材料科学基础I第九章-2(回复与再结晶).
合集下载
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。
回复与再结晶ppt
金属材料的回复与再结晶
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。
THANKS
谢谢您的观看
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。
THANKS
谢谢您的观看
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。
材料科学基础I__第九章-2__(回复与再结晶)教学文稿
高温回复 (>0.5)Tm 高温回复的主要机制为多边化。 由于同号刃位错的塞积而导致晶体点阵弯曲，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 的方向排列成小角度的亚晶界。此过程称为多边（形）化。
多晶体金属塑性变形时， 滑移通常是在许多互相交 截的滑移面上进行，产生 由缠结位错构成的胞状组 织。因此，多边化后不仅 所形成的亚晶粒小得多， 而且许多亚晶界是由位错 网组成的。
右图： a) 缠结位错 b) 位错线伸直 c) 位错网络 d)Hale Waihona Puke 大的稳定网络三、回复退火的应用
回复退火主要用作去除残余应力，使冷变形的金属件在基本 保持应变硬化状态的条件下，降低其内应力，以免变形或开裂， 并改善工件的耐蚀性。
例如，冷拉钢丝卷制弹簧，在卷成弹簧后要在250~300进行退 火，以降低内应力并使其定型。
1、金相法 以显微镜观察到第一个新晶粒或晶界因凸出形核而出现锯齿状
边缘的退火温度定为再结晶温度。适用于变形量<10~15%的金 属与合金。 2、硬度法
以硬度开始显著降低的温度定为再结晶温度。有时也采用软化 50%的退火温度定为再结晶温度。 3、完全再结晶法
工业生产中常采用经过大变形量(>70%)的冷变形金属，经过1 小时完全再结晶退火的最低温度定为再结晶温度。
可见，再结晶温度是靠实验测出来的。
对于纯金属的再结晶温度，可用经验公式计算： Tr=(0.35~0.4)Tm
公式使用条件：工业纯金属，大变形量，退火时间0.5~1小时。
五、影响再结晶的因素
1、温度
加热温度越高，再结晶速度越快，产生一定体积分数的再结 晶组织需要的时间越短。
2、变形程度
变形程度越大，储能越多， 再结晶驱动力越大，因此变形 程度越大，再结晶速度越快。
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 的方向排列成小角度的亚晶界。此过程称为多边（形）化。
多晶体金属塑性变形时， 滑移通常是在许多互相交 截的滑移面上进行，产生 由缠结位错构成的胞状组 织。因此，多边化后不仅 所形成的亚晶粒小得多， 而且许多亚晶界是由位错 网组成的。
右图： a) 缠结位错 b) 位错线伸直 c) 位错网络 d)Hale Waihona Puke 大的稳定网络三、回复退火的应用
回复退火主要用作去除残余应力，使冷变形的金属件在基本 保持应变硬化状态的条件下，降低其内应力，以免变形或开裂， 并改善工件的耐蚀性。
例如，冷拉钢丝卷制弹簧，在卷成弹簧后要在250~300进行退 火，以降低内应力并使其定型。
1、金相法 以显微镜观察到第一个新晶粒或晶界因凸出形核而出现锯齿状
边缘的退火温度定为再结晶温度。适用于变形量<10~15%的金 属与合金。 2、硬度法
以硬度开始显著降低的温度定为再结晶温度。有时也采用软化 50%的退火温度定为再结晶温度。 3、完全再结晶法
工业生产中常采用经过大变形量(>70%)的冷变形金属，经过1 小时完全再结晶退火的最低温度定为再结晶温度。
可见，再结晶温度是靠实验测出来的。
对于纯金属的再结晶温度，可用经验公式计算： Tr=(0.35~0.4)Tm
