材料科学基础_回复和再结晶
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大连理工大学 材料科学基础 第五章 回复与再结晶
粒长大后趋于缓慢。
8
B：电阻率resistivity：其大小与点阵 中的点缺陷密切相关，随温度升高， 空位浓度下降，故电阻率呈现连续 下降趋势。
C：内应力inner stress：回复之后， 宏观内应力基本消除，微观内应力 部分消除；再结晶后，冷变形造成 的内应力全部消除。
D：密度density：密度在再结晶阶段急剧增加，主要是 由于此时位错密度显著降低造成的。
4th
冷加工变形：加工硬化，可使位错数量增加， 金属的强度和硬度增加
冷加工缺点：内应力，这种残余应力在金属零 件进一步加工和使用过程中往往会产生不应有的变 形，使用中也会由于大气环境与内应力的共同作用， 造成零件的应力腐蚀；冷加工也可能使电阻率增加 等。这时金属处于一种不稳定状态。
1
体发
不生
应
锈应
• 再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始， 在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶 的最低温度称再结晶温度。
31
影响再结晶温度的因素：
• 1、金属的预先变形度：金属预先变形程度越大, 再结晶温度 越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值， 称最低再结晶温度。
• 纯金属的最低再结晶温度与其熔点之 间的近似关系: T再≈(0.35-0.4)T熔， 其 中T再、T熔为绝对温度K.
R m r m 0
R — 屈服强度回复率
m — 变形后屈服强度 r — 回复后屈服强度 0 — 原始态的屈服强度
1.0
同一变形度的Fe在不同温度下的回复
0.8
300oC
350oC
0.6
400oC
0.4
450oC
0.2
500oC
0 100 200 300 400
材料科学基础@七 回复与再结晶
15
第二节 再结晶
再结晶:当变形金属被加热到较高温度时，由 于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变 化，被拉长及破碎的晶粒通过重新生核、长大， 变成新的均匀、细小的等轴晶粒的过程。
再结晶的驱动力：弹性畸变能的降低
16
再结晶的形核和长大过程
17
再 结 晶 的 形 核 和 长 大 过 程
18
再结晶过程特点
二 再结晶动力学 （1）再结晶速度与温度的关系（热激活过程）
v再＝Aexp(-QR/RT)
（2）规律 开始时再结晶速度很小，在体积分数为50％时 最大，然后减慢。
25
26
三 再结晶温度 1 再结晶与相变的区别 共同点：①形核-长大过程；
②都使组织形态发生了彻底改变； ③转变动力学也有固态相变特点。 区别： ①再结晶前后各晶粒的点阵结构类型和成分都 未变化。 ②再结晶温度不像结晶那样有确定的转变温度。
流线的应用：流线的分布形态与零件的几何外 形一致并在零件内部封闭。不在外部露头。
例如曲轴工作时最大应力与流线平行，冲击力 与流线平行，不易断裂。
58
59
3 形成带状组织 形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。 影响：各向异性。 消除：避免在两相区变形、减少夹杂元素含量、 采用高温扩散退火或正火。
带状组织和纤维 组织有何异同
53
动态回复中的组织： （1）也发生多边化(类似静态回复)，形成亚晶。 亚晶在稳定阶段保持等轴状态和恒定尺寸。 （2）动态回复过程中，变形晶粒不发生再结晶， 故仍呈纤维状
亚晶的尺寸受变形速率与变形温度的影响，变形速率 越小，变形温度越高，生成的亚晶尺寸也越大。
54
2 动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。
62
第二节 再结晶
再结晶:当变形金属被加热到较高温度时，由 于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变 化，被拉长及破碎的晶粒通过重新生核、长大， 变成新的均匀、细小的等轴晶粒的过程。
再结晶的驱动力：弹性畸变能的降低
16
再结晶的形核和长大过程
17
再 结 晶 的 形 核 和 长 大 过 程
18
再结晶过程特点
二 再结晶动力学 （1）再结晶速度与温度的关系（热激活过程）
v再＝Aexp(-QR/RT)
（2）规律 开始时再结晶速度很小，在体积分数为50％时 最大，然后减慢。
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三 再结晶温度 1 再结晶与相变的区别 共同点：①形核-长大过程；
②都使组织形态发生了彻底改变； ③转变动力学也有固态相变特点。 区别： ①再结晶前后各晶粒的点阵结构类型和成分都 未变化。 ②再结晶温度不像结晶那样有确定的转变温度。
流线的应用：流线的分布形态与零件的几何外 形一致并在零件内部封闭。不在外部露头。
例如曲轴工作时最大应力与流线平行，冲击力 与流线平行，不易断裂。
58
59
3 形成带状组织 形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。 影响：各向异性。 消除：避免在两相区变形、减少夹杂元素含量、 采用高温扩散退火或正火。
带状组织和纤维 组织有何异同
53
动态回复中的组织： （1）也发生多边化(类似静态回复)，形成亚晶。 亚晶在稳定阶段保持等轴状态和恒定尺寸。 （2）动态回复过程中，变形晶粒不发生再结晶， 故仍呈纤维状
亚晶的尺寸受变形速率与变形温度的影响，变形速率 越小，变形温度越高，生成的亚晶尺寸也越大。
54
2 动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。
62
材料科学基础第七章(1)
• 7.1.2.3 内应力的变化：在回复阶段可部分消除，在再结晶阶段全部消除。
• 7.2 回复
