回复与再结晶
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回复与再结晶
（1）温度 随T↑，晶粒长大 温度一定，晶粒达到一定尺寸后不再长大。 （2）杂质与合金元素 异类原子吸附晶界处，降低晶界能，减少驱动力，阻碍晶粒长大。
第八章: 回复与再结晶
8.4晶粒长大
8.4.1晶粒的正常长大 3.影响晶粒长大的因素 晶粒长大，是通过晶界处的原子扩散迁移实现
（3）分散相粒子 第二相粒子越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大能力越强。
8.1.1 显微组织的变化
冷变形金属随加热温度升高组织变化示意图
再结晶后组织恢复到变形前的程度，性能也恢复到变形前的程度 晶粒长大:新晶粒逐渐相互合并长大.
第八章: 回复与再结晶
8.1 冷变形金属及合金在退火过程中的变化
8.1.2 储存能与内应力变化
随T↑,储存能逐渐释放. 再结晶后,形变储存能全部释放.
第八章: 回复与再结晶
8.5 金属的热加工（变形）
8.5.2热加工后的组织与性能
热加工对组织和性能有如下影响： 3.产生带状组织
未热轧的20钢组织：F+P
热轧后的20钢组织：F+P 带状分布
带状组织常在热轧板材、管材中 出现，性能上产生各向异性
第八章: 回复与再结晶
8.3再结晶(recrystallization)
8.3.2 再结晶动力学
第八章: 回复与再结晶
8.3再结晶(recrystallization)
8.3.3 再结晶温度及其影响因素 再结晶温度:经过严重冷变形的金属,在一个小时的退火保温时间内,能完成再结 晶的最低温度(T再).对纯金属T再=0.4T熔 再结晶速度:V再 若T再低,V再快,则再结晶易进行. 影响再结晶的因素如下： 1.加热温度(退火温度) : 退火温度越高,原子扩散越容易进行,V再↑,完成再结晶时间越短. 2.预先变形量 变形度越大,则T再越低 ∵储存能大,再结晶驱动力大.
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。
10回复与再结晶
§7.4.2 晶粒的异常长大 冷形变金属在初次再结晶刚完成时，晶粒是比较细小的。 如果继续保温或提高加热温度，晶粒将渐渐长大，这种 长大是大多数晶粒几乎同时长大的过程。 如将再结晶完成后的金属继续加热超过某一温度，则会 有少数几个晶粒突然长大，它们的尺寸可能达到几个厘 米，而其他晶粒仍保持细小。最后小晶粒被大晶粒吞并， 整个金属中的晶粒都变得十分粗大。这种晶粒长大叫做 异常晶粒长大或二次再结晶。
1.小变形量的晶界弓出形核机制 对于变形程度较小的金属（一般小于20%），再结晶晶核往往采 用弓出形核机制生成。 变形的两个相邻晶粒内，其位
图 晶界弓出形核
错胞的尺寸相差悬殊，晶核产 生于位错胞尺寸大的晶粒一侧， 长入到有小位错胞晶粒内，也 就是伸向畸变能较高的区域以 减少畸变能。
2.亚晶合并机制
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。
第一节 形变金属及合金在退火过程中的变化 §10.1.1 显微组织的变化 在回复阶段，与冷变形状态相比，光学金相组织中几乎没有发生 变化，仍保持形变结束时的变形晶粒形貌； 在再结晶开始，首先在畸变较大的区域产生新的无畸变的晶粒核 心，然后通过逐渐消耗周围变形晶粒而长大，转变成为新的等轴 晶粒，直到冷变形晶粒完全消失； 最后，在晶界界面能的驱动下，新晶粒会发生合并长大，最终会 达到一个相对稳定的尺寸，这就是晶粒长大阶段。 §10.1.2 储存能释放与性能变化 储存能是变形金属加热时发生回复与再结晶的 驱动力。
图 再结晶全图
§10.3.6 再结晶的应用
恢复变形能力 改善显微组织 再结晶退火 消除各向异性 提高组织稳定性
再结晶退火温度：T再＋100～200℃。
第四节 晶粒长大
§10.4.1 晶粒的正常长大 晶粒长大过程中，如果长大的结果是晶粒尺寸分布均匀的，那么 这种晶粒长大称为正常长大。 晶粒长大的过程实际上就是一个晶界迁移过程，从宏观上来看， 晶粒长大的驱动力是界面能的降低，而从晶粒尺度来看，驱动力 主要是由于晶界的界面曲率所造成的。 晶界移动方向总是指向曲率中心。
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、 回复与再结晶的概念 回复：冷变形金属在低温加热时，其光学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：显微组织仍为变形晶粒(纤维状)，形态无可见变化； 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。
二、 回复机制
1.低温回复（T=0.1－0.3Tm） 点缺陷运动：空位迁移至晶界、位错处而消失；空位与间隙原子 结合而消失； 空位聚集（空位群），然后崩塌成位错环而消失。 2.中温回复 （T=0.3－0.35Tm） 位错滑移：异号位错相遇而抵销、缠结位错重新排列，位错密度 降低。 3.高温回复（T>0.35Tm） 位错攀移（＋滑移）→位错垂直排列（亚晶界）→多边化（亚晶 粒）→弹性畸变能降低。 多边化的条件：塑性变形使晶体点阵弯曲、滑移面上有塞积的同 号刃型位错、较高的加热温度使刃型位错产生攀移运动。
