金属及讲义合金的回复与再结晶
金属及合金的回复与再结晶
金属及合金的回复与再结晶回复：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塑性变形以前的过程。
晶粒仍保持伸长的纤维状.再结晶：冷变形金属被加热到适当温度后,在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐步取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消失的过程。
回复与再结晶的驱动力都是储存能的降低储存能：存在于冷形变金属内部的一小部分（约为10%）变形功.形变温度越低，形变量越大，则储存能越高。
储存能存在形式：弹性应变能（3%-12%）+点阵畸变能点阵畸变能包括点缺陷能和位错能，点缺陷能所占的比例较小，而位错能所占比例较大，约占总储存能的80〜90%。
力学性能的变化在回复阶段:强度、硬度均略有下降，而塑性有所提高.在再结晶阶段：硬度、硬度均显著下降,塑性大大提高.在晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降另外,金属的电阻与晶体中点缺陷的浓度有关。
随着加热温度的升高，变形金属中的点缺陷浓度明显降低，因此在回复和再结晶阶段，电阻均发生了比较明显的变化，电阻不断下降。
此外，点缺陷浓度的降低，应力腐蚀倾向显著减小。
回复过程及其动力学特征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变化前所产生的某些亚结构和性能的变化过程.回复的程度是温度和时间的函数.温度越高、回复的程度越大.温度一定时，回复的程度随时间的延长而逐渐增加.但在回复初期，变化较大,随后就逐渐变慢，当达到一个极限值后，回复停止。
回复机制彳氐温回复时，主要涉及空位的运动。
空位可以移至表面、晶界或位错处消失，也可以聚集形成空位对、空位群，还可以与间隙原子相互作用而消失，总之空位运动的结果使空位密度大大减小。
电阻率对空位密度比较敏感，因此其数值会有显著下降。
而力学性能对空位的变化不敏感,没有变化。
中温回复时，主要涉及位错的运动。
由于位错滑移会导致同一滑移面上异号位错合并而相互抵消，位错密度略有下降，但降低幅度不大，力学性能变化不大。
金属及合金的回复与再结晶
部分结晶 5s 580℃
完全结晶 8s 580℃ 晶粒长大15min 580℃ 晶粒长大10min 700℃
显微组织的变化
回复阶段：显微组织无明显变化； 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。
内应力的变化
再结晶与同素异构转变的区别
• 同素异构转变：由一种晶格类型转变为另一种 晶格类型的过程——有晶格类型转变。 钢由室温加热到1000℃热轧： 发生铁素体 → 奥氏体； 轧后冷却到室温： 发生奥氏体 → 铁素体 。
• 再结晶：无晶格类型转变。 冷变形后在再结晶退火过程中： 畸变铁素体→无畸变铁素体； 又如钢在1000℃热轧的过程中： 畸变奥氏体→ 无畸变奥氏体。
• 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： 内应力完全消除。
力学性能的变化
•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，晶粒 粗化后塑性会下降。
7.2 回 复
二、再结晶阶段的特点：
①加热温度较高：T>T 。 ②显微组织显著变化 ：
原子扩散能力强，晶界迁移容易进行。
再
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。
②显微组织显著变化 ： 某些金属当变形量相当大（ 90%）时，再结晶后晶粒可能再次出现异常长大，一般认为这种现象与形变织构有关。
7.1 形变金属与合金在退火过程中的变化
形变储存能
弹性应变能(3~12%) 晶格畸变能(80~90%)
形变储能使金属内能升高，处于热力学亚稳定状态，有 自发恢复到稳定状态的倾向。在常温下，原子扩散能力 小，不稳定状态可长时间维持。加热时，原子活动能力 升高，形变金属从亚稳态向稳态转变，形变储存能降低 是形变金属退火过程中组织变化的驱动力。
金属学与热处理金属性质与合金回复与再结晶
M f(-50℃)为马氏体转变终了温度
共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线