• 7.2.1 回复过程中微观结构的变化机制：回复指冷变形金属加热时尚未发生 微米量级的组织变化前的微观结构及性能的变化过程，分低温回复，中温回 复和高温回复三种。
• 7.2.1.1 低温回复：冷变形金属在0.1Tm~0.3Tm温度范围内所产生回复称为低 温回复。低温时原子活动能量有限，主要局限于点缺陷运动。通过空位迁移 至晶界、位错或与间隙原子结合而消失，空位浓度显著下降。
• 冷变形金属开始发生再结晶的最低温度称为再结晶温度。可用金相法、硬度 法和X射线衍射法测定。
• 金相法：以显微镜观察到第一个新晶粒或晶界凸出形核而出现锯齿状边缘的 退火温度为再结晶温度。
• 硬度法：以硬度-退火温度曲线上硬度开始显著降低或软化50%的温度为再结 晶温度。
• 为了便于比较和使用，通常规定冷变形量大于70%的金属在1小时内能够完成 再结晶(体积分数>0.95)的最低温度为再结晶温度。
(7-3)
• 如果将同样的冷变形金属的性能在不同温度下回复到同样程度，则有：
• c0t1exp(-Q/RT1)= ln(x0/x)=c0t2exp(-Q/RT2)
• 即： t1/t2=exp[-Q(1/T2-1/T1)/R]
(7-4)
• 此式为用实验数据导出工艺参数的依据。
• 7.2.3 去应力退火：冷变形金属在回复阶段能消除大部分内应力，又能保持 冷变形的硬化效果，因此回复也称为去应力退火。
• 图7-11是经98%强冷轧的纯铜在不同温度下的等温 再结晶动力学曲线。等温下的再结晶速度开始很
小，随再结晶体积分数φV的增大而增加，并在 0.5处达到最大，然后又逐渐减小。具有典型的形
• 7.2 回复
• 7.2.1 回复过程中微观结构的变化机制：回复指冷变形金属加热时尚未发生 微米量级的组织变化前的微观结构及性能的变化过程，分低温回复，中温回 复和高温回复三种。
• 7.2.1.1 低温回复：冷变形金属在0.1Tm~0.3Tm温度范围内所产生回复称为低 温回复。低温时原子活动能量有限，主要局限于点缺陷运动。通过空位迁移 至晶界、位错或与间隙原子结合而消失，空位浓度显著下降。
• 冷变形金属开始发生再结晶的最低温度称为再结晶温度。可用金相法、硬度 法和X射线衍射法测定。
• 金相法：以显微镜观察到第一个新晶粒或晶界凸出形核而出现锯齿状边缘的 退火温度为再结晶温度。
• 硬度法：以硬度-退火温度曲线上硬度开始显著降低或软化50%的温度为再结 晶温度。
• 为了便于比较和使用，通常规定冷变形量大于70%的金属在1小时内能够完成 再结晶(体积分数>0.95)的最低温度为再结晶温度。
(7-3)
• 如果将同样的冷变形金属的性能在不同温度下回复到同样程度，则有：
• c0t1exp(-Q/RT1)= ln(x0/x)=c0t2exp(-Q/RT2)
• 即： t1/t2=exp[-Q(1/T2-1/T1)/R]
(7-4)
• 此式为用实验数据导出工艺参数的依据。
• 7.2.3 去应力退火：冷变形金属在回复阶段能消除大部分内应力，又能保持 冷变形的硬化效果，因此回复也称为去应力退火。
• 图7-11是经98%强冷轧的纯铜在不同温度下的等温 再结晶动力学曲线。等温下的再结晶速度开始很
小，随再结晶体积分数φV的增大而增加，并在 0.5处达到最大，然后又逐渐减小。具有典型的形
材料科学基础I 回复与再结晶
§9-7 回复
一、回复过程的特征
1、回复过程中组织不发生变化； 2、宏观一类应力全部消除，微观二类应力部分消除； 3、力学性能变化很小，电阻率显著降低，密度增加； 4、变形储存的能量部分释放。
二、回复过程机制
低温回复 (0.1~0.3)Tm 低温回复阶段主要是空位浓度明显降低。原因： 1、空位迁移到金属表面或晶界而消失； 2、空位与间隙原子结合而消失； 3、空位与位错交互作用而消失； 4、空位聚集成片，晶体崩塌而转变成位错环。
经常需要将冷变形金属加热退火，以使其性能恢复到变形前。
冷变形金属与合金随 着被加热温度升高，依 次发生回复、再结晶和 晶粒长大。
右图为冷变形黄铜随 温度身高组织与性能的 变化情况。可以分为三 个阶段：回复、再结晶 和晶粒长大。其中，再 结晶阶段性能变化最大： 强度迅速下降，塑性迅 速升高。
冷变形金属在加热过程中性能随温度升高而变化，在再结晶 阶段发生突变。
注意：图中纵坐标，向上表示晶粒数少，尺寸大。
§9-9 再结晶后的晶粒长大
冷变形金属完成再结晶后，继续加热时会发生晶粒长大。 晶粒长大又可分为正常长大和异常长大（二次再结晶）。
一、晶粒的正常长大
再结晶刚完成时得到的是细小的、无畸变和内应力的等轴晶 粒。温度继续升高或延长保温时间，晶粒仍可以继续长大，若 是均匀地连续生长，就称为正常长大。
三、再结晶图
把再结晶退火后的晶粒大小、冷变形程度及退火温度间的关 系绘制成三维图形，称为再结晶图。
四、退火孪晶
一些面心立方结构的金属或合金，如铜、铜合金、奥氏体不 锈钢等，经再结晶退火后，其晶粒中出现孪晶组织，称为退火 孪晶。
一般认为退火孪晶 是在晶粒生长过程中 形成的。当晶粒通过 晶界移动而生长时， (111)晶面发生堆垛层 错而产生孪晶。
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。
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第八章回复与再结晶1 名词变形织构：多晶体中位向不同的晶粒经过塑性变形后晶粒取向变成大体一致，形成晶粒的择优取向，择优取向后的晶体结构称为变形织构，织构在变形中产生，称为变形织构；再结晶织构是具有变形织构的金属经过再结晶退火后出现的织构，位向于原变形织构可能相同或不同，但常与原织构有一定位向关系。
再结晶全图：表示冷变形程度、退火温度与再结晶后晶粒大小的关系（保温时间一定）的图。
冷加工与热加工：再结晶温度以上的加工称为热加工，低于再结晶温度又是室温下的加工称为冷加工。
带状组织：多相合金中的各个相在热加工中可能沿着变形方向形成的交替排列称为带状组织；加工流线：金属内部的少量夹杂物在热加工中顺着金属流动的方向伸长和分布，形成一道一道的细线；动态再结晶：低层错能金属由于开展位错宽，位错难于运动而通过动态回复软化，金属在热加工中由温度和外力联合作用发生的再结晶称为动态再结晶。
