二、再结晶
冷变形后的金属加热到一定温度后,在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒,而且其性能恢复到变形前完全软化的状态,这种过程称之为再结晶。再结晶不属于相变,因为再结晶后的新晶粒的晶体结构未发生改变。再结晶的驱动力是变形时与位错有关的储能,再结晶将使这部分储能基本释放。图4-2-14为纯铜经冷变形95%后0.5mm 厚的板材经不同温度加热30min后再结晶晶粒的发生与发展情况。
由于再结晶过程是铜及铜合金加工材生产和使用过程中的普遍现象,故对其几个主要问题简述如下:
(1)再结晶过程
再结晶过程的第一步是在变形基体中形成一些晶核,这些晶核由大角度界面包围并具有高度结构完整性。然后,这些晶核就以吞食周围基体的方式而长大,直到整个基体被新生晶粒占满为止。
再结晶晶核的必备条件是它们能以界面移动方式吞并周围基体进而形成一定尺寸的新生晶粒,故只有与周围基体有大角度界面的亚晶才能成为潜在的再结晶晶核。因此,再结晶晶核一般优先在原始晶界、夹杂物界面附近、变形带、切变带等处生成。
目前,对再结晶形核提出了下面两种主要机制:
1)应变诱发的晶界迁移机制
这种机制的特点是在原始晶粒大角度界面中的一小段(约几个微米)突然向一侧弓出,弓出的部分即作为再结晶晶核并吞食周围基体长大。这一机制又称晶界弓出的形核机制。除铜观察到这种机制外,在铝、银、镍等金属中也观察到了这种机制。这种机制易发生于变形程度较小,金属变形不均匀,因而各晶粒位错密度不同,原有晶界两侧胞状亚组织粗细各异的情况下。
2)亚晶长大的形核机制
这种机制一般是在大变形程度下发生。亚晶长大可通过亚晶合并而达到,亦可直接通过亚晶界迁移来实现。对铜合金这种低层错能金属来说,直接通过亚晶界迁移使亚晶长大而成为再结晶晶核是最可能的机制。
不论何种机制起主要作用的是自扩散过程,包括位错攀移、亚晶转动所必须的体扩散等等,因此再结晶形核随温度升高而加速。
再结晶晶核是消除了加工硬化、结构上较为完整的新晶粒,但晶核周围的基体处于变形状态,它们间的储能差就成为晶界迁移的驱动力。在这种驱动力作用下,晶粒将以晶界向周围变形基体中推进的方式而长大。当旧的晶粒完全消失,全部被新生的无畸变的再结晶晶粒所取代时,再结晶过程即告终结,此时晶粒尺寸即为再结晶的起始晶粒尺寸。
(2)再结晶温度
发生再结晶的温度为再结晶温度。再结晶温度不是一个物理常数,在合金成分一定时,它与变形程度及加热时间有关。若使变形程度及加热时间恒定,则再结晶既有其开始发生的温度,也有其完成的温度。再结晶终了温度总高于结晶开始温度,但影响它们的因素是相同的。