公式使用条件：工业纯金属，大变形量，退火时间0.5~1小时。
五、影响再结晶的因素
1、温度
加热温度越高，再结晶速度越快，产生一定体积分数的再结 晶组织需要的时间越短。
2、变形程度
变形程度越大，储能越多， 再结晶驱动力越大，因此变形 程度越大，再结晶速度越快。
第九章 材料变形与再结晶
8. 再结晶织构
（1）具有变形织构的组织在再结晶过程形成的织构称为 再结晶织构。
9. 退火孪晶
• 面心立方结构在再结晶退火过程形成的片状孪晶称为 退火孪晶。
材料科学基础
第九章 材料的变形与再结晶
第八节 晶体的高温变形
一、动态回复和动态再结晶
（1）在高温变形过程，与变形同时进行的回复和再结晶称 为动态回复和动态再结晶。
lnt Q A RT
（2）在一定温度下，x与时间的关系曲线为回复动力学 曲线。
• 没有孕育期；
• 初期回复率大，随后变慢， x趋于一恒定值；
• 每一温度下，x存在一个恒定值，温度越高，恒定值 越低，达到此恒定值所需时间越短。
五、再结晶
1. 再结晶 （1）再结晶过程是由无畸变的晶粒形核长大的过程。 （2）再结晶后，晶体结构不变，组织改变，由变形晶粒
（1）变形织构
塑性变形后多晶体具有择优取向的结构称为变形织构。
（2）织构类型
• 丝织构：各晶粒中某一晶向[uvw]趋于平行力轴方向。 • 板织构：各晶粒中某一晶面（hkl）趋于平行轧面，某
一晶向[uvw]趋于平行轧向。 （3）织构表示——极图
二、冷变形后的性能
1. 加工硬化
（1）金属对塑性变形的抗力（流变应力）随变形量（应变） 增加而提高的现象称为加工硬化（应变硬化）。
1. 回复机制（组织变化） （1）低温回复：点缺陷运动，消失，点缺陷浓度减少。 （2）中温回复：位错滑移，异号抵消，位错密度减小， 胞壁转化为亚晶界。
（3）高温回复：位错攀移和滑移，（a）形成位错墙， 称为多边形化；（b）亚晶合并。
2. 回复动力学（性能衰减）
• 回复阶段性能的变化主要与点缺陷的显著减少，位错 运动重新分布排列，形成稳定的低能组态，导致弹性 应变降低。这一过程与热激活有关。
材料科学基础第九章复习资料西南石油大学北京工业大学版
材料科学基础第九章复习资料西南⽯油⼤学北京⼯业⼤学版材料科学基础第九章1.弹性模量：产⽣弹性形变时所需的应⼒，⼯程上表征材料对弹性变形的抗⼒。
2.滞弹性：在弹性范围内，应变落后于应⼒的⾏为称为滞弹性。
3.普弹性：陶瓷材料，⾦属材料及玻璃态⾼分⼦材料在较⼩负荷下⾸先发⽣的形变。
特征：1：应⼒与应变符合线性关系及胡克定律。
2：加上或去除应⼒时，应变都能瞬时达到平衡4.⾼弹性：特点是弹性模量⼩、形变量⼤，变性具有热效应，伸长时放热，回缩时吸热，且在⼀定条件下表现出明显的松弛效应。
5.内耗：由于应变滞后于应⼒，在适当频率的外⼒作⽤下，应⼒-应变曲线就变成了封闭回线，这⼀过程将产⽣不可逆的能量消耗，回线所包围的⾯积就是应⼒循环⼀周所消耗的能量，称内耗。
10.施密特定律：==式中称为取向因⼦，记作。
ON、OP、OT，都在同⼀平⾯上时，则有，当时=，滑移处于最有利的位置，称为软取向。
当，称为硬取向。
11.临界分切应⼒：能引起滑移或孪⽣所需要的最⼩分切应⼒。
12.多系滑移：由临界分切应⼒定律可知，当对⼀个晶体施加外⼒时，可能会有两个以上的滑移系上的分切应⼒同时满⾜的条件，⽽使各⾃滑移⾯上的位错同时启动，这种现象称为多系滑移。
13.交滑移：螺位错因柏⽒⽮量与位错线平⾏，滑移⾯有⽆限多个。
因此当螺位错在某⼀⾯上的运动受阻时，可以离开这个⾯⽽沿另⼀个与原滑移⾯有相同滑移⽅向的晶⾯继续滑移，由于位错的柏⽒⽮量不变，为错在新的滑移⾯上仍按照原⽅向运动，这⼀过程就叫做交滑移。
14.主滑移系：当外⼒在某⼀滑移系上的分切应⼒值超过时，该滑移系开始启动，我们把这⼀滑移系称作主滑移系。