临界变形度：再结晶后的晶粒大小与冷变形时的变形程度有一定关系，在某个变形程度时再结晶后得到的晶粒特别粗大，对应的冷变形程度称为临界变形度。
二次再结晶：某些金属材料经过严重变形后在较高温度下退火时少数几个晶粒优先长大成为特别粗大的晶粒，周围较细的晶粒逐渐被吞掉的反常长大情况。
退火孪晶：某些面心立方金属和合金经过加工和再结晶退火后出现的孪晶组织。
2 问答1 再结晶与固态相变有何区别？答：再结晶是一种组织转变，从变形组织转变为无畸变新晶粒的过程，再结晶前后组织形态改变，晶体结构不变；固态相变时，组织形态和晶体结构都改变；晶体结构是否改变是二者的主要区别。
2 简述金属冷变形度的大小对再结晶形核机制和再结晶晶粒尺寸的影响。
答：变形度较小时以晶界弓出机制形核，变形度大的高层错能金属以亚晶合并机制形核，变形度大的低层错能金属以亚晶长大机制形核。
冷变形度很小时不发生再结晶，晶粒尺寸基本保持不变，在临界变形度附近方式再结晶晶粒特别粗大，超过临界变形度后随变形度增大，晶粒尺寸减少，在很大变形度下，加热温度偏高，少数晶粒发二次再结晶，使部分晶粒粗化。
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。
材料科学基础材料的变形和再结晶介绍
对于冷变形较大的晶体，再结晶形核优先地发 生于多边化区域，这些区域就是位错塞积而导致点 阵强烈弯曲的区域。因此，对这类晶体多边化是再 结晶形核的必要准备阶段。再结晶晶核通过亚晶界 的迁动吞并相邻的形变基体和亚晶而生长，或是通 过两亚晶之间亚晶界的消失使两相邻亚晶粒合并而 生长。
再结晶温度 再结晶温度(recrystallization temperature)： 冷变形金属开始进行再结晶最低温度。 测定方法：金相法 硬度法 实际生产上确定方法： 一般TR = （0.35-0.40）Tm
二、回复机制 回复机制随回复退火温度而异，有下面几种。 1.低温回复 经冷加工变形的金属通常在较低的温度范围就 开始回复。表现在因变形而增多的电阻率发生不同 程度的下降，而机械性能基本保持不变。电阻率对 点缺陷很敏感,机械性能对点缺陷不敏感。因此，低 温下回复和金属中点缺陷变化有关。研究结果表明 ：低温回复主要是塑性变形所产生的过量空位消失 的结果。
再结晶后晶粒大小
再结晶晶粒的平均直径 d与形核率及长大速度之间 的关系如：式5.30。 影响再结晶后晶粒大小的因素： 1. 变形程度的影响 变形度很小时，晶粒尺寸为原始晶 粒尺寸；临界变形度（critical deformation degree）εc 时，晶粒特别粗大，一般金属εc =2－8% ;当变形度大 于εc时，随变形度增加，晶粒逐渐细化。 2. 退火温度 T升高，再结晶速度快，εc值变小。 3. 原始晶粒尺寸 当变形度一定时，原始晶粒越细，D 越小。 4. 微量溶质原子和杂质元素 一般都能起细化再结晶晶 粒的作用。
二、再结晶的形核与长大 再结晶过程是形核和长大,但无晶格类型变化。 1. 形核 再结晶晶核是现存于局部高能区域内的,以多边 化形成的亚晶为基础形核。其形核机制有： （1）凸出形核机制 对于变形度较小（<20%）的 金属， 以凸出形核机制形核，弓出形核时所需 能量条件为： △Es≧2γ/L
8材料科学基础课件-第四章回复与再结晶
ln t 如图：
斜率＝Q/R
ln t D Q / RT
或： ln
t1 Q 1 1 ( ) t2 R T1 T2
1 T
由实验斜率可求得Q，据此推算其机制。
返回
一般来讲，激活能Q ln t
不只是一个，常按回复温
度高低分为低温、中温和 高温回复。对应的激活能 为Q1、Q2、Q3。
Q3 Q2
第四章
回复与再结晶
变形金属的热行为
返回
章目录：
4.1 4.2 4.3 4.4 冷变形金属在加热时的变化 回 复
再结晶 再结晶后的晶粒长大
4.5
4.6 4.7
再结晶退火及其组织
金属的热变形 超塑性加工
返回
经冷变形的金属具有如下特点：
• 机械性能和理化性能发生明显变化。强度、硬度升高，塑性韧性下降。
迁移的大角度晶界，成为核心。
• 特点：
（高层错能材料Al，Ni等）
位错易于攀移，位错重排成稳定的亚晶界，胞内位错密度低。
返回
② 亚晶生长
通过亚晶界移动生长，成为大角度晶界。
（低层错能材料，位错难以重组，胞内位错密度高。如 Co、Ag、Cu、Au变量较小时）
A • 作ΔP — T℃曲线如图，能量释放 峰对应于新晶粒的出现 — 再结 0 A — 纯金属，B — 合金
返回
B
T℃
晶，在此之前为回复。
三、性能的变化
经冷变形的金属
缓慢加热，测其性能
的变化，如图所示。
性能急变区对应于新
晶粒的出现，再结晶
之前为回复，之后为
晶粒长大。
返回
总之：由以上变化说明，冷变形金属在加热时要 经历三个阶段：回复、再结晶和晶粒长大。
材料科学基础-回复与再结晶
— 电阻： 回复阶段已有大的变化(与点缺陷有
关) — 内应力：
回复阶段消除大部或全部内应力； 再结晶阶段全部消除微观内应力 — 亚晶粒尺寸： 回复阶段变化小； 接近再结晶时，显著增大 — 密度： 再结晶阶段急剧增高(缺陷减少) — 储存能的变化： 再结晶阶段释放多
第二节：回复
现象：除内应力大大减少外，在光学显微镜下看不到金 相组织的变化。在电子显微镜下观察，点缺陷有所减少，位 错在形态上也有变化，但数量没有明显减少。
正常长大影响因素
1）温度：温度影响界面迁移速度，温度越高，界面迁移速 度越大，因而晶粒长大速度也越快。
2）时间：正常晶粒长大时，一定温度下，平均晶粒直径随 保温时间的平方根而增大。
3）第二相粒子：第二相粒子对界面迁移有约束力，阻碍界 面迁移、晶粒长大。粒子尺寸越小，粒子的体积分数越大， 极限的平均晶粒尺寸也越小。
再结晶织构的形成机制
— 定向生长理论：晶核位向各异，只有特殊位向的容易长大 — 定向形核理论：再结晶晶核具有择优取向
制耳现象：在冲制筒形和杯形零件时，各向变形不均匀， 造成薄厚不均、边缘不齐的现象。
第五节：金属的热变形
金属的热变形：金属在再结晶温度以上进行的加工、变形。
热变形的实质是:变形中形变硬化和动态软化同时进行的过程， 形变硬化为动态软化所抵消，因而不显示加工硬化作用。
