第五章 回复与再结晶
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大连理工大学 材料科学基础 第五章 回复与再结晶
粒长大后趋于缓慢。
8
B：电阻率resistivity：其大小与点阵 中的点缺陷密切相关，随温度升高， 空位浓度下降，故电阻率呈现连续 下降趋势。
C：内应力inner stress：回复之后， 宏观内应力基本消除，微观内应力 部分消除；再结晶后，冷变形造成 的内应力全部消除。
D：密度density：密度在再结晶阶段急剧增加，主要是 由于此时位错密度显著降低造成的。
4th
冷加工变形：加工硬化，可使位错数量增加， 金属的强度和硬度增加
冷加工缺点：内应力，这种残余应力在金属零 件进一步加工和使用过程中往往会产生不应有的变 形，使用中也会由于大气环境与内应力的共同作用， 造成零件的应力腐蚀；冷加工也可能使电阻率增加 等。这时金属处于一种不稳定状态。
1
体发
不生
应
锈应
• 再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始， 在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶 的最低温度称再结晶温度。
31
影响再结晶温度的因素：
• 1、金属的预先变形度：金属预先变形程度越大, 再结晶温度 越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值， 称最低再结晶温度。
• 纯金属的最低再结晶温度与其熔点之 间的近似关系: T再≈(0.35-0.4)T熔， 其 中T再、T熔为绝对温度K.
R m r m 0
R — 屈服强度回复率
m — 变形后屈服强度 r — 回复后屈服强度 0 — 原始态的屈服强度
1.0
同一变形度的Fe在不同温度下的回复
0.8
300oC
350oC
0.6
400oC
0.4
450oC
0.2
500oC
0 100 200 300 400
第五章塑性变形与回复再结晶--习题集
psi是一种压力单位，定义为英镑/平方英寸，145psi=1MpaPSI英文全称为Pounds per square inch。
P是磅pound，S是平方square，I 是英寸inch。
把所有的单位换成公制单位就可以算出：1bar≈14.5psi1 KSI = 1000 lb / in.2 = 1000 x 0.4536 x 9.8 N / (25.4 mm)2 = 6.89 N / mm2材料机械强度性能单位，要用到试验机来检测Density of Slip PlanesThe planar density of the (112) plane in BCC iron is 9.94 atoms/cm2. Calculate the planar density of the (110) plane and the interplanar spacings for both the (112) and the (110) planes. On which type of plane would slip normally occur?(112) planar density:The point of this problem is that slip generally occurs in high density directions and on high density planes. The high density directions are directions in which the Burgers' vector is short, and the high density planes are the "smoothest" for slip.It will help to visualize these two planes as we calculate the atom density.The (110) plane passes through the atom on the lattice point in the center of the unit cell. The plane is rectangular, with a height equal to the lattice parameter a0and a width equal to the diagonal of the cube face, which is 2 a0.Lattice parameter (height):Width:Thus, according to the geometry, the area of a (110) plane would beThere are two atoms in this area. We can determine that by counting the piece of atoms that lie within the circle (1 for the atom in the middle and 4 times 1/4 for the corners), or using atom coordinates as discussed in Chapter 3. Then the planar density isThe interplanar spacing for the (110) planes isFor the (112) plane, the planar density is not quite so easy to determine. Let us draw a larger array of four unit cells, showing the plane and the atoms it passes through.This plane is also rectangular, with a base width of √2 a0 (the diagonal of a cube face), and a height of √3 a0 (the body diagonal of a cube). It has four atoms at corners, which are counted as 1/4 for the portion inside the rectangle (4 x 1/4) and two atoms on the edges, counted as 1/2 for the portion inside the rectangle (2 x 1/2). This is a total of 2 atoms.Base width:Height:Hence, we can calculate the area and density as for the (110) plane.The planar density and interplanar spacing of the (110) plane are larger than that of the (112) plane, thus the (110) plane would be the preferred slip plane1．有一根长为5 m，直径为3mm的铝线，已知铝的弹性模量为70GPa，求在200N的拉力作用下，此线的总长度。
热变形与动态回复、再结晶
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。