第九章 钢的热处理原理
问题： 如将一根直径5mm的热轧钢试样加热到650℃，等
温15s后淬火水中，问等温转变曲线可否用来分析最 后得到的组织？
不能
原因：等温转变曲线是描述过冷奥氏体的转变的。热轧 共析钢加热到650 ℃并未发生奥氏体化。
加热与冷却速度对临界点的影响
第九章 钢的热处理原理
扩散型
固态相变 类型
非扩散型
半扩散型
第九章 钢的热处理原理
1、奥氏体的结构 奥氏体是碳溶于γ-Fe所形成的固溶体。在合金钢中，
除了碳原子外，溶于γ-Fe中的还有合金元素原子。
共析钢奥氏体的形成过程
奥氏体的形成过程
形核 长大 残余渗碳体的溶解
均匀化
金属学与热处理 金属性质和合金的回复与再结晶
典型退火的过程，随着保温时间和延长和温度升高，
可分为和晶粒长大三个阶段。
回复、再结晶的定义及性能变化及应用。
再结晶形核机制
亚晶长大形核 （变形量较大时）
凸出形核:
再结晶温度
：T再＝(0.25-0.35)Tm。 工业纯金属：T再＝(0.35-0.45)Tm。 合金：T再＝(0.4-0.9)Tm。
第九章 钢的热处理原理
奥氏体晶粒长大及控制
晶粒度
是表示晶粒大小的一种尺度。是以单位面积内 晶粒的个数或每个晶
本质晶粒度
默认
验刚的代互方指表指相法临在在接，对界某某触即温一钢一时将度条来热的钢以件说处晶加上下，理粒热奥，加大如到奥氏热小果（氏体条。9不体形件3成特0下的±刚别，1长刚0指所大）完得倾明摄成到向，氏，的，度一其晶通，般晶粒常保粒是尺采温边指寸用3界。-奥标5刚小准时实 后粒，钢测，定在氏其1体~奥4化级氏后者体的称晶实为粒本大际质小晶粗。粒晶晶大粒粒小钢度。。在5~8级者称为本质细晶
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。
金属学与热处理第七章 金属及合金的回复与再结晶
五、亚晶粒尺寸
在回复阶段的前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在 后期，尤其在接近再结晶温度时，亚晶粒尺寸显著增 大。
第二节 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。通常指冷塑 性变形金属在退火处理时，其组织和性能变化的早 期阶段。
回复机制
冷变形后，晶体中同号的刃型位错处在同一滑移 面时它们的应变能是相加的，可能导致晶格弯曲（见 图7-5a）；而多边化后，上下相邻的两个同号刃型位 错之间的区域内，上面位错的拉应变场正好与下面位 错的压应变场相叠加，互相部分地抵消，从而降低了 系统的应变能（见图7-5b）。
图7-5 多边化前、后刃型位错的排列情况 a）多边化前 b）多边化后
回复机制
图7-6 刃型位错的攀移和 滑移示意图 图7-7 刃型位错攀移示意图
三、亚结构的变化
金属材料经多滑移变形后形成胞状亚结构，胞内位 错密度较低，胞壁处集中着缠结位错，位错密度很高。 在回复退火阶段，当用光学显微镜观察其显微组织时， 看不到有明显的变化。但当用电子显微镜观察时，则可 看到胞状亚结构发生了显著地变化。图7-8为纯铝多晶 体进行回复退火时亚结构变化的电镜照片。
第七章 金属及合金的回复与再结晶
第一节 形变金属与合金在退火过程 中的变化
第二节 回 复 第三节 再 结 晶 第四节 晶粒长大 第五节 金属的热加工
第一节 程
形变金属与合金在退火过
中的变化
一、显微组织的变化
将塑性变形后的金属材料加热到0.5Tm温度附近，
进行保温，随着时间的延长，金属的组织将发生一系 列的变化，这种变化可以分为三个阶段，如图7-1所示。
第20讲 金属及合金的回复及再结晶Ⅰ
图7-5 晶界弓出形核示意图
图7-3 再结晶过程示意图
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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。
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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： 因此它们是属于同一个相。 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。 再结晶过程是不可逆的，相变过程在外界条件变化