15.共轭滑移系：随着⼀次滑移的进⾏，晶体的取向相对于加载轴发⽣着变化，滑移到⼀定程度后，另⼀个等同的滑移系也能满⾜条件⽽参与滑移，该滑移系称为共轭滑移系。
16.扭折带：晶体在滑移和转动时，若在某些部位受阻，位错在那⾥堆积，使滑移和转动只发⽣在⼀个狭窄的带状区域，这个区域就叫做扭折带。
材料的回复与再结晶
异号位错相遇而抵销 位错密度降低 位错滑移 位错缠结重新排列 亚晶规整化
12
3 高温回复机制 位错攀移和滑移！
位错攀移（＋滑移） 多边化（亚晶粒）
位错垂直排列（亚晶界） 弹性畸变能降低。
13
回 复 动 力 学 recovery kinetics
m r 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
(e)
(f)
（f）则是在700º C保温10分后晶粒 8 长大的情形。
晶粒大小
退火温度愈高晶 粒长得愈大，拉 伸强度下降得愈 多，塑性则增加 得愈多。
拉伸强度
退火温度与黄铜 强度、塑性和晶 粒大小的关系
拉伸强度
延展性
退火温度
9
5.2 回复recovery
• 回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位 错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位与其他缺 陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使缺陷数 量减少等。
由于位错运动使其由冷塑性变
形时的无序状态变为垂直分布， 形成亚晶界，这一过程称多边 形化 polygonization。
10
回复机理 recovery mechanism
1 低温回复机制 点缺陷的运动！
点缺陷运动
移至晶界、位错处 空位＋间隙原子 消失 空位聚集（空位群、对）
缺陷密度降低
11
2 中温回复机制 位错滑移！
grain growth
2
冷变形金属在加热时的组织变化
recovery
recrystallization
grain growth
• 回复recovery是指新的无畸变晶粒出现前所产 生的亚结构和性能变化的阶段，在金相显微镜 中无明显变化，仍保持原有的变形晶粒形貌， 若通过TEM，则可观察到位错组态或亚结构已 开始发生变化。
《材料科学基础》回复与再结晶
R为回复部分；
σ为回复退火后的流变应力；
σ0为完全退火后硬化全部消除的流变应力； σm为退火冷变形的流变应力。
7
8
回复动力学特点
（1）回复过程没有孕育期；
（2）开始变化快，随后变慢，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。
57
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。 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。
58
三、热加工后的组织与性能
53
一、动态回复
外在表现：流变应力 不随应变而变的稳态 流变过程。
54
原因：热加工时，形变使位错增殖和积累造成的硬 化被通过热激活使位错对消、胞壁锋锐化形成亚晶 及亚晶合并等软化抵消。 材料内因的影响：高层错能的材料比低层错能材料 更易动态回复，甚至将能量释放的不足以再结晶。
55
二、动态再结晶
通常认为，由于微量杂质原子与晶界的交互作 用及其在晶界区域的吸附，形成了一种阻碍晶界迁 移的“气团”从而随着杂质含量的增加，显著降低 了晶界的迁移速度。
48
（4）晶粒位向差： 大角度晶界原子排布比较混乱，界面能较高， 扩散系数较大； 小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而小 角度晶界的移动速率低于大角度晶界。
（3）变形量越大，孕育期越短，转变速度越快。
再结晶动力学曲线的表达式：x ＝ 1 - exp（-BtK）