六、再结晶后晶粒大小及其控制
晶粒大小－变形量关系图
1.变形量：存在临界变形量(一般约为2%-10%);在临界变形量以下， 不发生再结晶，晶粒尺寸不变；在临界变形量处，再结晶后晶粒 特别粗大（峰值），生产中应避免临界变形量；在临界变形量以 上，随变形量增大，再结晶后晶粒逐渐细化。(d∝（G/N）1/2) 2. 退火温度：退火温度提高，晶粒粗化；退火温度越高，临界变 形度越小，晶粒粗大。 3. 原始晶粒尺寸：原始晶粒越细小，再结晶驱动力越大，再结晶 温度越低，且形核位臵越多，使再结晶后晶粒细化。 七、再结晶的应用-再结晶退火 恢复变形能力、改善显微组织、消除各向异性、提高组织稳定性。
回复与再结晶
晶粒的正常长大(normal grain growth)
正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长 大。 驱动力：界面能越大，曲率半径越小，驱 动力越大。(长大方向是指向曲率中心， 而再结晶晶核的长大方向相反。) 长大方式：大晶粒吞食小晶粒，大角度晶 界向曲率中心移动。
晶粒的正常长大
晶粒的稳定形状 晶界趋于平直； 二维晶粒：二维坐标中晶粒边数趋于6， 晶界夹角趋于120°； 三维晶粒：十四面体。
7.5 金属的热塑性变形
7.4.1 热、冷塑性变形的区别 (1) 热、冷塑性变形的区别 冷加工：在再结晶温度以下的变形加工。 加工硬化。 热加工：在再结晶温度以上的变形加工。 加工硬化、软化。 热加工温度：T再<T热加工<T固-100~200℃。
金属的冷加工
性能变化是单向的： 变形前 变形后
第7章 回复与再结晶
本章主要内容
冷塑性变形金属在加热时的转变 回复阶段 再结晶
金属的热塑性变形
回复与再结晶
7.1 冷塑性变形金属在加热时的转变
机械功(塑性变形) 热量(散失) 晶体内部缺陷储存能量→金属处于不稳 定的高能状态→有向低能转变的趋势
根据冷变形金属加热时组织和性能的变 化，可分为回复、再结晶和晶粒长大三 个阶段。
导致位错密度降低
7.2.2 回复机制
(3) 高温回复(>0.5Tm) 攀移：位错垂直于滑移面的移动。 机制：原子面下端原子的扩散，位错随半 原子面的上下移动而上下运动。 分类：正攀移(原子面上移、空位加入)、 负攀移(原子面下移、原子加入)。 攀移的作用：原滑移面上运动受阻—攀 移—新滑移面—滑移继续。
7.1.1 显微组织的变化
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。
第七章 回复与再结晶用
二 显微组织变化（示意图）
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
4
第一节 冷变形金属在加热时的变化
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。
30
第四节 晶粒长大
三 再结晶退火的组织
1 再结晶图。退火温度、变形量与晶粒大小的关系图。 2 再结晶织构:再结晶退火后形成的织构。退火可将形变织 构消除，也可形成新织构。 择优形核（沿袭形变织构） 择优生长（特殊位向的再结晶晶核快速长大） 3 退火孪晶:再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程 中因晶界迁移出现层错形成的。
34
第五节 金属的热变形
一 动态回复与动态再结晶
1 动态回复：在塑变过程中发生的回复。（静态…) 高层错能金属（铝及铝合金、纯铁、铁素体钢等）热 加工时，螺型位错的交滑移和刃型位错的攀移均较易进行， 位错很容易从结点和位错网中解脱出来而与异号位错相互 抵消，因此，亚晶中的位错密度低，剩余的储存能不足以 引起动态再结晶，动态回复是这类金属热加工中起主导作 用的软化机制。
20
第三节 再结晶
四 影响再结晶的因素
1 退火温度。温度越高，再结晶速 度越大。加热速度太低或太高，再 结晶温度提高。
2 变形量。变形量越大，再结晶温 度越低；随变形量增 大，再结晶 温度趋于稳定；在给定温度下发生 再结晶需要以一临界变形量，变形 量低于该值，再结晶不能进行。 3 原始晶粒尺寸。晶粒越小，变形 抗力越大，冷变形储存能越高，再 结晶驱动力越大；同时，晶界越多， 有利于形核。
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
4
第一节 冷变形金属在加热时的变化
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。
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第四节 晶粒长大
三 再结晶退火的组织