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图7-3 亚晶合并形核示意图
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② 亚晶界移动形核——适于低层错能金属
通过亚晶合并和亚晶长大，使亚晶界与基体间的
取向差增大，直至形成大角度晶界，便成为再结 晶的核心
图7-4 亚晶界移动形核示意图
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⑵ 晶界弓出形核机制
一般发生在形变较小（变形度~＜40%）的金属中， 变形不均匀，位错密度不同。再结晶退火时，晶界 中的某一段就会向亚晶粒细小位错密度高的一侧弓 出。
图7-1 变形金属加热时组 2018/11/12 织和性能变化示意图
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§7-1 回复
一、回复概念 二、回复的组织性能变化 三、回复机制 四、回复退火的应用
2018/11/12
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一、回复概念
回复：冷变形金属加热时，尚未发生光学显微组 织变化前的微观结构及性能的变化过程。 冷变形金属加热，当温度不高时，由于原子扩散 能力不很大，变形金属的显微组织不发生明显变 化，仅强度和硬度略有降低，而塑性略有增大， 但电阻和内应力显著下降，这就是回复阶段。
7.金属及合金的回复与再结晶
图 冷变形金属退火时某些性能的变化
第七 章金属及合金的回复与再结晶
硬度的变化 回复阶段的硬度变化很小，而再结晶阶段则 下降较多。
电阻率的变化 变形金属的电阻率在回复阶段巳表现明显 的下降趋势。
密度的变化 变形金属的密度在再结晶阶段发生急剧增高 的原因主要是再结晶阶段中位错密度显著降低所致。
内应力的变化 金属经塑性变形所产生的第一类内应力在 回复阶段基本得到消除，而第二、三类内应力只有通过再 结晶方可全部消除。
R m r m 0
1 R r 0 m 0
m : 冷变形后的屈服强度
：冷变形后经不同规程回火后的屈服强度
r
：纯铁充分退火后的屈服强度
0
R：屈服应力回复率
1 R：剩余加工硬化分数
第七 章金属及合金的回复与再结晶
图 同一变形度的Fe在不同 温度等温退火后的性能变化曲线
①回复过程在加热后立刻 开始，没有孕育期；
t0
回复 t1
再结晶
t2 晶粒长大 t3
冷变形金属组织随加热温度及时间的变化示意图
第七 章金属及合金的回复与再结晶
t2～t3为第Ⅲ阶段，称为晶粒长大:晶粒通过晶界 移动，发生长大，直至达到一种相对稳定的尺寸。 回复和再结晶的驱动力
储存能是变形金属加热时发生回复和再结晶的驱 动力。 储存能: 冷塑变形时，外力所做的功尚有一部分 储存在变形金属的内部，这部分能量叫储存能。
第七 章金属及合金的回复与再结晶
（2）中温回复 变形金属在中等温度下加热时所发生的 回复过程称为中温回复。此时因温度升高，原子活动能力 也增强，除点缺陷运动外，位错也被激活，在内应力作用 下位错可以在滑移面上滑移或交滑移，使异号位错相遇相 消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使变形 亚晶规整化。
第七章_金属及合金的回复再结晶
0.35TM，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。
5.2 影响再结晶后的晶粒尺寸因素
预变形量：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
力学性能
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。
物理性能
密 电 度 : 在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高； 阻 ：电阻在回复阶段可明显下降。
形变储能：回复阶段部分释放，再结晶至长大初期完全释放。
1.4 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 （Recovery）
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。
2.1 回复时组织性能变化
1) 宏观应力基本去除，微观应力仍然残存；