第五章 金属的塑性变形及再结晶
四、金属的热加工
1．热变形加工与冷变形加工的区别
从金属学的观点来看，热加工和冷加工的区别是以再结晶温 度为界限。在再结晶温度之下进行的变形加工，在变形的同时没 有发生再结晶，这种变形加工称之为冷变形加工。而金属在再结 晶温度以上进行塑性变形就称为热加工。
2．热变形加工对金属组织与性能的影响
（1）改善铸态组织 热变形加工可以使金属铸锭中的组织缺陷显 著减少，如气孔、显微裂纹等，从而提高材料的致密度，使金属 的力学性能得到提高。
在工业上常利用回复现象将冷变形金属低温加热既消除应为去应力退火力稳定组织同时又保留了加工硬化性能这种热处理方法称1再结晶过程变形后的金属在较高温度加热时原子活动能力较强时会在变形随着原子的扩散移动新晶核的边界面不断向变形的原晶粒中推进使新晶核不断消耗原晶粒而长大
金属材料及热处理
第五章 金属的塑性变形及再结晶
二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
2．冷塑性变形对组织结构的影响 1）产生“纤维组织”
塑性变形使金属的晶粒形状发生了变化，即随着金属外形的 压扁或拉长。当变形量较大时，各晶粒将被拉长成细条状或纤维 状，晶界变得模糊不清，形成所谓的“纤维组织”。
2）产生变形织构
由于在滑移过程中晶体的转动和旋转，当塑性变形量很大时， 各晶粒某一位向，大体上趋于一致了，这种现象称择优取向。 这种由于塑性变形引起的各个晶粒的晶格位向趋于一致的晶粒 结构称为变形织构。
二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
3．产生残余内应力
经过塑性变形，外力对金属所做的功，约90%以上在使金属变 形的过程中变成了热，使金属的温度升高，随后散掉；部分功转 化为内应力残留于金属中，使金属的内能增加。残余的内应力就 是指平衡于金属内部的应力，它主要是金属在外力的作用下所产 生的内部变形不均匀而引起的。 第一类内应力，又称宏观内应力。它是由于金属材料各部分变形 不均匀而造成的宏观范围内的残余应力。 第二类内应力，又称微观残余应力。它是平衡于晶粒之间的内应 力或亚晶粒之间的内应力。 第三类内应力，又称晶格畸变内应力。其作用范围很小，只是在 晶界、滑移面等附近不多的原子群范围内维持平衡。
回复与再结晶ppt
金属材料的回复与再结晶
金属材料在高温或高压下发生塑性变形，随后在较低的温度 或压力下发生再结晶，改变晶格结构和相变，提高材料的强 度和韧性。
半导体材料的回复与再结晶
半导体材料在高温或高压下的回复过程中，通过晶格结构的 变化和缺陷的修复，材料的电学性能得到改善。
THANKS
谢谢您的观看
汇报的目的和背景
汇报目的
本次汇报旨在探讨回复与再结晶对金属材料性能的影响以及应用方面的研究 进展。
背景
随着工业和科技的发展，金属材料在各个领域的应用越来越广泛，而回复与 再结晶作为金属材料热处理过程中的重要环节，对于提高金属材料的综合性 能具有重要意义。
02
回复
回复的定义和特点
回复是指一种物质在受到外部刺激（如温度、压力、电磁波 等）后，产生的某种反应或变化。
对回复与再结晶未来发展的展望
探索新的回复与再结晶技术，提高材料的综合 性能和可靠性，以满足现代科技和工业发展的 需求。
加强回复与再结晶基础理论的研究，深入探讨 材料在回复与再结晶过程中微观结构和物理性 质的演变规律。
研究新型材料在回复与再结晶过程中的行为和 特性，拓展回复与再结晶理论的应用范围。
对回复与再结晶具体案例的分析
升温
将金属加热到一定温度，使其发生再结晶 。
形核
在金属中形成新的晶核。
晶粒细化
通过控制温度和变形量，细化晶粒，提高 金属性能。
长大
新晶核逐渐长大，形成新的晶粒组织。
04
回复与再结晶的关系
回复与再结晶的联系
两种现象都与材料在高温下发生的物理性质变化有关。 两种现象都受到材料内部结构的影响。
回复与再结晶的区别
回复的特点是具有滞后性和不完全性。即，回复是在外部刺 激作用下的一个过程，需要一定的时间和能量，且回复的程 度往往不能完全恢复到初始状态。
金属材料在高温或高压下发生塑性变形，随后在较低的温度 或压力下发生再结晶，改变晶格结构和相变，提高材料的强 度和韧性。
半导体材料的回复与再结晶
半导体材料在高温或高压下的回复过程中，通过晶格结构的 变化和缺陷的修复，材料的电学性能得到改善。
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汇报的目的和背景
汇报目的
本次汇报旨在探讨回复与再结晶对金属材料性能的影响以及应用方面的研究 进展。
背景
随着工业和科技的发展，金属材料在各个领域的应用越来越广泛，而回复与 再结晶作为金属材料热处理过程中的重要环节，对于提高金属材料的综合性 能具有重要意义。
02
回复
回复的定义和特点
回复是指一种物质在受到外部刺激（如温度、压力、电磁波 等）后，产生的某种反应或变化。
对回复与再结晶未来发展的展望
探索新的回复与再结晶技术，提高材料的综合 性能和可靠性，以满足现代科技和工业发展的 需求。
加强回复与再结晶基础理论的研究，深入探讨 材料在回复与再结晶过程中微观结构和物理性 质的演变规律。
研究新型材料在回复与再结晶过程中的行为和 特性，拓展回复与再结晶理论的应用范围。
对回复与再结晶具体案例的分析
升温
将金属加热到一定温度，使其发生再结晶 。
形核
在金属中形成新的晶核。
晶粒细化
通过控制温度和变形量，细化晶粒，提高 金属性能。
长大
新晶核逐渐长大，形成新的晶粒组织。
04
回复与再结晶的关系
回复与再结晶的联系
两种现象都与材料在高温下发生的物理性质变化有关。 两种现象都受到材料内部结构的影响。
回复与再结晶的区别
回复的特点是具有滞后性和不完全性。即，回复是在外部刺 激作用下的一个过程，需要一定的时间和能量，且回复的程 度往往不能完全恢复到初始状态。
5 回复与再结晶
(1)塑性加工的分类
冷加工：在再结晶温度以下的塑性变形 过程。发生加工硬化。 （温加工：只发生动态回复的变形；） 热加工：在再结晶温度以上进行的塑性 加工过程。（硬化、回复、再 结晶。） 热 加 工 温 度 ： T 再 <T 热 加 工 <T 固 － 100 ～ 200℃。
（2）热加工后的组织与性能
5.3 再结晶
再结晶是低位错密度、等轴状晶粒取代 高缺陷密度、拉长晶粒的过程。 再结晶是形核长大过程,但不是相变 再结晶的驱动力也是形变储存能（位错 能量） 再结晶彻底改变变形组织，消除加工硬 化等冷变形影响。
5.3.1再结晶的形核与长大
(1) 形核 再结晶形核就是形成小块低缺陷的区域；是依靠可动 性较大界面的突发式移动实现的。 界面的移动性取决于两个因素
织构的控制与应用
冲压用钢板，存在织构，冲压后冲压件出现薄 厚不均，并且在冲压件边缘出现一些凸出部分 （称为“制耳”），要求尽量减小织构。 超深冲钢板（IF钢），希望沿板面任何方向与 板面法线的塑性应变比尽可能大，要求较强的 {111}面平行于板面的织构。 电工用的硅钢（Fe-3.5%Si）板希望有{110} <001>织构（高斯织构）和{100}<001>织构 （立方织构），这样的钢板有很好的导磁性能 （一般硅钢片的织构是二次再结晶织构）。
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
再结晶温度：T再＋100～200℃。
5.4 晶粒长大