x为再结晶体积分数，实验表明在一定温度范 围内K不随温度变化。
σ为回复退火后的流变应力；
σ0为完全退火后硬化全部消除的流变应力； σm为退火冷变形的流变应力。
7
8
回复动力学特点
（1）回复过程没有孕育期；
（2）开始变化快，随后变慢，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。
57
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。 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。
58
三、热加工后的组织与性能
53
一、动态回复
外在表现：流变应力 不随应变而变的稳态 流变过程。
54
原因：热加工时，形变使位错增殖和积累造成的硬 化被通过热激活使位错对消、胞壁锋锐化形成亚晶 及亚晶合并等软化抵消。 材料内因的影响：高层错能的材料比低层错能材料 更易动态回复，甚至将能量释放的不足以再结晶。
55
二、动态再结晶
通常认为，由于微量杂质原子与晶界的交互作 用及其在晶界区域的吸附，形成了一种阻碍晶界迁 移的“气团”从而随着杂质含量的增加，显著降低 了晶界的迁移速度。
48
（4）晶粒位向差： 大角度晶界原子排布比较混乱，界面能较高， 扩散系数较大； 小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而小 角度晶界的移动速率低于大角度晶界。
（3）变形量越大，孕育期越短，转变速度越快。
再结晶动力学曲线的表达式：x ＝ 1 - exp（-BtK）
x为再结晶体积分数，实验表明在一定温度范 围内K不随温度变化。
回复和再结晶
从图8-3中可以看出，温度越高，经过回复后残余 的加工硬化越少，回复越快。 而且当温度一定时，在前十几分钟的时间里残余 的加工硬化减少得最快，说明：回复速度快，然后随 回复量的增加而逐渐减慢。
二、回复的动力学
回复过程可用一级方程式表示：
dx cx dt
（8-1）
式中t为恒温下的加热时间,x为冷变形导致的性能增 量经加热后的残留分数,c为与材料和温度有关的比例常 数,c值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点:
（8-3）
这说明与其他热激活过程一样,回复的速度随温度升高 而增大。这一点在图8-3中也显示得很清楚。 如果采用两个不同的温度将同一冷变形金属的性能 回复到同样的程度，则
c 0 t 1e Q / RT1 c 0 t 2 e Q / RT2
( ) t1 e Q / RT 2 R T2 T1 Q / RT e 1 t2 e Q 1 1
冷变形金属发生多边化过程的驱动力来自应变能的 下降。
当同号的正刃型位错塞积于同一滑移面上时，它们 的应变能是相加的，因为在每一个正刃型位错的应变场 内，滑移面上部的区域都受到压缩，下部都受到伸张； 而当多边化后同号的正刃型位错沿滑移面的法线方向重 叠排列时，上下相邻的两个正刃型位错的区域内，上面 一个位错所产生的张应变场正好与下面一个位错所产生 的压缩应变场相迭加，从而互相部分的抵消。 位错的攀移是通过空位扩散到位错线处来实现的， 而空位的扩散又是一种热激活过程，因此多边化的速度 随温度升高而迅速增加。
3、经冷塑性变形的金属加热时，经过那些阶段？各 阶段的特点？
依次经过回复、再结晶和晶粒长大三个阶段 （此三阶段有部分交迭）。如图1所示：
回复 再结晶 晶粒长大
0
T1
材料科学基础课件第九章 回复、再结晶与热加工
t
C
由（4）式得出：回复阶段性能随时间而衰减，服从指数规律。
如果采用两个不同的温度将同一冷变形金属的性能回复到同样的 程度，则
A exp
Q RT1
t1
A
exp
Q RT2
t2
t1
exp
R T2
e
R
1 T2
1 T1
t2
exp
R T1
回复动力学方程