2) 晶粒长大的动力学
Beck及其同事首先建立了纯金属和单相合金等温退火时 晶粒长大动力学的经验公式：Ｄ＝Ktｎ
其中：t是退火时间，而Ｋ和ｎ是与材料和温度有关的
参量。通常ｎ随退火温度的升高而增大，一般小于0.5， 只有接近熔点时才等于0.5。由此可见纯金属和单相合 金，在较低温退火时，随保温时间的延长，晶粒长大得 较慢。相反，在高温退火时，晶粒长大得较快。
过程和反常的长大过程。
4.1 正常的晶粒长大
材料科学基础课件第六章金属及合金的回复与再结晶
二、储存能及内应力的变化
1.储存能的变化
冷变形造成的偏离平衡位置 大、能量较高的原子，在加热 过程中向能量较低的平衡位置 迁移，使内应力得以松弛，储 存能随之逐渐释放出来。
2.残余内应力的变化
在回复阶段，第一类内应力 得到较为充分的消除，第二类 或第三类内应力部分得到消除。
1－纯金属；2－不纯金属；3－合金。
回复机制：
空位与间隙原子的合并
①空位迁移到金属的自由表面或 晶界处而消失；
②空位与间隙原子合并，空位与 间隙原子同时消失；
③空位与位错发生交互作用而消 失；
④空位聚集成空位片，然后崩塌 成位错环而消失。
位错环
空位聚集成空位片，然后崩塌成位错环
第六章 金属及合金的回复与再结晶－§6.2 回复
2.中温回复
2.再结晶阶段的变化
硬度和强度显著下降，塑性和韧性 显著提高，电阻率显著地降低。
再结晶阶段位错密度下降明显，点 缺陷继续减少，导致上述性能变化。
冷拉伸变形后的工业纯铜在加 热时性能的变化
第六章 金属及合金的回复与再结晶－§6.2 回复
第二节 回复（Recovery）
回复是冷变形金属在较低温度加热时，在光学显微组织发生改变前所产 生的某些亚结构和性能变化的过程。
冷变形金属在加热过程中能量的释放
在再结晶阶段，因冷变形造成的残余内应力得以完全消除。
第六章 金属及合金的回复与再结晶－§6.1 冷变形金属在加热时的组织和性能变化
三、性能的变化
1.回复阶段的变化
硬度和强度略有下降，塑性和韧性 略有提高，电阻率较显著地降低，应 力腐蚀倾向显著减小。
回复阶段位错密度减少有限，但点 缺陷数量明显降低，导致上述性能的 变化。
7.金属及合金的回复与再结晶
由于位错运动使其由冷 塑性变形时位错的无序 状态变为垂直分布，形 成亚晶界，这一过程称 多边形化。
图 位错在多边化过程中重新分布
第七 章金属及合金的回复与再结晶
三、亚结构的变化 金属材料经冷塑性变形后，形成胞状亚结构，在 胞内，位错密度较低，在胞壁处则集中着缠结在 一起的位错，位错密度很高。在回复退火阶段， 当用光学显微镜观察其显微组织时，看不到有明 显的变化。但当用电子显微镜观察时，则可看到 胞状亚结构发生了显著地变化。 经短时回复退火后，空位密度大大下降，胞内的 位错向胞壁滑移，与胞璧内的异号位错相抵消， 位错密度有所下降。回复温度越低，变形度越大， 则回复后的亚晶粒尺寸越小。
第七 章金属及合金的回复与再结晶
一、显微组织的变化
金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 有自发恢复到稳定状 态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小,不稳定状态可长 时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回 复、再结晶和晶粒长大。
黄 铜
加热温度 ℃
第七 章金属及合金的回复与再结晶
t0～t1为第1阶段，称为回复 ：显微组织几乎不发生变化， 晶粒仍保持变形后的形态。 t1～t2为第Ⅱ阶段，称为再结晶:变形晶粒通过形核和长大， 变为新的等轴晶粒（但不是相变）；
图变形金属退火过程中的能量释放
第七 章金属及合金的回复与再结晶
三、性能的变化规律
随着加热温度高，电阻不 断下降。 金属的电阻与晶体中点缺 陷的密度相关，点缺陷所 引起的晶格畸变会使电子 产生散射，它的散射作用 比位错所引起的更为强烈。 在回复阶段，形变金属中 缺陷密度将有明显地降低。 点缺陷密度的降低，还将 使金属的密度不断增加， 应力蚀倾向显著减小。
第七 章金属及合金的回复与再结晶
金属及合金的回复与再结晶
金属及合金的回复与再结晶回复：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塑性变形以前的过程。