— 退火温度的影响：
退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的影响不 大；但对再结晶速率影响很大，降低临界变形 度数值；促进再结晶后的晶粒的长大，温度越 高晶粒越粗
第四节：晶粒长大
晶粒长大：再结晶结束后，材料通常得到新的细小的无畸变的 等轴晶粒，若继续提高加热温度或延长加热时间，引起晶粒进 一步长大的现象 驱动力：总晶界能的降低 按特点分类： — 正常长大：大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大 — 异常长大：少数晶粒突发性的不均匀长大
关) — 内应力：
回复阶段消除大部或全部内应力； 再结晶阶段全部消除微观内应力 — 亚晶粒尺寸： 回复阶段变化小； 接近再结晶时，显著增大 — 密度： 再结晶阶段急剧增高(缺陷减少) — 储存能的变化： 再结晶阶段释放多
第二节：回复
现象：除内应力大大减少外，在光学显微镜下看不到金 相组织的变化。在电子显微镜下观察，点缺陷有所减少，位 错在形态上也有变化，但数量没有明显减少。
正常长大影响因素
1）温度：温度影响界面迁移速度，温度越高，界面迁移速 度越大，因而晶粒长大速度也越快。
2）时间：正常晶粒长大时，一定温度下，平均晶粒直径随 保温时间的平方根而增大。
3）第二相粒子：第二相粒子对界面迁移有约束力，阻碍界 面迁移、晶粒长大。粒子尺寸越小，粒子的体积分数越大， 极限的平均晶粒尺寸也越小。
再结晶织构的形成机制
— 定向生长理论：晶核位向各异，只有特殊位向的容易长大 — 定向形核理论：再结晶晶核具有择优取向
制耳现象：在冲制筒形和杯形零件时，各向变形不均匀， 造成薄厚不均、边缘不齐的现象。
第五节：金属的热变形
金属的热变形：金属在再结晶温度以上进行的加工、变形。
热变形的实质是:变形中形变硬化和动态软化同时进行的过程， 形变硬化为动态软化所抵消，因而不显示加工硬化作用。
— 退火温度的影响：
退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的影响不 大；但对再结晶速率影响很大，降低临界变形 度数值；促进再结晶后的晶粒的长大，温度越 高晶粒越粗
第四节：晶粒长大
晶粒长大：再结晶结束后，材料通常得到新的细小的无畸变的 等轴晶粒，若继续提高加热温度或延长加热时间，引起晶粒进 一步长大的现象 驱动力：总晶界能的降低 按特点分类： — 正常长大：大多数晶粒几乎同时逐渐均匀长大 — 异常长大：少数晶粒突发性的不均匀长大
山东大学《材料科学基础》讲义第10章 回复与再结晶
第10章回复与再结晶§1 冷变形金属在加热时的变化一、显微组织的变化二、性能的变化（一）力学性能的变化回复阶段：强度、硬度、塑性等力学性能变化不大。
再结晶阶段：随加热温度升高，强度、硬度显著下降，塑性急剧升高。
当晶粒长大时，强度、硬度继续下降，塑性在晶粒严重粗化时，也下降。
（二）物理性能的变化回复阶段：，密度变化不大，电阻明显下降；再结晶阶段：密度急剧升高。
（三）内应力的变化回复阶段，内应力部分消除；再结晶阶段，内应力全部消除。
§2 回复一、回复过程中微观结构的变化机制回复：回复的驱动力：弹性畸变能的降低。
根据回复阶段加热温度及内部结构变化特征、机制不同，将其分为三类：（一）低温回复温度：0.1T m~0.3 T m。
结构变化：主要是点缺陷的运动，空位浓度降低。
（二）中温回复温度：0.3T m~0.5 T m。
结构变化：除点缺陷的运动外，位错也开始运动，位错密度降低。
（三）高温回复温度：≥0.5 T m。
结构变化：位错运动发生多边化，形成亚晶结构；总的应变能下降。
二、回复动力学特点：①无孕育期；②变化速率先快后慢；③最后趋于恒定值。
回复过程的表达式：dx / dt= - cx (c=c0exp(-Q/RT))→ln(x0/x)= c0texp(-Q/RT)。
如果采用两个不同温度将同一冷变形金属的性能回复到同样程度，则有：三、去应力退火§3 再结晶再结晶：经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。
再结晶是一个显微组织彻底改组、变形储能充分释放、性能显著变化的过程。
一、再结晶的形核及长大形核的两种方式：晶界凸出形核、亚晶形核。
（一）晶界凸出形核变形度较小时，再结晶核心一般以凸出形核方式形成。
如右图所示。
若界面由I向II推进，则：当α>π/2时，晶界可以自发生长，因此，凸出形核所需的能量条件为：ΔE>2σ/ lΔE-单位体积A、B相邻晶粒储存能差；ΔA-增加的晶界面积。
【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豆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，具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J位错(80〜90%) 1I点缺陷j 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(x o/x)=C o texp(-Q/RT)x o原始加工硬化残留率；X—退火时加工硬化残留率；C0一比例常数；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。
3高温回复：位错攀移（+滑移）f 位错垂直排列（亚晶界）+多边化（亚（0.3~0.5Tm ）晶粒）一►弹性畸变能降低。
三回复退火的应用去应力退火：降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、开 裂，提高耐蚀性。
材料科学基础 第七章 形变金属材料的回复与再结晶
18
三、再结晶温度及其影响因素： 影响再结晶温度高低的因素： （1）冷变形量 （2）纯度 （3）第二相颗粒 （4）晶粒大小 （5）加热速度和保温时间
19
四、控制再结晶晶粒尺寸——预先变形度、再结晶退火温度、原始 晶粒尺寸、合金元素及杂质。
预先变形度对再结晶晶粒尺寸的影响
