再结晶与二次再结晶形成机理
《材料科学基础》回复与再结晶
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）
而再结晶速率和产生某一再结晶体积分数x所 需时间成反比，故： 1/tx＝Bexp（-Q/RT）
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三、再结晶温度
对形变金属，从受形变开始就获得储存能，它 立刻就具有回复和再结晶的热力学条件，原则上就 可发生再结晶。 温度不同，只是过程的速度不同罢了，所以， 再结晶并没有一个热力学意义的明确临界温度。人 为定义了一个再结晶温度： 在一定时间内（一小时）刚好完成再结晶的温 度，是一个动力学意义的温度。
13
1. 低温回复（0.1－0.3 Tm） 点缺陷运动：（1）空位、间隙原子移至晶界、位 错处消失；（2）空位聚集（空位群、对）。→点 缺陷密度降低 2. 中温回复（0.3－0.5 Tm）
位错滑移：异号位错相遇而抵销；位错缠结重新排 列。→位错密度降低
14
3. 高温回复（ > 0.5 Tm）多边化
40
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）。
G：晶界迁移速度； G0：常数； QG：晶界迁移激活能。
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（2）弥散第二相粒子： 弥散第二相粒子对晶界移动有钉扎作用。 产生原因：晶界开始穿过粒子时，晶界面积减小， 即减少了总的界面能量，这时粒子是帮助晶界前进 的。
但当晶界到达粒子的最大截面处后，晶界继续 移动又会重新增加晶界面积，即增加了总的界面能 量，这时粒子对晶界移动产生拖曳力，即起钉扎作 用。
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。
再结晶和晶粒长大
晶粒正常长大时，如果晶界受到第二相杂质的 阻碍，其移动可能出现三种情况：
1．晶界能量较小，晶界移动被杂质或气孔 所阻挡，晶粒正常长大停止。
2．晶界具有一定的能量，晶界带动杂质或气孔继 续移动，这时气孔利用晶界的快速通道 排除，坯体不断致密。
3．晶界能量大，晶界越过杂质或气孔，把气孔 包裹在晶粒内部。由于气孔脱离晶昂界，再不能 利用晶界这样的快速通道而排除，使烧结停止， 致密度不再增加。这时将出现二次再结晶现象。
晶粒长大的推动力是晶界过剩的 自由能，即晶界两侧物质的自由 焓之差是使界面向曲率中心移动
的驱动力。
小晶粒生长为大晶粒．使界面面积减小，界面 自由能降低，晶粒尺寸由1μm变化到lcm，相 应的能量变化为0．1-5Cal/g。
自由焓
△G ＊
△G
位原子位能图
50 3
4
10 6
图11 烧结温度对AlN晶粒尺寸的影响
二、晶粒长大
概念
在烧结中、后期，细小晶粒逐渐 长大，而一些晶粒的长大过程也 是另一部分晶粒的缩小或消失过 程，其结果是平均晶粒尺寸增加
这一过程并不依赖于初次再结晶过程；晶粒 长大不是小晶粒的相互粘接，而是晶界移动 的结果。其含义的核心是晶粒平均尺寸增加。
推动力
三、二次再结晶
概念
二次再结晶是坯体中少数大晶粒尺 寸的异常增加，其结果是个别晶粒 的尺寸增加，这是区别于正常的晶 粒长大的。
简言之，当坯体中有少数大晶粒存在时， 这些大晶粒往往成为二次再结晶的晶核， 晶粒尺寸以这些大晶粒为核心异常生长。
推动力
推动力仍然是晶界过剩 界面能。
二次再结晶发生后，气孔进人晶粒内部，成 为孤立闭气孔，不易排除，使烧结速率降低甚 至停止。因为小气孔中气体的压力大，它可能 迁移扩散到低气压的大气孔中去，使晶界上的 气孔随晶粒长大而变大。
取向硅钢二次再结晶机理研究的进展
取向硅钢二次再结晶机理研究的进展取向硅钢（又称废电钢、取向炉渣、磁芯硅钢等）是一种多应用的合金材料，抗风化性能好、抗磨损性能优良、热弹性模量高。
它的加工精度和性能稳定性强，适用于各种高技术应用场合，如航空航天，汽车，机械，计算机等领域。
