Vol.26 No.3 陈亚军等：AS引合金挤压棒材再结晶组织演变 ·299· 由图2()可见，500℃热处理后的组织中，横 些已有界面可以是： 截面存在5个晶粒，其中一个很小，其余4个主要 1)原始大角晶界； 晶粒大约各占横断面1/4，主要晶粒的晶界在轴 2)通过亚晶长大而逐步形成的大角亚晶界； 心相交，其平均晶粒大小为横断面1/5：图2(b)纵 3)已存在于形变机体中的大角亚晶界. 向截面存在10个晶粒，以纵向轴心为界，基本均 由于该材料为挤压制品，所以在边部形变量 匀分布在两侧，平均晶粒大小为纵截面的110. 大，从而储存能高，在挤压过程中，边部存在大量 在图2（©）中，横截面不存在晶界，为一个晶粒：图 位错的运动和亚晶的转动，亚晶取向偏离原来方 2(d)中纵截面3个晶粒，其中一个贯穿整个横向 向，形成许多大角度亚晶界，在这些晶界处聚集 界面，其余两个分布在纵向轴心两侧各一个，大 了大量缺陷，能量较高，在挤压过程中就会以亚晶 小基本相等，平均晶粒大小约为纵截面的13.其 吞并方式而长大形核.所以，在该材料保温过程 中横截面的整个晶粒对应的是纵向截面的大晶 中，在边部率先形核，并迅速向中心生长，使得心 粒.图2(e),()与(c),(d)情况类似，最大晶粒贯穿 部还没有达到形核的条件，最先形核的晶粒已经 整个横向界面，其余晶粒分布在两侧，从横截面 在中心处相碰，从图2b),h),)清晰可见 观察，主要晶粒于轴心附近相遇，综上所述，可知 再结晶形核率： 再结晶过程中，在合金棒材边部优先形核，晶粒 N=Noexp(-Q/RT)II (1) 共同向中心生长，在轴心附近相遇 再结晶晶核长大速率： 由图2中(a)(j)可见，在500-570℃，随着温度 G=Goexp(-Q/RT)t] (2) 的升高，得到的再结晶晶粒个数大体上是先减少 式中，N为再结晶形核率，G为再结晶晶核长大速 后增多的趋势，即平均晶粒尺寸呈先增大后减小 率，N和G都为常数，Q为形核的激活能，2。为长 的趋势，在中间某一温度处，晶粒尺寸达到一个 大的激活能，R为常数，T为温度，随着预形变量 峰值.根据“平均晶粒尺寸=试样表面积/晶粒个 的增大，N和G都增大，但N的增大速度快，即N心 数”，计算出不同温度淬火条件下再结晶晶粒尺 增大.所以再一次证明了，挤压制成的材料，在变 寸，见图3 形量比较大的边部率先形核， 25.00 随着温度的升高，由式(1)知形核率增加，所 ▣横截面品粒 20.00 ■纵截面品粒 以在边部形核以后，材料心部也可能达到再结晶 15.00 形核的条件.如在560℃时在心部出现了晶粒A, 10.00 但温度的升高也同样引起了晶核长大速率的增 5.00 大，周边晶粒的快速生长很快限制了晶粒A的长 0.00 500 520 540560570 大，使其在比较小的情况下就停止了生长，在式 温度/℃ (1)和(2)中，Q和2数值上很接近，所以NG受温 图3进口A上-1%Si合金材料不同温度热处理得到的再 度影响非常小， 结晶晶粒尺寸对比 B=[Dvexp(-Q/kT)1/(kT)4 (3) Fig.3 Recrystallization grain sizes of Al-1%Si bar with 式中，B为晶界的活动性，D为常数，Q为激活能， heat processing at different temperatures k为常数，T为温度，式(3)中分子部分为晶界扩散 由图3可知，在520℃热处理条件下得到的 系数，晶界活动性受温度影响很大，即晶界移动 横向和纵向晶粒都最大，由图2(d)可知得到了单 速度随温度的升高而急剧增大.