材料科学基础I第九章-2(回复与再结晶).

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。
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，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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
§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。
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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。
§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。
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。