晶粒仍保持伸长的纤维状．再结晶：冷变形金属被加热到适当温度后，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐步取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消失的过程。
回复与再结晶的驱动力都是储存能的降低储存能：存在于冷形变金属内部的一小部分（约为10％）变形功．形变温度越低，形变量越大，则储存能越高。
储存能存在形式：弹性应变能（３％～１２％）＋点阵畸变能点阵畸变能包括点缺陷能和位错能，点缺陷能所占的比例较小，而位错能所占比例较大，约占总储存能的８０～90％。
力学性能的变化在回复阶段：强度、硬度均略有下降，而塑性有所提高．在再结晶阶段：硬度、硬度均显著下降，塑性大大提高．在晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降另外，金属的电阻与晶体中点缺陷的浓度有关。
随着加热温度的升高，变形金属中的点缺陷浓度明显降低，因此在回复和再结晶阶段，电阻均发生了比较明显的变化，电阻不断下降。
此外，点缺陷浓度的降低，应力腐蚀倾向显著减小。
回复过程及其动力学特征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变化前所产生的某些亚结构和性能的变化过程．回复的程度是温度和时间的函数．温度越高，回复的程度越大．温度一定时，回复的程度随时间的延长而逐渐增加．但在回复初期，变化较大，随后就逐渐变慢，当达到一个极限值后，回复停止。
回复机制低温回复时，主要涉及空位的运动。
空位可以移至表面、晶界或位错处消失，也可以聚集形成空位对、空位群，还可以与间隙原子相互作用而消失，总之空位运动的结果使空位密度大大减小。
电阻率对空位密度比较敏感，因此其数值会有显著下降。
而力学性能对空位的变化不敏感，没有变化。
中温回复时，主要涉及位错的运动。
由于位错滑移会导致同一滑移面上异号位错合并而相互抵消，位错密度略有下降，但降低幅度不大，力学性能变化不大。
第六七章 金属及合金的回复与再结晶及钢的热处理
第六章金属及合金的回复与再结晶1．解释下列名词：回复：再结晶：热加工：冷加工：再结晶温度：2、说明回复在工业上的应用。
3、冷加工的金属在加热退火过程中组织性能有何变化？4、已知金属W、Fe、Cu的熔点分别为3380 ︒C、1534 ︒C、1083 ︒C，试估算这些金属的最低再结晶温度范围。
第七章钢的热处理原理和工艺1.解释下列名词：1）奥氏体的起始晶粒度：实际晶粒度：本质晶粒度：2）珠光体：索氏体：屈氏体：贝氏体：马氏体：3）奥氏体：过冷奥氏体：残余奥氏体：4）淬火临界冷却速度（V k）：淬透性：淬硬性：5）调质处理：变质处理：2.指出A1、A3、A cm；A C1、A C3、A ccm；A r1、A r3、A rcm各临界点的意义。
3.珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？4.贝氏体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？5.马氏体组织有哪几种基本类型？它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？马氏体的硬度与含碳量关系如何？6.试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的不同点。
7.将¢5mm的T8钢加热至760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：珠光体，索氏体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体；在C曲线上描出工艺曲线示意图。
8.何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？9确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；2）具有片状渗碳体的T12钢坯；10淬火的目的是什么？亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。
11淬火钢回火过程中的组织转变？12.回火的目的是什么？常用的回火操作有哪几种？指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。
第6章金属及合金的回复与再结晶