20
工业纯铝的再结晶晶粒大小与变形量的关系 （再结晶退火温度550℃，保温时间30min） 变形量自左至右依次为：1%、2.5%、4%、6%、8%、10%、12%、15%
晶粒逐渐被吞并到相邻的较大晶粒中。
23
晶粒长大过程的特点：晶界本身趋于平直化，三个晶粒的晶界交角
趋于120º；晶界迁移总是指向其曲率中心方向；随着晶界迁移，小
晶粒逐渐被吞并到相邻的较大晶粒中。
24
25
晶 粒 的 反 常 长 大 （ 二 次 再 结 晶 ）
26
四、再结晶退火/中间退火的应用
1. 冷变形金属材料消除加工硬化——又称中间退 火，以利进一步冷加工； 2.对于无固态相变的金属材料，通过冷塑性变形 并再结晶退火，可获得细小均匀的晶粒； 3. 磁性材料获得高密度的再结晶织构。
31
热加工对金属材料组织和性能的影响——改善铸态组织、 产生纤维组织或带状组织、控制晶粒大小。
32
热加工流线
33
模锻拖钩
切削加工拖钩
34
35
一、显微组织的变化
3
二、形变储存能的降低是形变金属材料回复和再 结晶的驱动力。
4
三、残余应力和性能的变化
5
§7.2 回复
回复——冷变形金属材料加热时，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。
三、再结晶温度及其影响因素： 影响再结晶温度高低的因素： （1）冷变形量 （2）纯度 （3）第二相颗粒 （4）晶粒大小 （5）加热速度和保温时间
19
四、控制再结晶晶粒尺寸——预先变形度、再结晶退火温度、原始 晶粒尺寸、合金元素及杂质。
预先变形度对再结晶晶粒尺寸的影响
20
工业纯铝的再结晶晶粒大小与变形量的关系 （再结晶退火温度550℃，保温时间30min） 变形量自左至右依次为：1%、2.5%、4%、6%、8%、10%、12%、15%
晶粒逐渐被吞并到相邻的较大晶粒中。
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晶粒长大过程的特点：晶界本身趋于平直化，三个晶粒的晶界交角
趋于120º；晶界迁移总是指向其曲率中心方向；随着晶界迁移，小
晶粒逐渐被吞并到相邻的较大晶粒中。
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晶 粒 的 反 常 长 大 （ 二 次 再 结 晶 ）
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四、再结晶退火/中间退火的应用
1. 冷变形金属材料消除加工硬化——又称中间退 火，以利进一步冷加工； 2.对于无固态相变的金属材料，通过冷塑性变形 并再结晶退火，可获得细小均匀的晶粒； 3. 磁性材料获得高密度的再结晶织构。
31
热加工对金属材料组织和性能的影响——改善铸态组织、 产生纤维组织或带状组织、控制晶粒大小。
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热加工流线
33
模锻拖钩
切削加工拖钩
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一、显微组织的变化
3
二、形变储存能的降低是形变金属材料回复和再 结晶的驱动力。
4
三、残余应力和性能的变化
5
§7.2 回复
回复——冷变形金属材料加热时，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。
材料科学基础 第9章 再结晶
第三节
晶粒长大
• 晶粒长大的动力 • 晶粒的正常长大 • 晶粒的非正常长大
晶粒长大的动力
晶粒的长大是一自发过程，其驱动力是降低其总 界面能。长大过程中，晶粒变大，则晶界的总面积减 小，总界面能也就减小。
为减小表面能晶粒长大的热力学条件总是满足的， 长大与否还需满足动力学条件，这就是界面的活动性， 温度是影响界面活动性的最主要因素。
晶界弓出的形核例证
晶界弓 出形核这种 现象在铜、 镍、银、铝 及铝—铜合 金中曾直接 观察到。
再结晶的其它形核机制
其他形核机制：在再结晶中的形核还有亚晶合并长大， 详细过程就不分析了，总之核心都是在原有晶粒的边 界或变形较大的地方先产生。
核心的长大是变形晶粒晶界附近的原子移动到新 的未变形晶粒上，从而可以减少变形应变能，新晶粒 不断长大到相遇，最后全部为新晶粒，再结晶完成。
材料发生了再结晶后，由于全部用新生成的晶粒 替换了原发生过塑性变形的晶粒，所以材料经过再结 晶后，由冷塑性变形带来的所有性能变化就全部消失， 材料的组织发生了变化，性能完全彻底回到变形前的 状态。
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。
再结晶后的晶粒尺寸
1、预先变形量：在临界变 形量(不同材料不相同，一 般金属在2—10%之间)以下， 材料不发生再结晶，维持原 来的晶粒尺寸；在临界变形 量附近，刚能形核，因核心 数量很少而再结晶后的尺寸 很大，有时甚至可得到单晶；一般情况随着变形量的 增加，再结晶后的晶粒尺寸不断减小；当变形量过大 (>70%)后，可能产生明显织构，在退火温度高时发生 晶粒的异常长大。
材料科学基础回复与再结晶
（2）粒子附近可能作为再结晶形核位置：大而硬 且间距宽的第二相粒子，由于形变时粒子附近出现 更多的不均匀形变区，这些区域有大的显微取向差， 可促发形核。
（3）弥散和稠密分布的第二相粒子钉扎晶界，阻 碍迁动。
35
5. 退火温度： 退火温度越高，再结晶速度越大。退火温度与
再结晶速度v的关系可用阿累尼乌斯公式表示： v再＝Aexp（-Q/RT）
动态再结晶时，大量位错被再结晶核心的大角 度界面推移而消除，当这样的软化过程占主导地位 时，流变应力下降，应力-应变曲线出现峰值。
随材料内、外影响因素的不同，应变曲线可出 现单峰或多峰现象。
55
56
动态再结晶组织结构变化的特点： （1）晶内存在被缠结位错所分割成的亚晶粒。 （2）反复形核，有限长大，晶粒较细。
再结晶退火温度：T再＋100～200℃。
39
第三节 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。
