热变形与动态回复、再结晶
(5)金属塑性变形过程中组织与性能的变化规律
3.再结晶退火 在对金属材料进行塑性变形 加工（拉深、冷拔等）时为了消除加工 硬化需要进行再结晶退火。再结晶退火 是指：把变形金属加热到再结晶温度以 上的温度保温，使变形金属完成再结晶 过程的热处理工艺。为了尽量缩短退火 周期并且不使晶粒粗大，一般情况下把 退火工艺温度取为最低再结晶温度以上 100 C ～200C。
（a）变形前的退火状态组织
冷变形时金属显微组织的变化
（2）亚结构
冷变形时金属显微组织的变化
（3）变形织构
a. 丝织构
b. 板织构
冷变形时金属显微组织的变化
（4）晶内和晶间破坏
冷变形时金属 电阻 晶间物质的破坏使晶粒直接接触、晶粒位向有序化、 金属经冷变形后，因晶内及晶间出现了显微裂纹、裂
晶 粒 直 径 ， 微 米
500 450 晶 粒 直 径 300 ， 微 200 米 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 变形程度，%
500
450
400 350 300 250 200
300
200 100 0 300 250 200
400
350
变形温度，℃
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
§6. 1金属塑性加工中组织与性能的变化
6. 1. 1 冷变形 6. 1. 2 热变形 6. 1. 3 塑性变形对固态相变的影响
6. 1. 1 冷变形
Cold Deformation, Cold Working
冷变形：在再结晶温度以下变形
冷变形时金属显微组织的变化
（1）纤维组织
图6-2
冷轧前后晶粒形状变化 （b）变形后的冷轧变形组织
口、空洞等缺陷使金属的密度降低，且变形程度越高，降低的
金属的热变形
动态回复组织的性能： 强度较冷变形组织低，较静回复和再结晶组 织强度高，因为材料屈服强度随亚晶粒的细化而 提高。 保留动回复组织，已应用于提高铝镁合金挤 压型材的强度。 易发生动态回复的金属： 层错能高的金属，如Al、Al合金、纯铁、铁 素体钢等，其位错的交滑移和攀移容易进行。 层错能低的金属，在变形量较小时，通常也 只发生动态回复。
WC =0.3%的碳钢铸态和锻态力学性能比较
状态 σb(Mpa) σ0.2(Mpa) δ(%) φ(%) ak(J/cm2)
这一过程不断重复，并呈周期性的变化，曲 线呈波浪状，其周期大体相同，但振幅逐渐衰减。
真应 力
动态再结晶阶段的应力-应变曲线 a)应变速率的影响；b)变形温度的影响
2、组织结构的变化
显微组织： 非常细小的等轴晶粒，晶内还有 细小的亚晶和一定程度的位错缠结。 形核及长大方式： 与静态再结晶类似。 原因： 动态再结晶形核长大期间，同时 进行着形变，未再结晶区不断有动态 再结晶晶核形成，并只发生有限的长 大；已再结晶的晶内继续遭受变形， 可重复发生动态再结晶。
பைடு நூலகம்
真应 力
常数
T=常 数
真应 变 发生动态回复时的真应力 -
真应变曲线特征
/ s 1
8.0×1 0-1 6.0×1 0-2 6.0×1 0-3 1.5×1 0-4
当温度一定，变形 速率增大时，曲线整体 向上移动，即稳定流变 的应力增大； 当变形速率一定， 温度升高时，曲线整体 向下移动，即稳定流变 应力下降；
发生动态再结晶时的 真应力-真应变 曲线 的特征
低应变速率，较高温 度下：间断动态再结晶. 应变速率低，位错增 殖速度小，在发生动态再 结晶引起软化后，位错密 度来不及增长到足以使再 结晶达到与加工硬化相抗 衡的程度，故重新发生加 工硬化，曲线上升，直到 位错密度积累到又能使再 结晶占据主导地位时，曲 线才又下降。
7136铝合金的热变形与动态再结晶行为
7136铝合金的热变形与动态再结晶行为于科潼;何颖;吕丹;张志豪【摘要】明确7136铝合金的热变形和动态再结晶行为对于制定合理的加工工艺参数具有重要意义.试验亦分析了7136铝合金试样在变形温度为350℃～470℃、应变速率为0.01 s-1～10 s-1条件下的热变形与动态再结晶行为,建立了合金的流变应力模型,并通过挤压试验和数值模拟验证了流变应力本构方程的合理性.结果表明,7136铝合金在350℃条件下进行热加工发生动态再结晶,再结晶百分数随温度升高而增加,随应变速率增加而减少:应变速率为0.01 s-1、变形温度由375℃上升到450℃时,再结晶百分数由6.8％逐渐增加至8.2％;变形温度为400℃、应变速率由0.01 s-1提高至10 s-1时,再结晶百分数由7.6％逐渐减少至4.9％.