动态回复及再结晶分解
回复和再结晶
4、组织观察
动态回复(Dynamic recovery) 动态回复 对层错能高的金属，如工业纯铁、铝等，易发生交滑移，在热变 形中动态回复是其软化的主要方式。 动态回复引起的软化过程是通过刃位错的攀移、螺位错的交滑移、 异号位错对消，使位错密度降低的结果。 动态回复过程中，变形晶粒不发生再结晶，仍保持沿变形方向伸 长，组织呈纤维状。 动态再结晶(Dynamic recrystallization) 动态再结晶 对层错能低的材料，如Cu、Ni、A钢等，不易发生交滑移和动态 回复，动态再结晶成为动态软化的主要方式。 动态再结晶也是形核和核长大过程。当应变速率低，变形量小时， 以界面弓出方式形核，出现锯齿形晶界；当应变速率高、变形量大时， 形成亚晶，不稳定的亚晶界可能消失，使亚晶聚合长大而形核，或亚 晶界迁移，亚晶长大而形核。 动态再结晶后得到等轴晶粒组织，晶粒内部由于继续承受变形， 有较高的位错密度和位错缠结存在，这种组织比静态再结晶组织有较 高的强度和硬度。
画一个温度和应变速率 的框架，功率耗散效率 图，从图中可以得知， 输入的功率被材料通过 微观组织改变所消耗的 比热损耗多。等值线上 的数字代表了功率耗散效率。
• Ref认为：具有高层错能的金属动态再结晶的功率 耗散效率为50%-55%。在应变速率低于0.01s-1 时发现超塑性变形的功率耗散效率为60%。动态 回复的功率耗散率稍低于动态再结晶。图6a可见， 高功率耗散率的范围在低于0.001s-1和1030℃,效 率值为52%，中应变速率0.01-0.1 s-1时，功率耗 散iaolv值为42%-48%，表明出现了动态回复。图 6b中，高功率耗散率的范围在高于0.1s-1,效率值 为65%，表明发生了超塑性变形或动态再结晶。
目前, 在金属的热变形过程中, 常用的力学模 型是 Arrhenius 型方程： & = Aσ n exp(−Q / RT ) （1） ε 其中, 为应变速率； A为与温度无关的常数； σ为流动应力；n为应力指数；Q为变形激活 能； R为气体常数；T为即热力学温度。通过 对（1）式进行处理得到动力学参数n和Q的 表达式为： & nR∂ ln σ ∂ ln ε Q= n= ∂ (1 / T ) ∂ ln σ T ε&
动态再结晶及其机制
动态再结晶及其机制引言工程上常将再结晶温度以上的加工成为“热加工”，而把再结晶温度以下而又不加热的加工称为“冷加工”。
至于“温加工”则介于二者之间，其变形温度低于再结晶温度，却高于室温。
高温进行的锻造，轧制等压力加工属热加工。
热加工过程中，在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反的过程。
在金属冷形变后的加热过程中发生的，称为静态回复和静态再结晶。
若提高金属变形的温度,使金属在较高的温度下形变时，金属在热变形的同时也发生回复和再结晶，这种与金属热变形同时发生的回复和再结晶称为动态回复和动态再结晶。
一、动态再结晶定义在热加工过程中，塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的再结晶的现象。
这是在通常的热加工时发生的过程。
在发生回复和再结晶时，由形变造成的加工硬化与由动态回复，动态再结晶造成的软化同时发生。
二、动态再结晶的应力应变曲线值得注意的是：温度为常数时，随应变速率增加，动态再结晶应力应变曲线向上向右移动， m ax 对应的应变增大：而应变速率一定时，温度升高，曲线会向下向左移动，最大应力对应的应变减小.三、动态再结晶的机制3.1概述在低应变速率下，动态再结晶通过原晶界的弓出机制形核。
与其对应的稳定态阶段的曲线呈波浪形变化，这是由于位错增殖速度小，在发生动态再结晶软化后，继续进行再结晶的驱动力减小，再结晶软化作用减弱，以致不能与新的加工硬化平衡，从而重新发生硬化，曲线重新上升。
等到位错再度积累到一定程度，使再结晶又占上风时，曲线又重新下降。
这种反复变化的过程将不断进行下去，变化周期大致不变，但振幅逐渐衰减。
因此这种情况下，动态再结品与加工硬化交替进行：使曲线呈波浪式。
层错能偏低的材料如铜及其合金，奥氏体钢等易出现动态再结晶。
故动态再结晶是低的层错能金属材料热交形的主要软化机制。
第一阶段—加工硬化阶段：应力随应变上升很快，金属出现加工硬化（0<ε<εc ）。