例：已知锌单晶的回复激活能Q=20000cal/mol，在0℃
光谱纯铜
140
Cu的原子半径为1.28Å
光谱纯铜加入 0.01%Ag
光谱纯铜加入 0.01%Cd
2Байду номын сангаас5
Ag的原子半径为1.44
Å
305
Cd 原子半径为1.52 Å
影响再结晶速率与再结晶温度的主要因素之
4．第二相：第二相可能促进，也可能阻碍再结晶，主要取决
于基体上第二相粒子的大小及其分布。
设粒子间距为λ ，粒子直径为di： λ≥1μm ， di≥0.3μm 第 二 相 粒 子 降 低 再 结 晶 温 度 ， 提 高
F总=NSπrσ（1+cosα） 设单位体积中有NV个质点，其体积 分数为f，f=（4 π/3）r3 NV /1
= （4 π/3）r3 NV
（3）
故， NV = 3 f / （4 π r3 ）
（4）
晶粒长大极限半径公式的推导-----
取单位晶界面积两侧厚度皆为r的正方体，所有中心位于这个 1×1×2r体积内半径为r的第二相颗粒，都将与这部分晶界交截， 单位面积晶界将与1×1×2r×NV个晶粒交截。
度降低，并逐步趋于一稳定值。 例1：纯Zr 当面积缩减13%时，557℃完成等温再结晶需40h
材料科学基础I 第九章-2 (回复与再结晶)
3、凸出形核 、
当冷变形量较 小时， 小时，再结晶在 原晶界处形核。 原晶界处形核。
对于多晶体，不同晶粒的变形 对于多晶体， 程度不同，变形大的位错密度高， 程度不同，变形大的位错密度高， 畸变能高；变形小的位错密度低， 畸变能高；变形小的位错密度低， 畸变能低。 畸变能低。低畸变区向高畸变区 伸展，以降低总的畸变能。 伸展，以降低总的畸变能。
中温回复
(0.3~0.5)Tm
此阶段由于位错运动会导致异号位错合并而相互抵消， 此阶段由于位错运动会导致异号位错合并而相互抵消，位错 密度有所降低，但降幅不大。所以力学性能只有很少恢复。 密度有所降低，但降幅不大。所以力学性能只有很少恢复。 高温回复 (>0.5)Tm
高温回复的主要机制为多边化。 高温回复的主要机制为多边化。 多边化 由于同号刃位错的塞积而导致晶体点阵弯曲， 由于同号刃位错的塞积而导致晶体点阵弯曲，在退火过程中 通过刃型位错的攀移和滑移， 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 的方向排列成小角度的亚晶界。此过程称为多边 多边（ 的方向排列成小角度的亚晶界。此过程称为多边（形）化。
二、再结晶的形核
由于再结晶形核的区域不同，形核方式有：亚晶粒合并形核， 由于再结晶形核的区域不同，形核方式有：亚晶粒合并形核， 亚晶粒长大形核，凸出形核。 亚晶粒长大形核，凸出形核。
1、亚晶粒合并形核 、
相邻两亚晶粒之间的晶界是由位错构成的。在再结晶温度， 相邻两亚晶粒之间的晶界是由位错构成的。在再结晶温度，位 错发生攀移和滑移并入到邻近的晶界中。 错发生攀移和滑移并入到邻近的晶界中。这样两个亚晶粒就合并 成为一个晶粒了。驱动力来自晶界能，晶界减少，形核自发进行。 成为一个晶粒了。驱动力来自晶界能，晶界减少，形核自发进行。
回复与再结晶
例：冷拉钢丝卷制弹簧，要在250℃～300℃进行回复退火以降低其内应 力并使之定型，而强度和硬度基本保持不变。 例：冷拔铜丝导线需进行回复退火处理，以提高导电性能。
2 回 复
三、回复动力学（退火温度和时间对回复过程的影响） 如图为变形锌在不同温度 下等温回复时，屈服强度的 衰减曲线，其中：
0 y m 0
ln ln A 讨论：
1 t
QR RT
V再＝Aexp （ QR / RT）
①T℃↑，V再↑。
②已知T1、T2温度下完成再结晶
ln
1 t
lnA'
斜率＝－QR/R
（X再＝0.95）的时间分别为t1、t2。
t1 QR 1 1 则： ln t R ( T T ) 2 1 2
ln 1 Q ln A R t1 RT1 ln 1 Q ln A R t2 RT2