1 再结晶图。退火温度、变形量与晶粒大小的关系图。 2 再结晶织构:再结晶退火后形成的织构。退火可将形变织 构消除，也可形成新织构。 择优形核（沿袭形变织构） 择优生长（特殊位向的再结晶晶核快速长大） 3 退火孪晶:再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程 中因晶界迁移出现层错形成的。
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第五节 金属的热变形
一 动态回复与动态再结晶
1 动态回复：在塑变过程中发生的回复。（静态…) 高层错能金属（铝及铝合金、纯铁、铁素体钢等）热 加工时，螺型位错的交滑移和刃型位错的攀移均较易进行， 位错很容易从结点和位错网中解脱出来而与异号位错相互 抵消，因此，亚晶中的位错密度低，剩余的储存能不足以 引起动态再结晶，动态回复是这类金属热加工中起主导作 用的软化机制。
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第三节 再结晶
四 影响再结晶的因素
1 退火温度。温度越高，再结晶速 度越大。加热速度太低或太高，再 结晶温度提高。
2 变形量。变形量越大，再结晶温 度越低；随变形量增 大，再结晶 温度趋于稳定；在给定温度下发生 再结晶需要以一临界变形量，变形 量低于该值，再结晶不能进行。 3 原始晶粒尺寸。晶粒越小，变形 抗力越大，冷变形储存能越高，再 结晶驱动力越大；同时，晶界越多， 有利于形核。
第七章回复与再结晶
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。
回复、再结晶及晶粒长大阶段中性能的变 化情况
7.2 回复
回复过程3阶段（储存能在回复阶段三个峰值所对应的） 约化温度：表征加热温度的高低，用绝对温标表示的加热温度与其熔点温度之比， TH =T/Tm。
错相遇相消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使亚晶规整化。
（3）高温回复（ TH >0.5Tm） 高温回复，原子活动能力进一步增强，位错除滑移外，还可攀移。主要机制是多边化。冷变形后由
于同号刃型位错在滑移面上塞积而导致点阵弯曲，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的亚晶界，这个过程称为多边化。其驱动力来自应变能的 下降。
位错及晶界处，对位错的运动及晶界的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶的形核与长大，阻碍再结 晶，使再结晶温度升高。 4.原始晶粒尺寸
其他条件相同情况下，晶粒越细，变形抗力越大，冷变形后存储能越多，再结晶温度越低。相同变 形度，晶粒越细，晶界总面积越大，可供形核场所较多，生核率也增大，再结晶速度加快。
5.分散相粒子 分散相粒子直径较大，离子间距较大的情况下，再结晶被促进；而小的粒子尺寸和小的粒子间距，
储存能的释放与性能变化
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
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。
（1）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
回复、再结晶及晶粒长大阶段中性能的变 化情况
7.2 回复
回复过程3阶段（储存能在回复阶段三个峰值所对应的） 约化温度：表征加热温度的高低，用绝对温标表示的加热温度与其熔点温度之比， TH =T/Tm。
错相遇相消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使亚晶规整化。
（3）高温回复（ TH >0.5Tm） 高温回复，原子活动能力进一步增强，位错除滑移外，还可攀移。主要机制是多边化。冷变形后由
于同号刃型位错在滑移面上塞积而导致点阵弯曲，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的亚晶界，这个过程称为多边化。其驱动力来自应变能的 下降。
位错及晶界处，对位错的运动及晶界的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶的形核与长大，阻碍再结 晶，使再结晶温度升高。 4.原始晶粒尺寸
其他条件相同情况下，晶粒越细，变形抗力越大，冷变形后存储能越多，再结晶温度越低。相同变 形度，晶粒越细，晶界总面积越大，可供形核场所较多，生核率也增大，再结晶速度加快。
5.分散相粒子 分散相粒子直径较大，离子间距较大的情况下，再结晶被促进；而小的粒子尺寸和小的粒子间距，
储存能的释放与性能变化
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
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。
（1）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
第7章 《材料科学》回复与再结晶.
