定向再結(jié)晶及其動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、材料的顯微結(jié)構(gòu)是影響和決定材料性能的重要因素?？刂凭Ы缃Y(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)組織定向化是改善和提高材料性能的有效手段。定向凝固技術(shù)的巨大成就是最好的例證。但是定向凝固也有其局限性，首先，對(duì)不經(jīng)歷液固相變過(guò)程制備的零件，如粉末冶金制品，則無(wú)法應(yīng)用定向凝固技術(shù)；此外，在定向凝固過(guò)程中，金屬熔體要在模殼中長(zhǎng)時(shí)間保溫，不僅能耗高，還不可避免地受到污染。因此發(fā)展固態(tài)組織定向技術(shù)具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文首先選用純鐵作為模型材料對(duì)定向再結(jié)晶過(guò)程及其

2、影響因素，定向再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)及其機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了實(shí)用的含硼Fe-6.5wt％Si高硅鋼定向再結(jié)晶技術(shù)、定向再結(jié)晶組織及其對(duì)磁性能的影響。 分別對(duì)未冷軋變形、冷軋變形70％和冷軋變形85％純鐵進(jìn)行的定向再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同冷軋變形量的純鐵在合適的工藝條件下均能獲得定向再結(jié)晶組織。然而，冷軋變形量越大，所得到柱狀晶的最大長(zhǎng)徑比反而越小，這與文獻(xiàn)中的觀點(diǎn)相矛盾。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，變形量越大，變形織構(gòu)越強(qiáng)，在

3、晶界定向遷移過(guò)程中柱狀晶前端形成小角度晶界或?qū)\晶界的比例就越大。利用取向釘扎理論很好地解釋了這一新現(xiàn)象的本質(zhì)。在此基礎(chǔ)上提出定向再結(jié)晶本質(zhì)上是晶粒的選擇性長(zhǎng)大和晶界競(jìng)爭(zhēng)遷移的結(jié)果，并對(duì)柱狀晶中形成“島晶”的現(xiàn)象給出了合理的解釋。 定向再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明柱狀晶可以直接從無(wú)織構(gòu)的小等軸晶中長(zhǎng)大。不同的熱區(qū)溫度對(duì)應(yīng)著不同的抽拉速率范圍和最佳抽拉速率。在最佳速率，定向柱狀晶的長(zhǎng)徑比最大。熱區(qū)溫度越高，相應(yīng)的最佳抽拉速率越大?；诖?/p>

4、，建立了定向再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型：不同熱區(qū)溫度下的最佳抽拉速率對(duì)應(yīng)于該溫度晶界遷移速率。大于最佳抽拉速率，晶界的定向遷移是熱激活過(guò)程；而小于最佳抽拉速率，晶界的定向遷移則受控于有效抽拉速率。進(jìn)而，建立了可以成功預(yù)測(cè)柱狀晶長(zhǎng)徑比與定向再結(jié)晶工藝關(guān)系的動(dòng)力學(xué)方程。并計(jì)算出純鐵晶界定向遷移表觀激活能約為144 kJ/mol，這一數(shù)值接近于純鐵的晶界自擴(kuò)散激活能。純鐵柱狀晶長(zhǎng)大是二次再結(jié)晶過(guò)程，存在一個(gè)臨界粗化溫度(約為675℃)，低于該臨界溫度，

5、二次再結(jié)晶不能發(fā)生，因此不能實(shí)現(xiàn)定向再結(jié)晶。 實(shí)用的含硼Fe-6.5wt％Si高硅鋼定向再結(jié)晶過(guò)程符合本文建立的定向再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型，證明該動(dòng)力學(xué)模型適用于鐵基固溶體合金。含硼Fe-6.5wt％Si高硅鋼柱狀晶定向長(zhǎng)大也是一個(gè)二次再結(jié)晶過(guò)程。其臨界粗化溫度約為1050℃，晶界定向遷移的表觀激活能約為332 kJ/mol，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純鐵的144 kJ/mol。表明含硼Fe-6.5wt％Si高硅鋼晶界遷移要消耗比純鐵大得多的能量。

6、 利用X-射線能譜(EDS)和俄歇能譜(AES)研究了含硼Fe-6.5wt％Si高硅鋼定向再結(jié)晶組織中的溶質(zhì)元素分布。發(fā)現(xiàn)定向再結(jié)晶晶界溶質(zhì)元素Si貧化，并用晶界平衡偏聚(貧化)理論很好地闡釋了這一現(xiàn)象。在定向再結(jié)晶前端的移動(dòng)晶界上存在非平衡偏聚造成B元素富集，B的富集加重了Si的貧化。晶界上存在的溶質(zhì)元素阻礙晶界的定向遷移，致使晶界定向遷移所需的熱區(qū)溫度升高，晶界遷移激活能增大。定向再結(jié)晶含硼Fe-6.5wt％Si高硅鋼成功實(shí)現(xiàn)了