1 T
可求再结晶激活能QR
③可以估算不同等温温度下再结晶到一定数量（如 50
％）
3 再结晶
三、再结晶温度及其影响因素
1、再结晶温度Tk ①一小时再结晶温度Tk（一般定义）
• 退火一小时能完成再结晶（X再≥95％），所对应的 最低温度称一小时TK。 • 测量不同T℃下，完成再 结晶所需时间, 终了线，找出TK。 • 得再结晶温度 但随变形量不同TK 不同。
2 回 复
一、回复机制 2、中温回复 0.3～0.5Tm 与位错的滑移有关： 使位错密度略有衰减 导致材料的加工硬化有所减少
（1）同一滑移面上异号位错相消。
（2）位错偶极子的两根位错相消。
此阶段由于位错运动会导致异号位错合并而相互抵消，位错 密度有所降低，但降幅不大。所以力学性能只有很少恢复。
2 回 复
三、回复动力学（退火温度和时间对回复过程的影响） 如图为变形锌在不同温度 下等温回复时，屈服强度的 衰减曲线，其中：
0 y m 0
ln ln A 讨论：
1 t
QR RT
V再＝Aexp （ QR / RT）
①T℃↑，V再↑。
②已知T1、T2温度下完成再结晶
ln
1 t
lnA'
斜率＝－QR/R
（X再＝0.95）的时间分别为t1、t2。
t1 QR 1 1 则： ln t R ( T T ) 2 1 2
ln 1 Q ln A R t1 RT1 ln 1 Q ln A R t2 RT2
1 T
可求再结晶激活能QR
③可以估算不同等温温度下再结晶到一定数量（如 50
％）
3 再结晶
三、再结晶温度及其影响因素
1、再结晶温度Tk ①一小时再结晶温度Tk（一般定义）
• 退火一小时能完成再结晶（X再≥95％），所对应的 最低温度称一小时TK。 • 测量不同T℃下，完成再 结晶所需时间, 终了线，找出TK。 • 得再结晶温度 但随变形量不同TK 不同。
2 回 复
一、回复机制 2、中温回复 0.3～0.5Tm 与位错的滑移有关： 使位错密度略有衰减 导致材料的加工硬化有所减少
（1）同一滑移面上异号位错相消。
（2）位错偶极子的两根位错相消。
此阶段由于位错运动会导致异号位错合并而相互抵消，位错 密度有所降低，但降幅不大。所以力学性能只有很少恢复。
9 第九章 回复与再结晶
需要超过某个最小的形变量才能发生再结晶，这个 最小的形变量称为临界形变度(CriticalDeformation Degree) 再结晶温度随变形量增加而降低，但当形变量大到 一定程度后，再结晶温度趋于某一稳定值。 再结晶刚完成时的晶粒尺寸主要取决于形变量而和 退火温度关系不大。形变量越大，再结晶刚完成的 晶粒尺寸越小。 原始晶粒尺寸越大，要获得相同再结晶温度的形变 量越大。
亚晶粗化 三种亚晶粗化模型： ① 李振民提出的亚晶转动聚合粗化模型 两个有微弱取向差的亚晶聚合成一个，通 过其中一个亚晶转动来取消它们之间的界面。
如图：a）聚合以前的 原始亚晶结构，中间2 个亚晶间有微弱的取向 差。要使其合二为一， 就需要消除其中间的界 面，其中的一个亚晶必 须转动； b）转动过程必然引起 原子从阴影面积沿界面 扩散到空白面积中去。 这个过程的实质是亚晶 界上的位错的协同运动 或是空位的协同运动； c）为聚合后的亚晶结 构，亚晶边界再做几何 调整，使BCD以及IHG 界面变直；
亚晶形成
在变形晶粒内部有很多位错胞结构，胞内 的位错密度比较低，而胞之间是由高位错 密度的位错缠结构成的散漫胞壁。在回复 过程中，胞内的位错越来越少，胞壁的位 错重排和对消，使胞壁减薄而逐渐变锋锐， 最后形成位错网络。胞壁完全锋锐化的胞 块就转化为亚晶。
亚晶粗化和长大 亚晶长大：亚晶形成以后，材料仍然保留有较 大的储存能，亚晶将会进一步长大以减少小角 度界面面积来降低储存能，使得某些较大的亚 晶吞并较小的亚晶而长大。 其驱动力是大、小亚晶界面的界面能差。
