钢的恢复和再结晶现象(一)

作者:郦剑

室温下承受塑性变形的钢材在临界温度下加热,随着温度升高除了析出室温过饱和的溶质元素外,低温下基体发生恢复,高温下发生再结晶。恢复和再结晶是材料的固态转变,但与相变不同,没有确定的相变温度,基体不发生晶格类型的转变。

冷变形金属加热时所产生的某些亚结构和性能的变化现象称恢复,但是其光学显微组织不发生改变。

恢复现象根据热处理加热温度不同有三种:1。低温恢复:冷变形钢材在较低加热温度范围开始,机械性能无变化,但电阻率下降,一般认为因过量空位缺陷数量减少产生。2。中温恢复:加热温度范围继续稍稍升高,出现位错滑移导致位错重组、异号位错互相相遇抵消。电镜下可观察到位错组态变化;但位错密度下降不明显。3。高温恢复:加热温度范围继续升高发生,电镜下可观察到呈等轴状亚晶粒,即高温恢复的多边化现象。多边化的驱动力是位错应变能降低,通过位错滑移和攀移实现,其中攀移靠原子扩散实现,需要较高热激活能量,所以多边化过程需要在较高温度才能进行。

组织观察时,对冷变形钢的恢复组织的鉴别很复杂。当冷变形度较大,形成条形胞状亚晶时,比较容易区分是否发生了多边化恢复。此时,若金相组织中晶粒呈长条状变形晶粒,而高倍电镜组织中,亚晶粒呈等轴状,则发生了多边化恢复,亚晶界越平直清晰,多边化恢复越充分。当冷变形度不大时,胞状亚晶粒不是条状,其冷变形组织为缠结位错构成变形胞状亚晶粒的边界;经过短时间的恢复退火后,变形胞状亚晶粒内的位错移向胞壁,同时胞壁处的缠结位错逐渐向较直、排列较整齐的趋势变化; 进一步保温时,胞壁缠结位错形成网络,形成网络状亚晶界;再继续保温时,某些网络状亚晶界合并,使亚晶聚合长大。所以,恢复组织观察比较困难,因为用亚结构显微组织的变化特点来描述恢复的进程与室温冷变形状态和恢复热处理具体状态相关,同时对恢复显微组织细微差别进行判定需要丰富的实践经验。

恢复对性能的影响表现为内应力降低,电阻降低,硬度和强度下降不多。其机理是空位减少和位错应变能降低导致电阻下降;弹性应变基本消除导致内应力降低;位错密度下降不多导致强度和硬度基本不变或片或略有下降。

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