近年来，取向硅钢的应用越来越广泛，为了满足一些特殊应用，人们不断对其进行研究，研究了取向硅钢的二次再结晶机理。
从取向硅钢的组成可以看出，它是一种钢材，由碳钢、软铁素和硅等多种元素组成，但是硅在其中具有主导性。
硅是一种非常有用的金属元素，它可以在取向硅钢中形成取向结构，进而改变了取向硅钢的性能。
二次再结晶是一种对结构进行重组的技术，可以用来改善取向硅钢的机械性能。
在保持取向结构的前提下，将取向硅钢的温度提高到一定的温度，原子之间的力将发生变化，使结构产生新的运动模式，从而改变原来的结构。
这种重新排列的过程就是取向硅钢的二次再结晶，是提高取向硅钢的性能的可行方法。
取向硅钢的二次再结晶在1970年代初期开始进行研究，主要研究内容包括：（1）再结晶条件；（2）晶体结构变化；（3）晶粒尺寸变化及其影响；（4）再结晶变形行为；（5）微观结构和微观性能；（6）应变逆变行为及机理。
目前，取向硅钢的二次再结晶机理研究已取得了重要进展，并得到了广泛的应用。
研究发现，二次再结晶的温度和时间对取向硅钢的性能有很大的影响；晶粒形貌的变化可以改变取向硅钢的电磁参数；脆性和断裂行为也受到晶粒变化的影响；取向硅钢的二次再结晶还可提高它的耐热性和耐磨性；此外，微观结构变化也可改善取向硅钢的弹性模量和塑性变形性能。
取向硅钢的二次再结晶机理研究仍在继续，主要集中在如下几个研究方面：（1）针对特定应用，进一步评估二次再结晶的影响；（2）取向结构的微观研究；（3）晶粒形态和组织结构及其对性能的影响；（4）提高取向硅钢的耐蚀性和耐热性；（5）建立取向硅钢二次再结晶机理的数学模型；（6）研究微观演变过程及其影响因素；（7）对取向硅钢的二次再结晶处理工艺进行进一步优化。
材料科学基础第09章再结晶-文档资料
其中A为与材料类型结构有关的常数，Q为激活能，R为 气体常数，T发生回复的温度，t为回复进行的时间。
回复动力学
因此在不同的温度下，回复到相同的程度 所用的时间的为：
即ln(t)和1/T成线形关系。一方面可以由此测 量计算它的激活能；另一方面说明热激活过程 中时间和温度的等效关系。实际上任何材料变 形后都在慢慢的发生回复，平时在室温下未见 到性能变化的仅因为变化的速度很慢。
其他组织变化
再结晶织构：材料的冷变形程度较大，如果产生了变 形织构，在再结晶后晶粒取向的遗传，组织依然存在 择优取向，这时的织构称为再结晶织构。
晶粒的非正常长大
在长大过程中，一般晶粒在正常缓慢长大时，如 果有少数晶粒处在特别优越的环境，这些大量吞食周 围晶粒，迅速长大，这种现象称为晶粒的异常长大。 这些优先长大的少数晶粒最后到互相接触，早期的 研究以为是形核和核心的生长过程，而称为“二次再 结晶”，但实质并不是靠重新产生新的晶核，而是在 一次再结晶后的长大过程中，某些晶粒的环境特殊而 产生的优先长大。 材料发生异常长大时，出现了晶粒大小分布严重 不均匀，长大后期可能造成材料晶粒尺寸过大，它们 都对材料的性能带来十分不利的影响。
回复
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。 回复阶段一宏观应力基本去除，微观应力仍然残存； 2. 物理性能，如电阻率，有明显降低，有的可 基本回到未变形前的水平；
3. 力学性能，如硬度和流变应力，觉察不到有 明显的变化； 4. 光学金相组织看不出任何变化，温度较高发 生回复，在电子显微镜下可间到晶粒内部组 织的变化。(位错的胞状组织转变为亚晶)
晶粒长大的动力分析
两晶粒的界面如果是弯曲 如图所示，则在晶粒Ⅰ内存在 附加压力
晶粒生长
再结晶与晶粒长大是与烧结并行的高温动 力学过程，特别是晶粒长大与二次再结晶过程 往往与烧结中、后期的传质过程是同时进行的。 它对烧结过程和烧结体的显微结构和性能有不 可忽视的影响。 晶粒生长:无应变的材料在热处理时，平衡晶 粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续长大的 过程.
