钢的恢复和再结晶现象(二)

作者:郦剑

冷变形合金在恢复转变温度以上继续加热保温,则发生新晶粒形核、长大直至原来的变形组织完全消失,金属或合金的性能也发生显著变化,这一过程称为再结晶,再结晶显微组织特征在光学金相显微镜可以清晰辨别。与恢复转变一样,再结晶过程的驱动力也来自室温材料内部因冷变形产生残余机械储能。与金属中的类似,再结晶也有转变孕育期,与金属中的不同的是再结晶转变前后材料点阵类型不发生变化。

再结晶核心一般通过两种形式产生:其一是原晶界的某一段弓出,深入至畸变量大的相邻晶粒内部,在弓出晶界扫及的这部分区域材料中形变储能转变为新晶核的形核功,析出再结晶核心,形变储能降低到平均水平;其二是通过晶界或亚晶界合并,生成无应变的小区,即再结晶核心,这时通过晶界面积减小导致的界面能差值是再结晶新晶核的形核功。再结晶核心由大角晶界与形变/恢复的基体分开。再结晶晶核长大通过大角度边界迁移实现,即择尤朝取向差大的相邻形变/恢复的晶粒长大,故再结晶过程具有方向性特征。再结晶后的显微组织大致呈等轴状晶粒,以保持较低的界面能。

开始生成再结晶晶粒的温度称为开始,显微组织全部被新晶粒所占据的温度称为终了再结晶温度或完全再结晶温度。再结晶过程温度范围受合金成分、形变程度、原始晶粒度、热处理退火温度等因素的影响。因此,常用开始再结晶温度和终了再结晶温度的算术平均值作为衡量金属或合金性能热稳定水平的参量,称为再结晶温度。工程技术上规定,经过大的冷塑性变形(变形是在70%以上)的金属,在1小时保温时间内能完成再结晶过程的最低温度,称为再。再结晶转变的工程应用主要是中间退火(再结晶退火),用于消除冷塑性成形过程的硬化现象和内应力,能够继续冷塑性变形加工。

恢复和再结晶转变过程的转变驱动力是室温冷变形在材料内部的塑性变形储能,所以再结晶转变显微组织形态与室温冷变形程度、状态、塑性变形均匀性等等因素相关。如果塑性变形分布不均匀,材料内部不同部位的机械储能水平差别较大,使得不同部位冷变形材料再结晶长大驱动力不同,导致再结晶退火局部晶粒异常长大,如低碳冷轧(挤压)状态钢件中间再结晶退火后混晶现象就是一个实例。

具有冷变形织构的金属进行去应力退火时,有可能生成再结晶织构,其形态可能发生3种变化:(1)保持或加强原变形织构。这是亚晶形成和长大(恢复阶段)或再结晶过程的结果,如退火纯铝往往保留轧制织构。(2)退火织构与变形织构完全不同或部分不同。如铁硅合金再结晶退火时晶粒择优取向由变形织构{111}<112>+{112}<110>+{110}<100>转变成再结晶织构{111)<112>+{110}<100>,高温二次再结晶退火后又可转变成{110}<001>或{100}<001>二次再结晶织构。(3)退火后晶粒任意取向,即变形织构消失,也不产生退火织构。再结晶织构形成有两种理论,即定向形核理论和定向生长理论。柏格斯等人认为,织构形成过程中形核是控制因素,晶核只可能在与再结晶织构相同的位向中形成,称定向形核理论。柏克等人则提出晶核形成位向是随机的,但只有某种位向的晶粒发生选择性长大形成再结晶织构,故称为定向生长理论。退火织构可改善材料的某些性能,如芯片的高斯织构{110}<001>或立方织构{100}<001>可以改善磁导率,提高变压器效率。但退火织构带来力学性能各向异性,在某些方面有害,例如板材深拉时可能出现制耳和其他表面缺陷如橘皮等。

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