回复再结晶
回复与再结晶
（1）温度 随T↑，晶粒长大 温度一定，晶粒达到一定尺寸后不再长大。 （2）杂质与合金元素 异类原子吸附晶界处，降低晶界能，减少驱动力，阻碍晶粒长大。
第八章: 回复与再结晶
8.4晶粒长大
8.4.1晶粒的正常长大 3.影响晶粒长大的因素 晶粒长大，是通过晶界处的原子扩散迁移实现
（3）分散相粒子 第二相粒子越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大能力越强。
8.1.1 显微组织的变化
冷变形金属随加热温度升高组织变化示意图
再结晶后组织恢复到变形前的程度，性能也恢复到变形前的程度 晶粒长大:新晶粒逐渐相互合并长大.
第八章: 回复与再结晶
8.1 冷变形金属及合金在退火过程中的变化
8.1.2 储存能与内应力变化
随T↑,储存能逐渐释放. 再结晶后,形变储存能全部释放.
第八章: 回复与再结晶
8.5 金属的热加工（变形）
8.5.2热加工后的组织与性能
热加工对组织和性能有如下影响： 3.产生带状组织
未热轧的20钢组织：F+P
热轧后的20钢组织：F+P 带状分布
带状组织常在热轧板材、管材中 出现，性能上产生各向异性
第八章: 回复与再结晶
8.3再结晶(recrystallization)
8.3.2 再结晶动力学
第八章: 回复与再结晶
8.3再结晶(recrystallization)
8.3.3 再结晶温度及其影响因素 再结晶温度:经过严重冷变形的金属,在一个小时的退火保温时间内,能完成再结 晶的最低温度(T再).对纯金属T再=0.4T熔 再结晶速度:V再 若T再低,V再快,则再结晶易进行. 影响再结晶的因素如下： 1.加热温度(退火温度) : 退火温度越高,原子扩散越容易进行,V再↑,完成再结晶时间越短. 2.预先变形量 变形度越大,则T再越低 ∵储存能大,再结晶驱动力大.
一文看懂回复和再结晶
一文看懂回复和再结晶回复和再结晶一、冷变形金属在加热时的组织与性能变化金属和合金经塑性变形后，由于空位、位错等结构缺陷密度的增加，以及畸变能（晶体缺陷所储存的能量）的升高将使其处于热力学不稳定的高自由能状态，具有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势，但在室温下，因温度低，原子活动能力小，恢复很慢，一旦受热，温度较高时，原子扩散能力提高，组织、性能会发生一系列变化。
这一变化过程随加热温度的升高可表现为三个阶段：回复：指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。
在此阶段，组织：由于不发生大角度晶界的迁移，晶粒的形状和大小与变形态相同，仍为纤维状或扁平状。
性能：强度与硬度变化很小，内应力、电阻明显下降。
（回复是指冷塑性变形的金属在（较低温度下进行）加热时，在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
）再结晶：指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。
在此阶段，组织：首先在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到变形组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。
性能：强度与硬度明显下降，塑性提高，消除了加工硬化，使性能恢复到变形前的程度。
晶粒长大：指再结晶结束之后晶粒的继续长大。
在此阶段，在晶界表面能的驱动下，新晶粒相互吞食而长大，最后得到较稳定尺寸的晶粒。
显微组织的变化：回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化。
再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒晶粒长大阶段：晶界移动，晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。