所获得的本构方程用于挤压过程的数值模拟,稳态阶段模拟与实际载荷位移曲线误差不超过5％.7136铝合金热挤压过程应选择较低的挤压温度和较高的挤压速度,以降低其动态再结晶百分数.【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2019(047)007【总页数】8页(P61-67,71)【关键词】7136铝合金;热变形行为;动态再结晶;本构方程【作者】于科潼;何颖;吕丹;张志豪【作者单位】北京科技大学新材料技术研究院材料先进制备技术教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学新材料技术研究院材料先进制备技术教育部重点实验室,北京100083;东北轻合金有限责任公司,黑龙江哈尔滨150060;北京科技大学新材料技术研究院材料先进制备技术教育部重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TG146.217136铝合金是一种在7055铝合金的基础上研发的新型超高强耐蚀铝合金,其主要的成分特点是锌含量高，w(Zn)达9%左右。
Ludtka等的研究表明[1]，当w(Zn)从5.59%增加到7.84%时，Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的屈服强度增加约100N/mm2。
钛合金热变形是的动态回复和 再结晶
应该是连续动态再结晶的结果。更高的变形温度、 更慢的应变速度以及变形前更细的初始晶粒，都
有利于 ａ相的球化。
万方数据
一
八 ４ ２一
国外工艺技术集锦
由 此可见， 钦合金的 热变形过程， 单相ａ 合金 金及其它双相合金来说，动态再结晶理论在降低流 以 动态回 复为主， 动态 再结晶 沿ｐ 晶 界部分发生； 变应力、改进合金的超塑性、获得超细晶组织方面
在变形过程中晶界错配逐渐增加，变 研究 所 用合金 为Ｔ ｉ － １ ５ Ｖ － ３ Ｃ ｒ － ３ Ｓ ｎ － ３ Ａ １ （ Ｔ ｉ － １ ５ － ３ ） ， 晶粒中形成， Ｔ ｉ － ｌ Ｏ Ｖ － ２ Ｆ ｅ － ３ Ａ １ （ Ｔ ｉ － １ ０ ２ ３ ） 和Ｔ ｉ － ６ Ａ ｌ － ４ Ｖ 忆－ ６ ４ ） ， 其 形 后 形 成了由 大 角 度晶 界 组 成的ａ ＋ ａ 双 相 组织。 可 相变点分别为７ ５ ０ ， ７ ８ ０ ， １ ０ ０ ０ ℃。经 ６ ０ ％ 〕 冷轧变形 见， ６ ８ ０ ℃下组织的变化是典型的连续动态再结晶 后， Ｔ ｉ － １ ５ － ３ 和Ｔ ｉ － １ ０ ２ ３ 合金分别在９ ０ ０ ℃和 ８ ５ ０ ℃ 的 结果。 原因 可能是ａ 析出 相比０ 相的 硬度高， 会
轴的拉长的细晶 ａ片、不规则弯曲的 ａ片和等轴 ａ 片３ 种形态组成。虽然也出现了一些大角度晶界 连结的动态再结晶 ａ晶粒 ， 但 ａ片中大量小角度 晶界说明动态回复是主要过程。变形量增大，ａ 相 的晶界错配逐渐增加 ，大角度晶界形成和 ａ晶粒
经７ ５ ０℃和 ８ ０ ０℃保温后， Ｔ ｉ － １ ５ － ３ 合金的组
晶界变成波纹状， 说明在这种变形条件下，主要是
发生球化。７ ５ ％ 压缩变形后， 多数晶界变为大角度
第7章 回复、再结晶-2
再结晶后晶粒的长大
再结晶完成后,得到细小等轴的晶粒，从 热力学角度看，晶粒长大，总的晶界面积减 少，能量降低是一个自发过程。 长大： ¾ 正常长大（连续均匀长大）：参与长大的晶粒 数量多，且分布均匀；所有晶界具有大致相同 的可动性；各晶粒尺寸差异不大，且平均尺寸 连续增大。 ¾ 异常长大（二次再结晶）：少数晶粒优先长 大，吞食周围晶粒而长成粗大晶粒。
式中：m 为比例常数，称为晶界的平均迁移率（即单位驱 动力作用下的晶界平均迁移速度）；r 为晶界的平均曲率 半径，正常长大时r≈D。 m和σ对各种金属在一定温度均可视为常数，则：
近似有： 上式表明：在恒温下，晶粒发生正常长大时，平均直径与 保温时间的平方根成线性关系。 上述关系适用：高纯度金属在高温加热保温时。在一般情 况下，时间的指数小于1/2。
1
一、正常长大 长大方式： 依靠界面移动“大吃小、凹吃 凸”，长大中界面向曲率中心方向移 动，大晶粒吞食了小晶粒，直到晶界平 直化。
2
1、晶粒长大时的晶界迁移方向和驱动力 晶界迁移：晶界在其法线方向上的迁移。 晶界迁移的驱动力：界面能的减少，与曲率有关。（界面
向曲率中心方向移动将引起晶界面积减小，降低界面能。但这 种驱动力与储存能相比是较小的，所以晶粒长大时晶界迁移速 度比再结晶时慢。）