加热时，晶粒会逐渐长大，降低界面面积。 冷变形金属在再结晶完成后，继续加热也会发生晶粒 长大。 晶粒长大是通过大角度界面的移动、大晶粒吃掉小晶 粒方式进行的。 驱动力：界面能降低；
冷加工：在再结晶温度以下的塑性变形 过程。发生加工硬化。 （温加工：只发生动态回复的变形；） 热加工：在再结晶温度以上进行的塑性 加工过程。（硬化、回复、再 结晶。） 热 加 工 温 度 ： T 再 <T 热 加 工 <T 固 － 100 ～ 200℃。
（2）热加工后的组织与性能
5.3 再结晶
再结晶是低位错密度、等轴状晶粒取代 高缺陷密度、拉长晶粒的过程。 再结晶是形核长大过程,但不是相变 再结晶的驱动力也是形变储存能（位错 能量） 再结晶彻底改变变形组织，消除加工硬 化等冷变形影响。
5.3.1再结晶的形核与长大
(1) 形核 再结晶形核就是形成小块低缺陷的区域；是依靠可动 性较大界面的突发式移动实现的。 界面的移动性取决于两个因素
织构的控制与应用
冲压用钢板，存在织构，冲压后冲压件出现薄 厚不均，并且在冲压件边缘出现一些凸出部分 （称为“制耳”），要求尽量减小织构。 超深冲钢板（IF钢），希望沿板面任何方向与 板面法线的塑性应变比尽可能大，要求较强的 {111}面平行于板面的织构。 电工用的硅钢（Fe-3.5%Si）板希望有{110} <001>织构（高斯织构）和{100}<001>织构 （立方织构），这样的钢板有很好的导磁性能 （一般硅钢片的织构是二次再结晶织构）。
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
再结晶温度：T再＋100～200℃。
5.4 晶粒长大
加热时，晶粒会逐渐长大，降低界面面积。 冷变形金属在再结晶完成后，继续加热也会发生晶粒 长大。 晶粒长大是通过大角度界面的移动、大晶粒吃掉小晶 粒方式进行的。 驱动力：界面能降低；
第五章-材料的形变和再结晶
切应变： = tan ( 100 %)
— 应变角；
扭转变形情况与剪切相似
静载：转矩T；
应变：转角
精选2021版课件
5
拉伸实验 Tensile Test
测试仪器
标准样品
Tensile Strength
(抗拉强度)
Fracture
(断裂)
Necking
(颈缩)
精选2021版课件
6
拉伸实验 Tensile Test
不同而不同。
滑移带观察：试样预先抛光（不腐蚀），进行塑性变形，表面
上出现一个个台阶，即滑移带。
精选2021版课件
35
单晶体滑移特点
• 滑移变形是不均匀的，常集中在一部分晶面上，而
处于各滑移带之间的晶体没有产生滑移。
• 滑移带的发展过程，首先是出现细滑移线，后来才
发展成带，而且，滑移线的数目随应变程度的增大
循环韧性
若交变载荷中的最大应力超过金属的弹性极限，则可
得到塑性滞后环。
金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，叫
循环韧性。 循环韧性又称为消振性。
循环韧性不好测量，常用振动振幅衰减的自然对数来
表示循环韧性的大小。
循环韧性的应用
减振材料（机床床身、缸体等）；
乐器要求循环韧性小。
四、 黏弹性
弹性变形的特征
（1）可逆性：理想的弹性变形是加载时变形，卸载时变形
消失并恢复原状。
弹性变形量比较小，一般不超过0.5％～1％。
（2）在弹性变形范围内，其应力与应变之间保持线性函数
关系，即服从虎克(Hooke)定律：
式中，、分别为正应力和切应力；
、分别为正应变和切应变；
E，G分别为弹性模量和切变模量
— 应变角；
扭转变形情况与剪切相似
静载：转矩T；
应变：转角
精选2021版课件
5
拉伸实验 Tensile Test
测试仪器
标准样品
Tensile Strength
(抗拉强度)
Fracture
(断裂)
Necking
(颈缩)
精选2021版课件
6
拉伸实验 Tensile Test
不同而不同。
滑移带观察：试样预先抛光（不腐蚀），进行塑性变形，表面
上出现一个个台阶，即滑移带。
精选2021版课件
35
单晶体滑移特点
• 滑移变形是不均匀的，常集中在一部分晶面上，而
处于各滑移带之间的晶体没有产生滑移。
• 滑移带的发展过程，首先是出现细滑移线，后来才
发展成带，而且，滑移线的数目随应变程度的增大
循环韧性
若交变载荷中的最大应力超过金属的弹性极限，则可
得到塑性滞后环。
金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，叫
循环韧性。 循环韧性又称为消振性。
循环韧性不好测量，常用振动振幅衰减的自然对数来
表示循环韧性的大小。
循环韧性的应用
减振材料（机床床身、缸体等）；
乐器要求循环韧性小。
四、 黏弹性
弹性变形的特征
（1）可逆性：理想的弹性变形是加载时变形，卸载时变形
消失并恢复原状。
弹性变形量比较小，一般不超过0.5％～1％。
（2）在弹性变形范围内，其应力与应变之间保持线性函数
关系，即服从虎克(Hooke)定律：
式中，、分别为正应力和切应力；
、分别为正应变和切应变；
E，G分别为弹性模量和切变模量
《材料科学基础》回复与再结晶
G：晶界迁移速度； G0：常数； QG：晶界迁移激活能。
45
（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。
16
多边形化： 刃型位错通过攀移和滑移构成竖直排列（位错 墙），形成位错墙的过程称为多边形化。
17
回复亚晶：多边化形成小角度晶界，亚晶界将原来 的晶粒分割成许多亚晶块。
实质是胞壁处的缠结位错不断聚集、使胞壁 变薄，逐渐形成网络，构成清晰的亚晶界过程。
18
过程示意
19
三、回复退火的应用
主要用作去应力退火，使冷加工金属在基本 上保持加工硬化的状态下降低其内应力，以稳定 和改善性能，减少变形和开裂，提高耐蚀性。
这说明冷变形铁的回复，不能用一种单一的 回复机制来描述。
12
二、回复机理
点缺陷和位错在退火过程中发生运动，从而改 变了它们的组态和分布。 回复时空位迁动和消失是不会影响显微组织的， 只有涉及位错迁动时才会影响显微组织。 位错迁动和重排引起的显微组织变化主要是多 边形化和亚晶形成和长大。
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）
回复速率和温度有阿累尼乌斯关系：
10
两边取对数得回复方程式：
以ln （ 1/t ）对1/T作图，得直线，直线斜率为 Q/R，可求出回复过程的激活能。
《回复和再结晶》课件
回复的类型和特点
动态回复
发生在高温快速冷却过程中，晶格缺陷快速消失。
静态回复
发生在相对较低温度下，晶格缺陷比较稳定，回复速度较慢。
回复特点
包括晶粒形状恢复、细化晶粒、消耗应变能以及调整晶格结构等。
再结晶的过程和影响因素
1
晶粒长大
原先晶粒消失，新的晶粒长大，形成新的晶界。
2
再结晶温度
温度过高或过低都会影响再结晶的进行。
钢材再结晶
通过控制再结晶过程，可以调整 钢材的晶粒尺寸和结构，提高其 强度和耐腐蚀性。
半导体制造
回复和再结晶在半导体制造中起 到重要的作用，通过微结构调控 改善半导体器件性能。
总结与展望
通过本课件的学习，我们了解了回复和再结晶的概念、类型以及影响因素。 同时，我们也看到它们在材料加工、强化技术和材料改性中的重要应用。未 来，随着科学技术的发展，回复和再结晶将继续在材料科学领域发挥重要作 用。
3
应力状态
应力存在会抑制再结晶的发生。
回复和再结晶的应用
1 材料加工
通过控制回复和再结晶过程，可以改善材料的塑性和强度。
2 强化技术
再结晶可以改变材料的微观结构，提高其性能和使用寿命。
3 材料改性