晶粒长大按其特点可分为两类：
（1）正常晶粒长大（大多数晶粒几乎同时逐渐均 匀长大）；（2）异常晶粒长大（少数晶粒突发性 的不均匀长大）。
19
第二节 再结晶
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。
再结晶是一个显微组织重新改组，变形储存能 充分释放，性能显著变化的过程，其驱动为回复后 未被释放的变形储存能。
20
一、再结晶的形核与长大
1. 形核（非均匀形核）
形变温度越高，应变速率越小，应变量越大， 越有利于动态再结晶。 应用：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、 快的冷却速度可获得细小晶粒。
（3）弥散和稠密分布的第二相粒子钉扎晶界，阻 碍迁动。
35
5. 退火温度： 退火温度越高，再结晶速度越大。退火温度与
再结晶速度v的关系可用阿累尼乌斯公式表示： v再＝Aexp（-Q/RT）
动态再结晶时，大量位错被再结晶核心的大角 度界面推移而消除，当这样的软化过程占主导地位 时，流变应力下降，应力-应变曲线出现峰值。
随材料内、外影响因素的不同，应变曲线可出 现单峰或多峰现象。
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动态再结晶组织结构变化的特点： （1）晶内存在被缠结位错所分割成的亚晶粒。 （2）反复形核，有限长大，晶粒较细。
再结晶退火温度：T再＋100～200℃。
39
第三节 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。
晶粒长大按其特点可分为两类：
（1）正常晶粒长大（大多数晶粒几乎同时逐渐均 匀长大）；（2）异常晶粒长大（少数晶粒突发性 的不均匀长大）。
19
第二节 再结晶
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。
再结晶是一个显微组织重新改组，变形储存能 充分释放，性能显著变化的过程，其驱动为回复后 未被释放的变形储存能。
20
一、再结晶的形核与长大
1. 形核（非均匀形核）
形变温度越高，应变速率越小，应变量越大， 越有利于动态再结晶。 应用：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、 快的冷却速度可获得细小晶粒。
潘金生《材料科学基础》(修订版)(名校考研真题 回复与再结晶)【圣才出品】
第10章 回复与再结晶一、填空题再结晶完成后，晶粒长大可分为______晶粒长大和______晶粒长大。
[北京工业大学2009研]【答案】正常；异常二、判断题1．冷变形金属经回复退火后，其力学性能可以恢复到变形前的状态。
（）[西安交通大学2003研]【答案】×2．再结晶是一个成核及核心长大的过程，因此它是一种相变过程。
（）[西安交通大学2003研]【答案】×3．再结晶核心长大伴随着晶界的移动，故其驱动力为晶界能。
（）[西安交通大学2003研]【答案】×4．再结晶晶核长大的驱动力是形变储藏能的降低，而再结晶晶粒长大的驱动力是总晶界能的降低。
（）[西安交通大学2006研]【答案】√三、名词解释1．冷加工与热加工[中南大学2003研]答：冷加工是指金属材料在低于再结晶温度又是室温下的加工；热加工是指金属材料在再结晶温度以上的加工。
2．再结晶[西南交通大学2009研]答：再结晶是指经过塑性变形的金属，在重新加热过程中，当温度高于再结晶温度后，形成低缺陷密度的新晶粒，使其强度等性能恢复到变形前的水平，但其相结构不变的过程。
3．回复[西安工业大学2008研]答：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改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些结构和性能的变化过程。
4．动态再结晶[西安理工大学2008、北京工业大学2009研]答：动态再结晶是指在金属塑性变形过程中发生的再结晶，即形变硬化与再结晶软化同时进行的过程。
这样可以不断形成位错密度很低的新晶粒，得到的组织细小，综合力学性能好。
5．临界变形度[西安交通大学2003研]答：临界变形度是给定温度下金属发生再结晶所需的最小预先冷变形量。
四、简答题1．简述晶粒生长与二次再结晶的特点，以及造成二次再结晶的原因和防止二次再结晶的方法。
[中南大学2003研]答：（1）晶粒生长的特点：①晶粒生长是无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程；②在坯体内晶粒尺寸均匀地生长；③晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇处。
冷变形金属的回复、再结晶与晶粒长大
30
ductility
20
300 Recovery
RecrystallizatioGnrain Growth
(二)、回复机制
以相对温度表征回复进行程度：
TH=T/Tm T为实际温度， Tm为熔点。
1. 低温回复（0.1<TH<0.3)
期间空位浓度明显降低，两种方式：点缺陷迁移至晶界、 表面、位错处消失；空位与间隙原子相遇而对消。
3. 力学性能：
强度、硬度略减小, 塑性略有提高。
4. 物理性能：
因点缺陷密度降低，电阻率减小、密度增大。
材料的变形与再结晶
回复和再结晶过程中显微硬度下降趋势
Vickers hardness
50
as deformed state (80% rolling reduction)
annealing at 300oC
材料的变形与再结晶
(一)、回复过程的特征 回复定义：
冷变形金属在加热时，在新的无畸变晶粒出现以 前，所产生的亚结构与性能变化的过程。
回复过程的特征：
1. 组织形貌：
光学显微镜下仍是变形组织形态，但高倍显微 镜下观察到胞状位错缠结形成的亚晶。
材料的变形与再结晶
2. 内应力：
宏观残余内应力完全消除，有部分微观残余内应力。
• Effects of cold work are reversed!