坯体继续致密化
❖晶界越过气孔或杂质，产生二次再结晶，把气 孔包入晶体内部
⑵有少量液相出现在晶界上—少量液相抑制晶粒 长大
5.极限晶粒直径：
DL—晶粒正常生长时的极限尺寸
DL d f
d—夹杂物或气孔的平均直径 f—夹杂物或气孔的体积分数
讨论：
①当f愈大时则DL愈小 ②当f一定时，d愈大则晶界移动时与夹杂
物相遇的机会就越少，于是DL愈大
三. 二次再结晶
(或称异常长大和晶粒不连续长大)
1.定义：二次再结晶是少数巨大晶粒在细晶消耗时 成核长大的过程（当正常的晶粒长大过程停止后， 个别具有多边界的大晶粒以自身为核心不断吞并 周围小晶粒而异常长大的过程为二次再结晶）
2.推动力：大晶粒界面与邻近高表面能和小曲率半 径的晶面相比有较低的表面能
1
❖logD—t作图为一直线，其斜率为 2
4.影响晶粒生长的因素：
图示1 图示2
⑴第二相夹杂物(杂质、气孔)影响—阻碍作用
当气孔汇集在晶界上时，晶界移动可能出现的 三种情况:
❖晶界移动被气孔或杂质所阻挡，使正常的晶粒 长大终止
❖晶界带动气孔或杂质以正常速度移动，使气孔 保持在晶界上，并可利用晶界的快速通道排除，
⑴ 原始粒度不均匀，存在个别大晶粒 ⑵ 烧结温度偏高或烧结速率太快 ⑶ 成型压力不均，局部有不均匀液相
5.避免二次再结晶采取的措施：
材料科学基础重点知识
《材料科学基础》重要知识点1、在离子晶体中，正、负离子的配位数大小由结构中正、负离子半径的比值决定。
2、聚合物的形成过程是分化和缩聚同时进行的一种动态平衡过程。
3、硅酸盐熔体的结构特点：多种聚合物同时并存，而不是一种独存。
正是由于这个特点，硅酸盐熔体的结构是长程无序的。
但每一个聚合体又是具有晶体结构的，即硅酸盐熔体中存在短程有序的负离子团。
4、影响聚合物聚合程度的因素（1）温度的影响：随温度升高，低聚合物浓度增加，而高聚合物浓度降低。
（2）熔体组成的影响：R为O/Si比的大小。
O/Si比R越大，低聚合物浓度越大，高聚合物浓度越小。
5、影响熔体粘度的主要因素是温度和化学组成。
粘度---温度关系：温度升高，粘度减小。
粘度—组成关系（1） O/Si比：硅酸盐熔体的粘度首先取决于硅氧四面体网络的聚合程度，即随O/Si比的上升而下降。
(2)一价碱金属氧化物①加入碱金属氧化物（Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O）降低硅酸盐熔体的粘度。
②碱金属氧化物的含量越高，硅酸盐熔体的粘度越小。
③不同的碱金属氧化物对粘度的影响大小也与碱金属氧化物的含量有关。
当Ｒ2O含量较低时（O/Si较低），加入的正离子半径越小，降低粘度的作用越大，其次序是：Li＋>Na＋>Ｋ＋>Rb＋>Cs＋。
当熔体中Ｒ2O含量较高（O/Si比较高）时，Ｒ2O对粘度影响的次序是Li+<Na+<Ｋ+。
（3）二价金属氧化物：二价碱土金属氧化物（ⅡA族）一般降低硅酸盐熔体的粘度。
但不同的氧化物降低粘度的程度不同，其降低粘度的次序是：Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Ｍg2+，所以粘度大小次序为：Ba2+<Sr2+<Ca2+<Ｍg2+。
（4）阳离子配位数：阳离子配位数对粘度的影响是通过B2O3的研究而取得的。
①当B2O3含量较少（即Na2O/B2O3>1）时，粘度随含量升高而增加。
这是因为此时“游离”氧充足，故B3＋处于[BO4]四面体状态，结构紧密。
工程材料与热处理 第4章作业题参考答案
1.滑移和孪晶的变形机制有何不同？为什么在一般条件下进行塑性变形时锌中容易出现孪晶，而纯铁中容易出现滑移带？主要的不同：（1）晶体位向在滑移前后不改变，而在孪生前后晶体位向改变，形成镜面对称关系。
（2）滑移的变形量为滑移方向原子间距的整数倍，而孪生过程中的位移量正比于该层至孪晶面的距离。
（3）孪生是一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移是不均匀的。
锌的晶体结构为密排六方，密排六方金属滑移系少，所以容易出现孪晶，而纯铁为体心立方结构，滑移系多，所以容易出现滑移带。
2.多晶体塑性变形与单晶体塑性变形有何不同？多晶体的每一晶粒滑移变形的规律与单晶体相同，但由于多晶体中存在晶界，且各晶体的取向也不相同，多晶体的塑性变形具有以下特点：（1）各晶粒不同同时变形；（2）各晶粒变形的不均匀性；（3）各变形晶粒相互协调。
3.什么是滑移、滑移线、滑移带和滑移系？滑移线和滑移带是如何在金属表面形成的？列举金属中常见晶体结构最重要的滑移系，并在其晶胞内画出一个滑移系。