回复和再结晶可以改变材料的结构和性能，满足特定需求。
实例分析
金属锻造
通过应用回复和再结晶技术，可 以改善金属锻件的塑性和韧性， 提高产品质量。
回复和再结晶 PPT课件
欢迎各位观众参加我们今天的演讲，本PPT课件将介绍回复和再结晶的概念、 类型、过程、影响因素以及应用，并通过实例分析，最终给出总结和展望。
回复与再结晶的概念
回复和再结晶是材料学中重要的两个概念。回复是材料在高温条件下晶格重 新排列，消除应力和调整晶体
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。
第五章回复与再结晶
形核：是在现存的局部高能区域内，以多边化形成 的 亚晶为基础形核 形核机制
1. 晶界弓出形核（应变诱导晶界移动、凸出形核）
变形程度较小 时（小于20%）， 各晶粒间由于变形不均匀而引起 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。
定义1：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。
定义2：工业生产中，以经过大变形量（~70%以上）的变形
金属，经1h退火后完成再结晶（R95%）所对应的温度。
• 再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，
在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶 的最低温度称再结晶温度。
30
影响再结晶温度的因素：
黄铜的回复、再结晶和晶粒长大
（a）是黄铜冷加工变形量达到38％ 后的组织，可见粗大晶粒内的滑移线。 （b）经过580º C保温3秒后，试样上 开始出现白色小的颗粒，即再结晶出 的新的晶粒。 （c）是在580º C保温4秒后，显示有 更多新的晶粒出现。 （d）在580º C保温8秒后，粗大的带 有滑移线的晶粒已完全被细小的新晶 粒所取代，即完成了再结晶。 （e）是保温15分后的金相组织。晶 粒已有所长大。 （f）则是在700º C保温10分后晶粒长 大的情形。
再结晶的形核率和长大速率
再结晶的形核率是指单位时间、单位体积内形成的 再结晶核心的数目，一般用N表示；晶核一旦形成便 会继续长大至相邻晶粒彼此相遇，长大速率用G表示。
25
再 结 晶的形核与长大都受到储存能的驱动，主要影 响因素有：
变形程度的影响：冷变形越大，储能越多，驱动力越大， 长大越快，T再越低 原始晶粒尺寸：晶粒越细，变形抗力越大，变形后的 储能越高，T再越低； 微量溶质原子：易与位错交互作用，阻碍形核和长大， 提高T再； 第二相粒子：可提高、或降低再结晶温度；
1. 晶界弓出形核（应变诱导晶界移动、凸出形核）
变形程度较小 时（小于20%）， 各晶粒间由于变形不均匀而引起 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。
定义1：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。
定义2：工业生产中，以经过大变形量（~70%以上）的变形
金属，经1h退火后完成再结晶（R95%）所对应的温度。
• 再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，
在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶 的最低温度称再结晶温度。
30
影响再结晶温度的因素：
黄铜的回复、再结晶和晶粒长大
（a）是黄铜冷加工变形量达到38％ 后的组织，可见粗大晶粒内的滑移线。 （b）经过580º C保温3秒后，试样上 开始出现白色小的颗粒，即再结晶出 的新的晶粒。 （c）是在580º C保温4秒后，显示有 更多新的晶粒出现。 （d）在580º C保温8秒后，粗大的带 有滑移线的晶粒已完全被细小的新晶 粒所取代，即完成了再结晶。 （e）是保温15分后的金相组织。晶 粒已有所长大。 （f）则是在700º C保温10分后晶粒长 大的情形。
再结晶的形核率和长大速率
再结晶的形核率是指单位时间、单位体积内形成的 再结晶核心的数目，一般用N表示；晶核一旦形成便 会继续长大至相邻晶粒彼此相遇，长大速率用G表示。
25
再 结 晶的形核与长大都受到储存能的驱动，主要影 响因素有：
变形程度的影响：冷变形越大，储能越多，驱动力越大， 长大越快，T再越低 原始晶粒尺寸：晶粒越细，变形抗力越大，变形后的 储能越高，T再越低； 微量溶质原子：易与位错交互作用，阻碍形核和长大， 提高T再； 第二相粒子：可提高、或降低再结晶温度；
材料的形变和再结晶(1)
材 料 科 学 与工 程 系
假设晶界扫过地方的储存能 全部释放，则由Ⅰ到Ⅱ时的 自由能变化为
弓出形核示意图
GEs dA
dV
晶界弓出形核模型
20
材 料 科 学 与工 程 系
对于任意曲面可以定义两个主曲率半径r1、r2，当曲面 移动时有
dA 2 dV r
若该曲面为一球面，则r1、r2＝r，而
G Es 2 r
材 料 科 学 与工 程 系
4．再结晶后的晶粒大小
由于晶粒大小对材料性能将产生重要影响，因此，调 整再结晶退火参数，控制再结晶的晶粒尺寸，在生产 中具有一定的实际意义 运用约翰逊一梅厄方程，可以证明再结晶后晶粒尺寸d与
1
和长大速率 d常数（G）4 之间存在着下列关系： N
0
材 料 科 学 与工 程 系
（2）电阻：变形金属的电阻在回复阶段已表现明显的下降趋势。
因为电阻率与晶体点阵中的点缺陷（如空位、间隙原子等）密切相 关。点缺陷所引起的点阵畸变会使传导电子产生散射，提高电阻率。 它的散射作用比位错所引起的更为强烈。因此，在回复阶段电阻率 的明显下降就标志着在此阶段点缺陷浓度有明显的减小
材 料 科 学 与工 程 系
材 料 科 学 与工 程 系
2．再结晶动力学
再结晶动力学决定于形核率 和长大速率G的大小
材 料 科 学 与工 程 系
Johnson和 Mehl 方程
和G不随时间而改变的情况下，在恒温下经过t时间后，已经 再结晶的体积分φR可用下式表示
R
1exp(NG3t4)
3
恒温再结晶时的形核率 是随时间的增加而呈指数关系衰减的， 故通常采用Avrami方程进行描述
不同温度下电阻随保温时间的变化/铜 材 料 科 学 与工 程 系
假设晶界扫过地方的储存能 全部释放，则由Ⅰ到Ⅱ时的 自由能变化为
弓出形核示意图
GEs dA
dV
晶界弓出形核模型
20
材 料 科 学 与工 程 系
对于任意曲面可以定义两个主曲率半径r1、r2，当曲面 移动时有
dA 2 dV r
若该曲面为一球面，则r1、r2＝r，而
G Es 2 r
材 料 科 学 与工 程 系
4．再结晶后的晶粒大小
由于晶粒大小对材料性能将产生重要影响，因此，调 整再结晶退火参数，控制再结晶的晶粒尺寸，在生产 中具有一定的实际意义 运用约翰逊一梅厄方程，可以证明再结晶后晶粒尺寸d与
1
和长大速率 d常数（G）4 之间存在着下列关系： N
0
材 料 科 学 与工 程 系
（2）电阻：变形金属的电阻在回复阶段已表现明显的下降趋势。
因为电阻率与晶体点阵中的点缺陷（如空位、间隙原子等）密切相 关。点缺陷所引起的点阵畸变会使传导电子产生散射，提高电阻率。 它的散射作用比位错所引起的更为强烈。因此，在回复阶段电阻率 的明显下降就标志着在此阶段点缺陷浓度有明显的减小
材 料 科 学 与工 程 系
材 料 科 学 与工 程 系
2．再结晶动力学
再结晶动力学决定于形核率 和长大速率G的大小
