如何控制再结晶晶粒的大小

六，晶粒大小的控制

晶粒度：

晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示 不同材料的金属所需要的晶粒大小：

? 在常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好。 ? 但是，对于在髙温下工作的金属材料，晶粒过于细小性能反而不好，一般希望得到

适中的品粒度。

? 对于制造电机和变压器的硅钢片来说，晶粒反而越粗大越好。因为晶粒越大，则其

磁滞损耗越小，效应越高。

表2-3列出了晶粒大小对纯铁机械性能的影响

由表可见，细化晶粒对于提高金属材料的常温机械性能作用很大。 细晶强化：

这种用细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。 改变晶粒大小的手段：

此外，除了钢铁等少数金属材料外，其它大多数金属不能通过热处理改变其晶粒度大小，因此通过控制铸造及焊接时的结晶条件，来控制晶粒度的大小，便成为改善机械性能的重要手段。

影响金属结晶时的晶粒大小的因素及原因

? 金属结晶时，每个晶粒都是由一个晶核长大而成的。 ? 晶粒的大小取决于形核率和长大速度的相对大小。

? 形核率越大，则单位体积中的晶核数目越多，每个晶粒的长大余地越小，因而长成

的晶粒越细小。同时长大速度越小，则在长大过程中将会形成更多的晶核，因而晶

粒也将越细小。反之，形核率

六，晶粒大小的控制

晶粒度：

晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示 不同材料的金属所需要的晶粒大小：

? 在常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好。 ? 但是，对于在髙温下工作的金属材料，晶粒过于细小性能反而不好，一般希望得到

适中的品粒度。

? 对于制造电机和变压器的硅钢片来说，晶粒反而越粗大越好。因为晶粒越大，则其

磁滞损耗越小，效应越高。

表2-3列出了晶粒大小对纯铁机械性能的影响

由表可见，细化晶粒对于提高金属材料的常温机械性能作用很大。 细晶强化：

这种用细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。 改变晶粒大小的手段：

此外，除了钢铁等少数金属材料外，其它大多数金属不能通过热处理改变其晶粒度大小，因此通过控制铸造及焊接时的结晶条件，来控制晶粒度的大小，便成为改善机械性能的重要手段。

影响金属结晶时的晶粒大小的因素及原因

? 金属结晶时，每个晶粒都是由一个晶核长大而成的。 ? 晶粒的大小取决于形核率和长大速度的相对大小。

? 形核率越大，则单位体积中的晶核数目越多，每个晶粒的长大余地越小，因而长成

的晶粒越细小。同时长大速度越小，则在长大过程中将会形成更多的晶核，因而晶

粒也将越细小。反之，形核率

晶粒大小对于金属力学性能的影响

晶粒大小对金属材料性能有很大影响：

晶粒之间的“边界”叫晶界，晶粒越大-则晶界也越大，而“晶界”又类似于材料中的“裂纹”；那么晶粒越大则材料中的“裂纹”越大。其次，晶粒内部的原子排列较为规则，容易产生“滑移”；而晶界上的原子排列较为凌乱，存在许多“位错”和“劈间”，使得原子面之间不易滑移和变形。那么晶粒细小时，其内的滑移变形就小且能被晶界有效抑制。第三，晶粒、晶界都越细小，外来的总重荷及变形将分散到更多的晶粒上，岂不更好。所以，晶粒越细--则金属材料的性能越好。

控制晶粒大小方法很多，主要原理有两个： 1.增大金属结晶时的过冷度。 2.增加结晶晶核。

第一节: 金属材料液态成形基础

(二)金属的结晶

1．结晶的条件

纯金属液体缓慢冷却过程的时间—温度的关系曲线，即纯金属的冷却曲线。

冷却曲线

分析冷却曲线可知，液体纯金属冷却到平衡结晶温度Tm（又称为理论结晶温度，热力学凝固温度，熔点和凝固点等）时，液体纯金属并不会立即自发地出现结晶，只有冷却到低于Tm后，固体才开始结晶，而后长大，并放出大量潜热，使温度回升到略低于平衡结晶温度，而在冷却曲线上出现一个温度平台。当凝固完成后，由于没有潜热释放，因此