哪种晶体的塑性最好？哪个次之？为什么？所谓滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生相对滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。
晶体材料的滑移面与晶体表面的交线称为滑移线。
由数目不等的滑移线或滑移台阶组成的条带称为滑移带。
一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成一个滑移系。
滑移线是由于晶体的滑移变形使试样的抛光表面产生高低不一的台阶所造成的；相互靠近的小台阶在宏观上反映的是一个大台阶，所以形成了滑移带。
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越好。
滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。
密排六方由于滑移少，塑性最差。
4.简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并说明如何区分冷、热加工。
动态再结晶与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么？一次再结晶的驱动力是冷变形所产生的储存能的释放。
二次再结晶的驱动力是由于界面能变化引起的。
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
材料的冷结晶峰和二次结晶峰
材料的冷结晶峰和二次结晶峰
材料的冷结晶峰和二次结晶峰是指在材料的热处理过程中出现的两种不同类型
的结晶现象。
冷结晶峰和二次结晶峰的形成过程和影响因素不同，因此对材料的性能和微观结构都会产生不同的影响。
冷结晶峰是指在材料的加工过程中，由于应变和变形能量的积累，使得材料的
结晶度降低，晶界的移动和再结晶现象出现，形成新的晶粒。
冷结晶峰的主要影响因素包括加工变形量、变形速率、变形温度和应变路径等。
冷结晶峰的形成可以有效消除材料的应力和变形，改善材料的塑性和韧性，提高材料的加工性能和强度。
二次结晶峰是指在材料的热处理过程中，由于晶粒的再结晶和晶界的移动，形
成新的晶粒，晶粒的尺寸和形态发生变化。
二次结晶峰的主要影响因素包括热处理温度、保温时间、冷却速率和合金元素等。
二次结晶峰的形成可以改善材料的晶界结构和晶粒尺寸分布，提高材料的晶粒长大度和晶界结晶度，进而改善材料的力学性能和耐热性能。
冷结晶峰和二次结晶峰的形成对材料的性能和微观结构都会产生重要影响，不
同的结晶现象对材料的性能影响也有所不同。
因此，在材料的热处理和加工过程中，需要合理控制冷结晶和二次结晶的过程和影响因素，以实现材料性能的最优化。
同时，对冷结晶峰和二次结晶峰的研究和理解，也为材料的性能优化和应用提供了重要的理论基础和技术支持。
晶粒生长与二次再结晶的区别
晶粒生长与二次再结晶的区别
晶粒生长是晶体通过凝聚分子、原子或离子形成大尺寸单晶粒所经历的变化，主要地热力学分子漂移或原子游离活动及结晶反应机制相结合的一个过程。
二次再结晶是利用已有的晶体作为原料，进行热力学加工而形成的一种结晶形态。
它的原理是由一个原的晶体溶解，经过晶体熔点的改变，均布在溶液中，随着温度的降低而形成新的晶体结晶体，从而使该物质呈现出高度纯净的晶体结晶体。
两者最大的区别在于：晶粒生长是形成单一晶体的过程，是一个持续性的过程，通过一定的热力学机理来维护晶体无缝地增大；而二次再结晶则是利用已经存在的晶体进行热力学加工，用改变溶液中晶体熔点的方法来形成新的晶体；并且，晶粒生长的晶粒不能自行生长，它们需要一种热源，通常用伴热来维持一定的温度；而二次再结晶则通过调节溶液中晶体熔点，来实现该过程。
金属学与热处理课后习题答案
金属学与热处理课后习题答案Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#第七章金属及合金的回复和再结晶7-1 用冷拔铜丝线制作导线，冷拔之后应如何如理，为什么答：应采取回复退火（去应力退火）处理：即将冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，并保温足够时间，然后缓慢冷却到室温的热处理工艺。
原因：铜丝冷拔属于再结晶温度以下的冷变形加工，冷塑性变形会使铜丝产生加工硬化和残留内应力，该残留内应力的存在容易导致铜丝在使用过程中断裂。