26
3、动态回复组织特点 在伸长的晶粒内部存在许多动态回复亚晶。 动态回复亚晶粒：胞壁位错密度小，胞内位错密度也 小。 当达到稳衡态时，动态回复亚晶有如下特征： 等轴状；胞状亚晶之间的取向差保持不变；胞壁之 间距离（亚晶尺寸）保持不变；胞壁之间的位错密度 保持不变。 注意：热加工过程中的动态回复不能看成是冷加工与 静态回复的叠加。应变与回复同时出现就避免了冷加 工效果的累积，所以，形变金属不能发展成高位错密 度，而且亚晶较细。 动态回复亚晶平均尺寸d与形变温度T和变形速率ε的 关系： d∝T/ε
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，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。
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。
5、第二相粒子
根据粒子尺寸和间距的大小，可分为二种情况： 1）粒子较粗大，间距较远——促进再结晶 原因：粒子对位错运动、亚晶界迁移的阻碍作用小；另一方 面，加速再结晶形核。 2）粒子细小，间距小——阻碍再结晶 原因：粒子阻碍位错运动和亚晶界迁移，使亚晶粒生长减慢 或停止，就阻碍了再结晶的形核与长大。
退火温度对临界变形度影响很大，温度越高，临界变形度越小。
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。
晶粒特别粗大。此变形度称为临界变形度。 超过临界变形度后，随变形量增加，储存能增加，使再结晶驱 所以再结晶后晶粒细化。
动力增加，形核率和长大速率同时提高，但由于形核率增加更快，
热塑性变形
3.热塑性变形对金属组织和性能的影响
1）对组织的影响
（2）锻合内部缺陷 铸态金属中疏松、空隙和微裂纹等缺陷被压实，提高金属致 密度。锻合经历两个阶段：缺陷区发生塑性变形，使空隙两壁闭 合；在压应力作用下，加上高温，使金属焊合成一体。没有足够 大的变形，不能实现空隙闭合，很难达到宏观缺陷焊合。足够大 三向压应力，能实现微观缺陷锻合。
1.热塑性变形时软化过程
（3）静态回复 在较低的温度下、或在较早阶段发生转变的 过程称为静态回复。它是变形后的金属自发地向 自由能降低的方向转变的过程。 （4）静态再结晶 在再结晶温度以上，金属原子有更大的活动 能力，会在原变形金属中重新形成新的无畸变等 轴晶，并最终取代冷变形组织，此过程称为金属 的静态再结晶。
3.热塑性变形对金属组织和性能的影响
1）对组织的影响
（1）改善晶粒组织，细化晶粒 对于铸态金属，粗大的树枝状晶经塑性变形及再结晶 而变成等轴（细）晶粒组织；对于经轧制、锻造或挤压的 钢坯或型材，在以后的热加工中通过塑性变形与再结晶， 其晶粒组织一般也可得到改善。晶粒越细小均匀，金属的 强度和塑、韧性指标均越高。尽管晶粒度还可以通过锻后 的热处理来改善，但如果锻件的晶粒过于粗大，则这种改 善也不可能很彻底。至于那些无固态相变、不能通过热处 理来改善其晶粒度的金属(如奥氏体不锈钢、铁索体不锈钢 和一些耐热合金等)，控制其塑性变形再结晶晶粒度就更具 有十分重要的意义。
2.热塑性变形的机理
（3）扩散性蠕变
扩散性蠕变是在应力场作用下，由空位的 定向移动所引起的。受拉应力的晶界的空 位浓度高于其他部位的晶界，引起空位的 定向移动，即空位从垂直于拉应力的晶界 放出，而被平行于拉应力的晶界所吸收。 a图中虚箭头方向表示空位移动的方向， 实箭头方向表示原子的移动方向，形状改 变。 扩散蠕变示意 按扩散途径的不同，可分为晶内扩散 a）空位和原子的移动方向 b）晶内扩 散 c）晶界扩散 和晶界扩散。晶内扩散引起晶粒在拉应力 方向上的伸长变形(见图b)，或在受压方 向上的缩短变形；而晶界扩散引起晶粒的 “转动”，如图c所示。扩散性蠕变既直 接为塑性变形作贡献，也对晶界滑移起调 节作用。来自1.热塑性变形时软化过程
【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。
第五节 金属的热变形
七、超塑性变形机理
晶界滑动和扩散蠕变联合机理：在晶界滑移的同时，伴随有扩 散蠕变，对晶界滑移起调节作用的不是晶内位错的运动，而是原 子的扩散迁移。 4个六边形晶粒在应力作用下， 通过晶界滑动、转动和原子的定向 扩散(体扩散和晶界扩散)，晶粒形 状由初始状态，经过中间状态，变 为最终状态。最终和初始状态的晶 粒形状相同，但位置发生了变化。 因此，超塑性变形时，试样的宏 观变化是依靠晶粒的换位，而这种 换位又是通过晶界的滑动与扩散来 完成的。