性能变化：回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高；密度变化不大，电阻明显下降。
再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高；密度急剧升高。
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。
二、回复1. 回复动力学上图同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，屈服强度的回复动力学曲线特点：（1）没有孕育期；（2）在一定温度下，初期的回复速率很大，随后即逐渐变慢，直至趋近于零；（3）每一温度的恢复程度有一极限值，退火温度越高，这个极限值也越高，而达到此一极限值所需的时间则越短；（4）预变形量越大，起始的回复速率也越快，晶粒尺寸减小也有利于回复过程的加快。
10回复与再结晶
§7.4.2 晶粒的异常长大 冷形变金属在初次再结晶刚完成时，晶粒是比较细小的。 如果继续保温或提高加热温度，晶粒将渐渐长大，这种 长大是大多数晶粒几乎同时长大的过程。 如将再结晶完成后的金属继续加热超过某一温度，则会 有少数几个晶粒突然长大，它们的尺寸可能达到几个厘 米，而其他晶粒仍保持细小。最后小晶粒被大晶粒吞并， 整个金属中的晶粒都变得十分粗大。这种晶粒长大叫做 异常晶粒长大或二次再结晶。
1.小变形量的晶界弓出形核机制 对于变形程度较小的金属（一般小于20%），再结晶晶核往往采 用弓出形核机制生成。 变形的两个相邻晶粒内，其位
图 晶界弓出形核
错胞的尺寸相差悬殊，晶核产 生于位错胞尺寸大的晶粒一侧， 长入到有小位错胞晶粒内，也 就是伸向畸变能较高的区域以 减少畸变能。
2.亚晶合并机制
的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。
第一节 形变金属及合金在退火过程中的变化 §10.1.1 显微组织的变化 在回复阶段，与冷变形状态相比，光学金相组织中几乎没有发生 变化，仍保持形变结束时的变形晶粒形貌； 在再结晶开始，首先在畸变较大的区域产生新的无畸变的晶粒核 心，然后通过逐渐消耗周围变形晶粒而长大，转变成为新的等轴 晶粒，直到冷变形晶粒完全消失； 最后，在晶界界面能的驱动下，新晶粒会发生合并长大，最终会 达到一个相对稳定的尺寸，这就是晶粒长大阶段。 §10.1.2 储存能释放与性能变化 储存能是变形金属加热时发生回复与再结晶的 驱动力。
图 再结晶全图
§10.3.6 再结晶的应用
恢复变形能力 改善显微组织 再结晶退火 消除各向异性 提高组织稳定性
再结晶退火温度：T再＋100～200℃。
第四节 晶粒长大
§10.4.1 晶粒的正常长大 晶粒长大过程中，如果长大的结果是晶粒尺寸分布均匀的，那么 这种晶粒长大称为正常长大。 晶粒长大的过程实际上就是一个晶界迁移过程，从宏观上来看， 晶粒长大的驱动力是界面能的降低，而从晶粒尺度来看，驱动力 主要是由于晶界的界面曲率所造成的。 晶界移动方向总是指向曲率中心。
回复与再结晶ppt
金属材料在高温或高压下发生塑性变形，随后在较低的温度 或压力下发生再结晶，改变晶格结构和相变，提高材料的强 度和韧性。
半导体材料的回复与再结晶
半导体材料在高温或高压下的回复过程中，通过晶格结构的 变化和缺陷的修复，材料的电学性能得到改善。
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汇报的目的和背景
汇报目的
本次汇报旨在探讨回复与再结晶对金属材料性能的影响以及应用方面的研究 进展。
背景
随着工业和科技的发展，金属材料在各个领域的应用越来越广泛，而回复与 再结晶作为金属材料热处理过程中的重要环节，对于提高金属材料的综合性 能具有重要意义。
02
回复
回复的定义和特点
回复是指一种物质在受到外部刺激（如温度、压力、电磁波 等）后，产生的某种反应或变化。
