材料科学基础I__第九章-2__(回复与再结晶)教学文稿
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右图： a) 缠结位错 b) 位错线伸直 c) 位错网络 d) 大的稳定网络
三、回复退火的应用
回复退火主要用作去除残余应力，使冷变形的金属件在基本 保持应变硬化状态的条件下，降低其内应力，以免变形或开裂， 并改善工件的耐蚀性。
例如，冷拉钢丝卷制弹簧，在卷成弹簧后要在250~300进行退 火，以降低内应力并使其定型。
上面讨论的影响再结晶的因素，凡是促进再结晶的都会使再 结晶晶粒尺寸变得更大。下面再对变形度的影响讨论一下。
高温回复 (>0.5)Tm 高温回复的主要机制为多边化。 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，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（形）化。
多晶体金属塑性变形时， 滑移通常是在许多互相交 截的滑移面上进行，产生 由缠结位错构成的胞状组 织。因此，多边化后不仅 所形成的亚晶粒小得多， 而且许多亚晶界是由位错 网组成的。
对铸件、焊件的去应力退火，也是通过回复作用来实现的。
§9-8 再结晶
一、再结晶过程的特征
再结晶是一种形核和长大的过程。靠原子的扩散进行。 冷变形金属加热时组织与性能最显著的变化就是在再结晶阶 段发生的。
特点： 1、组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒； 2、力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧下降，塑性迅速升
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。
例如，钢中加入少量的V, Ti, Nb, Zr, Al时，可生成弥散分布的 化合物，其尺寸、间距都很小，都会提高钢的再结晶温度。所 以，含有这些元素的钢一般都有较高的使用温度。
六、再结晶后晶粒大小
再结晶后的晶粒呈等轴状，其大小受多种因素的影响，主要 有变形度、退火温度、退火时间、杂质及合金成分等。
材料科学基础I__第九章-2__(回 复与再结晶)
冷变形金属在加热过程中性能随温度升高而变化，在再结晶 阶段发生突变。
§9-7 回复
一、回复过程的特征
1、回复过程中组织不发生变化； 2、宏观一类应力全部消除，微观二类应力部分消除； 3、力学性能变化很小，电阻率显著降低，密度增加； 4、变形储存的能量部分释放。
3、材料的纯度
微量的溶质原子对再结晶影 响巨大。
溶质或杂质原子偏聚在位错和晶界处，对位错的运动和晶界 的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶，使再结晶温度升高。
例如，纯铜50%再结晶的温度为140ºC，加入0.01%Ag后升高到 205ºC，若加入0.01%Cd（镉）后升高到305ºC。
4、原始晶粒尺寸
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
这种形核方式一般出现在冷变形量很大的金属中。通过再结 晶前多边化形成Байду номын сангаас小的亚晶，亚晶界曲率不大，不易迁移，但 某些亚晶界中的位错可通过攀移和滑移而迁移走，使亚晶界消 失，亚晶合并。
2、亚晶粒长大形核
当变形量很大时，较大的无应变亚晶（多边化时产生）为基础 直接长大，吞食周围的亚晶，亚晶界向周围迁移。
二、回复过程机制
低温回复 (0.1~0.3)Tm 低温回复阶段主要是空位浓度明显降低。原因： 1、空位迁移到金属表面或晶界而消失； 2、空位与间隙原子结合而消失； 3、空位与位错交互作用而消失； 4、空位聚集成片，晶体崩塌而转变成位错环。
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，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。
高，应变硬化全部消除，恢复到变形前的状态； 3、变形储能在再结晶过程中全部释放。三类应力（点阵畸变）
消除，位错密度明显降低。
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， 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，位 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。
由于变形大，位错密度高，亚晶界曲率大，易于迁移。亚晶界 迁移过程中清除并吸收其扫过亚晶的位错，使迁移亚晶界的位错 增多，变成大角度晶界。当尺寸超过临界晶核时就成了再结晶的 核心。
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。
可见，再结晶温度是靠实验测出来的。
对于纯金属的再结晶温度，可用经验公式计算： Tr=(0.35~0.4)Tm
公式使用条件：工业纯金属，大变形量，退火时间0.5~1小时。
五、影响再结晶的因素
1、温度
加热温度越高，再结晶速度越快，产生一定体积分数的再结 晶组织需要的时间越短。
2、变形程度
变形程度越大，储能越多， 再结晶驱动力越大，因此变形 程度越大，再结晶速度越快。
1、金相法 以显微镜观察到第一个新晶粒或晶界因凸出形核而出现锯齿状
边缘的退火温度定为再结晶温度。适用于变形量<10~15%的金 属与合金。 2、硬度法
以硬度开始显著降低的温度定为再结晶温度。有时也采用软化 50%的退火温度定为再结晶温度。 3、完全再结晶法
工业生产中常采用经过大变形量(>70%)的冷变形金属，经过1 小时完全再结晶退火的最低温度定为再结晶温度。
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。