亚组织：等轴的亚晶粒。 变形开始阶段，加工硬化效果强，位错密度 增加，金属形成位错缠结和位错胞，构成亚晶界。 因为是在高温下变形，位错可通过攀移、交 滑移，使异号位错相遇，彼此抵消而破坏已形成 的亚晶界；同时在另一些地方又有新的亚晶界形 成，从而保持恒定的亚晶平均尺寸。
铝在400℃挤压所形成的动态回复亚晶 a)光学显微组织（偏振光 430×）；b)透射电子显微组织
WC =0.3%的碳钢铸态和锻态力学性能比较
状态 σb(Mpa) σ0.2(Mpa) δ(%) φ(%) ak(J/cm2)
锻态
铸态
530
500
310
280
20
15
45
27
56
28
2、形成流线，使材料出现各向异性
流线：夹杂物、第二相Байду номын сангаас偏析等沿变形方向 分布，在经浸蚀的宏观磨面上出现的纤维组织。 顺流线方向性能高(特别是塑、韧性)，垂直 于流线方向性能较差。
易发生动态再结晶的金属： 层错能低的面心立方金属，如：Cu、Ni、γ-Fe及奥氏 体不锈钢等，其位错的交滑移和攀移难进行。 动态再结晶组织的性能： 强度低于动态恢复组织的强度，但高于静态再结晶后 的强度。因为晶内还有位错缠结。 控轧控冷： 较高应变速率下，材料中始终有动态再结晶晶核存在， 热变形后在高温停留时间长了，要发生静态再结晶和晶粒 长大。 因此，要将热变形获得的细小晶粒保留下来，要控制 热变形的终止温度和热变形后的冷却。如控轧控冷工艺。
材料科学基础-回复与再结晶
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
814材料科学基础-第五章 材料的形变和再结晶知识点讲解
北京科技大学材料科学与工程专业814 材料科学基础主讲人：薛春阳第五章材料的形变和再结晶本章主要内容1.弹性和黏弹性2.晶体的塑性变形3.回复和再结晶4.热变形和动态回复、动态再结晶5.陶瓷形变的特点本章要求1.了解弹性和黏弹性的基本概念2.熟悉单晶体的塑性变形过程3.熟悉多晶体的塑性变形过程4.掌握塑性变形对材料组织和性能的影响5.掌握回复和再结晶的概念和过程6.熟悉动态回复和动态再结晶的概念和过程7.了解陶瓷变形的特点和一些基本概念应变应力b σsσe σbk s e ob εk ε变形的五个阶段：1.弹性变形2.不均匀的屈服变形3.均匀的塑性变形4.不均匀的塑性变形5.断裂阶段抗拉强度屈服强度弹性极限知识点1 弹性的不完整性定义：我们在考虑弹性变形的时候，通常只是考虑应力和应变的关系，而没有考虑时间的影响，即把物体看作是理想弹性体来处理。
但是，多数工程上应用的材料为多晶体甚至为非晶体，或者是两者皆有的物质，其内部存在着各种类型的缺陷，在弹性变形是，可能出现加载线与卸载线不重合、应变跟不上应力的变化等有别于理想弹性变形的特点的现象，我们称之为弹性的不完整性。
弹性不完整的现象主要包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后、循环韧性等1.包申格效应材料预先加载才生少量的塑性变形（4%），而后同向加载则 升高，反向加载则 下降。
此现象称之为包申格效应。
它是多晶体金属材料的普遍现象。
2.弹性后效一些实际晶体中，在加载后者卸载时，应变不是瞬时达到其平衡值，而是通过一种弛豫过程来完成其变化的。
这种在弹性极限 范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象，称之为弹性后效或者滞弹性。
3.弹性滞后由于应变落后与应力，在应力应变曲线上，使加载与卸载线不重合而是形成一段闭合回路，我们称之为弹性滞后。
弹性滞后表明，加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之为内耗，其大小用弹性滞后环的面积度量。
4.钢的奥氏体形变与再结晶
静态再结晶晶粒
r0、ε、T 亚晶的成长 成核＋长大 低 低 退火状态
εp——衡量动态再结晶的难易程度 图 2--15示出了εp 与Z的关系 : Z↑，εp↑ Nb、V钢：εp大， 动态再结晶困难
εp大，再结晶难
εp小，再结晶易
4.2 热加工变形后静态软化过程 热加工后，动态回复形成的组织是不稳定 的，晶内位错密度高，保持高温会发生静 态回复过程，即静态回复、静态再结晶和 亚动态再结晶。三个过程由热加工变形量 控制。 一．静态回复过程和相应的组织变化
4 ．在奥氏体再结晶区或在奥氏体未再结晶区或 在奥氏体部分再结晶区中进行多道次变形对奥 氏体晶粒有何影响？
5．看懂图2--25.