tensile strength (MPa) ductility (%EL)
Annealing Temperature (癈)
100 3 00 500
600 tensile strength
700 60
50 5 00
40
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回复机制
低温阶段：点缺陷的迁移和减少，表现为：
1. 空位与间隙原子的相遇而互相中和； 2. 空位或间隙原子运动刃位错处消失，引起位错的攀 移； 3. 点缺陷运动到界面处消失。他们都将减少晶体中的 点缺陷，力学性能无变化，但物理性能发生回复。 较高温阶段：位错的运动和重新分布，滑移面上
异号位错相遇销毁，可使位错密度略有降低。
影响再结晶速度的因数
材料因素：①原子的结合力大，表现为熔点高的材料， 再结晶进行较慢；②材料的纯度，纯净材料如纯金属， 进行较快，而溶入了其他元素，特别是元素易在晶界 处存在聚集时，将降低再结晶的速度；③第二相质点 的存在，特别是其成弥散分布时，将明显降低再结晶 的速度。 工艺因素：①加热温度愈高，再结晶速度愈快；②变 形量大，弹性畸变能大，再结晶速度也快。当变形量 过小，弹性畸变能不能满足形核的基本要求时，再结 晶就不能发生，即能发生再结晶需要一起码的变形量， 称为临界变形量δ C，大多金属材料的临界变形量在 2—10%之间。
第二节
再结晶
• 基本过程 • 再结晶形核 • 再结晶动力学 • 影响再结晶速度的因素
再结晶的基本过程
经过塑性变形后的金属材料在加热到较高温度时 (一般大于0.4Tm)，可以发生晶粒的重新改组。同结晶 过程类似，首先在材料中形成新的无畸变的小晶粒， 这些小晶粒消耗周围发生过变形的晶体而不断长大， 同时也有新的小晶粒形成，直到新的晶粒全部代替变 形过的晶体。这个过程也是一形核和核心长大，称为 再结晶。
晶粒非正常长大图片
异常长大的晶粒金相图片
晶粒非正常长大预防
再结晶退火时发生晶粒异常长大的条件是： 1. 材料的冷变形程度较大，产生了织构(变形织构)， 再结晶后晶粒取向的遗传，组织依然存在择优取向 (再结晶织构)，这时晶粒取向差小，晶界的界面能 较小，正常长大速度较慢，个别较大的晶粒的取向 不同，有较大的界面能，长大速度也较快，晶粒优 先长大就有了可能；
再结晶后的晶粒尺寸
1、预先变形量：在临界变 形量(不同材料不相同，一 般金属在2—10%之间)以下， 材料不发生再结晶，维持原 来的晶粒尺寸；在临界变形 量附近，刚能形核，因核心 数量很少而再结晶后的尺寸 很大，有时甚至可得到单晶；一般情况随着变形量的 增加，再结晶后的晶粒尺寸不断减小；当变形量过大 (>70%)后，可能产生明显织构，在退火温度高时发生 晶粒的异常长大。
再结晶后的晶粒尺寸
变形金属退火后即再结晶后的晶粒尺寸对材料的 性能有极其重要的影响。再结晶后的晶粒尺寸和凝固 结晶一样，决定于G/N 的值，已经分析了它们受到各 种条件的影响。 为了防止再结晶后晶粒尺寸粗大，材料需要进行再结 晶退火时，应避免在临界变形量；同时一次不宜进行 过大的变形，防止产生组织织构或出现晶粒的异常长 大；严格控制再结晶退火的温度和保温时间，以保证 再结晶能充分完成而晶粒不过分长大。
再结晶动力学
在一定变形量下，将变形金属在不同温度进行不 同时间的退火，让其发生再结晶，用金相法测定发生 再结晶的体积分数随时间的变化，得出结果如图所示。
再结晶动力学
对于均匀结晶过程，即形核率N和长大速度G不变 时，分析可以推导出转变分数XV和时间t的关系：
即Johnson—Mehl方程，这里忽略孕育期且未考虑生长 后期晶粒相遇带来的影响。工程中常用数学回归的 Avrami方程：
再结晶的晶界弓出的形核机制
形核的临界条件是 ：
其中ES为单位体积内的 应变畸变能，σ 为界面 能，a为生成前晶界的 半径。 和液体结晶形核不相同的是如果达不到临界条件， 晶界也会弯曲，到一定程度停止但不会消失(相关的定 量数学式略)。同时位错低的一边的原子在晶核处重排 列，从原变形状态改变为无变形状态，超过一定的区 域与原晶粒形成大的取向差，即独立形成一新晶粒。
冷变形后的材料加热转变
对冷变形的塑性 材料进行重新加热， 随着加热的温度和保 温时的不同，发生的 变化大致可以分为三 个阶段：回复、再结 晶和晶粒的长大，他 们都是减少或消除结 构缺陷的过程。相应 材料的内应力、晶粒 尺寸、强度、塑性等 性能也发生对应变化。
第一节
• 回复的变化 • 回复机制 • 回复动力学 回复概念
再结晶后的晶粒尺寸
2、退火温度和时间：再结 晶刚结束时，材料的晶粒尺 寸一般与退火温度无明显的 变化，但退火温度高，完成 再结晶用的时间少，长大的 时间就长，所以一般规律依 然是随退火温度的提高而晶 粒尺寸增大。再结晶退火一般均采用保温 2小时，保 证再结晶充分完成而晶粒不过分长大，延长保温时间 显然会造成晶粒尺寸的长大。
材料发生了再结晶后，由于全部用新生成的晶粒 替换了原发生过塑性变形的晶粒，所以材料经过再结 晶后，由冷塑性变形带来的所有性能变化就全部消失， 材料的组织发生了变化，性能完全彻底回到变形前的 状态。