所以，在一定条 晶组织，如果使得到的单晶继续长大，为追求的 件下，再结晶晶粒大小随温度的升高而增大，可 理想组织， 由下式表示： 再结晶是无畸变能或畸变能较低的晶粒在 d=K"r (4) 畸变能较高的机体中进行生核和成长的过程，驱 式中，d为再结晶晶粒直径，K"为常数，t为时间，N 动力为畸变能差，阻力来自晶界能.再结晶分为 随温度升高而增大，但是，如果温度达到一定程 形核和长大两个过程，形核实质上是一种在特殊 度继续升高温度，作为再结晶“核心”的晶粒数目 条件下的长大现象.再结晶核心是通过某些已有 就会增多，从而在再结晶过程最终得到的晶粒数 的活动性较大的界面突发式的移动而形成的，这 目增多，造成平均晶粒尺寸减小，这充分解释了匕 一 一 陈 亚 军 等 卜 合金 挤压 棒材再 结 晶 组织演 变 由 图 可 见 ， ℃ 热 处 理 后 的组 织 中 ， 横 截 面 存在 个 晶粒 ， 其 中一 个 很 小 ， 其余 个 主 要 晶粒 大约 各 占横 断面 ， 主 要 晶粒 的 晶界 在 轴 心 相 交 ， 其平 均 晶粒 大 小 为横 断面 图 纵 向截 面存 在 个 晶粒 ， 以纵 向轴 心 为 界 ， 基 本 均 匀 分 布在 两 侧 ， 平 均 晶粒 大 小 为 纵截 面 的 在 图 中 ， 横截 面 不 存在 晶界 ， 为一 个 晶粒 图 中纵 截 面 个 晶粒 ， 其 中一 个 贯 穿整 个 横 向 界 面 ， 其 余 两 个 分 布 在 纵 向轴 心 两 侧 各 一 个 ， 大 小基 本 相 等 ， 平 均 晶粒 大 小 约 为纵截 面 的 其 中横 截 面 的整 个 晶粒 对 应 的是 纵 向截面 的大 晶 粒 图 ， 与 ， 情况类 似 ， 最 大 晶粒 贯 穿 整 个 横 向界 面 ， 其余 晶粒 分 布在 两 侧 ， 从 横截 面 观 察 ， 主 要 晶粒于 轴 心 附近 相遇 综 上所 述 ， 可 知 再 结 晶过 程 中 ， 在 合 金 棒 材 边 部 优 先 形 核 ， 晶粒 共 同 向 中心 生 长 ， 在 轴 心 附近 相 遇 由图 中 一 可 见 ， 在 一 ℃ ， 随着温度 的升 高 ， 得 到 的再 结 晶 晶粒个 数大 体上 是 先减 少 后 增 多 的趋 势 ， 即平 均 晶粒 尺 寸 呈 先 增 大 后 减 小 的趋 势 ， 在 中间某 一 温 度 处 ， 晶粒 尺 寸达 到 一 个 峰值 根 据 “ 平 均 晶粒 尺 寸 试 样 表 面 积 晶粒 个 数 ” ， 计 算 出不 同温度 淬 火 条 件 下 再 结 晶 晶粒 尺 寸 ， 见 图 温度 ℃ 图 进 口 卜 合金 材 料 不 同 温 度热处 理 得 到 的 再 结 晶 晶粒 尺 寸对 比 · 忱 由 图 可 知 ， 在 ℃ 热 处 理 条件 下 得 到 的 横 向和 纵 向晶粒 都 最 大 ， 由图 可 知 得 到 了单 晶 组 织 ， 如 果 使 得 到 的单 晶继 续 长 大 ， 为 追 求 的 理 想 组 织 再 结 晶 是 无 畸变 能或 畸变 能 较 低 的 晶粒 在 畸变 能较 高 的机 体 