什么是再结晶区域图?它是用来说明变形中哪 些参量之间关系的? 定性画出再结晶区域图。并分析变形温度和压 下率对再结晶行为和再结晶晶粒直径的影响。
影响很大。
影响再结晶晶粒大小的主要轧制工艺参数有： １．加工温度
奥氏体区轧制，分三个温度区间： ①T≥1100℃，奥氏体晶粒均匀，但不细化 ②T＝950～1100℃，奥氏体晶粒均匀细化→细 化的铁素体晶粒 ③T＝850～950℃，未再结晶区轧制，r→α， 细化的铁素体 T↓，奥氏体晶粒细化
２．加工量
晶晶粒尺寸随变形量增大
而细化，而受变形温度的
影响较小。
３．静态再结晶动力学
X=1－exp(-Ktn) X——再结晶分数 t——时间 K、n——常数
产生X=0.5的再结晶分数所需的时间为t0.5
0.5=1－exp(-Kt0.5n)→K=0.693/t0.5n X=1－exp[-0.693(t/t0.5)n] 图2--28可见计算值与实测值相符
Ⅲ
(１) 连续动态再结晶
动态再结晶及其机制
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 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（εc ≤ε<εs ）。
第三阶段—稳定流变阶段：随真应变的增加，加工硬化和动态再结晶引起的软化趋于平衡，流变应力趋于恒定。
但当ε以低速率进行时，曲线出现波动，其原因主要是位错密度变化慢引起。
（ε≥εs ）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。
TC11钛合金动态回复与动态再结晶高温本构模型研究
第15卷第1期2024年2月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.15，No.1Feb. 2024TC11钛合金动态回复与动态再结晶高温本构模型研究朱宁远*， 陈秋明， 陈世豪， 左寿彬（江西理工大学机电工程学院，江西 赣州 341000）摘要：采用Gleeble-1500热模拟试验机在变形温度为900~1 050 ℃、应变速率为0.1~10 s -1的条件下，对TC11钛合金进行等温恒应变速率单轴压缩试验。
组织观测结果表明，在热变形过程中，TC11钛合金存在明显的动态再结晶现象，变形温度分别为900 ℃和950 ℃时，再结晶晶粒尺寸随应变速率增加而先增大后减小；变形温度分别达1 000 ℃和1 050 ℃时，α相含量大量减少，组织演变中动态再结晶机制占主导，晶粒细化明显。
为研究此现象对流变行为的影响，结合K-M 位错密度模型与动态再结晶分数模型，建立了基于动态回复与动态再结晶现象的流动应力高温本构模型。
将此本构模型预测结果与试验数据对比分析，相关性系数和平均相对误差分别为0.989和6.53%，表明所构建的考虑动态回复与动态再结晶的流动应力模型能够准确预测TC11钛合金热变形条件下的流动应力。
关键词：TC11钛合金；动态回复；动态再结晶；高温本构模型；K-M 位错密度模型中图分类号：TG301 文献标志码：AStudy on high-temperature constitutive model of TC11 titanium alloy dynamic recovery and dynamic recrystallizationZHU Ningyuan *, CHEN Qiuming , CHEN Shihao, ZUO Shoubin（School of Mechanical and Electrical Engineering ，Jiangxi University of Science and Technology ， Ganzhou 341000， Jiangxi ， China ）Abstract: Gleeble-1500 thermal simulation testing machine was used to perform an isothermal constant strain rate uniaxial compression test for TC11 titanium alloy under a deformation temperature of 900~1 050 ℃ and strain rate of 0.1~10 s -1. The microstructure observation results show that a significant dynamic recrystallization phenomenon occurs in TC11 titanium alloy during the thermal deformation process. Under the deformation temperatures of 900 ℃ and 950 ℃, the recrystallization grain size first increases and then decreases with increasing strain rate. Furthermore, as the deformation temperature reaches 1 000 ℃ and 1 050 ℃, the content of the α phase