材 料 科 学 与工 程 系
Johnson和 Mehl 方程
和G不随时间而改变的情况下，在恒温下经过t时间后，已经 再结晶的体积分φR可用下式表示
R
1exp(NG3t4)
3
恒温再结晶时的形核率 是随时间的增加而呈指数关系衰减的， 故通常采用Avrami方程进行描述
不同温度下电阻随保温时间的变化/铜 材 料 科 学 与工 程 系
《回复与再结晶》课件 (2)
工程领域中的应用举例
修复和加固效果。
总结
1
知识点回顾
回复与再结晶是金属材料经历过外部变形后的重要变化过程。
2
课程收获
我们了解了回复和再结晶的定义、过程和应用，可为工程和制造过程中应用提供帮助。
3
参考资料
• 再结晶与晶粒长大 • 回复 • 再结晶
应用
再结晶在金属材料生产、塑性加工和热处理过 程中都有很重要的应用。
回复与再结晶
1 异同点
回复和再结晶都是晶态变化，但回复是恢复形态和晶粒体积，再结晶是改变晶粒大小和 形态。
2 选择因素
选择回复还是再结晶取决于加工材料的需求、加工过程性质和加工后材料的性质。
应用案例
锻造行业中的应用举例
通过快速再结晶把大块金属加工为细粒金属，提高材料的韧性和强度。
应用
回复对制造和修复金属结构件特别有用，可 用于提高强度和恢复形状。
什么是再结晶？
定义
再结晶是指晶格重建的一种晶态变化，一般是 由于材料受到重复加热而发生的。
过程
再结晶包括两个阶段-晶粒长大和回复，在高温 环境中材料的晶粒长大并改变原有的形态。
影响因素
再结晶是由于材料温度、时间、应力等因素影 响的，它会影响材料的微结构、物理性质和化 学性质。
回复与再结晶PPT课件 (2)
本课程将向大家介绍回复与再结晶的概念、特点和影响因素，并强调它们在 工程和制造过程中的应用。让我们开始学习吧！
什么是回复？
定义
回复是当固体材料经历了变形和高温处理后， 重新获得了晶粒体积和形态的过程。
过程
回复包括三个阶段，分别是恢复、再结晶和 晶粒长大。
影响因素
回复受材料类型、沿晶位错密度和脆性等影 响。
回复与再结晶ppt
华为公司通过不断优化研发流程，实现了从需求收集到 产品发布的快速迭代。这种方法缩短了产品研发周期， 提高了研发效率，同时降低了研发成本。此外，华为还 通过引入敏捷开发方法，提高项目管理效率和团队协作 能力。
06
结论
本报告的主要观点
经过对市场和技术的分析，我们发现 回复与再结晶技术具有巨大的潜力。
VS
再结晶
当回复后的金属继续加热到更高的温度范 围时，由于热激活作用，发生有利的晶界 移动，使原始的变形晶粒通过晶界向新的 、未变形的晶粒转化，这种现象被称为再 结晶。
回复与再结晶的重要性
1 2
金属加工过程中的重要阶段
在金属材料的加工过程中，回复与再结晶是重 要的物理冶金过程，对材料的最终组织和性能 有重要影响。
建立完善的标准体系，加强对回复与再结晶技 术的监管和评估，确保技术的安全性和可靠性 。
建议
1
鼓励企业加大研发投入，提高回复与再结晶技 术的核心竞争力。
2
加强产学研合作，推动技术成果转化和应用。
3
政府可以出台相关政策，对回复与再结晶技术 的发展给予支持，引导资金、人才等资源向该 领域集聚。
THANKS
改善材料性能
适当的回复和再结晶可以有效地改善材料的韧 性、延展性和加工性能。
3
调整材料加工工艺
通过控制回复和再结晶过程，可以调整材料的 加工工艺，提高生产效率和产品质量。
报告的结构
引言
简要介绍回复与再结晶 的重要性和本报告的目 的和内容。
金属变形与回 复
详细介绍金属变形的基 本原理、回复现象及其 影响因素等。
回复与再结晶技术能够有效提高产品的质 量和稳定性，降低生产成本，并减少对环 境的影响。
未来，随着技术的不断进步和应用 领域的拓展，回复与再结晶技术将 具有更加广泛的应用前景。
06
结论
本报告的主要观点
经过对市场和技术的分析，我们发现 回复与再结晶技术具有巨大的潜力。
VS
再结晶
当回复后的金属继续加热到更高的温度范 围时，由于热激活作用，发生有利的晶界 移动，使原始的变形晶粒通过晶界向新的 、未变形的晶粒转化，这种现象被称为再 结晶。
回复与再结晶的重要性
1 2
金属加工过程中的重要阶段
在金属材料的加工过程中，回复与再结晶是重 要的物理冶金过程，对材料的最终组织和性能 有重要影响。
建立完善的标准体系，加强对回复与再结晶技 术的监管和评估，确保技术的安全性和可靠性 。
建议
1
鼓励企业加大研发投入，提高回复与再结晶技 术的核心竞争力。
2
加强产学研合作，推动技术成果转化和应用。
3
政府可以出台相关政策，对回复与再结晶技术 的发展给予支持，引导资金、人才等资源向该 领域集聚。
THANKS
改善材料性能
适当的回复和再结晶可以有效地改善材料的韧 性、延展性和加工性能。
3
调整材料加工工艺
通过控制回复和再结晶过程，可以调整材料的 加工工艺，提高生产效率和产品质量。
报告的结构
引言
简要介绍回复与再结晶 的重要性和本报告的目 的和内容。
金属变形与回 复
详细介绍金属变形的基 本原理、回复现象及其 影响因素等。
回复与再结晶技术能够有效提高产品的质 量和稳定性，降低生产成本，并减少对环 境的影响。
未来，随着技术的不断进步和应用 领域的拓展，回复与再结晶技术将 具有更加广泛的应用前景。
回复与再结晶
节 除第二、三类内应力；
加
再结晶阶段：内应力可完全消除。
热
时
的
变
化
第 八
第二节 回复
章
一 回复动力学（示意图）
第 1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系
二 节 回 复
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
第三节 再结晶
章
五 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图）
第
再结晶晶粒的平均直径
三
d=k[G/N]1/4
节 1 变形量。存在临界变形量，生产中应避免临界变
再
形量。
结
晶
第 八
第三节 再结晶
章 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，形核位置越多，
晶界能随R的变化导致的变化是
作用于晶界上的力，此力指向曲率
中心，
。所以晶界
移动的单位面积上的驱动力为
1．晶粒长大的驱动力 来描考述虑任到意空曲间面任晶一界曲的面驱情动况力下，取两个主曲率半径R1，R2
由上式，晶界迁移驱动力随Y的增大而增大，随晶界的曲率半径增大 而减小。晶界的移动方向总是指向曲率中心。
章
组织与性能变化
三 性能变化
第
一
节
加
热
时
的
变
化
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
第 第一节 冷变形金属在加热时的
第五章 回复及再结晶 副本
将发生变化。
2) 在回复初期(chūqī)，首先是过剩空位消失，胞状组织内的位错被吸引到
胞壁，并于胞壁中的异号位错相互抵消，使位错密度降低，而且位错变
得较直，较规整，如图(b)所示。
3) 回复继续进行时，胞内变得几乎无位错，胞壁中的位错缠结逐渐形
成能量较低的位错网，胞壁变薄，且更清晰，单胞有所长大，如图(c)
以冷变形5%的纯铝多晶体在
200℃回复退火时亚组织变化
(biànhuà) 为例，分析其回复时亚结
构的变化(biànhuà)及回复机制
(a)
(d)
(b)
(c)
共九十一页
1) 金属(jīnshǔ)经过塑性变形后存在胞状组织，其胞壁位错密度很高，
位错缠结相当宽(如图(a)所示)。在回复过程中，这种变形后的胞状组织
时间/min.
