金属及合金的回复与再结晶
金属学与热处理七章
第7章金属及其合金的回复与再结晶塑性变形后的金属与合金加热时，其组织结构发生转变的过程，主要包括回复，再结晶和晶粒长大存储能的降低是这一转变过程的驱动力回复阶段；在这段时间从显微组织上看不出任何变化，晶粒仍保持纤维状再结晶阶段；在变形的晶粒部开场出现小晶粒，随着时间的延长，新晶粒不断出现并长大，这个过程一直进展到塑性变形后的纤维状晶粒完全改组为新的等轴晶粒为止晶粒长大阶段；新的晶粒相互吞并而长大，直到晶粒长大到一个较稳定的尺寸在回复阶段，大局部甚至全部的第一类应力得以消除，第二类或第三类应力只能消除一局部，经再结晶后，因塑性变形而造成的应力可以全部消除力学性能的变化在回复阶段，硬度值稍有下降，但数值变化很小，而塑性有所提高。
强度一般是和硬度呈正比例的一个性能指标。
在再结晶阶段，硬度和强度均显著下降，塑性大大提高，金属与合金因塑性变形而引起的强度和硬度的增加与位错密度的增加有关，在回复阶段，位错密度的减小有限，只有在再结晶阶段，位错密度才会显著下降工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保存加工硬化，这种热处理方法称去应力退火再结晶开场前发生的过程叫回复，回复是指冷塑性变形的金属在加热时，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，回复的程度随着时间的延长而逐渐增加回复过程是原子的迁移扩散过程，原子迁移的结果，导致金属部的缺陷数量的减少，存储能下降杂质原子和合金元素能够显著推迟金属的再结晶过程回复过程具有热激活的特点，温度越高，过程进展的越快。
微观上看，回复阶段主要是空位的迁移和位错的重排，它们都是典型的热激活过程回复机制温度不同，回复过程中金属部结构变化也不同。
中、低温时主要是点缺陷的迁移和消失，点缺陷密度下降，导致电阻率下降。
位错密度变化不大。
力学性能对空位的变化不敏感，所以不出现变化高温时通过位错的攀移和反响〔异号位错相消〕，同号位错沿垂直于滑移面的方向排列成稳定的位错墙，将晶粒分割成一个个亚晶，这一过程称为多边化，这些位错墙就成为小角度的亚晶界多变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。
第七章回复再结晶
注：再结晶退火温度一般比上述温度高100～200℃。
3.影响再结晶温度的因素
(1)金属冷加工变形度 变形度δ越大，驱动力越大，发生再结晶的温度越低，当变形度达 到一程度后， 趋于一个最低温度，称为最低再结晶温度，T再min。 经验表明：T再min≈0.4T熔点， (2)金属的纯度 金属中的杂质或合金元素，尤其是高熔点成分的存在，会阻碍原子 的扩散（位错的扩散），因此再结晶温度会提高。纯度越高，再结晶温 度越低。 如：纯铁T再min =450℃；碳钢T再min =500-650℃；合金钢T再min >650700℃ (3)加热速度和保温时间 a、提高加热速度，再结晶温度升高；加热速度太低，再结晶温度也会 升高。 b、延长保温时间，再结晶温度降低 综合上述因素，再结晶退火温度一般为： T再min +100-200℃
5.分散相粒子
当合金中溶质浓度超过其固溶度后，就会形成第二相，多数情 况下，这些第二相为硬脆的化合物，在冷变形过程中，一般不 考虑其变形，所以合金的再结晶也主要发生在基体上。 当第二相颗粒较粗时，变形时位错会绕过颗粒，并在颗粒周围 留下位错环，或塞积在颗粒附近，从而造成颗粒周围畸变严重， 促进再结晶，降低再结晶温度； 当第二相颗粒细小，分布均匀时，不会使位错发生明显聚集， 因此对再结晶形核作用不大，相反，其对再结晶晶核的长大过 程中的位错运动和晶界迁移起一种阻碍作用，因此使得再结晶 过程更加困难，提高再结晶温度。 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。
图 变形程度与再结晶温度的关系
3.微量溶质原子
阻碍位错和晶界的运动， 不利于再结晶。
图 合金元素对铁再结晶温度影响
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。
材料科学基础-第六章_金属及合金的回复与再结晶
晶界凸出形核机制
在晶界处A 晶粒中的某些亚晶粒能通过 晶界迁移而凸入B 晶粒中，借消耗B 中的 具有亚晶粒组织晶粒间的凸出形核机制 亚晶而生长，从而形成再结晶的核心。