同：都是形核、长大的过程。 异：再结晶没有明确的热力学意义的临界温度一经 形变获得储存能，就立即具有了回复和再结晶的热 力学条件。温度不同，只是再结晶过程的速度不同 罢了。
《回复和再结晶》PPT课件
精选ppt
20
(二) 再结晶动力学
再结晶动力学：取决于形核率N和长大速率G的大小。 纵坐标表示已再结晶晶粒分数，横坐标表示保温时 间。 结晶动力学曲线表示T—φR—t关系曲线,其特 点：
(1) 恒温动力学曲线呈“S”形 (2) 有一孕育期 (3)等温下,再结晶速度呈现“慢、快、慢”的特点
精选ppt
5.退火工艺参数：加热速度过于缓慢或极快时， TR上升；当变形程度和保温时间一定，退火温 度越高，再结晶速度快；在一定范围内延长保 温时间，TR降低。
精选ppt
27
(四) 再结晶后晶粒大小
再结晶晶粒的平均直径d与形核率u及长大速度I之间的关
系如下：
d
常数（ I
1
）4uຫໍສະໝຸດ 影响再结晶后晶粒大小的因素：
GEsd dV A Es2r
显然．若晶界弓出段两端a、b固定，且γ值恒定，则 开始阶段随ab弓出弯曲，r逐渐减小、ΔG值增大。 当r达到最小值(r＝ab/2＝L)时， Δ G将达到最大值。 此后，若继续弓出，由于r的增大而Δ G减小，于是， 晶界将自发地向前推移。因此，一般段长为2L的晶 界，其弓出形核的能量条件为Δ G < 0，即：
精选ppt
3
加热时冷变形金属显微组织发生变化
精选ppt
4
性能变化
冷变形金属在退火过程中的性能和能量变化如下 图所示：
精选ppt
5
1.力学性能
(1) 硬度（hardness）和强度（strength）:回 复阶段,变化不大,再结晶下降较大
(2) 塑性:回复阶段,变化不大; 再结晶阶段上升； 粗化后下降。
(三) 再结晶温度
再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶最低温度。 测定方法：金相法：显微镜中出现第一颗新晶粒温度
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四、再结晶温度
冷变形金属开始进行再结晶的温度，称为再结晶温度。可以采 用不同的方法来测定，常用方法有：
1、金相法 以显微镜观察到第一个新晶粒或晶界因凸出形核而出现锯齿状 边缘的退火温度定为再结晶温度。适用于变形量<10~15%的金 属与合金。 2、硬度法 以硬度开始显著降低的温度定为再结晶温度。有时也采用软化 50%的退火温度定为再结晶温度。 3、完全再结晶法 工业生产中常采用经过大变形量(>70%)的冷变形金属，经过1 小时完全再结晶退火的最低温度定为再结晶温度。
二、再结晶的形核
由于再结晶形核的区域不同，形核方式有：亚晶粒合并形核， 亚晶粒长大形核，凸出形核。位错构成的。在再结晶温度，位 错发生攀移和滑移并入到邻近的晶界中。这样两个亚晶粒就合并 成为一个晶粒了。驱动力来自晶界能，晶界减少，形核自发进行。
这种形核方式一般出现在冷变形量很大的金属中。通过再结 晶前多边化形成较小的亚晶，亚晶界曲率不大，不易迁移，但 某些亚晶界中的位错可通过攀移和滑移而迁移走，使亚晶界消 失，亚晶合并。
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。
中温回复
(0.3~0.5)Tm
此阶段由于位错运动会导致异号位错合并而相互抵消，位错 密度有所降低，但降幅不大。所以力学性能只有很少恢复。
高温回复
(>0.5)Tm
高温回复的主要机制为多边化。 由于同号刃位错的塞积而导致晶体点阵弯曲，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 的方向排列成小角度的亚晶界。此过程称为多边（形）化。
第九章-2 回复与再结晶
§9-6 概述
冷变形金属在被加热时会发生回复、再结晶和晶粒长大等过 程。了解这些过程的发生和规律，对于控制和改善变形材料的 晶粒组织（晶粒尺寸及其分布，晶粒形状，再结晶程度等）和 性能具有重大意义。