第六章：金属及合金的回复与再结晶1．回复和再结晶的概念：形变后的金属和合金处于不稳定的高自由能状态，具有一种向着形变前低自由能状态自发恢复的趋势，因此，只要动力学条件允许，例如温度较高，原子具有相当的扩散能力时，形变后的金属和合金就会自发的向着自由能降低的方向转变。
进行这种转变的过程称回复和再结晶。
前者是指在较低温度下或在较早阶段所发生的转变过程；后者则指在较高温度下或较晚阶段发生的过程。
2．退火：将金属材料加热到某一规定温度，并保温一段时间，而后缓慢冷却至室温的一种热处理过程。
其目的在于足够提高金属材料组织和结构的热力学稳定性，以保证所要求的各种性能指标，形变金属和合金的退火主要由回复、再结晶和晶粒长大三个过程综合组成的。
3．形变金属或合金退火过程中发生的一般变化：①显微组织的基本变化回复阶段：显微组织的基本变化看不出任何变化，晶粒保持伸长状或扁片状；再结晶阶段：形变晶粒内部发生了新晶粒的生核和成长过程，直到形变组织完全改组为新的等轴晶粒；晶粒长大阶段：新晶粒逐步相互吞食而长大，直到一个较为稳定的尺寸。
②储存能的变化供金属和合金形变而施加的外部能量有相当一部分以弹性能和缺陷能的形式储存在金属内部，这一部分储存能在加热退火过程中应释放出来，成为回复和再结晶的推动力。
③性能的变化硬度、强度变化：回复过程中，位错密度的减小有限，只有达到再结晶阶段时，位错密度才会显著下降，因此回复阶段强度变化有限，再结晶阶段变化很大。
电阻、密度变化：在回复阶段，点缺陷密度显著下降，因此回复阶段电阻显著减小，密度逐步增大。
总之，回复过程中，硬度和强度等力学性能等变化率很小，而电阻和密度等一些物理性能变化率却相当大；再结晶过程中，各种变化都是比较剧烈的。
回复机理：再结晶与相变：再结晶形似相变，但并非相变。
一般来说，再结晶前后各晶粒的晶体类型不变，成分也不变。
从转变过程来看与相变有很多相似之处。
相变是自由能较低的新相在自由能较高的旧相中进行生核和成长的过程，驱动力是体积自由能差，阻力主要来自异相间的界面能；而再结晶则是无畸变能或畸变能较低的晶粒在畸变能较高的基体中进行生核和成长的过程，驱动力是畸变能差，阻力则来自晶界能。
第七章 金属及合金的回复与再结晶PPT课件
• 第一节 形变金属与合金在退火过程中的变化 • 储存能(P194)、退火（P194） • 一、显微组织的变化 • 将塑性变形后的金属材料加热到0.5Tm温度附近，进行保
温，随着时间的延长，金属的组织将发生一系列的变化， 这种变化可以分为三个阶段，如下图。
二、储存能及内应力的变化
• 特点（P206），右图为示 意图。
下图为Fe－Si箔材于1200℃退火后 的组织。
℃
三、再结晶退火后的组织
• （一）再结晶图 • 变形程度越大，则晶
粒越细；而退火温度 越高，则晶粒越粗大。 通常将晶粒大小、变 形程度和退火温度之 间的关系，绘制成立 体图形，称为“再结 晶图”。
• 右图为工业纯铝、工 业纯铁的再结晶图。
• 从图中的各条曲线不难看出，回复的程度是温度和时间的 函数。温度越高，回复的程度越大。当温度一定时，回复 的程度随时间的延长而逐渐增加。
二、回复机制
• 回复是空位和位错在退火过程中发生运动，从而改变了它 们的数量和组态的过程。
• 在低温回复时，主要涉及到空位的运动，结果使空位的密 度大大减少。
• 在较高温度回复时，主要涉及到位错的运动（下图）。
• （一）变形度 • 变形度对金属再结晶
晶粒大小的影响如右 图。 • 临界变形度（P202）
• （二）再结晶退火温度 • （三）原始晶粒尺寸
• 当变形度一定时，材料的原始晶粒度越细，则再 结晶后的晶粒也越细。（下图）
• （四）合金元素及杂质
第四节 晶粒长大
• 再结晶阶段刚刚结束时，得到的是无畸变的等轴 的再结晶初始晶粒。随着加热温度的升高或保温 时间的延长，晶粒之间就会互相吞并而长大，这 一现象称之为晶粒长大，或聚合再结晶。
金属材料及热处理03回复与再结晶退火汇总资料
③回复与再结晶的关系 回复对再结晶的影响具有双重性， （1）空位下降，扩散慢，能量下降，驱动力下降，阻碍再 结晶； （2）多边化也是作为再结晶的开始阶段，有利于再结晶
金属材料及热处理
Deformed matrix
4. 4 再结晶退火
New grains
金属材料及热处理
4. 4 再结晶退火
2)再结晶温度及其影响因素
金属材料及热处理
4. 4 再结晶退火
（2）影响再结晶晶粒大小的因素
总的来讲，晶粒尺寸与N/Gn （形核率/晶核生长速率）、 Gg（晶粒长