因此，应当采用去应力退火使冷拔铜丝在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力（主要是第一类内应力），改善其塑性和韧性，提高其在使用过程的安全性。
7-2 一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后，试画出截面上的显微组织示意图。
答：解答此题就是画出金属冷变形后晶粒回复、再结晶和晶粒长大过程示意图（可参考教材P195，图7-1）7-3 已知W、Fe、Cu的熔点分别为3399℃、1538℃和1083℃，试估算其再结晶温度。
答：再结晶温度：通常把经过严重冷变形（变形度在70%以上）的金属，在约1h的保温时间内能够完成超过95%再结晶转变量的温度作为再结晶温度。
≈δTm，对于工业纯1、金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在一经验关系式：T再金属来说：δ值为，取计算。
2、应当指出，为了消除冷塑性变形加工硬化现象，再结晶退火温度通常要比其最低再结晶温度高出100-200℃。
=，可得：如上所述取T再W=3399×=℃再=1538×=℃Fe再Cu=1083×=℃再7-4 说明以下概念的本质区别：1、一次再结晶和二次在结晶。
2、再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。
答：1、一次再结晶和二次在结晶。
定义一次再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度，保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新的等轴晶粒，位错密度显着下降，性能发生显着变化恢复到冷变形前的水平，称为（一次）再结晶。
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。
再结晶与二次再结晶形成机理
再结晶与二次再结晶形成机理在变形组织的基体上产生新的无畸变的晶核，并迅速长大形成等轴晶粒，逐渐取代变形组织，性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，这个过程称为再结晶。
再结晶的驱动力是冷变形产生的储存能。
一、再结晶晶核的形成与长大a、亚晶移动形核。
靠某局部位错密度高的亚晶界移动，吞并相邻变形基体和亚晶而成长为晶核。
b、亚晶合并形核。
相邻亚晶粒某边界上位错攀移和滑移到周围晶界或亚晶界，使原亚晶界消失，经原子扩散和调整，导致两个或更多亚晶粒取向一致，合并成大晶粒，构成大角度晶界，所包围的无畸变晶体成为晶核。
二、再结晶影响因素1、变形程度冷变形程度增加，储存能增加，再结晶的驱动力增加，再结晶温度降低。
当变形增加到一定值后，再结晶温度趋于一稳定值。
2、金属的纯度金属的纯度越高，再结晶温度越低。
金属中的微量杂质或合金元素，特别是高熔点元素，会阻碍原子的扩散、位错运动或晶界迁移，因此能显著提高金属的再结晶温度。
3、原始晶粒尺寸原始晶粒越小，再结晶温度越低。
由于细晶粒金属的变形抗力较大，冷变形后的金属储存能较高。
4、加热时间和加热速度加热保温时间越长，原子扩散移动越充分，越有利于再结晶晶粒的形核和生长，使再结晶温度降低。
因再结晶过程需要一定的时间来完成，所以加热速度越大，会使再结晶温度降低；若加热速度太小，变形金属在再结晶之前产生回复，使储存能降低，再结晶驱动力减小，也会使再结晶温度增大。
三、再结晶晶粒大小的控制再结晶后，金属性能发生重大变化，但并不意味与变形前的金属完全相同。
金属性能主要决定于再结晶晶粒大小→G/N（G：晶粒长大速度，N：形核率，下同)。
1、变形程度当变形量大于临界变形量后，晶粒逐渐细化，变形量越大，晶粒越细小。
随变形量的增加，储存能增加，N和G都增加，但N的增加大于G的增加。
2、原始晶粒尺寸金属的原始晶粒尺寸越细，晶界面积增大，再结晶的形核率增加，再结晶后的晶粒尺寸变小。
3、杂质与合金元素金属中的杂质与合金元素一方面增加变形金属的储存能，另一方面障碍晶界的移动，起到细化晶粒的作用。
名词解释
名词解释弗伦克尔缺陷：在晶格热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位。
这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。
肖特基缺陷：如果正常格点上的原子，热起伏过程中活的能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，在晶体内正常格点上留下空位，这即是肖特基缺陷。
