3-回复再结晶-回复-再结晶-孟彬
金属及合金的回复与再结晶
金属及合金的回复与再结晶回复：冷变形金属在低温加热时,其显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却部分恢复到冷塑性变形以前的过程。
晶粒仍保持伸长的纤维状.再结晶：冷变形金属被加热到适当温度后,在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐步取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消失的过程。
回复与再结晶的驱动力都是储存能的降低储存能：存在于冷形变金属内部的一小部分（约为10%）变形功.形变温度越低，形变量越大，则储存能越高。
储存能存在形式：弹性应变能（3%-12%）+点阵畸变能点阵畸变能包括点缺陷能和位错能，点缺陷能所占的比例较小，而位错能所占比例较大，约占总储存能的80〜90%。
力学性能的变化在回复阶段:强度、硬度均略有下降，而塑性有所提高.在再结晶阶段：硬度、硬度均显著下降,塑性大大提高.在晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降另外,金属的电阻与晶体中点缺陷的浓度有关。
随着加热温度的升高，变形金属中的点缺陷浓度明显降低，因此在回复和再结晶阶段，电阻均发生了比较明显的变化，电阻不断下降。
此外，点缺陷浓度的降低，应力腐蚀倾向显著减小。
回复过程及其动力学特征回复是指经冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生变化前所产生的某些亚结构和性能的变化过程.回复的程度是温度和时间的函数.温度越高、回复的程度越大.温度一定时，回复的程度随时间的延长而逐渐增加.但在回复初期，变化较大,随后就逐渐变慢，当达到一个极限值后，回复停止。
回复机制彳氐温回复时，主要涉及空位的运动。
空位可以移至表面、晶界或位错处消失，也可以聚集形成空位对、空位群，还可以与间隙原子相互作用而消失，总之空位运动的结果使空位密度大大减小。
电阻率对空位密度比较敏感，因此其数值会有显著下降。
而力学性能对空位的变化不敏感,没有变化。
中温回复时，主要涉及位错的运动。
由于位错滑移会导致同一滑移面上异号位错合并而相互抵消，位错密度略有下降，但降低幅度不大，力学性能变化不大。
回复与再结晶的异同点
回复与再结晶的异同点回复和再结晶是金属材料学中常用的两种热处理方法，它们都能够改善材料的力学性能和微观结构。
虽然它们都是通过热处理来改善材料性能，但是它们的机制和效果有很大的不同。
本文将从几个方面来比较回复和再结晶的异同点。
一、机制不同回复是指在高温下，材料中原有的位错被消除或减少，从而使材料的硬度和强度降低，塑性增加的过程。
回复的机制是通过材料中的位错移动和聚集来实现的。
随着温度的升高，材料中的位错能够更容易地移动，从而形成更大的位错环和蠕变流，这有助于位错的聚集和消除。
再结晶是指在高温下，材料中原有的晶粒被消除或减少，从而使材料的晶粒尺寸变小，晶界数量增加，从而提高材料的硬度和强度的过程。
再结晶的机制是通过晶界迁移和晶粒长大来实现的。
随着温度的升高，材料中的原始晶粒能够被破坏，从而形成更小的晶粒。
在材料中存在的能量梯度会引导晶界的迁移，从而使晶粒长大。
二、效果不同回复能够改善材料的塑性，但是对于硬度和强度的提高效果不是很明显。
回复后，材料的位错密度减少，从而使材料的塑性增加。
但是，由于材料中的位错并没有完全消除，所以材料的硬度和强度并没有明显提高。
再结晶能够改善材料的硬度和强度，但是对于塑性的提高效果不是很明显。
再结晶后，材料的晶粒尺寸变小，晶界数量增加，从而使材料的硬度和强度提高。
但是，由于晶粒尺寸变小，晶界的数量增加，所以材料的塑性并没有明显提高。
三、应用不同回复主要用于提高材料的塑性，适用于需要进行复杂成形的材料。
回复后，材料的塑性增加，从而使材料更容易进行成形。
回复也可以用于消除材料中的残余应力，从而提高材料的稳定性和寿命。
再结晶主要用于提高材料的硬度和强度，适用于需要提高材料强度和硬度的材料。
再结晶后，材料的硬度和强度提高，从而使材料更适合用于高强度和高硬度的应用中。
四、温度要求不同回复的温度比较低，一般在0.3Tm~0.5Tm之间。
其中Tm为材料的熔点。
回复的温度比较低，可以减少材料的变形和晶粒长大，从而使材料更容易进行塑性变形。
材料科学基础——回复再结晶
塑性变形对金属组织与性能的影响
4. 力学性能
强度、硬度↑ 塑性、韧性↓
加工硬化
利：提高材料强度 弊：增加变形抗力，不利于进一步加工
塑性变形对金属组织与性能的影响
5. 残余应力(remnant stress)
金属形变时，外力做功 的大部分以热的形式散 掉，只有一小部分 （10%-15%）以残余内 应力的方式储存在形变 金属中（储存能），它 随形变量加大而加大， 但占形变总功的分数却 随形变量加大而减小。
Tm（Tm为金属熔点），经过一定时间后， 就会有晶体缺陷密度大为降低的现象，新等 轴晶粒在冷变形的基体内形核长大，直到冷 变形晶粒完全耗尽为止。
0.6 mm
0.6 mm
33% cold worked brass
New crystals nucleate after 3 sec. at 580C.