四、再结晶温度
冷变形金属开始进行再结晶的温度，称为再结晶温度。可以采 用不同的方法来测定，常用方法有：
三、回复退火的应用
回复退火主要用作去除残余应力，使冷变形的金属件在基本 保持应变硬化状态的条件下，降低其内应力，以免变形或开裂， 并改善工件的耐蚀性。
例如，冷拉钢丝卷制弹簧，在卷成弹簧后要在250~300进行退 火，以降低内应力并使其定型。
上面讨论的影响再结晶的因素，凡是促进再结晶的都会使再 结晶晶粒尺寸变得更大。下面再对变形度的影响讨论一下。
高温回复 (>0.5)Tm 高温回复的主要机制为多边化。 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，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（形）化。
多晶体金属塑性变形时， 滑移通常是在许多互相交 截的滑移面上进行，产生 由缠结位错构成的胞状组 织。因此，多边化后不仅 所形成的亚晶粒小得多， 而且许多亚晶界是由位错 网组成的。
对铸件、焊件的去应力退火，也是通过回复作用来实现的。
§9-8 再结晶
一、再结晶过程的特征
再结晶是一种形核和长大的过程。靠原子的扩散进行。 冷变形金属加热时组织与性能最显著的变化就是在再结晶阶 段发生的。
特点： 1、组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒； 2、力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧下降，塑性迅速升
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。
例如，钢中加入少量的V, Ti, Nb, Zr, Al时，可生成弥散分布的 化合物，其尺寸、间距都很小，都会提高钢的再结晶温度。所 以，含有这些元素的钢一般都有较高的使用温度。
六、再结晶后晶粒大小
再结晶后的晶粒呈等轴状，其大小受多种因素的影响，主要 有变形度、退火温度、退火时间、杂质及合金成分等。
材料科学基础I__第九章-2__(回 复与再结晶)
冷变形金属在加热过程中性能随温度升高而变化，在再结晶 阶段发生突变。
§9-7 回复
一、回复过程的特征
1、回复过程中组织不发生变化； 2、宏观一类应力全部消除，微观二类应力部分消除； 3、力学性能变化很小，电阻率显著降低，密度增加； 4、变形储存的能量部分释放。
3、材料的纯度
微量的溶质原子对再结晶影 响巨大。
溶质或杂质原子偏聚在位错和晶界处，对位错的运动和晶界 的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶，使再结晶温度升高。
例如，纯铜50%再结晶的温度为140ºC，加入0.01%Ag后升高到 205ºC，若加入0.01%Cd（镉）后升高到305ºC。
4、原始晶粒尺寸
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
这种形核方式一般出现在冷变形量很大的金属中。通过再结 晶前多边化形成Байду номын сангаас小的亚晶，亚晶界曲率不大，不易迁移，但 某些亚晶界中的位错可通过攀移和滑移而迁移走，使亚晶界消 失，亚晶合并。
2、亚晶粒长大形核
当变形量很大时，较大的无应变亚晶（多边化时产生）为基础 直接长大，吞食周围的亚晶，亚晶界向周围迁移。
二、回复过程机制
低温回复 (0.1~0.3)Tm 低温回复阶段主要是空位浓度明显降低。原因： 1、空位迁移到金属表面或晶界而消失； 2、空位与间隙原子结合而消失； 3、空位与位错交互作用而消失； 4、空位聚集成片，晶体崩塌而转变成位错环。
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，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。
高，应变硬化全部消除，恢复到变形前的状态； 3、变形储能在再结晶过程中全部释放。三类应力（点阵畸变）
消除，位错密度明显降低。
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， 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，位 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。
由于变形大，位错密度高，亚晶界曲率大，易于迁移。亚晶界 迁移过程中清除并吸收其扫过亚晶的位错，使迁移亚晶界的位错 增多，变成大角度晶界。当尺寸超过临界晶核时就成了再结晶的 核心。
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。
可见，再结晶温度是靠实验测出来的。
对于纯金属的再结晶温度，可用经验公式计算： Tr=(0.35~0.4)Tm
公式使用条件：工业纯金属，大变形量，退火时间0.5~1小时。
五、影响再结晶的因素
1、温度
加热温度越高，再结晶速度越快，产生一定体积分数的再结 晶组织需要的时间越短。
2、变形程度
变形程度越大，储能越多， 再结晶驱动力越大，因此变形 程度越大，再结晶速度越快。
1、金相法 以显微镜观察到第一个新晶粒或晶界因凸出形核而出现锯齿状
边缘的退火温度定为再结晶温度。适用于变形量<10~15%的金 属与合金。 2、硬度法
以硬度开始显著降低的温度定为再结晶温度。有时也采用软化 50%的退火温度定为再结晶温度。 3、完全再结晶法
工业生产中常采用经过大变形量(>70%)的冷变形金属，经过1 小时完全再结晶退火的最低温度定为再结晶温度。
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。
四、再结晶温度
冷变形金属开始进行再结晶的温度，称为再结晶温度。可以采 用不同的方法来测定，常用方法有：