刃型位错：伯格斯矢量b与位错线垂直的位错称为刃型位错。
螺形位错：位错线和滑移方向（伯格斯矢量b）平行，由于位错线垂直的平行面不是水平的，而是像螺旋形的，故称螺旋位错。
类质同晶：物质结晶时，其晶体结构中原有离子或原子的配位位置被介质中部分类质类似的它种离子或原子占存，共同结晶成均匀的，单一的混合晶体，但不引起键性。
同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下结晶或结构不同的晶体。
正尖晶石：二价阳离子分布在1/8四面体空隙中，三价阳离子分布在1/2八面体空隙的尖晶石。
反尖晶石：如果二价阳离子分布在八面体空隙中，而三价阳离子一半在四面体空隙中，另一半在八面体空隙中的尖晶石。
晶子学说：硅酸盐玻璃是由无数“晶子”组成，“晶子”的化学性质取决于玻璃的化学组成。
所谓“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格变形的有序区域，在“晶子”中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大。
“晶子”分散在无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界线。
晶子学说的核心是结构的不均匀性及进程有序性。
无规则网络学说：凡是成为玻璃态的物质和相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。
这种网络是由离子多面体（三角体或四面体）构筑起来的。
晶体结构网是由多面体无数次有规律重复构成，而玻璃中结构多面体的重复没有规律性。
分化过程:架状[SiO4]断裂称为熔融石英的分化过程。
缩聚过程:分化过程产生的低聚化合物相互发生作用，形成级次较高的聚合物，次过程为缩聚过程。
网络形成剂：正离子是网络形成离子，单键强度大于335?kJ/mol，能单独形成玻璃的氧化物。
塑性变形知识点总结
塑性变形（3）1.冷变形金属在退火过程中显微组织的变化：在回复阶段，由于不发生大角度晶界的迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状,从光学显微组织上几乎看不出变化。
在再结晶阶段，首先是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，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。
最后，在晶界表面能的驱动下,新晶粒互相吞食而长大，从而得到一个在该条件下较为稳定的尺寸,这称为晶粒长大阶段。
2.回复：是指冷变形后金属在加热温度较低时，原子活动能力不在,金属中的一些点缺陷和位错的迁移，使得晶格畸变逐渐减少，内应力逐渐降低的过程。
回复的驱动力：弹性畸变能（特征：1.金属的晶粒大小和形状尚无明显的变化，因而其强度，硬度和塑性等机械性能变化不大；2.内应力及电阻率等物理性能显著不为降低。
（宏观内应力））3.回复机制：a.低温回复：回复主要与点缺陷的迁移有关。
b.中温回复：温度稍高时，会发生位错运动和重新分布。
机制主要与位错滑移和位错密度降低有关。
c.高温回复（～0.3Tm）,刃型位错可获得足够能量产生攀移，位错密度下降，位错重排成较稳定的组态----亚晶结构。
4.再结晶：将冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况，这个过程称之为再结晶。
再结晶的驱动力：是变形金属经回复后未被释放的储存能（相当于变形总储能的90%）5.储存能：塑性变形中外力所作的功除去大部分转化为热之外，还有一小部分以畸变能的形式储存在形变材料内部，这部分能量叫做储存能。
6．残余应力：一种内应力。
它在工件中处于自相平衡状态，其产生是由于工件内部各区域变形不均匀性，以及相互间的牵制作用所致。
7.再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。
》》通常，把对应于再结晶后得到特别粗大晶粒的变形程度称为“临界变形度”,一般金属的临界变形度约为2%~10%。
凝固、结晶和回复、再结晶
凝固、结晶和回复、再结晶
1.3.2单相固溶体非平衡凝固
1.3.2单相固溶体非平衡凝固
Scheil
当界面处的固相增加dfs时，其排出溶质量为 △C，相应地使剩余液相的浓度升高dcl
1.3.3单相固溶体成分过冷