第六章 金属及合金的回复与再结晶－§6.3 再结晶
2.长大
再结晶晶核形成之后，即借界面的移动向周围畸变区域长大。 ①再结晶晶核长大（晶界迁移）的驱动力 无畸变的新晶粒与周围畸变的旧晶粒之间的畸变能差。 ②晶界的迁移方向 晶界总是背离其曲率中心，向着畸变区域推进，直至全部形成无畸变的等 轴晶粒为止，再结晶即告完成。
将后式代入前式并积分，以x0表示开始时性能增量的残留分数，则得：
t dx Q / RT x0 x c0e 0 dt x
或
x0 ln c0 te Q/RT x
回复的速度随温度升高和加热时间的延长而增大。
举例：
采用不同的温度加热冷变形金属使之回复到同样的程度（即残留分数相 同），则所需时间不同。
轴小晶粒，并随时间的延长不断长大，直至伸长的晶粒完全转变为新的等轴 晶粒为止。
3.晶粒长大阶段
再结晶过程中形成的等轴晶粒逐步相互吞并而长大，直至达到一个稳定的 尺寸。
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
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
冷变形后保留在金属内部的畸变 能，或称储存能。 冷变形金属在不同加热温度时 组织和性能的变化
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
一、显微组织的变化
1.回复阶段
显微组织几乎没 有发生变化，晶粒 仍保持冷变形后的 伸长状态。
回复与再结晶的异同点
回复与再结晶的异同点回复和再结晶是金属材料学中常用的两种热处理方法，它们都能够改善材料的力学性能和微观结构。
虽然它们都是通过热处理来改善材料性能，但是它们的机制和效果有很大的不同。
本文将从几个方面来比较回复和再结晶的异同点。
一、机制不同回复是指在高温下，材料中原有的位错被消除或减少，从而使材料的硬度和强度降低，塑性增加的过程。
回复的机制是通过材料中的位错移动和聚集来实现的。
随着温度的升高，材料中的位错能够更容易地移动，从而形成更大的位错环和蠕变流，这有助于位错的聚集和消除。
再结晶是指在高温下，材料中原有的晶粒被消除或减少，从而使材料的晶粒尺寸变小，晶界数量增加，从而提高材料的硬度和强度的过程。
再结晶的机制是通过晶界迁移和晶粒长大来实现的。
随着温度的升高，材料中的原始晶粒能够被破坏，从而形成更小的晶粒。
在材料中存在的能量梯度会引导晶界的迁移，从而使晶粒长大。
二、效果不同回复能够改善材料的塑性，但是对于硬度和强度的提高效果不是很明显。
回复后，材料的位错密度减少，从而使材料的塑性增加。
但是，由于材料中的位错并没有完全消除，所以材料的硬度和强度并没有明显提高。
再结晶能够改善材料的硬度和强度，但是对于塑性的提高效果不是很明显。
再结晶后，材料的晶粒尺寸变小，晶界数量增加，从而使材料的硬度和强度提高。
但是，由于晶粒尺寸变小，晶界的数量增加，所以材料的塑性并没有明显提高。
三、应用不同回复主要用于提高材料的塑性，适用于需要进行复杂成形的材料。
回复后，材料的塑性增加，从而使材料更容易进行成形。
回复也可以用于消除材料中的残余应力，从而提高材料的稳定性和寿命。
再结晶主要用于提高材料的硬度和强度，适用于需要提高材料强度和硬度的材料。
再结晶后，材料的硬度和强度提高，从而使材料更适合用于高强度和高硬度的应用中。
四、温度要求不同回复的温度比较低，一般在0.3Tm~0.5Tm之间。
其中Tm为材料的熔点。
回复的温度比较低，可以减少材料的变形和晶粒长大，从而使材料更容易进行塑性变形。
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。
第六章金属与合金的回复与再结晶复习题
第六章金属与合金的回复与再结晶复习题金属与合金的回复与再结晶复习题一、名词解释：1. 回复：指冷塑性变形的金属在加热时，在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。
2. 再结晶：是指冷变形金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生无畸变的新等轴晶粒，而性能也发生明显的变化，并恢复到冷变形之前状态的过程。
3. 临界变形度：使晶粒发生异常长大的变形度(2～10%)生产上应尽量避免在临界变形度范围内进行塑性加工变形。