金属经冷变形后组织和性能都发生了变化： 力学性能：强度、硬度增高，塑性、韧性下降；（应变硬化） 物理性能：电阻率、磁矫顽力等升高，导磁率下降； 化学性能：耐蚀性下降。 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。
可见，再结晶温度是靠实验测出来的。 对于纯金属的再结晶温度，可用经验公式计算：
Tr=(0.35~0.4)Tm
公式使用条件：工业纯金属，大变形量，退火时间0.5~1小时。
五、影响再结晶的因素
1、温度
加热温度越高，再结晶速度越快，产生一定体积分数的再结 晶组织需要的时间越短。
2、变形程度
变形程度越大，储能越多， 再结晶驱动力越大，因此变形 程度越大，再结晶速度越快。
§9-8 再结晶
一、再结晶过程的特征
再结晶是一种形核和长大的过程。靠原子的扩散进行。 冷变形金属加热时组织与性能最显著的变化就是在再结晶阶 段发生的。
特点： 1、组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒； 2、力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧下降，塑性迅速升 高，应变硬化全部消除，恢复到变形前的状态； 3、变形储能在再结晶过程中全部释放。三类应力（点阵畸变） 消除，位错密度明显降低。
3、凸出形核
当冷变形量较 小时，再结晶在 原晶界处形核。
对于多晶体，不同晶粒的变形 程度不同，变形大的位错密度高， 畸变能高；变形小的位错密度低， 畸变能低。低畸变区向高畸变区 伸展，以降低总的畸变能。
三、再结晶核心的长大
再结晶核心形成后，在变形基体中长大。实质是具有临界曲 率半径的大角度晶界向变形基体迁移，直至再结晶晶粒相遇， 变形基体全部消失。 温度越高，扩散越快，再结晶速度越快，时间越长，再结晶 晶粒越粗大。
多晶体金属塑性变形时， 滑移通常是在许多互相交 截的滑移面上进行，产生 由缠结位错构成的胞状组 织。因此，多边化后不仅 所形成的亚晶粒小得多， 而且许多亚晶界是由位错 网组成的。 右图： a) 缠结位错 b) 位错线伸直 c) 位错网络 d) 大的稳定网络
三、回复退火的应用
回复退火主要用作去除残余应力，使冷变形的金属件在基本 保持应变硬化状态的条件下，降低其内应力，以免变形或开裂， 并改善工件的耐蚀性。 例如，冷拉钢丝卷制弹簧，在卷成弹簧后要在250~300进行退 火，以降低内应力并使其定型。 对铸件、焊件的去应力退火，也是通过回复作用来实现的。
2、亚晶粒长大形核
当变形量很大时，较大的无应变亚晶（多边化时产生）为基础 直接长大，吞食周围的亚晶，亚晶界向周围迁移。 由于变形大，位错密度高，亚晶界曲率大，易于迁移。亚晶界 迁移过程中清除并吸收其扫过亚晶的位错，使迁移亚晶界的位错 增多，变成大角度晶界。当尺寸超过临界晶核时就成了再结晶的 核心。
§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
(0.1~0.3)Tm 低温回复 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。
3、材料的纯度
微量的溶质原子对再结晶影 响巨大。
溶质或杂质原子偏聚在位错和晶界处，对位错的运动和晶界 的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶，使再结晶温度升高。 例如，纯铜50%再结晶的温度为140º C，加入0.01%Ag后升高到 205º C，若加入0.01%Cd（镉）后升高到305º C。
4、原始晶粒尺寸
其他条件相同时，原始晶粒越细，冷变形抗力越大，变形后 储存能越多，再结晶温度越低。 同样变形度，原始晶粒越细，晶界总面积越大，可供再结晶 形核的地方越多，形核率高，再结晶速度快。