塑性变形是提高金属材料力学性能(如强度、硬度等)的重要手段。然而,变形材料在高温下会发生再结晶过程,从而降低材料的强度和硬度。另一方面,通过再结晶退火能够消除冷变形引起的位错、空位、亚晶界等结构缺陷,这也是工业上控制金属材料组织和性能的有效方法。因此,确定再结晶温度对金属材料的生产加工和工业应用具有重要意义。传统的再结晶温度测定方法主要有金相法和硬度法,均需要对一系列样品在不同温度下进行一定时间的退火处理后,观察样品晶粒尺寸变化或测量样品硬度变化来测定再结晶温度。这些传统方法存在操作繁琐、试验周期长、材料成本高等不足。目前的研究表明,利用内耗技术对固体缺陷非常敏感的优势,可以探究变形金属的再结晶过程。然而,尽管连续升温再结晶内耗峰可以表征变形材料发生了再结晶过程,但该内耗峰峰温与等温退火过程确定的经典再结晶温度有很大的不同。
鉴于此,固体所科研人员研究了变形纯铝在连续升温过程中的再结晶行为,发现再结晶内耗峰随着升温速率的增加向高温移动,但与测试频率无关;并利用Kissinger方程(图1)和连续升温再结晶模型,讨论和计算热激活参数。进一步结合硬度法评定的等温再结晶温度,找到了连续升温再结晶内耗峰温与等温再结晶温度的等效方法,即通过先前连续升温内耗测量所获得的Kissinger方程,代入特定的升温速率,即可得到相应保温时间的经典再结晶温度。同时,研究人员对高纯铝再结晶内耗峰的形成机理进行了分析(图2),且提出了相应的内耗表达式。
上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金以及合肥研究院院长基金的支持。