(2) 回复(huífù)动力学特点
➢ 回复过程没有孕育期，随着退火的开始进行，发生软化；
➢ 在一定温度下，开始变化快，随后变慢，直到最后回复
速率为零；
➢ 每一温度的回复程度 有一极限值 ，退火温度越高，这
个极限(jíxiàn)值也越高，而达到此极限(jíxiàn)所需时间则越短。
➢ 预变形量越大，起始的回复速率也越快，晶粒尺寸减
变强化效应完全(wánquán)消除的过程。
共九十一页
2、显微组织(zǔzhī)的变化
退
火
过
程
的
三
个
阶
段
冷变形金属组织加热温度及时间(shíjiān)的变化示意图
➢ 回复阶段：纤维组织仍为纤维状，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；
2) 在回复初期(chūqī)，首先是过剩空位消失，胞状组织内的位错被吸引到
胞壁，并于胞壁中的异号位错相互抵消，使位错密度降低，而且位错变
得较直，较规整，如图(b)所示。
3) 回复继续进行时，胞内变得几乎无位错，胞壁中的位错缠结逐渐形
成能量较低的位错网，胞壁变薄，且更清晰，单胞有所长大，如图(c)
以冷变形5%的纯铝多晶体在
200℃回复退火时亚组织变化
(biànhuà) 为例，分析其回复时亚结
构的变化(biànhuà)及回复机制
(a)
(d)
(b)
(c)
共九十一页
1) 金属(jīnshǔ)经过塑性变形后存在胞状组织，其胞壁位错密度很高，
位错缠结相当宽(如图(a)所示)。在回复过程中，这种变形后的胞状组织
时间/min.
(2) 回复(huífù)动力学特点
➢ 回复过程没有孕育期，随着退火的开始进行，发生软化；
➢ 在一定温度下，开始变化快，随后变慢，直到最后回复
速率为零；
➢ 每一温度的回复程度 有一极限值 ，退火温度越高，这
个极限(jíxiàn)值也越高，而达到此极限(jíxiàn)所需时间则越短。
➢ 预变形量越大，起始的回复速率也越快，晶粒尺寸减
变强化效应完全(wánquán)消除的过程。
共九十一页
2、显微组织(zǔzhī)的变化
退
火
过
程
的
三
个
阶
段
冷变形金属组织加热温度及时间(shíjiān)的变化示意图
➢ 回复阶段：纤维组织仍为纤维状，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；
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• 金属熔点越高, T再也越高.
Fe的再结晶温度？
T再与ε的关系
T再℃ = (T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃
30
2、金属的纯度 • 金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起阻碍扩
散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著提高. • eg. C 加入到纯Fe中变成低C钢，再结晶温度变为540 ℃。
32
再结晶后晶粒的大小
由约翰逊-梅厄方 程得再结晶晶粒尺 寸d 为：
d
常数
(
GN)
1 4
G ~ 长大速率; N~ 形核率
影响因素
（a）变形度的影响
（b）温度的影响
33
再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图）
1、预先变形度
• 预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响.
• 当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶.
变形程度的影响：冷变形越大，储能越多，驱动力越大， 长大越快，T再越低
原始晶粒尺寸：晶粒越细，变形抗力越大，变形后的 储能越高，T再越低；
微量溶质原子：易与位错交互作用，阻碍形核和长大， 提高T再；
第二相粒子：可提高、或降低再结晶温度；
退火工艺：加热速度、加热温度、保温时间等工艺参数
的影响。
25
锈应
力 腐 蚀 裂 纹
钢力 管腐 道蚀 内奥 壁氏
奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环境体系 中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含 Clˉ的介质中发生，裂纹为树枝状。
2
消除的方法 —— 退火处理。 退火可使原子扩散能力增加，金属将依次发生 回复、再结晶和晶粒长大过程。
第五章 回复与再结晶
➢ 固态相变倾向于晶界 成核，而再结晶以亚晶 为基础；
➢ 两者动力学过程相似。
转变率
再结晶
S—型曲线 转变率 ~ 时间
终了
固态相变
开始
孕育期
长大期
28
时间（对数形式）
再结晶温度 recrystallization temperature
定义1：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。 定义2：工业生产中，以经过大变形量（~70%以上）的变形 金属，经1h退火后完成再结晶（R95%）所对应的温度。
• 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大， 晶粒的形状：破碎拉长的晶粒 等轴晶粒。
• 这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。
• 再结晶是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程， 再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。
19
再结晶的驱动力？
驱动力：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%）。
• 再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始， 在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶 的最低温度称再结晶温度。
29
影响再结晶温度的因素：
• 1、金属的预先变形度：金属预先变形程度越大, 再结晶温度 越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值， 称最低再结晶温度。
• 纯金属的最低再结晶温度与其熔点之 间的近似关系: T再≈(0.35-0.4)T熔， 其 中T再、T熔为绝对温度K.