4. 热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。
5. 冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。
二、填空题：1．变形金属的最低再结晶温度是指通常用经大变形量(70%以上)的冷塑性变形的金属，经一小时加热后能完全再结晶(＞95%的转变量)的最低温度为再结晶温度。
2．钢在常温下的变形加工称为加工，而铅在常温下的变形加工称为热加工。
3．影响再结晶开始温度的因素预变形度、金属的熔点、微量杂质和合金元素、加热速度、保温时间。
4．再结晶后晶粒的大小主要取决于预变形度和加热温度。
5．金属在塑性变形时所消耗的机械能，绝大部分(占90%)转变成。
6．但有一小部分能量（约10%）是以增加金属晶体缺陷（空位和位错）和因变形不均匀而产生弹性应变的形式（残余应力）储存起来，这种能量我们称之为形变储存能。
7．金属在热加工过程中，由于加工温度高于再结晶温度，金属在塑性变形过程中同时发生回复(动态回复)与再结晶(动态再结晶)，使其发生软化。
三、判断题：1．金属的预先变形度越大，其开始再结晶的温度越高。
（×）2．其它条件相同，变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。
（√）3．金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。
（×）4．热加工是指在室温以上的塑性变形加工。
（×）5．再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。
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。
06 金属材料热处理 第六章 变形金属及合金的回复与再结晶
第六章 变形金属与合金的回复与再结晶本章教学目的：1 揭示形变金属在加热过程中组织和性能变化的规律；2 揭示再结晶的实质3 说明热加工与冷加工的本质区别以及热加工的特点。
教学内容：（1）变形金属在退火过程中（回复，再结晶以及晶粒长大）过程的组织与性能变化；（2）影响再结晶的因素；（3）再结晶晶粒大小及控制；（4）热加工与冷加工重点：（1）回复与再结晶的概念和应用；（2）临界变形度的概念；（3）再结晶晶粒度的控制；（4）热加工与冷加工的区别。
难点：（1）再结晶形核机制与再结晶动力学；（2）再结晶晶粒的二次长大机理§6-1变形金属与合金在退火过程中的变化金属经冷塑性变形后，内部组织和各项性能均发生相应变化，而且由于位错等结构缺陷密度的增加以及畸变能的升高，使其处于热力学不稳定状态。
当变形金属加热时，通过原子扩散能力的增加，有助于促进向低能量状态的转变。
一、显微组织的变化第一阶段：显微组织基本上未发生变化，其晶粒仍保持纤维状或扁平状变形组织，称回复阶段。
第二阶段：以新的无畸变等轴小晶粒逐渐取代变形组织，称为再结晶阶段。
第三阶段：上述小晶粒通过互相吞并方式而长大，直至形成较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。
二、储存能及内应力的变化当变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，其中的储存能将释放出来。
回复阶段释放的储存能很小三、机械性能的变化规律回复阶段硬度变化很小，约占总变化的1/5，再结晶阶段下降较多，强度与硬度有相似的变化规律。
因为回复阶段仍保持很高的位错密度。
在再结晶阶段，硬度与强度显著下降，塑性大大提高。
四、其它性能的变化1、电阻的变化电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。
点缺陷对电阻的贡献远大于位错，而回复阶段点缺陷的密度发生显著的减小。
2、密度的变化再结晶阶段密度急剧增高。
五、亚晶粒尺寸在回复阶段前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶温度时，晶粒尺寸显著增大。
§6-2 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之前所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