4. 3 回复退火
（1)本质
是一低温退火过程，包括点缺陷运动、位错运动与重新组织分布。
物理、化学性能变化明显
软化，加工硬化消失，强度下降， 塑性提高，但都不明显。
（2)力学性能的变化
除了与退火温度和时间有关外，还与材料本性（堆垛层错能大小）有关。 金属可分三类：
1——层错能低，如Cu、Ni、Ag、γ-Fe等及其合金
原位再结晶与再结晶区别：
（1）小角度晶界（小于10~15º）与大角度晶界
（2）退火织构仍与原变形织构相同
原位再结晶实际上是指在一定的条件下，随着温度升高， 时间延长，亚晶长大到相当大（如大于10μm），晶体取 向几乎保持不变，而并形成新的再结晶晶核。
因此，
原位再结晶是多边化和胞状亚组织形成的亚晶通过亚晶 界迁移和亚晶粒合并的方式逐渐粗化后进一步长大粗化 的过程。
金属材料及热处理
4. 4 再结晶退火
（2）再结晶温度的意义
①合理制定回复与再结晶退火工艺制度的主要依据
②合理制定热变形工艺的主要依据（冷变形、温变形与热变形）
③耐热性好坏的判断依据之一
金属及合金的回复与再结晶
多边化
多边化是冷变形金属加热时，原来处在 滑移面上的位错，通过滑移和攀移，形 成与滑移面垂直的亚晶界的过程。 驱动力来自弹性应变能的降低。
三、亚结构的变化
（a）冷加工后的胞 状结构，胞壁中含有 高密度的位错缠结。
（b）回复退火0.1h 后，胞壁中的位错平 直了。
（c）回复退火50h后， 在胞壁中的位错形成网 络，亚晶伸长了。
超塑变形后材料的组织结构特 征：
变形后的晶粒虽有所长大，但仍为等轴状，晶 粒未变形拉长； 事先经过抛光的表面，在塑性变形后并未出现 滑移线； 在特制的试样中可见到明显的晶界滑动和不规 则的晶粒转动痕迹； 经超塑性变形的金属材料，其内部并未形成明 显的织构，存在织构的试样经超塑性变形后， 则由于晶界滑动和晶界的转动，使织构遭到破 坏或消弱。
再结晶晶粒大小的控制
变形度 再结晶退火温度 原始晶粒尺寸 合金元素及杂质
5. 晶粒长大
随着加热温度的升高或保温时间的延长， 无畸变的等轴的再结晶的初始晶粒之间 就会相互吞并而长大，这一现象称之为 晶粒长大。 根据晶粒长大过程的特征，可将晶粒长 大分为两种类型： 正常长大 二次再结晶
产生超塑性的条件：
金属材料在常规条件下是没有超塑性的， 为使它们获得超塑性，通常要求以下条件： 变形一般应在0.5~0.65Tm温度范围内进行； 应变速率应较小，通常控制在0.01~0.0001s-1 范 围内； 材料应具有微细的等轴晶粒的两相组织，晶粒 直径必须小于10m（超细晶粒），且在超塑 变形过程中不显著长大。
超塑变形机制
晶粒的初始状态； b) 在应力作用下发生塑性变形， 引起晶界滑动和晶粒转动， 晶粒形状改变； c) 晶粒形状改变不是依靠晶 内滑移或晶界迁移，而是依靠扩散进行的； d) 由于晶界扩散，各晶粒由于弛豫作用将形成新的组 态。
金属材料及热处理：回复与再结晶
设有双晶体，其中B晶粒呈 球状存在于A晶粒之内。A、 B晶粒间的晶界为曲率半径 为R的球面。界面能
Gs 4 R2
单位面积界面受到的驱动力
p
1 A
dGs dx
1
4 R
2
d dR
4 R2
p 2
R
力的方向指向曲率中心，B
晶粒将逐渐缩小直至消失。
晶界移动的驱动力
晶界移动的驱动力源于晶界移动后体系 自由能的降低，
有时为了某种目的，需要获得粗大晶粒甚至于 单晶时，则可以利用临界变形度加工。
再结晶后晶粒大小
再结晶后晶粒大小
再结晶后晶粒大小
4.加热速度
加热速度很慢将使晶粒粗化。
5．合金元素及第二相
微量溶质原子存在时，G/N’的比值均可减小，再结晶 后可得到细小的晶粒。
其他条件相同的情况下，凡延缓再结晶及阻碍晶粒长 大的合金元素或杂质均使金属再结晶后得到细晶粒组 织。
8.2 回复 （1）回复的特征
回复： 冷变形金属加热时，在新的无畸变晶
粒出现之前，所产生的亚结构与性能变 化的过程。 回复过程中，宏观内应力消除； 强度、硬度基本不变位错密度基本不 变； 显微组织不变大角度晶界没有移动
8.2 回复 （1）回复的特征
定义R为回复时已恢复的加工硬化，如式所示
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。
8.3.4再结晶晶粒大小的控制
影响再结晶的因素同样影响再结晶后晶 粒的大小。
再结晶后晶粒大小
临界变形度
一般金属的临界变形度约在2~10%范围内。
金属材料在压力加工过程中，应当避免加工到 临界变形度，以免产生粗大的晶粒。