（7.1）
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：
c c0eQ RT
（ 7.2）
式中Q为激活能，R为气体常数(8.31×10-3J/mol·K)，c0为比例常数，T为绝对温度。 将式7.2代入方程7.1中并积分，以x0表示开始时性能增量的残留分数，则得： （ 7.3）
特点： ①无孕育期； 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； ④加热温度越高，回复程度也越高； ⑤变形量越大，初始晶粒尺寸越小， 有助于加快回复速率。
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
§7.2 回复
§7.2.2 回复动力学
回复特征通常可用一级反应方程来表达，即：
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。）
形核的两种方式：晶界凸出形核、亚晶形核。
（1）晶界凸出形核----晶核伸向小位错胞晶粒(畸变能较高域)内
对于变形程度较小的金属（一般小于20%），再结晶晶核往往采用凸出形核机制生 成，如图所示。
※ 注：实际再结晶退火温度一般比上述温度高 100～200℃。 19
§7.3
再结晶
§7.3.4 影响再结晶的因素
（1）退火温度 ----温度越高，再结晶速度越大。 （2） 变形量 ----变形量越大，再结晶温度越低；随变形量增大，再结晶 温度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。 （3） 原始晶粒尺寸 ----晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。 （4） 微量溶质元素 -----阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。 （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。
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：
c c0eQ RT
（ 7.2）
式中Q为激活能，R为气体常数(8.31×10-3J/mol·K)，c0为比例常数，T为绝对温度。 将式7.2代入方程7.1中并积分，以x0表示开始时性能增量的残留分数，则得： （ 7.3）
特点： ①无孕育期； 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； ④加热温度越高，回复程度也越高； ⑤变形量越大，初始晶粒尺寸越小， 有助于加快回复速率。
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
§7.2 回复
§7.2.2 回复动力学
回复特征通常可用一级反应方程来表达，即：
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。）
形核的两种方式：晶界凸出形核、亚晶形核。
（1）晶界凸出形核----晶核伸向小位错胞晶粒(畸变能较高域)内
对于变形程度较小的金属（一般小于20%），再结晶晶核往往采用凸出形核机制生 成，如图所示。
※ 注：实际再结晶退火温度一般比上述温度高 100～200℃。 19
§7.3
再结晶
§7.3.4 影响再结晶的因素
（1）退火温度 ----温度越高，再结晶速度越大。 （2） 变形量 ----变形量越大，再结晶温度越低；随变形量增大，再结晶 温度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。 （3） 原始晶粒尺寸 ----晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。 （4） 微量溶质元素 -----阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。 （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。
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
材料的回复及再结晶
ln( P P0 ) A exp( Q )t C RT
(6)
(3) 回复的动力学方程
积分得：
ln( P P0 ) A exp(
Q )t C RT
(6)
若在不同温度下回复退火，让性能达到同一P值时，所需时间显然是 不同的，对式(6)取对数，可得
ln t
Q 常数+ RT
3、回复退火的应用
主要作用是去应力退火，使冷加工硬化后的金属一方 面基本上保持加工硬化状态的硬度和强度，同时，使