significantly decreases, and the microstructure evolution is dominated by dynamic recrystallization, accompanied by obvious grain refinement. To study the effect of the dynamic recrystallization phenomenon on rheological behavior, a high-temperature constitutive model of flow stress based on dynamic recovery and dynamic recrystallization was constructed in combination with the K-M dislocation density model and dynamic recrystallization fraction model. By comparing the prediction results of the constitutive model with the test data, the correlation coefficient and average relative error are 0.989 and 6.53%, respectively, which suggests that the constructed flow stress model with收稿日期：2022-12-12；修回日期：2023-03-14基金项目：国家自然科学基金资助项目（51905241）；江西省自然科学基金资助项目（20202BABL214033）通信作者：朱宁远（1986— ），博士，副教授，主要从事金属材料成形与控性一体化研究。
动态回复及再结晶
热加工时，硬化过程与软化过程是同时进行的，按其特征不同，可分为下述五种形式：
1
动态回复
2
动态再结晶
3
（2）是在温度和负荷联合作用下发生的。
4
亚动态再结晶
5
静态再结晶
6
静态回复
7
（4）、（5）是在变形停止之后，即在无负荷作用下发生的。
8
5.4.1 动态回复与动态再结晶
1 动态回复（图5.38）
图5.37 真应力—真应变曲线
01
02
3.动态回复时的组织变化
动态回复过程随变形的进行金属中的晶粒延伸成纤维状，而通过多边化或位错胞规整化形成大量的亚晶粒组织始终保持等轴状，即使形变量很大也是如此。这被解释为动态回复过程中亚晶界的迁移和多边化的结果。亚晶的尺寸及相互间位向差取决于金属类型、形变温度和应变速率。 亚晶平均直径d与T、ε的关系如下： 1/d = a + blog[εexp（Q/RT）] a、b为常数 动态回复所获得的亚稳组织可通过热变形后的迅速冷却而保留下来，其强度远远高于再结晶组织的强度。但若从高温缓冷下来，则将发生静态再结晶。 对于给定金属材料，动态回复亚晶粒的大小受形变温度和形变速率的影响：形变温度越高或形变速率越低，亚晶粒越大。 动态回复组织已成功地应用于提高建筑合金挤压型材的强度方面。
5.4 热变形与动态回复、再结晶
冷塑性变形引起的加工硬化，可以通过加热发生再结晶来加以消除。如果金属在再结晶温度以上进行压力加工，那么塑性变形所引起的加工硬化就可以立即被再结晶过程所消除。将金属或合金加热至再结晶温度以上进行的压力加工称为热加工。 在再结晶温度以下的加工称为冷加工。
在热加工过程中，金属内部同时进行着加工硬化和再结晶软化这两个相反的过程，不过此时的再结晶是在加工的同时发生的，称为动态再结晶，它与上一章介绍的冷加工后退火时发生的再结晶是不尽相同的。有时在热加工过程中硬化和软化这两个因素不能刚好全部抵消。
材料的变形和再结晶-动态
热变形与动态回复、再结晶 Hot working and dynamic recovery, recrystallization
热加工 概念： 1. 工程上常将再结晶温度以上的加工称为热加 工。 2. 工程上常将再结晶温度以下的加工称为冷加 工。 3. 变形温度低于再结晶温度，高于室温的加工 称为温加工。
几个公式
虎克定律
σ=Eε τ=G 滑移的临界分切应力 τ＝ ｓｃｏｓｃｏｓ=m ｓ
派-纳力（Peierls-Nabarro）
Hall-Petch equation
s=0+kd-1/2
弥散强化关系式
聚合物合金强化关系
Gb
s 11 2 2
动态回复和动态再结晶
概念： 热加工时，由于变形温度高于再结晶温度，在变形的同时 伴随着回复、再结晶过程。 分类： 动态回复 在热变形时，即在外力和温度共同作用下发生的 动态再结晶
亚动态再结晶在热加工完毕去除外力后，已在动态再结晶时 形成的再结晶晶核及正在迁移的再结晶晶粒界 面，不必再经过任何孕育期继续长大和迁移。 在热加工完毕或中断后的冷却过程中，即在无外力 作用下发生的。
临界分切应力，施密特因子，软取向，硬取向，派-纳力 屈服现象，应变时效 固溶强化-加工硬化-弥散强化 形变织构、丝织构、板织构、残余应力、点阵畸变、带状组 织、流线 回复和再结晶、晶粒长大，二次再结晶，冷加工、热加工、 动态再结晶 储存能、多变化、回复激活能、再结晶激活能、再结晶温度 弓出形核、临界变形量、再结晶织构、退火孪晶
1பைடு நூலகம் 2. 3.