概念：固溶体不平衡凝固时，由于液-固界面前沿液相中溶质原子的富集，即 使在正的实际温度梯度下，这部分液体中实际温度低于理论凝固温度，从而 处于过冷状态的现象
再结晶核心的长大
长大实质：具有临界曲率半径的大角界面向变形基体迁移消耗变形基体至全部 消失 驱动力：新晶粒与周围畸变母体之间的应变能差。低能区兼并高能区
这个长大，是指晶核的长大，即再结晶过程中的长大
区别于再结晶晶粒长大，即晶核形成后的长大
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
再结晶过程机制
1.晶界弓出形核（应变诱导晶界移动、凸出形核）
特点：变形程度较小时（小于20% CW），晶粒间变形不均匀、位错密度不同，相应亚晶尺寸不同；
为降低系统的自由能，位错密度小的晶粒中的亚晶通过晶界凸入另外晶粒中，以吞食方式开始形成 无畸变的再结晶晶核
2.亚晶转动、聚合形核 特点：变形程度较大时，或层错能较高
注意：无晶体结构、化学成分的变化，不是相变；新晶粒长大通过短程扩散；再 结晶程度依赖于温度和时间
晶粒生长和二次再结晶名词解释
晶粒生长和二次再结晶名词解释一、晶粒生长和二次再结晶名词解释晶粒生长和二次再结晶是固体材料科学领域中常见的两个概念，它们与材料的微观结构、性能以及加工过程密切相关。
下面我将对这两个名词进行详细解释，并探讨它们在材料科学中的重要性。
1. 晶粒生长晶粒生长是指材料中晶体的尺寸随时间的推移而增大的过程。
在晶体内部，原子或离子按照一定的规律排列，形成了有序的结构，这就是晶粒。
当外界条件改变时（如温度、应力等），晶体内部的原子或离子会重新排列，晶体的尺寸也会相应地增大。
晶粒生长是材料加工、热处理、腐蚀等过程中不可或缺的过程，它直接影响着材料的力学性能、耐蚀性能以及热稳定性。
2. 二次再结晶二次再结晶是指材料中原有晶粒被完全或部分消失，同时新的晶粒再次长大的过程。
在材料加工过程中，特别是高温、强应力等条件下，晶粒的形态和尺寸会发生变化，有些原有的晶粒可能会被消失掉，同时新的晶粒会在材料中重新长大。
二次再结晶会影响材料的晶粒尺寸分布、晶界形态以及晶界能量，从而对材料的力学性能、疲劳性能等产生重要影响。
二、深度和广度的探讨在深度上来看，晶粒生长和二次再结晶是固体材料中晶体学的重要内容，对于理解材料的微观结构与性能具有重要意义。
从宏观到微观，可以通过显微镜观察晶体的结构、通过力学试验测量材料的性能，从而深入了解晶粒生长和二次再结晶的规律和特点。
在广度上来看，晶粒生长和二次再结晶不仅仅在固体材料科学中有着重要的应用，它们也与材料的加工、制备、热处理等过程密切相关。
晶粒生长和二次再结晶还涉及到材料的力学性能、热稳定性、耐蚀性等方面，因此在材料工程、金属学、陶瓷学等领域都有着重要的应用。
三、总结回顾通过上述探讨，我们可以看到晶粒生长和二次再结晶是固体材料科学中的重要概念，它们直接影响着材料的微观结构和性能。
在材料的制备、加工、热处理等过程中，需要考虑晶粒生长和二次再结晶的影响，以确保材料具有优良的性能和稳定的品质。
对晶粒生长和二次再结晶的研究也有助于深化我们对固体材料本质的理解，为材料的设计与改进提供重要的科学依据。
二次再结晶组织特征
二次再结晶组织特征二次再结晶是一种常见的晶体学现象，指的是晶体在一定条件下经历了两次结晶过程。
在二次再结晶过程中，晶体的原始结构被破坏并重新排列，形成了新的晶体组织特征。
二次再结晶的主要特征是晶粒的尺寸和形状的变化。
在初次结晶过程中，晶粒的尺寸和形状受到多种因素的影响，如溶液中溶质的浓度、温度、压力等。
当这些条件发生改变时，已经形成的晶粒可能会重新溶解，然后再次结晶。
在二次再结晶过程中，晶粒的尺寸和形状会发生显著的变化。
通常情况下，晶粒的尺寸会增大，形状也会发生改变。
这是因为在二次再结晶过程中，晶粒会互相碰撞、融合，从而形成更大的晶粒。
除了晶粒尺寸和形状的变化，二次再结晶还会影响晶体的晶格结构。
晶格结构是晶体内部原子或分子的排列方式，它决定了晶体的物理性质。
在二次再结晶过程中，晶体的原始晶格结构会被破坏，并重新排列形成新的晶格结构。
这种晶格结构的变化可以通过X射线衍射等方法进行表征。
通过研究晶体的晶格结构变化，可以了解晶体的再结晶机制和晶体生长过程。
二次再结晶是很多地质和材料科学领域中的重要现象。
在地质学中，二次再结晶可以改变岩石的组成和结构，从而影响岩石的物理性质和化学性质。
在材料科学中，二次再结晶可以改变材料的微观结构和力学性能，从而改善材料的性能。
因此，研究二次再结晶的特征和机制对于地质学和材料科学的发展具有重要意义。