内应力消除，以稳定和改善性能，减少变形和开裂，
提高耐蚀性。
三、再结晶
本节主要内容： 1.再结晶形核长大机制
2.再结晶动力学
3.再结晶温度
4.再结晶后的晶粒大小及再结晶全图
5.再结晶织构 6.退火孪晶
dt
P P KCp 0
dC p d ( P P0 ) K dt dt
(1) (2)
(3) (4) (5)
dC p
AC p exp(
Q ) RT
d ( P P0 ) Q KC p A exp( ) dt RT
d ( P P0 ) Q A exp( )dt P P0 RT
低温回复 ：回复的机制主要是过剩空位的消失，趋
向于平衡空位浓度；
中温回复 ：主要机制是位错滑移，导致位错重新组
合，异号位错会聚而互相抵消以及亚晶 粒长大，位错密度降低；
高温回复 ：回复是机制包括攀移在内的位错运动和
多边化，以及亚晶粒合并，弹性畸变能 降低。
回复机制
温 度 回复机制 1、点缺陷移至晶界或位错而消失 低 温 2、点缺陷合并 1、缠结中的位错重新组合 中 温 2、异号位错互相抵消 3、亚晶粒长大 1、位错攀移和位错环缩小 高 温 2、亚晶粒合并 3、多边化
(6)
(3) 回复的动力学方程
积分得：
ln( P P0 ) A exp(
Q )t C RT
(6)
若在不同温度下回复退火，让性能达到同一P值时，所需时间显然是 不同的，对式(6)取对数，可得
ln t
Q 常数+ RT
3、回复退火的应用
主要作用是去应力退火，使冷加工硬化后的金属一方 面基本上保持加工硬化状态的硬度和强度，同时，使
内应力消除，以稳定和改善性能，减少变形和开裂，
提高耐蚀性。
三、再结晶
本节主要内容： 1.再结晶形核长大机制
2.再结晶动力学
3.再结晶温度
4.再结晶后的晶粒大小及再结晶全图
5.再结晶织构 6.退火孪晶
dt
P P KCp 0
dC p d ( P P0 ) K dt dt
(1) (2)
(3) (4) (5)
dC p
AC p exp(
Q ) RT
d ( P P0 ) Q KC p A exp( ) dt RT
d ( P P0 ) Q A exp( )dt P P0 RT
低温回复 ：回复的机制主要是过剩空位的消失，趋
向于平衡空位浓度；
中温回复 ：主要机制是位错滑移，导致位错重新组
合，异号位错会聚而互相抵消以及亚晶 粒长大，位错密度降低；
高温回复 ：回复是机制包括攀移在内的位错运动和
多边化，以及亚晶粒合并，弹性畸变能 降低。
回复机制
温 度 回复机制 1、点缺陷移至晶界或位错而消失 低 温 2、点缺陷合并 1、缠结中的位错重新组合 中 温 2、异号位错互相抵消 3、亚晶粒长大 1、位错攀移和位错环缩小 高 温 2、亚晶粒合并 3、多边化
第七章回复与再结晶
§6-2 回复
回复的定义及特点
1 定义：冷变形后的金属在加热温度不高时，其光学显微组织
未发生明显改变时所产生的某些亚结构和性能的变化过程。 2 特点：
① 加热T低：T回 = (0.25~0.3)T熔； ② 显微组织无明显变化：仍保留拉长、畸变的晶粒。 ③ 晶粒内部亚结构发生变化（电子显微镜）： a 低温回复，点缺陷↓↓；主要指空位 b 高温回复，位错密度↓ (异号位错的合并；同号位错的规整
拉应力场和压应力场重叠而抵消一部分应变能。P197+9
滑移
攀 移 多边形化前 多边形化后
回复亚晶的形成 ——“多边形化” 过程
缠结 位错
位错 伸直
冷加工态
位错 网络
回复0.1h 大的稳 定网格
回复50h
回复300h
④ 性能变化： HB、ζ 略 ↓ ，δ 、ψ 略↑；
R↓↓；耐腐蚀性提高 原因：晶格畸变↓
热加工实质：是否有再结晶软化过程
衡量依据：T再
例：W 在1000℃非热加工； Sn、Pb 在室温为热加工； 动态回复和 动态再结晶
原晶粒
变形晶粒
所形成的小晶粒
全部新晶粒
残留的变形晶粒
金属在热轧时变形和再结晶的示意图
热加工对组织、性能的影响
热加工：钢材的热锻与热轧 1 消除铸态组织缺陷
⑴ 压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械
再结晶应用——再结晶退火
再结晶退火的目的：
① 中间退火：消除加工硬化，有利于进一步冷变形；
如：冷拔铁铬铝电阻丝生产中： 氢气保护再结晶退火 ② 无相变金属的细晶强化(如Al、Cu等)： 冷塑变 + 再结晶退火→细化的再结晶晶粒
再结晶图的应用
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。
第7章回复和再结晶
第7章回复和再结晶第7章回复和再结晶⾦属发⽣冷塑性变形后，其组织和性能发⽣了变化，为了使冷变形⾦属恢复到冷变形前的状态，需要将其进⾏加热退⽕。