再结晶动力学
再结晶体积分数 vs. 时间
约翰逊-梅厄 （Johnson-Mehl）方Hale Waihona Puke ：R 1 exp(
NG3t 4
3
)
R ~ 再结晶体积分数；
N~ 形核率；
G ~ 长大速率。
假定条件：
均匀成核、球形晶核，N、 G不随时间改变、恒温
阿弗拉密 （Avrami）方程：
R 1 exp(Bt K ) R ~ 再结晶体积分数；
退火温度与黄铜 强度、塑性和晶 粒大小的关系
退火温度愈高晶 粒长得愈大，拉 伸强度下降得愈 多，塑性则增加 得愈多。
晶粒大小
拉伸强度
拉伸强度 延展性
11
退火温度
5.2 回复recovery
• 回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位 错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位与其他缺 陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使缺陷数 量减少等。
变形程度较小 时（小于20%）， 各晶粒间由于变形不均匀而引起 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。
22
2. 亚晶形核：变形程度较大时发生此机制，又分为两种
（a）
（b）
（a）亚晶合并机制：相邻亚晶界上的位错网络通过解离、拆散、 位错的攀移、滑移，逐渐转移到周围其它亚晶界上，导致亚晶 合并。
新晶粒长大通过短程扩散，再结晶程度依赖于 温度和时间。
• 由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬 度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。
20
铁素体变形80% 650℃加热 670℃加热
21
新晶粒的形核
形核：是在现存的局部高能区域内，以多边化形成 的亚 晶为基础形核
形核机制
1. 晶界弓出形核（应变诱导晶界移动、凸出形核）
（b）亚晶迁移机制：位错密度较大的亚晶界，向位向差较大的
周围亚晶方向迁移，并逐渐转化为大角晶界，成为形核中心并
长大。
23
再结晶的形核率和长大速率
再结晶的形核率是指单位时间、单位体积内形成的 再结晶核心的数目，一般用N表示；晶核一旦形成便 会继续长大至相邻晶粒彼此相遇，长大速率用G表示。
24
再 结 晶的形核与长大都受到储存能的驱动，主要影 响因素有：
• 回复recovery是指新的无畸变晶粒出现前所产 生的亚结构和性能变化的阶段，在金相显微镜 中无明显变化，仍保持原有的变形晶粒形貌， 若通过TEM，则可观察到位错组态或亚结构已 开始发生变化。
5
冷变形金属在加热时的组织变化
recovery recrystallization grain growth
B ~ 常数； K ~ 常数。
假定条件： 均匀成核、球形晶核，N 随时间指数衰减、恒温 26
再结晶的特点
再结晶
1) 再结晶过程有孕育期； 2) 再结晶刚开始速度慢，逐步加快，到再结晶分数 为50%时速度最快，随后逐渐变慢
27
再结晶 与 固态相变 异同
➢ 再结晶的晶核不是新 相，晶体结构未变，而 固态相变出现新相；
Recovery and recrystallization
3
5.1 冷变形金属在加热时的组织和性能变化
黄 铜
recovery
加热温度 ℃
recrystallization
grain growth
冷变形金属在加热时的组织变化 4
冷变形金属在加热时的组织变化
recovery recrystallization grain growth
• 工业上，常利用回复现象将 冷变形金属低温加热，既稳 定组织又保留加工硬化，这 种热处理方法称去应力退火 relief annealing。
17
回复阶段退火的作用： ➢ 提高扩散 ➢ 促进位错运动 ➢ 释放内应变能
回复退火产生的结果： ➢ 电阻率下降 ➢硬度、强度下降不多 ➢ 降低内应力
18
5.3 再结晶 recrystallization
粒长大后趋于缓慢。
8
B：电阻率resistivity：其大小与点阵 中的点缺陷密切相关，随温度升高， 空位浓度下降，故电阻率呈现连续 下降趋势。
C：内应力inner stress：回复之后， 宏观内应力基本消除，微观内应力 部分消除；再结晶后，冷变形造成 的内应力全部消除。
D：密度density：密度在再结晶阶段急剧增加，主要是 由于此时位错密度显著降低造成的。
• 再结晶recrystallization是指出现无畸变的等轴新 晶粒逐步取代变形晶粒的过程。
• 在开始阶段，在畸变较大的区域里产生新的无畸 变的晶粒核心，即再结晶的形核过程；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，直至冷变形晶粒完全消失。
6
冷变形金属在加热时的组织变化
recovery recrystallization grain growth
31
3. 原始晶粒尺寸：晶粒越细，再结晶温度越低；
4.第二相粒子：可提高、或降低再结晶温度；
5、加热速度和保温时间 • 提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生, 延长加热时
间, 使原子扩散充分, 再结晶温度降低。 • 生产中，把消除加工硬化的热处理称为再结晶退火
recrystallization annealing。再结晶退火温度比再结晶温 度高100~200℃。
预先变形度对再结晶晶粒度的影响
34
2 原始晶粒尺寸:晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，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，回复程度越大，储存能减小，晶粒粗 化；同时临界变形度越小，晶粒粗大。
再结晶退火温度对晶粒度的影响
温度的影响
E：储能的释放energy release：当加热到足以引起应力松
弛的温度时，储能就释放出来，再结晶阶段储能释放最
多，达到峰值。
9
黄铜的回复、再结晶和晶粒长大
（a）是黄铜冷加工变形量达到38％ 后的组织，可见粗大晶粒内的滑移线。
（b）经过580ºC保温3秒后，试样上
(a)
(b)
开始出现白色小的颗粒，即再结晶出
➢（1-R）愈小，即R 愈大，则回复程度愈大；
➢ 回复过程无孕育期，加热立刻开始回复；
➢ 初期的回复速率大，随后逐渐变慢；
Fe的再结晶温度？
T再与ε的关系
T再℃ = (T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃
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2、金属的纯度 • 金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起阻碍扩
散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著提高. • eg. C 加入到纯Fe中变成低C钢，再结晶温度变为540 ℃。
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再结晶后晶粒的大小
由约翰逊-梅厄方 程得再结晶晶粒尺 寸d 为：
d
常数
(
GN)
1 4
G ~ 长大速率; N~ 形核率
影响因素
（a）变形度的影响
（b）温度的影响
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再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图）
1、预先变形度
• 预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响.
• 当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶.
