影響1. 再結(jié)晶過程

變形后的金屬在較高溫度加熱時(shí),由于原子擴(kuò)散能力增大,被拉長(或壓扁)、破碎的晶粒通過重新生核、長大變成新的均勻、細(xì)小的等軸晶。這個(gè)過程稱為再結(jié)晶。變形金屬進(jìn)行再結(jié)晶后,金屬的強(qiáng)度和硬度明顯降低,而塑性和韌性大大提高,加工硬化現(xiàn)象被消除,此時(shí)內(nèi)應(yīng)力全部消失,物理、化學(xué)性能基本上恢復(fù)到變形以前的水平。再結(jié)晶生成的新的晶粒的晶格類型與變形前、變形后的晶格類型均一樣。

2. 再結(jié)晶溫度

變形后的金屬發(fā)生再結(jié)晶的溫度是一個(gè)溫度范圍,并非某一恒定溫度。一般所說的再結(jié)晶溫度指的是最低再結(jié)晶溫度(T再), 通常用經(jīng)大變形量(70%以上)的冷塑性變形的金屬,經(jīng)一小時(shí)加熱后能完全再結(jié)晶的最低溫度來表示。最低再結(jié)晶溫度與該金屬的熔點(diǎn)有如下關(guān)系:

T再=(0.35~0.4)T熔點(diǎn)

式中的溫度單位為絕對溫度(K)。 最低再結(jié)晶溫度與下列因素有關(guān):

(1)預(yù)先變形度 金屬再結(jié)晶前塑性變形的相對變形量稱為預(yù)先變形度。預(yù)先變形度越大, 金屬的晶體缺陷就越多, 組織越不穩(wěn)定,最低再結(jié)晶溫度也就越低。當(dāng)預(yù)先變形度達(dá)到一定大小后, 金屬的最低再結(jié)晶溫度趨于某一穩(wěn)定值。

(2)金屬的熔點(diǎn) 熔點(diǎn)越高, 最低再結(jié)晶溫度也就越高。

(3)雜質(zhì)和合金元素  由于雜質(zhì)和合金元素特別是高熔點(diǎn)元素, 阻礙原子擴(kuò)散和晶界遷移, 可顯著提高最低再結(jié)晶溫度。如高純度鋁(99.999%)的最低再結(jié)晶溫度為80 ℃, 而工業(yè)純鋁(99.0%)的最低再結(jié)晶溫度提高到了290 ℃。

(4)加熱速度和保溫時(shí)間  再結(jié)晶是一個(gè)擴(kuò)散過程, 需要一定時(shí)間才能完成。提高加熱速度會使再結(jié)晶在較高溫度下發(fā)生, 而保溫時(shí)間越長, 再結(jié)晶溫度越低。

3. 再結(jié)晶后晶粒的晶粒度

晶粒大小影響金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性, 因此生產(chǎn)上非常重視控制再結(jié)晶后的晶粒度, 特別是對那些無相變的鋼和合金。影響再結(jié)晶退火后晶粒度的主要因素是加熱溫度和預(yù)先變形度。

(1)加熱溫度  加熱溫度越高, 原子擴(kuò)散能力越強(qiáng), 則晶界越易遷移,晶粒長大也越快。

(2)預(yù)先變形度  變形度的影響主要與金屬變形的均勻度有關(guān)。變形越不均勻, 再結(jié)晶退火后的晶粒越大。變形度很小時(shí),因不足以引起再結(jié)晶,晶粒不變。當(dāng)變形度達(dá)到2~10%時(shí),金屬中少數(shù)晶粒變形,變形分布很不均勻,所以再結(jié)晶時(shí)生成的晶核少,晶粒大小相差極大,非常有利于晶粒發(fā)生吞并過程而很快長大,結(jié)果得到極粗大的晶粒。使晶粒發(fā)生異常長大的變形度稱作臨界變形度。生產(chǎn)上應(yīng)盡量避免在臨界變形度范圍內(nèi)的塑性變形加工。超過臨界變形度之后,隨變形度的增大,晶粒的變形更加強(qiáng)烈和均勻,再結(jié)晶核心越來越多,因此再結(jié)晶后的晶粒越來越細(xì)小。但是當(dāng)變形度過大(約≥90%)時(shí), 晶粒可能再次出現(xiàn)異常長大,一般認(rèn)為它是由形變織構(gòu)造成的。

由于塑性變形后的金屬加熱發(fā)生再結(jié)晶后,可消除加工硬化現(xiàn)象,恢復(fù)金屬的塑性和韌性, 因此生產(chǎn)中常用再結(jié)晶退火工藝來恢復(fù)金屬塑性變形的能力,以便繼續(xù)進(jìn)行形變加工。例如生產(chǎn)鐵鉻鋁電阻絲時(shí),在冷拔到一定的變形度后,要進(jìn)行氫氣保護(hù)再結(jié)晶退火,以繼續(xù)冷拔獲得更細(xì)的絲材。為了縮短處理時(shí)間,實(shí)際采用的再結(jié)晶退火溫度比該金屬的最低再結(jié)晶溫度要高100 ℃~200 ℃。

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