材料科学与工程A490（2008）

镁合金在高温变形时动态再结晶的研究

T.Al-Samman ，G. Gottstein

（亚琛工业大学 金属学与金属物理研究所 德国亚琛52056）

摘要：由于激活镁合金的非基面滑移系需要有很大的临界应力，因此动态再结晶在镁合金的变形过程起到了重要的作用，特别地，我们观测了镁合金的变形温度在200℃时从脆性到韧性转变的行为。本文通过对商业用AZ31镁合金在不同温度和应变速率下挤压加工后再进行单轴向压缩试验，进而研究不同变形条件对镁合金动态再结晶和组织转变的影响。此外，还分析了镁合金初始状态的组织结构对其动态再结晶晶粒尺寸的影响。在较大应变情况下测得的再结晶晶粒尺寸与合金的变形条件的关系相对初始组织结构而言更为紧密。AZ31镁合金变形不同于纯镁，它的变形随温度升高它的晶粒没有明显长大。例如，400℃时，它的应变速率只有10-4s-1，在特定的变形条件下使得完全再结晶的微观组织中的平均晶粒尺寸仅有18μm，并且这些织构随机分布。本文研究的试样在200℃/10-2s-1条件下变形，利用光学显微镜观察了动态再结晶里面的孪晶组织，还利用EBSD（电子背散射衍射）对此做了更进一步的研究。 关键词：DXR、孪生、机理

第二章金属的塑性变形与再结晶

【重点内容】1.金属塑性变形本质；

2.冷塑性变形对金属材料的组织和性能的影响；

3.经冷变形的金属，在加热时的组织和性能的变化；

4.冷加工与热加工的区别；

【本章难点】加工硬化产生的原因及在生产中的利弊，回复和再结晶现象，细晶粒钢强度高、塑性好的原因。

【基本要求】1.了解金属的塑性变形过程；

2.掌握加工硬化现象；

3.熟悉冷变形金属在加热过程中组织与性能的变化；

4.掌握冷加工与热加工的区别。

§1金属的塑性变形

【什么是塑性变形】

金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生变形，去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑性变形。

生产中常利用塑性变形对金属材料进行压力加工；金属的塑性变形可分为冷塑性变形和热塑性变形两大章，在这章里我们主要讲金属的冷塑性变形。

【金属单晶体的塑性变形】

大家都知道实际金属材料都为多晶体，为了解多晶体金属材料的塑性变形过程，不防先看一下单晶体是怎样发生塑性变形的。

-

1

金属单晶体的塑性变形有“滑移”与“孪生”等不同方式，但一般大多数情况下都是以滑移方式进行的。下面我们具体看一下单晶体塑性变形的基本方式——滑移。

（一）滑移的表象：

发生了滑移的金属试样从表面上看是什么样？

图2-1 滑移

如果将一个单晶体金属试样表

第五章 固体材料的塑性变形 Chapter 5 Plastic Deformation

作业1：在面心立方晶体结构中，有一位错可以在(111) 和 ?111? 晶面上发生交滑移，请确定这个位错的伯氏矢量？ Solution: b??110?

a2

作业2：在面心立方晶体中有三个滑移系，假定在Au晶体的[100]上施加2MPa的拉伸应力，其临界分切应力是0.91MPa。证明滑移不会在(111)晶面的三个滑移系上滑移？

The three slip systems in the (111) plane are (111) ?101?, (111) ?110?, (111) ?011?. Because [100]??011?, that is λ=90?, so ?( resolred shear stress in (111)?011?) is 0.

Another two ?1?45? ?100???101?

?2?45? ?100???110? cos45??2 23 3 cos60????101??110????cos??cos??2?232???