第二阶段—动态再结晶开始阶段：应变达到临界值εc ，动态再结晶开始，其软化作用随应变增加而上升的幅度逐渐降低，当σ>σmax 时，动态再结晶的软化作用超过加工硬化，应力随应变增加而下降（ε c ≤ε<εs ）。
金属及合金的回复与再结晶.pptx
二、动态回复和动态再结晶
热加工的真应力—真应变曲线-2
高应变速率 低应变速率
真 应 力
真应变
图7-28 在热加工温度发生动态 再结晶时的真应力—真应变曲线特征
应力-应变的变化规律
Ⅰ：应力随应变不断增大 Ⅱ：应力达到峰值后下降 Ⅲ： 应力最后稳定状态
一、晶粒的正常长大 二、晶粒的反常长大 三、再结晶退火后的组织
晶粒长大 再结晶结束后，若继续升温或延长保温时间， 晶粒之间互相吞并而长大过程。
长大特征
晶粒的正常长大 ：晶粒均匀连续地长大 晶粒的反常长大 ：晶粒不均匀不连续地长大
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§7-4 晶粒长大 一 、晶粒的正常长大
（一）驱动力：总的界面能的降低 晶粒长大前后总的界面能差
（一）形核
2.晶界凸（弓）出形核机制（变形度较小（<40%） ）
晶界中的某一段向亚晶粒细小、位错密度高的一侧凸出
被这段晶界扫过的区域，位错密度下降，成为无畸变的晶体
晶界凸（弓）出形核机制
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一、再结晶晶核的形成与长大
(二）长大
亚晶合并形核机制 亚晶界移动形核机制
晶界凸形核机制
长大规律： 界面总是向畸变区域推进。 界面移动的方向总是背离其曲率中心。
一、再结晶晶核的形成与长大
（一）形核
1.亚晶长大形核机制（变形度较大时） (2) 亚晶界移动形核（图7-10b）
位错密度很高的亚晶界的移动 吞并相邻变形基体和亚晶 再结晶晶核
亚晶界移动形核机制
亚晶长大形核机制的特点：消耗周围的高能区
变形度 高能区 再结晶晶核
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一、再结晶晶核的形成与长大
回复与再结晶
7.3 再结晶
7.3 再结晶
7.3 再结晶
7.3 再结晶
7.3 再结晶
7.3 再结晶
第二相粒子的作用
（1）增加形变储存能而 增缘故。
7.3 再结晶
（2）第二相粒子附近可能作为再结晶形核位置。
大而硬间距宽的第二相粒子，由于形变时粒子附近出现更多 不均匀形变区，这些区域有大的显微取向差，可促进形核。 （Particle Stimulated Nucleation)
7.5 金属的热变形
动态回复引起的软化过程是通过刃型位错的攀移、螺位 错的交滑移，使异号位错对消、位错密度降低的结果。 动态回复中也发生多边化，形成亚晶。层错能较高的金 属如铝合金、纯铁、铁素体钢等热加工时，易发生动态 回复，因这些金属中易发生位错的交滑移及攀移之故。
动态回复过程中，变形晶粒不发生再结晶，故仍呈纤维 状，热变形后迅速冷却，可保留伸长晶粒和等轴亚晶的 组织。在高温较长时间停留，则可发生静态再结晶而使 材料彻底软化。动态回复组织比再结晶组织的强度高， 将动态回复组织保留下来可提高金属的强度，例如热挤 压法生产的建筑用铝镁合金，采用保留动态回复组织的 方法，提高其使用强度。
晶粒正常长大后，各晶粒尺寸的分布仍然是均匀的。
7.4 晶粒长大
7.4 晶粒长大
影响晶粒长大的因素
温度：温度越高，晶粒长大越快，一定温度下，晶粒长大极 限尺寸后不再长大，提高温度长大继续。
杂质与合金元素：吸附于晶界可使界面能下降，降低了界面 移动的驱动力，使晶界不易迁动。
第二相质点：阻碍晶界迁动，使晶粒长大受到抑制。 相邻晶粒的位相差：位相差越大，晶界可动性越高，小角晶
7.3 再结晶
再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度后，在变形 基体中重新生成无畸变的新晶粒的过程。
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。
06 金属材料热处理 第六章 变形金属及合金的回复与再结晶
第六章 变形金属与合金的回复与再结晶本章教学目的：1 揭示形变金属在加热过程中组织和性能变化的规律；2 揭示再结晶的实质3 说明热加工与冷加工的本质区别以及热加工的特点。
教学内容：（1）变形金属在退火过程中（回复，再结晶以及晶粒长大）过程的组织与性能变化；（2）影响再结晶的因素；（3）再结晶晶粒大小及控制；（4）热加工与冷加工重点：（1）回复与再结晶的概念和应用；（2）临界变形度的概念；（3）再结晶晶粒度的控制；（4）热加工与冷加工的区别。