4. 5.
静态回复 静态再结晶
回复与再结晶的异同点
回复与再结晶的异同点在材料科学领域，回复和再结晶是两种常见的微观组织演变过程。
它们都是通过热力学和动力学控制的原子移动和晶界迁移来实现的。
虽然它们都与晶体的再生和再生有关，但它们之间有许多重要的异同点。
本文将分析回复和再结晶的异同点，并讨论它们的应用。
回复和再结晶的定义回复是指晶粒在几乎不改变其形状的情况下重新排列，以消除应力和增强材料的韧性。
回复的发生通常是在材料经历了一些变形后，例如冷加工或热加工。
回复的过程中，原来的晶界被消除，晶粒内部的位错被消除，晶粒的取向被重新排列。
回复可以分为静态回复和动态回复，静态回复是在低温下进行的，而动态回复是在高温下进行的。
再结晶是指在材料经历了一定程度的变形之后，晶粒重新长大并形成新的晶粒。
再结晶发生的过程中，原来的晶粒被分解成很小的晶粒，这些小的晶粒被称为再结晶晶粒。
再结晶晶粒的取向通常是随机的，这意味着再结晶后的材料具有更好的韧性和可塑性。
再结晶可以分为动态再结晶和静态再结晶，动态再结晶是在高应变速率下进行的，而静态再结晶是在低应变速率下进行的。
回复和再结晶的异同点虽然回复和再结晶都是晶体的再生和再生过程，但它们之间有许多重要的异同点。
下面是回复和再结晶的异同点：相似点：1. 晶体的再生和再生：回复和再结晶都是晶体的再生和再生过程，旨在消除应力和增强材料的韧性。
2. 热力学和动力学控制：回复和再结晶都是通过热力学和动力学控制的原子移动和晶界迁移来实现的。
3. 都需要一定的变形：回复和再结晶都需要材料经历一定程度的变形，以激发原子的移动和晶界的迁移。
4. 都可能发生在同一温度范围内：回复和再结晶都可能发生在相同的温度范围内，但需要不同的应变速率。
不同点：1. 晶界的变化：回复的过程中，原来的晶界被消除，而再结晶的过程中，原来的晶粒被分解成很小的晶粒，这些小的晶粒被称为再结晶晶粒。
2. 晶粒的取向：回复的过程中，晶粒的取向被重新排列，而再结晶的过程中，再结晶晶粒的取向通常是随机的。
动态再结晶及其机制
动态再结晶及其机制————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：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。
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动态回复机制
随应变量的增加，位错通过增殖，密度不断增加， 开始形成位错缠结和胞状亚结构。 热变形温度较高，为回复过程提供了热激活条件。 位错运动 1. 刃型位错的攀移 2. 螺型位错的交滑移 3. 位错结点的脱钉 位错密度降低 4. 异号位错相遇 位错增殖和消亡速率达到平衡时，不再发生硬化， 应力-应变曲线转为水平的稳态流变阶段。
1.
概念：
工程上常将再结晶温度以上的加工称为热加工（ Hot working）。
2.
3.
工程上常将再结晶温度以下的加工称为冷加工 (Cold working)。
变形温度低于再结晶温度，高于室温的加工称为 温加工(Warm working)。
历史上的专业设置
1. 2.
热加工专业：
金属材料及热处理 焊接
概念：
热加工时，由于变形温度高于再结晶温度，在变形的同 时伴随着回复、再结晶过程。 在热变形过程中，形变而产生的加工硬化过程与动态回 复、再结晶所引起的软化过程同时存在，热加工后金属 的组织和性能就取决于它们之间相互抵消的程度。
动态回复和动态再结晶
分类： 在热变形时，即在外力和温度共同作 用下发生的.
动态回复时的组织结构
晶粒沿变形方向伸长呈纤维状，但晶粒内部却保持等轴 亚晶无应变的结构。 动态回复形成的亚晶尺寸d，主要取决于变形温度和变形 速率： d 1 a b lg Z
式中，a/b为常数 ， Z eQ / RT 为用温度修正过的应变速 率。
.