为什么将冷变形⾦属加热到适当的温度能使其恢复到冷变形前的状态呢？因为冷变形⾦属中储存了部分机械能，使能量升⾼，处于热⼒学不稳定的亚稳状态，它有⾃发向热⼒学更稳定的低能状态转变的趋势。
然⽽，在这两种状态之间有⼀个能量升⾼的中间状态，成为⾃发转变的障碍，称势垒。
如果升⾼温度，⾦属中的原⼦获得⾜够的能量（激活能），就可越过势垒，转变成低能状态。
研究冷变形⾦属在加热过程中的变化有两种⽅法。
1）以⼀定的速度连续加热时发⽣的变化；2）快速加热到某⼀温度，在保温过程中发⽣的变化。
通常采⽤。
P195图1为将冷变形⾦属快速加热到0.5T m附近保温时，⾦相组织随保温时间的变化⽰意图。
可以将保温过程分三个阶段：1）在光学显微组织发⽣改变前，称回复阶段；2）等轴晶粒开始产⽣到变形晶粒刚消失之间，称再结晶阶段；3）晶粒长⼤阶段。
7-1 回复⼀、回复的定义冷变形⾦属加热时，在光学显微组织发⽣改变前所产⽣的某些亚结构和性能的变化称回复。
⼆、回复对性能的影响内应⼒降低，电阻降低，硬度和强度下降不多（基本不变）。
三、回复的机制回复的机制根据温度的不同有三种：（⼀）低温回复机制冷变形⾦属在较低温度范围就开始回复，主要表现为电阻下降，但机械性能⽆变化。
由此认为低温回复的机制是：过量点缺陷减少或消失。
（⼆）中温回复机制温度范围⽐低温回复稍⾼。
中温回复的机制是：位错发⽣滑移，导致位错的重新组合，及异号位错相遇抵消。
发⽣中温回复时，在电镜组织中，位错组态有变化；但位错密度的下降不明显。
若两个异号位错不在同⼀滑移⾯上，在相遇抵消前，要通过攀移或交滑移，这需要更⼤的激活能，只能在较⾼的温度才能发⽣。
（三）⾼温回复机制发⽣⾼温回复时，电镜组织的特征是亚晶粒呈等轴状，即⽆变形的亚晶粒。
于是，提出了⾼温回复的多边化机制（P197图5）。
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。
回复和再结晶讲解
氏硬度HV与加热温度之间的关系
下面分别详细介绍回复、再结晶、晶粒长大、 再结晶织构以及金属材料的热加工。
第二节 回复 在这一节，涉及的主要问题是：
一、回复的作用 二、回复的动力学 三、回复的机制 四、回复退火的应用
一、回复的作用
260º进行“去应力退火”，内应力能够大部分消除， 而强度、硬度基本不变。这样处理所发生的过程就是回 复。
4、在回复和再结晶的过程中，金属会释放出冷塑 性变形所储存的能量，同时性能也会发生相应的变化。
Δ P,mW Δ ρ ,10-6Ω ·cm HV
125 Δρ
100
HV
30
75
20
50 10
25
ΔP
0
100
200
300
400
温度，°C
图8-1 在室温经75%压缩变形的纯铝(纯度99.998%)以 6ºC/sec的加热速度加热时,热量差Δ P、比电阻的变化Δ ρ 及维
第八章 回复与再结晶
第一节 概述
问题:
1、金属或合金经塑性变形后，为什么要进行退火处理？
金属或合金经塑性变形后，强度、硬度、电阻率和矫 顽力等升高，塑性、韧性、导磁率和耐蚀性则下降，为使 经冷塑性变形的金属的机械性能恢复到冷塑性变形前的状 态，需要对金属加热进行退火。
2、为什么将加工硬化的金属加热到适当的温度能使其恢 复到冷塑性变形前的状态呢？
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
T2Biblioteka T3图1 回复、再结晶、晶粒长大过程示意图
下面分别详细介绍回复、再结晶、晶粒长大、 再结晶织构以及金属材料的热加工。
第二节 回复 在这一节，涉及的主要问题是：
一、回复的作用 二、回复的动力学 三、回复的机制 四、回复退火的应用
一、回复的作用
260º进行“去应力退火”，内应力能够大部分消除， 而强度、硬度基本不变。这样处理所发生的过程就是回 复。
4、在回复和再结晶的过程中，金属会释放出冷塑 性变形所储存的能量，同时性能也会发生相应的变化。
Δ P,mW Δ ρ ,10-6Ω ·cm HV
125 Δρ
100
HV
30
75
20
50 10
25
ΔP
0
100
200
300
400
温度，°C
图8-1 在室温经75%压缩变形的纯铝(纯度99.998%)以 6ºC/sec的加热速度加热时,热量差Δ P、比电阻的变化Δ ρ 及维
第八章 回复与再结晶
第一节 概述
问题:
1、金属或合金经塑性变形后，为什么要进行退火处理？
金属或合金经塑性变形后，强度、硬度、电阻率和矫 顽力等升高，塑性、韧性、导磁率和耐蚀性则下降，为使 经冷塑性变形的金属的机械性能恢复到冷塑性变形前的状 态，需要对金属加热进行退火。
2、为什么将加工硬化的金属加热到适当的温度能使其恢 复到冷塑性变形前的状态呢？
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
T2Biblioteka T3图1 回复、再结晶、晶粒长大过程示意图