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
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。
第六章 回复与再结晶分析
形并改善工件的耐蚀性。
15
第三节
再 结 晶
冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时
间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，
位错密度显著降低，性能也发生显著变化，并恢复 到冷变形前的水平，这个过程称为再结晶 （recrystallization）。 再结晶的驱动力：储存能的降低（与回复的驱动力 相同）。
由于杂质原子和
合金元素阻碍再结
晶的形核和长大， 推迟再结晶过程，
从而使不纯金属和
合金中的储能在再
A — 纯金属 B — 不纯金属 C—合 金
结晶开始以前能通
过回复而较多地释 放出来。
7
三、性能及其他指标的变化
加热过程中变形金属的性能变化
8
第二节
回
复
回复（ recovery）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。
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18
再结晶的特点
变形金属发生再结晶时，力学性能发生显著变 化，金属恢复到软化状态；变形储存能得到充分 释放；新的无畸变等轴晶完全取代了原畸变晶粒， 但是再结晶前后晶格类型不变，因此再结晶不是
相变。
19
一、再结晶晶核的形成与长大
（一）形 核
1. 亚晶长大形核机制
层错能：产生单位面 积层错所需的能量。
态的趋势。当冷变形金属加热时会发生回复、再结晶 和晶粒长大等过程。
2
一、显微组织的变化
3
4
二、储存能及内应力的变化
回复阶段释放的储 存能较少，再结晶晶
粒出现的温度对应于
储能释放曲线的高峰。 在回复阶段，大部
分或全部的宏观内应
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。
金属的冷变形强化、回复和再结晶
在临界变形速度 C之后，消耗于金属塑性变 形的能量转化为热能，即热效应。由于热效应的 作用，使金属温度升高，塑性上升，变形抗力减 小，金属易锻压加工。
3．应力状态 挤压时金属三个方向承受压应力，如图11-89a所示 。在压应力的作用下，金属呈现出很高的塑性。拉拔时 金属呈两向压应力和一向拉应力状态，如图 11-8b 所示 。拉应力易使金属内部的缺陷处产生应力集中，增加金 属 破 裂 倾 向 ， 表 现 出 金 属 的 塑 性 下 降 。
机械制造基础
第十一章
二、金属的冷变形强化、回复和再结晶
(一) 金属的加工硬化（冷变形强化） 金属在低温下进行塑性变形时，随着 变形程度的增加，金属的硬度和强度升高 ，而塑性、韧性下降，这种现象称为金属 的冷变形强化或加工硬化。
冷变形强化是强化金属的重要途径之一，尤其是对 一些不能用热处理强化的金属材料显得特别重要，如 低碳钢、纯铜、防锈铝、镍铬不锈钢等，可通过冷轧 、冷挤、冷拔、冷冲压等方法来提高金属强度、硬度 。
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第十一章
(二) 锻造比 锻造比是表示金属变形程度大小的参数。具体计算如下： y拔长 = S0／S（视频） y镦粗 = H0／H（视频） 式中 S0、S —— 拔长前、后金属坯料的横截面积； H0、H —— 镦粗前、后金属坯料的高度； 锻造比越大，热变形程度也越大，热加工流线也越明显， 其金属组织、性能改善越明显。
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空位扩散到 位错刃部
空位离开位 错的刃部
二、回复阶段的特点：
①加热温度低。
②显微组织无明显变化： 仍保留被拉长或压扁的畸变的晶粒 。
③晶粒内部亚结构发生变化： 点缺陷大大↓ ↓ ； 位错密度↓， 异号位错合并， 同号位错规整化—“多边形化”。 └ 仍保留较高的位错密度
④ 性能变化： HB、σ略 ↓ ，δ、ψ略↑； 电阻R↓↓；耐腐蚀性能提高。 原因：晶格畸变↓ 。
多边形化：指冷变形金 属加热时，原来处于滑 移面上无序状态的位错， 通过滑移和攀移形成与 滑移面垂直分布的亚晶 界的过程。