对回复与再结晶未来发展的展望
探索新的回复与再结晶技术，提高材料的综合 性能和可靠性，以满足现代科技和工业发展的 需求。
加强回复与再结晶基础理论的研究，深入探讨 材料在回复与再结晶过程中微观结构和物理性 质的演变规律。
研究新型材料在回复与再结晶过程中的行为和 特性，拓展回复与再结晶理论的应用范围。
对回复与再结晶具体案例的分析
升温
将金属加热到一定温度，使其发生再结晶 。
形核
在金属中形成新的晶核。
晶粒细化
通过控制温度和变形量，细化晶粒，提高 金属性能。
长大
新晶核逐渐长大，形成新的晶粒组织。
04
回复与再结晶的关系
回复与再结晶的联系
两种现象都与材料在高温下发生的物理性质变化有关。 两种现象都受到材料内部结构的影响。
回复与再结晶的区别
回复的特点是具有滞后性和不完全性。即，回复是在外部刺 激作用下的一个过程，需要一定的时间和能量，且回复的程 度往往不能完全恢复到初始状态。
金属学与热处理第七章回复与再结晶
回复退火（又称去应力退火）的应用：
回复退火主要是用作去应力退火，使冷加工的 金属件在基本保持加工硬化状态的条件下，降低 其内应力，以避免变形或开裂，并改善工件的耐 蚀性。如:经冷冲压的黄铜工件、冷拉钢丝卷制弹 簧。
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，纤维状晶粒通过再结晶核心的形成及 长大，变成无畸变的等轴新晶粒的过程。 晶粒长大（grain growth）— 再结晶后的金属继续加 热时，将使晶粒进一步长大的过程。
(二) 再结晶温度
再结晶温度(recrystallization temperature)： 定义：经严重冷变形（大于 70% ）的金属，在约一小时 的保温时间内能够完成再结晶（大于 95% ）的温度。 用TR(或T再)表示。 一般 TR = δTm ；Tm为熔点 工业纯金属δ＝（0.35～0.40）； 高纯金属 δ＝（0.25～0.35） 下表给出了一些金属的TR 应该注意的是：实际生产时再结晶退火温度要比再结 晶温度高出100－200℃
(2) 亚晶形核
对于变形度较大的金属,再结晶形核往 往采用这种方式。亚晶核核方式有： 1. 亚晶合并机制：在变形度大且具有高层错 能的金属中。 2. 亚晶迁移（boundary migration）机制 （也叫吞并机制）：在变形度大,而层错能 低的金属中。
回复与再结晶
• 回复 • 再结晶 • 晶粒长大 • 再结晶后的组织 • 金属的热加工
引言
冷变形金属在加热时组织性能会发生变化。 冷变形时较高的弹性畸变能、高位错密度、空
位等储存能量是促使冷变形金属发生变化的驱 动力。 微观组织处于不稳定状态。一旦加热，原子具 有足够的扩散能力，将发生一系列变化，从而 导致性能的变化。 变化时从储能释放及组织结构和性能的变化来 分析，可分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶 段。
• 3. 形核与长大
4.再结晶的转变不是相变
• 冷塑性变形后的发生再结晶，晶粒以形核和 晶核长大来进行，但再结晶过程不是相变
• 原因有：
1.变化前后的晶粒成分相同，晶体结构并未发生变化， 因此它们是属于同一个相。
2.再结晶不像相变那样，有转变的临界温度点，即没 有确定的转变温度。
3.再结晶过程是不可逆的。相变过程在外界条件变化 后可以发生可逆变化。
经验公式 工业纯金属：T再＝(0.35~0.45)Tm。 合金：T再＝(0.4~0.9)Tm。
注：再结晶退火温度一般比上述温度高100～200℃。
四. 影响再结晶的因素
（1）退火温度。 温度越高，再结晶速度越大。 （2）变形量。 变形量越大，再结晶温度越低 随变形量增大，再结晶温度趋于稳定 变形量低于一定值，再结晶不能进行。 （3）原始晶粒尺寸。 晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。 （4）微量溶质元素。 阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。 纯度越高，再结晶温度越低； （5）第二分散相。 间距和直径都较大时，提高畸变能，并可作为形核核心，促进再结晶； 直径和间距很小时，提高畸变能，但阻碍晶界迁移，阻碍再结晶。