中进行 生 核 和 成 长 的过程 ， 驱 动 力 为 畸变 能差 ， 阻 力来 自晶界 能 再 结 晶分 为 形 核和 长 大两个 过 程 ， 形 核 实质 上 是 一种 在特殊 条件 下 的长 大 现 象 再 结 晶核 心 是通 过 某 些 己有 的活 动 性较 大 的界 面 突 发式 的移 动 而 形 成 的 这 些 己 有 界 面 可 以是’ 原 始 大 角 晶界 通过亚 晶长大而逐步形成 的大角亚 晶界 已存在 于 形 变 机 体 中的大 角亚 晶界 由于 该材 料 为 挤 压 制 品 ， 所 以在 边部 形 变 量 大 ， 从 而储 存 能 高 在挤压 过程 中 ， 边 部存在 大量 位 错 的运 动 和 亚 晶 的转 动 ，亚 晶取 向偏 离 原 来 方 向 ， 形 成 许 多大 角度 亚 晶界 在 这 些 晶界 处 聚 集 了大量缺 陷 ， 能量较 高 ，在挤压 过程 中就 会 以亚 晶 吞 并方 式而 长 大形 核【习 所 以 ， 在 该材料 保温 过 程 中 ， 在边部 率先 形 核 ， 并迅速 向中心 生 长 ， 使得心 部 还 没 有达 到 形 核 的条件 ， 最 先 形 核 的晶粒 已 经 在 中心 处 相 碰 ， 从 图 ， ， 清 晰可 见 再 结 晶形 核 率 方 却 一 仄约“ ， 再 结 晶 晶核 长 大 速 率 台 一 仄力 式 中 ， 为再 结 晶形 核 率 ， 台为 再 结 晶 晶 核长 大速 率 ， 和 都 为 常数 ， 为 形 核 的激 活 能 ， 为长 大 的激 活 能 ， 为 常 数 ， 为温 度 随着 预 形 变 量 的增 大 ，方和 台都 增 大 ， 但方的增 大速 度 快 ， 即初台 增 大 所 以再 一 次证 明 了 ， 挤压 制成 的材料 ， 在变 形 量 比较 大 的边部 率先 形 核 随着温 度 的升 高 ， 由式 知 形 核 率 增 加 ， 所 以在 边 部 形 核 以后 ， 材料 心 部 也 可 能达 到再 结 晶 形 核 的条 件 如 在 ℃ 时在 心 部 出现 了 晶粒 ， 但 温度 的升 高 也 同样 引起 了 晶核 长 大 速 率 的增 大 ， 周 边 晶粒 的快速 生 长 很 快 限制 了 晶粒 的长 大 ， 使 其 在 比较 小 的情 况 下 就 停 止 了生 长 在 式 和 中 ， 和 必数值 上 很 接 近 ， 所 以初台受 温 度 影 响 非 常 小 。 却 一 牙无乃」 乃 〔‘ ， 式 中 ， 为 晶界 的活 动 性 ， 。 为常数 ， 为激 活 能 ， 为 常数 ， 为温 度 ， 式 中分 子 部 分 为 晶界 扩 散 系 数 晶界 活 动 性 受温 度 影 响 很 大 ， 即 晶界 移 动 速 度 随温度 的升 高而 急剧 增 大 所 以 ， 在 一 定条 件 下 ， 再 结 晶 晶粒 大 小 随温 度 的升 高而 增 大 ， 可 由下 式 表 示 妥 ‘丫 式 中 ， 刁为再 结 晶 晶粒 直 径 ，厂 ，为 常 数 ， 为 时 间 ， 随温 度 升 高而 增 大 但 是 ， 如 果 温 度 达 到 一 定程 度继 续 升 高温度 ， 作为再 结 晶 “ 核心 ” 的晶粒 数 目 就会 增 多 ， 从 而 在 再 结 晶过程 最 终得 到 的 晶粒数 目增 多 ， 造 成 平 均 晶粒 尺 寸减 小 这 充 分 解 释 了