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。
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3．亚晶蚕食机制 变形量很大的低层错能金属扩展位错宽度大，不易束集，交滑移困难， 位错密度很高。在位错密度很大的小区域，通过位错的攀移和重新分布， 形成位错密度很低的亚晶。这个亚晶便向周围位错密度高的区域生长。 相应的，亚晶界的位错密度逐渐增大，亚晶与周围形变基体取向差逐渐 变大，最终由小角度晶界演变成大角度晶界。大角度晶界一旦形成，可 突然弓出，迁移，蚕食途中所遇位错，留下无畸变晶体，成为再结晶核 心，如图。 总之，三种形核机制都是大角度晶界的突然迁移。所不同的是获得大 角度晶界途径不同。
内应力降低:弹性应变基本消除; 硬度、强度下降不多：位错密度降低不明显，亚晶较细； 电阻率明显下降：空位减少，位错应变能降低。
2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。
第 八 章 第 三 节 再 结 晶
第三节 再结晶
一 再结晶的形核与长大 1 形核 a.亚晶长大形核机制 （变形量较大时） 亚晶合并形核 亚晶界移动(长大)形核(亚晶蚕食)
第一节 冷变形金属在加热时的
组织与性能变化
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％） 驱动力 点缺陷 3 储存能的释放：原子活动能力提高，迁移至平衡位 臵，储存能得以释放。 再 结 回 晶 复
第 八 章 第 三 节 再 结 晶
第三节 再结晶
五 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图） 2 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大，形核位臵越多， 使晶粒细化。 3 合金元素和杂质。增加储存能，阻碍晶界移动，有利于 晶粒细化。 4 温度。退火温度越高，临界变形度越小，晶粒粗大。
第 八 章 第 三 节 再 结 晶
第 八 章 第 三 节 再 结 晶
第三节 再结晶
一 再结晶的形核与长大 驱动力：畸变能差 2 长大
方式:晶核向畸变晶粒扩展,至新晶粒相互接触。
注：再结晶不是相变过程。
第 八 章 第 三 节 再 结 晶
第三节 再结晶
二 再结晶动力学 （1）再结晶速度与温度的关系 v再＝Aexp(-QR/RT) 1/t= A/· exp（ –QR/RT） （2）规律 有孕育期; 温度越高,变形量越大孕育期越短;在体 积分数为0.5时速率最大，然后减慢。
第 八 章 第 三 节 再 结 晶
第三节 再结晶
四 影响再结晶的因素 1.加热温度: (退火) 退火温度越高,原子扩散越容易进行,V再↑,完成再 结晶时间短. 2.预先变形量 变形度越大,则T再越低 ∵储存能大,再结晶驱动力大.
3.溶质原子 溶质原子,使T再↑ ∵偏聚在晶界处,阻碍位错运动和晶界迁移. 4.原始晶粒大小
b.凸出形核（变形量较小时,<20%） 晶核伸向小位错胞晶粒(畸变能较高区域) 内.
第 八 章 第 三 节 再 结 晶
第三节 再结晶
一 再结晶的形核与长大 1 形核 a亚晶长大
亚晶合并
亚晶蚕食
第 八 章 第 三 节 再 结 晶
第三节 再结晶
一 再结晶的形核与长大 b晶界凸出形核 晶界弓出形核，凸向亚晶粒小的方向.
式中Es为两侧单位体积的储存能之差，是驱动力，阻力是晶界能的增加。当部 分晶界弓出一球表面时，则
1．小变形量的弓出形核机制
代人前式，并令△G＜0得到
由图7b可见R=L/sinα, 当α ＝π/2时，即晶界弓出成半球形，如图中 虚线sinα＝1，R达到一极小值，即Rmin=L,此时2ζ/Rmin取得极大值， 因此弓出形核的最大阻力是晶界弓出成半球时。克服这一阻力需满足
第 八 章 第 四 节 晶 粒 长 大
第四节 晶粒长大
二 晶粒的异常长大
1 异常长大:少数再结晶晶粒的急剧长大现象。(二次再结晶） 2 基本条件:正常晶粒长大过程被(第二分散相微粒、织构） 强烈阻碍。 3 驱动力：界面能变化。（不是重新形核）
第 八 章 பைடு நூலகம் 四 节 晶 粒 长 大
第四节 晶粒长大
3.影响晶粒长大的因素 晶粒长大，是通过晶界处的原子扩散 迁移实现。 （1）温度 温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。 （2）杂质与合金元素 异类原子吸附晶界处，降低晶界能，减少驱动力， 阻碍晶粒长大。
（3）第二相质点
第二相粒子越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大能力越强。
（ 4）相邻晶粒位向差 位向差越大，则晶面能越高，驱动力越大， 晶界移动快。
