第二节回复与再结晶
金属冷变形所消耗的变形功除大部分以热的形式放散外,小部分(约占变形功的2%~10%以储能的形式留在金属内部。储能的结构形成是晶格畸变和各种晶体缺陷,如点缺陷、位错、亚晶界、堆垛层错等。冷变形储能可以表示为冷变形后的自由能增量,它是冷变形金属发生组织变化的驱动力。冷变形金属加热,伴随着冷变形储能的释放,会发生回复与再结晶过程。
一、回复
回复是冷变形金属(或由于其他原因,如热应力、相变应力、辐射等而存在的冷变形储能的金属)在低于再结晶温度加热时发生的现象。回复过程的实质是点缺陷运动和位错运动的重新组合。低温回复以前者为主,变形胞状亚组织等细微结构基本上不改变。在较高温度下,回复过程的主要变化是位错运动及位错重新组合,它包括异号位错的对消、多边化形成以及变形胞状亚组织转变成典型的亚晶粒。随着加热温度升高或时间延长,亚晶会通过亚晶界迁移或合并而逐渐粗化。
亚晶形成及其粗化过程均需位错的滑移和攀移,由于攀移激活能高,因此位错攀移过程是最缓慢的环节,对过程起着控制作用。堆垛层错能强烈影响回复阶段位错重新组合倾向,堆垛层错能愈低,扩展位错愈宽,愈难发生亚晶形成及粗化所必须的交滑移、攀移等过程。由于铜合金具有低的堆垛层错能,所以铜合金回复阶段以点缺陷的运动为主,较难发生亚晶形成及粗化现象。
图4-2-11表示冷变形金属加热时性能变化的基本规律。由图可知,在回复阶段,冷变形所产生的硬化可相当完全的保留(曲线1)、部分保留(曲线2)以及几乎完全消失(曲线3)。若回复时只发生点缺陷运动而位错密度变化不大,则加工硬化将基本保留;若回复时发生了亚晶形成及粗化这一类过程,由于位错密度大为降低,故加工硬化可很大程度上消除。由于亚晶形成与粗化的倾向与金属堆垛层错能有关,因而回复阶段性能变化的急剧程度(对力学性能而言,就是回复时的软化能力)也与堆垛层错能有直接联系,不同金属及合金会表现出不同的软化倾向。铜合金属于低堆垛层错能金属,故回复阶段力学性能变化大致属曲线1所示的类型,即回复阶段软化的倾向较小。