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。
回复
所谓回复，即在加热温度较低时，仅因金属中的 一些点缺陷和位错的迁移而引起的某些晶内的变化。 回复阶段一般加热温度在0.4Tm以下。
回复的组织性能变化
1. 宏观应力基本去除，微观应力仍然残存； 2. 物理性能，如电阻率，有明显降低，有的可 基本回到未变形前的水平；
3. 力学性能，如硬度和流变应力，觉察不到有 明显的变化； 4. 光学金相组织看不出任何变化，温度较高发 生回复，在电子显微镜下可间到晶粒内部组 织的变化。(位错的胞状组织转变为亚晶)
2. 再结晶的加热温度较高，再结晶发生快，晶界容易 移动又有足够的时间来进行晶粒长大。
所以防止材料发生晶粒异常长大的方法就是注意这两 个环节。
第四节
再结晶后的组织
• 再结晶温度 • 再结晶后的晶粒尺寸 • 其他组织变化
再结晶温度
再结晶并不是只能在固定的温度以上才能发生， 而是温度愈高，转变速度愈快。再结晶温度被定义为 在一定时间内完成再结晶所对应的温度，通常规定在 一小时内再结晶完成95%所对应的温度为再结晶温度， 准确的称呼应是一小时再结晶温度。 再结晶温度与材料的类型、纯度有关，而且和材 料冷变形程度也有关。再结晶温度随着变形量的增加 而降低，最终有一下限值，对于工业纯金属来讲，经 验表明最低再结晶温度在0.35TM左右，一般再结晶温 度用0.4TM来估计。
回复机制
高温回复：当温度大于0.3Tm后，位错可以获得足够的 能量自身除滑移外还可产生攀移，除异号位错中和外， 还有位错的组合和重新排列，例如排列成墙明显降低 弹性应变能，变形的晶体发生多边化，甚至形成亚晶 粒。
回复动力学
回复过程是热激活过程，转变的速度决定于原子 的活动能力，即决定于转变的温度。 设材料的某一可测量物理性能指标数值为P,(P可 能指电阻率或其他)，变形前为P0，变形后为Pd，可以 证明发生回复过程后的性能和时间的关系为：
晶界弓出的形核例证
晶界弓 出形核这种 现象在铜、 镍、银、铝 及铝—铜合 金中曾直接 观察到。
再结晶的其它形核机制
其他形核机制：在再结晶中的形核还有亚晶合并长大， 详细过程就不分析了，总之核心都是在原有晶粒的边 界或变形较大的地方先产生。
核心的长大是变形晶粒晶界附近的原子移动到新 的未变形晶粒上，从而可以减少变形应变能，新晶粒 不断长大到相遇，最后全部为新晶粒，再结晶完成。
第三节
晶粒长大
• 晶粒长大的动力 • 晶粒的正常长大 • 晶粒的非正常长大
晶粒长大的动力
晶粒的长大是一自发过程，其驱动力是降低其总 界面能。长大过程中，晶粒变大，则晶界的总面积减 小，总界面能也就减小。
为减小表面能晶粒长大的热力学条件总是满足的， 长大与否还需满足动力学条件，这就是界面的活动性， 温度是影响界面活动性的最主要因素。
第九章 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
冷变形后的金属材料存在加工硬化和残余内应力 等性能变化，在很多情况下并不是人门希望的，可以 通过加热引起的组织变化来改变这些性能。 塑性变形后，在材料的内部的晶粒破碎拉长，位 错等缺陷大量增加和存在的内应力都使材料存在弹性 应变能，使其内能升高处于不稳定的状态，系统本身 就存在释放能量的潜力，当温度提高后，原子的活动 能力增强，原子在热运动中会使材料朝着减少缺陷、 降低能量的方向发展，造成组织和性能的变化。
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。 4. 发生再结晶的热力学驱动力是冷塑性变形晶体的畸 变能，也称为储存能。
再结晶的晶界弓出的形核机制
金属在变形时是不均匀的，若晶界两边一个晶粒 的位错密度高，另一个位错密度低，在加热时晶界会 向位错密度高的一侧突然移动，从位错高的一侧的原 子转移到位错低的一侧，新的排列应为无畸变区，这 个区域就是再结晶核心。 和结晶形核方式类 似，晶界弯曲后，一方 面界的弯曲面因面积增 加会增加界面能，另一 方面形核区中原变形区 间有应变能释放 。
再结晶后的晶粒尺寸
3. 杂质：无论是固溶于晶体内的异类原子，还是在材 料组织中存在的第二相质点，特别是弥散分布时， 都将促进再结晶后的晶粒细化。 4. 原始晶粒大小：在其他条件相同时，材料变形前的 晶粒尺寸愈细小，晶界面多，有利形核，再结晶后 的晶粒也细小。 5. 材料变形温度较高，或再结晶退火前进行较有效的 回复处理，因降低了畸变能，可使再结晶后的晶粒 变粗。
晶粒的非正常长大
在长大过程中，一般晶粒在正常缓慢长大时，如 果有少数晶粒处在特别优越的环境，这些大量吞食周 围晶粒，迅速长大，这种现象称为晶粒的异常长大。 这些优先长大的少数晶粒最后到互相接触，早期的 研究以为是形核和核心的生长过程，而称为“二次再 结晶”，但实质并不是靠重新产生新的晶核，而是在 一次再结晶后的长大过程中，某些晶粒的环境特殊而 产生的优先长大。 材料发生异常长大时，出现了晶粒大小分布严重 不均匀，长大后期可能造成材料晶粒尺寸过大，它们 都对材料的性能带来十分不利的影响。