多边形化过程
位错的攀移
• 位错的攀移是依靠原子或空位的转移实现的。当 原子从多余半原子面下端原子转移到别处，或空 位从别处转移到半原子面的下端时，位错线便向 上攀移了——正攀移；反之，当原子从别处转移 到原子面下端时，或空位从这里转移到别处时， 位错线就向下攀移了——负攀移。
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
大量实验表明，再结晶晶核总是在塑性变形引 起的最大畸变处形成，并且回复阶段发生的多 边形化是再结晶形核的必要准备。
1、亚晶粒长大形核机制
亚晶粒长大形核机制一般在大的变形度下发生。
回复阶段，塑性变形所形成的胞状组织经多边形 化发展成为亚晶粒，其中有些亚晶粒会逐渐长大， 发展成为再结晶的晶核。 亚晶粒长大成为再结晶晶核的方式可能有亚晶合 并形核和亚晶界移动形核两种机制。
2、晶界凸出形核机制
当金属的变形度较小时，金属变形是不均匀的，有的晶粒 变形度大，位错密度也大；有的晶粒变形度小，位错密度 也小。若晶界两边一个晶粒的位错密度高，另一个晶粒的 位错密度低，加热时晶界会突然向密度高的一侧移动（弓 出），晶界扫过的区域位错密度下降，成为无畸变晶粒， 这个晶粒就是再结晶晶核。
• 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
退火
将材料加热到某一温度，保温一定时 间，然后缓慢冷至室温，通过组织结 构的变化使材料热力学稳定性得以提 高的热处理工艺。
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。
1、回复 2、再结晶 3、晶粒长大
冷变形黄铜的回复、再结晶和晶粒长大
黄铜冷变形 33%
形核 3s 580℃
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。
一、回复的定义及机制 定义：冷变形后的金属在加热温度不高时， 显微组织未发生明显改变，但其物理、力学 性能部分恢复的过程。
回复机制
• 加热温度很低时，主要涉及到空位的运动， 运动结果使空位密度大的减少。
• 加热温度稍高时，主要涉及到位错的运动。 同一滑移面上的异号位错相互吸引而抵消。
• 加热温度更高时，位错不仅可以滑移，还可 以攀移，发生多边形化。
目的：保持高的强度、硬度; 消除内应力，防止变形、开裂; 恢复物理、化学性能。
7.3 再结晶
一、定义 冷变形后的金属加热到低于Ac1的较高温度或保温 足够长时间，通过新晶核的形成与长大，由畸变晶 粒变为相同晶格类型等轴新晶粒的过程。
铁素体变形80% 650℃加热 670℃加热
• 再结晶后组织发生了 明显的变化，产生了 无畸变的新晶粒—— 组织复原 ；性能也发 生了明显的变化，恢 复到冷变形前的水平。 金属的强度和硬度明 显降低，塑性和韧性 大大提高，即加工硬 化现象被消除。
二、再结晶阶段的特点：
①加热温度较高：T>T再。 ②显微组织显著变化 ：
转变为等轴、无畸变的新晶粒。 ③亚结构：位错密度大大降低。 ④性能显著变化：
HB和σ↓↓；δ和ψ↑↑。 ⑤内应力完全消除。
三、再结晶晶核的形成和长大
再结晶的形核是个复杂的过程。最初人们尝试 用经典的形核理论来处理再结晶过程，但计算 出来的临界晶核半径过大（与试验结果不符）。
亚晶合并形核机制
相邻亚晶界上的位错，通过滑移和攀移转移到周围晶 界或亚晶界上，导致原来亚晶界的消失，最后通过原 子扩散和位置的调整，使两个或多个亚晶粒的取向变 为一致，合并成一个大的亚晶粒，成为再结晶的晶核。
亚晶界移动形核机制
晶粒中某些局部位错密度很高的亚晶界向周边移动， 吞并相邻的变形基体和亚晶粒而成长为再结晶晶核。
第七章 金属及合金的回复与再结晶
7.1 形变金属与合金在退火在过程中的变化 7.2 回复 7.3 再结晶 7.4 晶粒长大 7.5 金属的热加工
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。
⑤ 内应力↓↓
总体上： 力学性能变化不大，加工硬化基本保留； 但物理、化学性能变化较大。
三、回复的应用 └ 去应力退火
• 工业上，常利用回复现象将冷加工的金属件低温加 热，以降低内应力，基本保留加工硬化效果，这种 热处理方法称为去应力退火。
回复温度： T回复 =（0.25 ~ 0.3 ）T0 T0—金属的熔点，单位为绝对温度( K )。