变形程度的影响：冷变形越大，储能越多，驱动力越大， 长大越快，T再越低
原始晶粒尺寸：晶粒越细，变形抗力越大，变形后的 储能越高，T再越低；
微量溶质原子：易与位错交互作用，阻碍形核和长大， 提高T再；
第二相粒子：可提高、或降低再结晶温度；
退火工艺：加热速度、加热温度、保温时间等工艺参数
的影响。
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锈应
力 腐 蚀 裂 纹
钢力 管腐 道蚀 内奥 壁氏
奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环境体系 中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含 Clˉ的介质中发生，裂纹为树枝状。
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消除的方法 —— 退火处理。 退火可使原子扩散能力增加，金属将依次发生 回复、再结晶和晶粒长大过程。
第五章 回复与再结晶
➢ 固态相变倾向于晶界 成核，而再结晶以亚晶 为基础；
➢ 两者动力学过程相似。
转变率
再结晶
S—型曲线 转变率 ~ 时间
终了
固态相变
开始
孕育期
长大期
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时间（对数形式）
再结晶温度 recrystallization temperature
定义1：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。 定义2：工业生产中，以经过大变形量（~70%以上）的变形 金属，经1h退火后完成再结晶（R95%）所对应的温度。
• 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大， 晶粒的形状：破碎拉长的晶粒 等轴晶粒。
• 这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。
• 再结晶是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程， 再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。
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再结晶的驱动力？
驱动力：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%）。
• 再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始， 在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶 的最低温度称再结晶温度。
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影响再结晶温度的因素：
• 1、金属的预先变形度：金属预先变形程度越大, 再结晶温度 越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值， 称最低再结晶温度。
• 纯金属的最低再结晶温度与其熔点之 间的近似关系: T再≈(0.35-0.4)T熔， 其 中T再、T熔为绝对温度K.
再结晶动力学
再结晶体积分数 vs. 时间
约翰逊-梅厄 （Johnson-Mehl）方Hale Waihona Puke ：R 1 exp(
NG3t 4
3
)
R ~ 再结晶体积分数；
N~ 形核率；
G ~ 长大速率。
假定条件：
均匀成核、球形晶核，N、 G不随时间改变、恒温
阿弗拉密 （Avrami）方程：
R 1 exp(Bt K ) R ~ 再结晶体积分数；
退火温度与黄铜 强度、塑性和晶 粒大小的关系
退火温度愈高晶 粒长得愈大，拉 伸强度下降得愈 多，塑性则增加 得愈多。
晶粒大小
拉伸强度
拉伸强度 延展性
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退火温度
5.2 回复recovery
• 回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位 错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位与其他缺 陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使缺陷数 量减少等。
变形程度较小 时（小于20%）， 各晶粒间由于变形不均匀而引起 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。
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2. 亚晶形核：变形程度较大时发生此机制，又分为两种
（a）
（b）
（a）亚晶合并机制：相邻亚晶界上的位错网络通过解离、拆散、 位错的攀移、滑移，逐渐转移到周围其它亚晶界上，导致亚晶 合并。
新晶粒长大通过短程扩散，再结晶程度依赖于 温度和时间。
• 由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬 度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。
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铁素体变形80% 650℃加热 670℃加热
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新晶粒的形核
形核：是在现存的局部高能区域内，以多边化形成 的亚 晶为基础形核
形核机制
1. 晶界弓出形核（应变诱导晶界移动、凸出形核）
（b）亚晶迁移机制：位错密度较大的亚晶界，向位向差较大的
周围亚晶方向迁移，并逐渐转化为大角晶界，成为形核中心并
长大。
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再结晶的形核率和长大速率
再结晶的形核率是指单位时间、单位体积内形成的 再结晶核心的数目，一般用N表示；晶核一旦形成便 会继续长大至相邻晶粒彼此相遇，长大速率用G表示。
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再 结 晶的形核与长大都受到储存能的驱动，主要影 响因素有：
• 回复recovery是指新的无畸变晶粒出现前所产 生的亚结构和性能变化的阶段，在金相显微镜 中无明显变化，仍保持原有的变形晶粒形貌， 若通过TEM，则可观察到位错组态或亚结构已 开始发生变化。
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冷变形金属在加热时的组织变化
recovery recrystallization grain growth
B ~ 常数； K ~ 常数。
假定条件： 均匀成核、球形晶核，N 随时间指数衰减、恒温 26
再结晶的特点
再结晶
1) 再结晶过程有孕育期； 2) 再结晶刚开始速度慢，逐步加快，到再结晶分数 为50%时速度最快，随后逐渐变慢
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再结晶 与 固态相变 异同
➢ 再结晶的晶核不是新 相，晶体结构未变，而 固态相变出现新相；
Recovery and recrystallization
3
5.1 冷变形金属在加热时的组织和性能变化
黄 铜
recovery
加热温度 ℃
recrystallization
grain growth
冷变形金属在加热时的组织变化 4
冷变形金属在加热时的组织变化
recovery recrystallization grain growth
• 工业上，常利用回复现象将 冷变形金属低温加热，既稳 定组织又保留加工硬化，这 种热处理方法称去应力退火 relief annealing。
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回复阶段退火的作用： ➢ 提高扩散 ➢ 促进位错运动 ➢ 释放内应变能
回复退火产生的结果： ➢ 电阻率下降 ➢硬度、强度下降不多 ➢ 降低内应力
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5.3 再结晶 recrystallization
粒长大后趋于缓慢。
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B：电阻率resistivity：其大小与点阵 中的点缺陷密切相关，随温度升高， 空位浓度下降，故电阻率呈现连续 下降趋势。
C：内应力inner stress：回复之后， 宏观内应力基本消除，微观内应力 部分消除；再结晶后，冷变形造成 的内应力全部消除。
D：密度density：密度在再结晶阶段急剧增加，主要是 由于此时位错密度显著降低造成的。
• 再结晶recrystallization是指出现无畸变的等轴新 晶粒逐步取代变形晶粒的过程。
• 在开始阶段，在畸变较大的区域里产生新的无畸 变的晶粒核心，即再结晶的形核过程；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，直至冷变形晶粒完全消失。
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冷变形金属在加热时的组织变化
recovery recrystallization grain growth
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3. 原始晶粒尺寸：晶粒越细，再结晶温度越低；
4.第二相粒子：可提高、或降低再结晶温度；
5、加热速度和保温时间 • 提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生, 延长加热时
间, 使原子扩散充分, 再结晶温度降低。 • 生产中，把消除加工硬化的热处理称为再结晶退火
recrystallization annealing。再结晶退火温度比再结晶温 度高100~200℃。
预先变形度对再结晶晶粒度的影响
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2 原始晶粒尺寸:晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，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，回复程度越大，储存能减小，晶粒粗 化；同时临界变形度越小，晶粒粗大。
再结晶退火温度对晶粒度的影响
温度的影响
E：储能的释放energy release：当加热到足以引起应力松
弛的温度时，储能就释放出来，再结晶阶段储能释放最
多，达到峰值。
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黄铜的回复、再结晶和晶粒长大
（a）是黄铜冷加工变形量达到38％ 后的组织，可见粗大晶粒内的滑移线。
（b）经过580ºC保温3秒后，试样上
(a)
(b)
开始出现白色小的颗粒，即再结晶出
➢（1-R）愈小，即R 愈大，则回复程度愈大；
➢ 回复过程无孕育期，加热立刻开始回复；
➢ 初期的回复速率大，随后逐渐变慢；