动态再结晶(dynamic reerystallization)
1. 动态回复
2. 动态再结晶
3. 亚动态再结晶-在热加工完毕去除外力后，已在动态再 结晶时形成的再结晶晶核及正在迁移的再结晶晶粒界 面，不必再经过任何孕育期继续长大和迁移。
4. 静态回复 5. 静态再结晶
在热加工完毕或中断后的冷却过程中， 即在无外力作用下发生的。
动态回复
高层错能金属（Al、α-Fe、Zr、Mo、W）的扩展位 错很窄，螺形位错的交滑移和刃型位错的攀移均较易 进行，容易从节点和位错网中解脱出来而与异号位错
蠕变 超塑性 陶瓷材料变形的特点 聚合物的变形特点
重要概念
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 热加工 动态回复 动态再结晶 加工流线 带状组织 蠕变 超塑性
1. 热变形与动态回复、再结晶 Hot working and dynamic recovery, recrystallization
问题的提出
但实际上，有些塑性变形是在加热过程中同时伴随 着回复和再结晶过程。
例如，镁合金AZ80热挤压温度为380℃，而镁合金
再结晶温度为150℃，在镁合金变形过程中同时发 生了回复和再结晶。这就是动态回复和再结晶。
本节主要内容
1. 动态回复和动态再结晶 2. 热加工对组织与性能的影响
3. 4. 5. 6.
发生均匀 变形的应 变量
动态再结晶的特点
动态再结晶要达到临界变形量和在较高的变形温度
下才能发生； 与静态再结晶相似，动态再结晶易在晶界及亚晶界 形核； 动态再结晶转变为静态再结晶时无需孕育期；
动态再结晶所需的时间随温度升高而缩短。
案例：AZ80镁合金动态再结晶动力学
动态再结晶特征：应力先快增而后缓增，达到峰值后开始 降低直至趋于定值。热塑性变形中，位错增殖引起的强化 与动态再结晶引起的软化长期并存。
材料的形变和再结晶
Chapter 5 Deformation and re-crystallization of materials
热变形与动态回复、再结晶
问题的提出
冷轧薄钢板是由普通碳素结构钢热轧钢带，经过进一步冷 轧制成厚度小于4mm的钢板。 在常温下轧制，不产生氧化铁皮，因此，冷板表面质量好 ，尺寸精度高，再加之退火处理，其机械性能和工艺性能 都优于热轧薄钢板 在许多领域里，特别是家电制造领域，已逐渐用它取代热 轧薄钢板。 汽车制造、电气产品、机车车辆、航空、精密仪表、食品 罐头等。
3.
4. 1. 2.
铸造
锻压 冷加工专业 机械设计 机械制造
1. 热变形与动态回复、再结晶 Hot working and dynamic recovery, recrystallization
热加工(hot processing of metal)
热加工能使金属零件在成形的同时改善它的组织 ，或者使已成形的零件改变结晶状态以改善零件
的机械性能。
1.
再结晶温度是区分冷加工/热加工的分界线。
Sn 的再结晶温度为-3℃，故室温时对Sn加工系 热加工。
2.
3.
W的最低再结晶温度为1200℃，在1000℃下拉制 钨丝则属于温加工。
热加工时，变形温度高于再结晶温度，故在变形 的同时伴随回复和再结晶过程。称为动态回复和 再结晶。
1.动态回复和动态再结晶
、Ni、γ-Fe，Mg等），由 于它们的扩展位错宽度很宽，难以通过交滑移和刃 型位错的攀移来进行动态回复，因此发生动态再结
晶的倾向性大。
动态再结晶时的应力-应变曲线
开始发生动态 再结晶的临界 应变度
1 2 I II III
I-微应变加工硬化阶段，应 力随变形的增加而增加 II-动态再结晶开始阶段，达 到某一峰值时σm 后，由于 发生了动态再结晶，屈服应 力又下跌至某一恒定的σs值 (曲线1)。 III-稳态流变阶段，这时加 工硬化与动态软化达到了平 衡。（曲线2)。
相互抵消。
亚组织中的位错密度很低，剩余的储能不足以引起动 态再结晶。 动态回复是这类金属热加工过程中起主导作用的软化 机制。
动态回复时应力-应变曲线
三个阶段 I-微应变阶段，应力增大很快，并 开始出现加工硬化，总应变<1%。 II-均匀应变阶段，斜率逐渐下降， 材料开始均匀塑性变形，同时出现 动态回复，“加工硬化”部分被动 态回复所引起的软化所抵消。 III稳态流变阶段，加工硬化与动态 回复作用接近平衡，加工硬化率趋 于零，出现应力不随应变而增高的 稳定状态。