9.2 回复
• 一 回复概念 • 回复：在加热温度较低时，仅因金属中的一些
回复与再结晶
晶粒的正常长大(normal grain growth)
正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长 大。 驱动力：界面能越大，曲率半径越小，驱 动力越大。(长大方向是指向曲率中心， 而再结晶晶核的长大方向相反。) 长大方式：大晶粒吞食小晶粒，大角度晶 界向曲率中心移动。
晶粒的正常长大
晶粒的稳定形状 晶界趋于平直； 二维晶粒：二维坐标中晶粒边数趋于6， 晶界夹角趋于120°； 三维晶粒：十四面体。
7.5 金属的热塑性变形
7.4.1 热、冷塑性变形的区别 (1) 热、冷塑性变形的区别 冷加工：在再结晶温度以下的变形加工。 加工硬化。 热加工：在再结晶温度以上的变形加工。 加工硬化、软化。 热加工温度：T再<T热加工<T固-100~200℃。
金属的冷加工
性能变化是单向的： 变形前 变形后
第7章 回复与再结晶
本章主要内容
冷塑性变形金属在加热时的转变 回复阶段 再结晶
金属的热塑性变形
回复与再结晶
7.1 冷塑性变形金属在加热时的转变
机械功(塑性变形) 热量(散失) 晶体内部缺陷储存能量→金属处于不稳 定的高能状态→有向低能转变的趋势
根据冷变形金属加热时组织和性能的变 化，可分为回复、再结晶和晶粒长大三 个阶段。
导致位错密度降低
7.2.2 回复机制
(3) 高温回复(>0.5Tm) 攀移：位错垂直于滑移面的移动。 机制：原子面下端原子的扩散，位错随半 原子面的上下移动而上下运动。 分类：正攀移(原子面上移、空位加入)、 负攀移(原子面下移、原子加入)。 攀移的作用：原滑移面上运动受阻—攀 移—新滑移面—滑移继续。
7.1.1 显微组织的变化
材料科学基础4-回复、再结晶
Q Q A exp RT t1 A exp RT t2 1 2
t1 t2 exp exp 1 1 RT2 R T2 T1 e RT 1
晶粒长大--3．影响晶粒长大（即晶界迁移率）的因素
（1）温度 温度越高，晶粒长大速度越快，晶粒越粗大
G =G0exp（-QG /RT）
G：晶界迁移速度 G0：常数 QG：晶界迁移的激活能
（2）第二相 晶粒长大的极限半径 R=kr/f K：常数 r：第二相质点半径 f：第二相的体积分数 ∴ 第二相质点的数量越多，颗粒越小，则阻碍晶粒长大的能 力越强。 （3）可溶解的杂质或合金元素阻碍晶界迁移，特别是晶界偏 聚现象显著的元素，其阻碍作用更大。但当温度很高时， 晶界偏聚可能消失，其阻碍作用减弱甚至消失。
§2
一、回复动力学 1．回复动力学曲线
回复
回复动力学特点：
（1）回复过程没有孕育期，随着退火的开始进行,发 生软化。 （2）在一定温度下，初期的回复速率很大，以后逐渐 变慢，直到最后回复速率为零。
（3）每一温度的回复程度有一极限值，退火温度越高， 这个极限值也越高,而达到此极限所需时间则越短
（4）回复不能使金属性能恢复到冷变形前的水平。
TC TA TB sin A sin B sin C
当界面张力平衡时： 因 为 大 角 度 晶 界 TA=TB=TC， 而 A+B+C=360o ∴A=B=C=120o
晶粒长大--晶粒长大的方式
（3）在二维坐标中， 晶界边数少于6的晶 粒，其晶界向外凸出， 必然逐渐缩小，甚至 消失，而边数大于6 的晶粒，晶界向内凹 进，逐渐长大，当晶 粒的边数为6时，处 于稳定状态。 在三维坐标中， 晶粒长大最后稳 定的形状是正十 四面体。
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习题5：回复和再结晶
1. 已知锌单晶的回复激活能为2×104J/mol ，若0℃温度去除25%的加工硬化需