第五次作业

第六章 《金属与合金的回复与再结晶》

一、名词解释： 1. 储存能： 2. 回复： 3. 再结晶： 4. 再结晶温度： 5. 临界变形度： 6. 热加工： 7. 冷加工：

二、填空题：

1．变形金属的最低再结晶温度是指 。 2．钢在常温下的变形加工称为 加工，而铅在常温下变形加工称为 加工。 3．影响再结晶开始温度的因素 、 、 和 、 、 。

4．再结晶后晶粒的大小主要取决于 和 。

5．金属在塑性变形时所消耗的机械能，绝大部分(占90%)转变成 。但有一小部分能量占(10%)是以增加金属的 和因变形不均匀而产生 的形式（残余应力）储存起来，这种能量我们称之为 。 在这10% 形变储存能中，其中90%是由于

工程材料及机械制造基础(Ⅰ)

工程材料

第三章

金属的塑性变形与再结晶

第三章 金属的塑性变形与再 结晶

思考题?材料在外力作用下会发生那些种 类的变形 ？ 铁丝在室温下反复弯折，会越变 越硬，直到断裂，为什么？如果是铅 丝呢？

工程材料及机械制造基础(Ⅰ)

工程材料

第三章

金属的塑性变形与再结晶

塑性变形及随后的加热对 金属材料组织和性能有显 著的影响. 了解塑性变形 的本质,塑性变形及加热 时组织的变化，有助于发 挥金属的性能潜力，正确5万吨水压机

确定加工工艺.

工程材料及机械制造基础(Ⅰ)

工程材料

第三章

金属的塑性变形与再结晶

本章讨论的重点 金属塑性变形(主要是滑移变 形)的特点 塑性变形对金属组织、性能的 影响(特别是加工硬化现象) 回复与再结晶的有关概念

工程材料及机械制造基础(Ⅰ)

工程材料

第三章

金属的塑性变形与再结晶

§3.1 单晶体和多晶体的塑 性变形一单晶体的塑性变形的基本形式——滑移 和孪生

二 多晶体的塑性变形

一 塑性变形的形式：滑移和孪生。

工程材料及机械制造基础(Ⅰ)

工程材料

第三章

金属的塑性变形与再结晶

金属常以滑移方式发生塑性变形。

㈠ 滑移 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶 面和晶向相对于另一部分发生滑动 位移的现象

第四章 金属及合金的塑性变形 和再结晶

第四章 金属及合金的塑性变形和再结晶金属经熔炼浇注成铸锭以后，通常要进行各种塑性加工，如轧制、挤压、冷拔、锻压、冲压

等，以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。

主要内容：4.1 金属及合金的(冷)塑性变形

4.24.3

塑性变形对金属组织和性能的影响金属与合金的回复与再结晶 金属的热加工 固态金属中的扩散

4.4 4.5

4.1 金属与合金的塑性变形

4.1.1 应力应变曲线和力学性能指标一、强度 strength 概念：强度是指金属抵抗永久变形(塑性变形) 和断裂 的能力。通过拉伸试验测得大小。 强度判据：屈服点 (屈服强度 s )、 抗拉强度 b

d0试样按GB6397—86制 分长试样L0=10d0 F L0拉断前试样

F

短试样 L0=5d0

LK拉断后试样

强度极限 B

颈缩阶段

屈服极限 S强化阶段 屈服阶段 弹性极限 P 弹性阶段

◆屈服点 概念：力不增加仍能继续伸长时的应力。用符号： s 表示

s◆抗拉强度

Fs A0

概念：试样拉断前所承受的最大拉应力。用符号： b表示

b注： s、

Fb A0

b 是设计与选材的重要依据

另： e 表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时

psi是一种压力单位，定义为英镑/平方英寸，145psi=1Mpa

PSI英文全称为Pounds per square inch。P是磅pound，S是平方square，I

是英寸inch。把所有的单位换成公制单位就可以算出：1bar≈14.5psi

1 KSI = 1000 lb / in.2 = 1000 x 0.4536 x 9.8 N / (25.4 mm)2 = 6.89 N / mm2

材料机械强度性能单位，要用到试验机来检测

Density of Slip Planes

The planar density of the (112) plane in BCC iron is 9.94 atoms/cm2. Calculate the planar density of the (110) plane and the interplanar spacings for both the (112) and the (110) planes. On which type of plane would slip normally occur?

(112) planar density:

The point of this prob