a. 单个位错滑移、攀移，形成亚晶界。 b. 亚晶合并成Y结点。 c. Y结点移动，亚晶长大，完成多边形化。
多边形化
内容回顾
回复的不同阶段
形变形成位错缠结和胞状结构（如图a，b）→胞内位 错重排列和对消(如图c)→胞壁的峰锐化形成亚晶(如图 d)→亚晶长大(如图e)
低温回复（ 0.1Tm ＜ T＜0.3Tm）
晶界是有利的再结晶形核 位置，原始晶粒小，再结 晶形核位置多，有利于再 结晶；但原始晶粒小，变 形较均匀，减少形核位置， 不利于再结晶。 总体是前者影响大于后者。 原始晶粒尺寸还可能影响 形变织构，从而影响再结 晶动力学。
亚晶合并机制 亚晶蚕食机制 晶界弓出机制
再结晶核心的长大
再结晶晶核一经形成，就开始自发地长大。 晶核在畸变能的作用下，背离其曲率中心， 向畸变能较高的变形晶粒推移，直到全部形 成无畸变（或畸变很少）的等轴晶粒为止。
第七章回复与再结晶
回复、再结晶及晶粒长大阶段中性能的变 化情况
7.2 回复
回复过程3阶段（储存能在回复阶段三个峰值所对应的） 约化温度：表征加热温度的高低，用绝对温标表示的加热温度与其熔点温度之比， TH =T/Tm。
错相遇相消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使亚晶规整化。
（3）高温回复（ TH >0.5Tm） 高温回复，原子活动能力进一步增强，位错除滑移外，还可攀移。主要机制是多边化。冷变形后由
于同号刃型位错在滑移面上塞积而导致点阵弯曲，在退火过程中通过刃型位错的攀移和滑移，使同号 刃型位错沿垂直于滑移面的方向排列成小角的亚晶界，这个过程称为多边化。其驱动力来自应变能的 下降。
位错及晶界处，对位错的运动及晶界的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶的形核与长大，阻碍再结 晶，使再结晶温度升高。 4.原始晶粒尺寸
其他条件相同情况下，晶粒越细，变形抗力越大，冷变形后存储能越多，再结晶温度越低。相同变 形度，晶粒越细，晶界总面积越大，可供形核场所较多，生核率也增大，再结晶速度加快。
5.分散相粒子 分散相粒子直径较大，离子间距较大的情况下，再结晶被促进；而小的粒子尺寸和小的粒子间距，
储存能的释放与性能变化
1 储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分（～10％）变形功。
弹性应变能（3～12％） 2 存在形式 位错（80～90％）
点缺陷
3 储存能的释放：原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放。
（1）力学性能 回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。 再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。 晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高,粗
第七章回复与再结晶
§6-2 回复
回复的定义及特点
1 定义：冷变形后的金属在加热温度不高时，其光学显微组织
未发生明显改变时所产生的某些亚结构和性能的变化过程。 2 特点：
① 加热T低：T回 = (0.25~0.3)T熔； ② 显微组织无明显变化：仍保留拉长、畸变的晶粒。 ③ 晶粒内部亚结构发生变化（电子显微镜）： a 低温回复，点缺陷↓↓；主要指空位 b 高温回复，位错密度↓ (异号位错的合并；同号位错的规整
拉应力场和压应力场重叠而抵消一部分应变能。P197+9
滑移
攀 移 多边形化前 多边形化后
回复亚晶的形成 ——“多边形化” 过程
缠结 位错
位错 伸直
冷加工态
位错 网络
回复0.1h 大的稳 定网格
回复50h
回复300h
④ 性能变化： HB、ζ 略 ↓ ，δ 、ψ 略↑；
R↓↓；耐腐蚀性提高 原因：晶格畸变↓
热加工实质：是否有再结晶软化过程
衡量依据：T再
例：W 在1000℃非热加工； Sn、Pb 在室温为热加工； 动态回复和 动态再结晶
原晶粒
变形晶粒
所形成的小晶粒
全部新晶粒
残留的变形晶粒
金属在热轧时变形和再结晶的示意图
热加工对组织、性能的影响
热加工：钢材的热锻与热轧 1 消除铸态组织缺陷
⑴ 压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械
再结晶应用——再结晶退火
再结晶退火的目的：
① 中间退火：消除加工硬化，有利于进一步冷变形；
如：冷拔铁铬铝电阻丝生产中： 氢气保护再结晶退火 ② 无相变金属的细晶强化(如Al、Cu等)： 冷塑变 + 再结晶退火→细化的再结晶晶粒
再结晶图的应用
金属学与热处理第七章回复与再结晶
•（e）580ºC保温15分后的金相组织。晶粒已有所长大。 •（f）在700ºC保温10分后晶粒长大的情形。
• 退火时，由于温度升高原子的能动性增加，即原子的扩散能力提
高，而回复阶段只是消除了由于冷加工应变能产生的残余内应力， 大部分应变能仍然存在，变形的晶粒仍未恢复原状。