难点：（1）再结晶形核机制与再结晶动力学；（2）再结晶晶粒的二次长大机理§6-1变形金属与合金在退火过程中的变化金属经冷塑性变形后，内部组织和各项性能均发生相应变化，而且由于位错等结构缺陷密度的增加以及畸变能的升高，使其处于热力学不稳定状态。
当变形金属加热时，通过原子扩散能力的增加，有助于促进向低能量状态的转变。
一、显微组织的变化第一阶段：显微组织基本上未发生变化，其晶粒仍保持纤维状或扁平状变形组织，称回复阶段。
第二阶段：以新的无畸变等轴小晶粒逐渐取代变形组织，称为再结晶阶段。
第三阶段：上述小晶粒通过互相吞并方式而长大，直至形成较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。
二、储存能及内应力的变化当变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，其中的储存能将释放出来。
回复阶段释放的储存能很小三、机械性能的变化规律回复阶段硬度变化很小，约占总变化的1/5，再结晶阶段下降较多，强度与硬度有相似的变化规律。
因为回复阶段仍保持很高的位错密度。
在再结晶阶段，硬度与强度显著下降，塑性大大提高。
四、其它性能的变化1、电阻的变化电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。
点缺陷对电阻的贡献远大于位错，而回复阶段点缺陷的密度发生显著的减小。
2、密度的变化再结晶阶段密度急剧增高。
五、亚晶粒尺寸在回复阶段前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶温度时，晶粒尺寸显著增大。
§6-2 回复一、退火温度和时间对回复过程的影响回复是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变之前所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
【材料科学基础】必考知识点第八章
【材料科学基础】必考知识点第⼋章2020届材料科学基础期末必考知识点总结第⼋章回复与再结晶第⼀节冷变形⾦属在加热时的组织与性能变化⼀回复与再结晶回复：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变形以前的过程。
再结晶：冷变形⾦属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的⽆畸变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。
⼆显微组织变化（⽰意图）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。
三性能变化1 ⼒学性能（⽰意图）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，粗化严重时下降。
2 物理性能密度：在回复阶段变化不⼤，在再结晶阶段急剧升⾼；电阻：电阻在回复阶段可明显下降。
四储存能变化（⽰意图）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％）点缺陷是回复与再结晶的驱动⼒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。
五内应⼒变化回复阶段：⼤部分或全部消除第⼀类内应⼒，部分消除第⼆、三类内应⼒；再结晶阶段：内应⼒可完全消除。
第⼆节回复⼀回复动⼒学（⽰意图）1 加⼯硬化残留率与退⽕温度和时间的关系ln(x0/x)=c0t exp(-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。
2 动⼒学曲线特点（1）没有孕育期；（2）开始变化快，随后变慢；（3）长时间处理后，性能趋于⼀平衡值。
⼆回复机理移⾄晶界、位错处1 低温回复：点缺陷运动空位＋间隙原⼦缺陷密度降低（0.1~0.2Tm）空位聚集（空位群、对）异号位错相遇⽽抵销2 中温回复：位错滑移位错缠结重新排列位错密度降低（0.2~0.3Tm）亚晶粒长⼤3 ⾼温回复：位错攀移（＋滑移）位错垂直排列（亚晶界）多边化（亚（0.3~0.5Tm）晶粒）弹性畸变能降低。