由上式，△ Es增大，L可减小，说明形核容易。晶界弓出一旦超过半球形， 由于R逐渐增大， 2ζ/R逐渐减小，晶核可自动长大。
2．亚晶合并机制 变形量较大的高层错能金属再结晶核心通过亚晶合并来产生。采用 多边化和亚晶界的“Y'’过程或通过相邻亚晶的转动，逐步使小亚晶 A,B,C合并成大的亚晶(ABC)，如图7-8所示，成为位错密度很低，尺寸 较大的亚晶，随亚晶尺寸的增大，与四周的亚晶粒的位向差必然越来越 大，最后形成大角度晶界。大角度晶界可动性大，可迅速移动，扫除移 动路径中存在的位错，在其后留下无应变的晶体，这就形成了再结晶核 心。
2．晶粒的稳定形貌 比界面能通常为常数，故Ф1=Ф2=Ф3=120°，,故其 平衡形貌如图,三叉晶界，晶界角120°。
2.晶粒的稳定形状
（1）若晶粒小于六边（小晶粒） 若为直线，夹角<120度 若满足120度，晶界必向外凸 ∴小晶粒只能逐渐缩小，直至消失。 （2）若晶粒大于六边 若为直线，夹角大于120度 若满足120度，晶界必向内凹。 ∴晶粒长大规律是大晶粒吞并小晶粒。
一 晶粒的正常长大
1．晶粒长大的驱动力 从个别晶粒长大的微观过程来说，晶界具有不同的曲率则是造成晶 界迁移的直接原因。设想有一如图所示的双晶体，B晶粒呈球状存在 于A晶粒之中，两晶粒的交界是半径为R的球面。显然，如果晶界向减 小R的方向移动，即向曲率中心移动，使体系总量下降。A、B双晶体 的界面能为
1．小变形量的弓出形核机制
当变形量较小时，由于变形不均匀，相邻晶粒的位错密度相差可以 很大，此时晶界中的一小段会向位错密度高的一侧突然弓出，如图。晶 界弓出部分是原晶界的一小段，两端被钉锚住，如图b.此晶界由Ⅱ位置 移动到Ⅰ位置，扫掠出来的体积为dV,表面积增加dA。假定扫掠过后的 小区域储存能全部释放。该区域就可成为再结晶核心。 弓出形核单位体积自由能的变化为
缺陷密度降低
第 八 章
二 回复机理
第二节 回复
第 二 节 回 复
2 中温回复 （0.3－0.5Tm）
异号位错相遇而抵销
位错滑移 位错缠结重新排列 位错密度降低
第 八 章
二 回复机理
第二节 回复
第 二 节 回 复
3 高温回复（>0.5Tm） 位错攀移（＋滑移） 位错垂直排列（亚晶界）
多边化（亚晶粒）
5.分散相粒子 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。
第 八 章 第 三 节 再 结 晶
第三节 再结晶
五 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图） 再结晶晶粒的平均直径 d=k[G/N]1/4 1 变形量。存在临界变形量，生产中应避免临界变 形量。
第一节 冷变形金属在加热时的
组织与性能变化
二 显微组织变化（示意图）
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
第 八 章 第 一 节 加 热 时 的 变 化
第一节 冷变形金属在加热时的
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。
第 八 章 第 一 节 加 热 时 的 变 化
第一节 冷变形金属在加热时的
组织与性能变化
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 八 章 第 二 节 回 复
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)=c0texp(-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。
第 八 章 第 一 节 加 热 时 的 变 化
第一节 冷变形金属在加热时的
组织与性能变化
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。
第 八 章 第 一 节 加 热 时 的 变 化
第 八 章
三 再结晶温度
第三节 再结晶
第 三 节 再 结 晶
1 再结晶温度：经严重冷变形（变形量>70%）的金属或合 金，在1h内能够完成再结晶的（再结晶体积分数>95%） 最低温度。 高纯金属：T再＝(0.25~0.35)Tm。 2 经验公式 工业纯金属：T再＝(0.35~0.45)Tm。 合金：T再＝(0.4~0.9)Tm。 注：再结晶退火温度一般比上述温度高100～200℃。
∴高温下晶粒自发长大 *晶界向曲率中心方向移动(见图) ∴晶粒长大是大晶粒吞并小晶粒.
2．晶粒的稳定形貌 相同体积情况下，球形晶粒的晶界面积最小，但如果晶 粒呈球形，会出现堆砌的空隙。所以实际晶粒的平衡形貌， 如图呈十四面体。当三个晶粒相交于一直线时，其二维晶 粒形状如图所示。由作用于0点的张力平衡可得到
组织与性能变化