要5分钟，试求-20℃温度回复到同样程度所需要的时间。
2. 已知单相黄铜400℃恒温下完成再结晶需要1小时，而350℃恒温时则需要3
小时，试求该合金的再结晶激活能。
3. 若某金属的比界面能为0.5J/mol ，若球形晶粒直径为0.2mm 时，试求其晶粒
长大的驱动力。
4. 预先经球化退火的1.2％C 钢加热到780℃时，若已知未溶Fe 3C Ⅱ粒子直径为
2μm ，试计算此时奥氏体晶粒尺寸（已知Fe 3C 密度为7.6g/cm 3，Fe 的密度为
7.8g/cm 3）。
5. 已知黄铜的晶界迁移激活能为73.6J/mol ，当加热至700℃时，试求曲率半径
为0.1mm 的晶界的迁移速度。
6. 试比较去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同？从显微组织上如
何区分动、静态回复和动、静态再结晶。
7. 假定以再结晶完成95％作为再结晶完成的标准，则根据约翰逊—梅尔(Johnson
—Mehl)方程：3441exp()3
V X NG t =-- 其中X V 表示再结晶体积分数，t 表示再结晶时间，导出再结晶后晶粒直径d 与N ，G 的关系为：
1/4G d k N ⎛⎫= ⎪⎝⎭
习题5答案：
1. 解：冷塑性变形金属发生回复时，若回复量（去除25％的加工硬化）一定，
回复所需时间t 与回复温度T 间的关系为：ln Q t A RT
=+ 设-20℃温度回复到同样程度所需要的时间为t 2，则
212111exp t Q t R T T ⎡⎤⎛⎫=-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦
已知t 1=5min, T 1=273K ，T 2＝253K ，Q ＝2×104J/mol ，所以
421211121011exp 5exp 10min 8.314253273Q t t R T T ⎡⎤⎛⎫⎡⎤⨯⎛⎫==-=⨯-=⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎝⎭⎣⎦
2. 解：再结晶进行的速率为
e x p (
)Q V A Q RT
=-再结晶， (为再结晶激活能) 设t 为完成再结晶所需要的时间，则
1212
21122121exp()exp()11ln ln()8.314ln(3/1)76594J/mol 1111623673Q Q A t A t RT RT t Q t R T T R t t Q T T -=-⎛⎫∴=-- ⎪⎝⎭
⨯∴===⎛⎫⎛⎫-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
3. 解：设球形晶粒长大的驱动力为ΔP ，已知σ＝0.5J/mol ，r ＝0.1mm ＝1×10-4m ， 则
44220.5110P a 110
P r σ-⨯∆===⨯⨯ 4．解：根据杠杆定律可得，1.2％C 钢加热到780℃时，Fe 3C Ⅱ的质量百分数为
3 1.2%0.94%F e C %100% 4.52%6.69%0.94%
-=⨯=-Ⅱ 设Fe 3C Ⅱ粒子的体积分数为f ，则 4.52%
7.6100% 4.63%4.52%1 4.52%7.67.8
f =⨯=-+ 设奥氏体晶粒的平均直径为D ，则
44130μm 33 4.63%
r D f ⨯===⨯
5．解：设晶界迁移速度为v ，则
1141173.6exp()exp()2108.314973
m Q dD v K K dt D RT -==∙-=∙-⨯⨯ 6．答：（1）去应力退火过程中，位错通过攀移和滑移重新排列，从高能态转变
为低能态；动态回复过程中，则是通过螺位错的交滑移和刃位错的攀移，使异号位错相互抵消，保持位错增值率与位错消失率之间的动态平衡。
（2）从显微组织上观察，静态回复时可见到清晰的亚晶界，静态再结晶
时形成等轴晶粒；而动态回复时形成胞状亚结构，动态再结晶时等轴晶中又形成位错缠结胞，比静态再结晶晶粒要细。
7.。