• 所以，随着保温时间加长，新的晶粒核心便开始形成并长大成小的 等轴晶粒，这就是再结晶（recrystallization）的开始。随着保温时 间的加长或温度的升高，再结晶部分愈来愈多，直到原来的晶粒全 部被新的小晶粒所代替。
恢复再结晶的驱动力：塑性变形后的储存能
7－1 冷变形金属在加热时的组织和性能变 化
随加热温度的提高,冷变形金属发生变化为：回复、再结晶、晶粒长大。 回复（recovery）—在较低加热温度时，变形后金属的光学显微组织
发生改变前，所产生的某些亚结构和性能的变化过程。 再结晶（recrystallization）—经回复后的变形金属，在加热时，纤
一些金属的再结晶温度
(三) 影响再结晶温度的因素
1.变形程度：变形度增大、开始TR下降，等温退火再结晶速度越快； 而大到一定程度，TR趋于稳定。（储存能高）。变形量小到一定程 度不发生再结晶。
2.原始晶粒尺寸：其它条件相同时，金属原始晶粒细小，则TR越低， 同时形核率和长大速度均增加，有利于再结晶。（晶粒越细小，变形
4.变形温度：变形T升高，回复程度越大，变形储存能越低， 晶粒粗化。
5.加热温度、保温时间：加热温度越高、保温时间越长，晶粒 越大。
加热温度与晶粒尺寸
7-4. 晶粒长大
再结晶结束后，材料的晶粒一般比较细小(等轴晶)，若继续 升温或延长保温时间，晶粒会继续长大。晶粒长大是一个自 发过程。晶粒长大的驱动力来自总的界面能的降低。
材料的回复及再结晶
3.回复退火的应用
1、回复动力学
(1) 回复的动力学曲线
二、回复
如图表示同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，屈服应 力的回复动力学曲线。横坐标为时间，纵坐标为剩余年个百硬 化分数(1-R)。
m r R m 0
r 、 0 分别表 式中 m、 示变形后、回复后及 完全退火后的屈服应 力。显然， R 越大， 表示回复阶段性能恢 复程度越大。
三、再结晶
再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度后，无畸变的新晶粒 取代变形晶粒的过程。 经过再结晶，性能可恢复到变形以前的完全软化状态
再结晶过程示意图
1、再结晶形核长大机制
再结晶过程是通过形核和长大来进行的， 但再结晶的晶核不是结构不同的新相，而 是无畸变的新晶粒核心，它们是由大角度 界面所包围的。其形核机制主要有两种： 一是亚晶粒粗化的形核机制；二是原有晶 界弓出的形核机制。
(1)、亚晶粒粗化的形核机制
一般是发生在冷变形度大的金属。
亚晶合并形核，适于高层错能的金属。
过程：位错多边化→回复亚晶→形核
(a)
(b)
亚晶合并形核示意图
(c)
(a)
(b)
(c)
亚晶合并形核示意图
上述过程的具体描述是相邻亚晶粒某些边界上的位错， 通过攀移和滑移，转移到这两个亚晶外边的亚晶界上 去，而使这两个亚晶之间的亚晶界消失，合成为一个 大的亚晶。同时，通过原子扩散和位置的调整，使两 个亚晶的取向变为一致，如图(a)所示。合并后的较大 亚晶的晶界上吸收了更多的位错，它逐渐转化为易动 性大的大角度晶界，这种亚晶就成为再结晶晶核。
材料的回复、 再结晶与热加工
主要研究内容
变形金属在加热时组织性能变化的特点 回复
回复与再结晶
节 除第二、三类内应力；
加
再结晶阶段：内应力可完全消除。
热
时
的
变
化
第 八
第二节 回复
章
一 回复动力学（示意图）
第 1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系
二 节 回 复
ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT)
x0 –原始加工硬化残留率；x－退火时加工硬化残留率； c0－比例常数；t－加热时间；T－加热温度。
第 八
第三节 再结晶
章
五 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图）
第
再结晶晶粒的平均直径
三
d=k[G/N]1/4
节 1 变形量。存在临界变形量，生产中应避免临界变
再
形量。
结
晶
第 八
第三节 再结晶
章 五 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图）
2 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，
晶界能随R的变化导致的变化是
作用于晶界上的力，此力指向曲率
中心，
。所以晶界
移动的单位面积上的驱动力为
1．晶粒长大的驱动力 来描考述虑任到意空曲间面任晶一界曲的面驱情动况力下，取两个主曲率半径R1，R2
由上式，晶界迁移驱动力随Y的增大而增大，随晶界的曲率半径增大 而减小。晶界的移动方向总是指向曲率中心。
章
组织与性能变化
三 性能变化
第
一
节
加
热
时
的
变
化
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
第 第一节 冷变形金属在加热时的