二次再结晶是一种晶体学现象，指的是晶体在一定条件下经历了两次结晶过程。
二次再结晶的特征包括晶粒尺寸和形状的变化以及晶格结构的改变。
研究二次再结晶的特征和机制对于地质学和材料科学的发展具有重要意义。
通过深入研究二次再结晶的机制和特征，可以为地质学和材料科学领域的应用提供理论基础和技术支持。
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再结晶与二次再结晶形成机理
在变形组织的基体上产生新的无畸变的晶核，并迅速长大形成等轴晶粒，逐渐取代变形组织，性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，这个过程称为再结晶。
再结晶的驱动力是冷变形产生的储存能。
一、再结晶晶核的形成与长大
a、亚晶移动形核。
靠某局部位错密度高的亚晶界移动，吞并相邻变形基体和亚晶而成长为晶核。
b、亚晶合并形核。
相邻亚晶粒某边界上位错攀移和滑移到周围晶界或亚晶界，使原亚晶界消失，经原子扩散和调整，导致两个或更多亚晶粒取向一致，合并成大晶粒，构成大角度晶界，所包围的无畸变晶体成为晶核。
二、再结晶影响因素
1、变形程度
冷变形程度增加，储存能增加，再结晶的驱动力增加，再结晶温度降低。
当变形增加到一定值后，再结晶温度趋于一稳定值。
2、金属的纯度
金属的纯度越高，再结晶温度越低。
金属中的微量杂质或合金元素，特别是高熔点元素，会阻碍原子的扩散、位错运动或晶界迁移，因此能显著提高金属的再结晶温度。
3、原始晶粒尺寸
原始晶粒越小，再结晶温度越低。
由于细晶粒金属的变形抗力较大，冷变形后的金属储存能较高。
4、加热时间和加热速度
加热保温时间越长，原子扩散移动越充分，越有利于再结晶晶粒的形核和生长，使再结晶温度降低。
因再结晶过程需要一定的时间来完成，所以加热速度越大，会使再结晶温度降低；若加热速度太小，变形金属在再结晶之前产生回复，使储存能降低，再结晶驱动力减小，也会使再结晶温度增大。
三、再结晶晶粒大小的控制
再结晶后，金属性能发生重大变化，但并不意味与变形前的金属完全相同。
金属性能主要决定于再结晶晶粒大小→G/N（G：晶粒长大速度，N：形核率，下同)。
1、变形程度
当变形量大于临界变形量后，晶粒逐渐细化，变形量越大，晶粒越细小。
随变形量的增加，储存能增加，N和G都增加，但N的增加大于G的增加。
2、原始晶粒尺寸
金属的原始晶粒尺寸越细，晶界面积增大，再结晶的形核率增加，再结晶后的晶粒尺寸变小。
3、杂质与合金元素
金属中的杂质与合金元素一方面增加变形金属的储存能，另一方面障碍晶界的移动，起到细化晶粒的作用。
4、变形温度
变形温度大，回复程度就大，变形金属的储存能降低，再结晶晶粒升高。
5、退火温度
退火温度越高，再结晶晶粒尺寸越大。
四、二次再结晶
再结晶后出现的少数较大晶粒优先快速成长，逐步吞噬周围大量小晶粒，最后形成非常粗大组织称为二次再结晶。
1、二次再结晶形成条件
塑变量大，再结晶温度高，没有正常长大时（绝大多数晶粒长大困难，少数晶粒优先长大）。
2、二次再结晶形成原因
（1）一次再结晶后出现织构
金属经大量塑变，产生了强烈织构，一次再结晶后组织中保持，发展了织构。
织构取向规则化，大多数相邻晶粒位向差小，界面能减小，晶界移动驱动力减小。
少数晶粒不符合织构位向，晶界迁移驱动力大，易长大。
（2）第二项粒子不均匀分布
当第二项粒子大小、分布发生变化时，阻碍作用不同。
少数尺寸小的颗粒容
易溶解，失去阻碍作用，则靠近这种颗粒的晶粒迅速长大。
而一旦部分晶粒可以优先长大，与周围的晶粒在尺寸上、位向上和曲率上的差别会随时间的延长而逐渐增大，长大速度越来越大，直到长大一定尺寸后，每个大晶粒周围有许多小晶粒为邻，在界面上晶界的边数大于6边。
此时大晶粒迅速吞食周围小晶粒，直到大晶粒彼此靠拢，得到非常粗大的组织。
（3）夹杂物影响
由于夹杂物的影响，紧邻夹杂物的晶粒再结晶时受到阻碍作用，晶粒长大较缓慢，储存能释放有限，但其他部分再结晶正常进行。
当退火温度继续升高或退火时间延长时，之前受夹杂物影响没来得及长大的晶粒此时会冲破夹杂的束缚，得到长大的机会，由于此时是少数晶粒的长大，因此它会以吞噬周围小晶粒的形式进行晶界的迁移，最后得到体积很大的晶粒。
五、二次再结晶与一次再结晶的区别
（1）一次再结晶是形核与长大的过程，二次再结晶不靠形核，而是一些特殊晶粒的长大。
（2）一次再结晶的驱动力是储存能的降低，二次再结晶的驱动力是界面能的降低。
（3）只有在正常长大受阻时，才会发生二次再结晶。
（4）二次再结晶使强度、硬度降低，塑性下降。