材科基考点精讲(第8讲 回复与再结晶)
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回复与再结晶
主讲人：王准
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主要内容
一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化
二、回复过程
三、再结晶过程
四、晶粒长大过程
五、热加工对金属组织和性能的影响
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一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化
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。
1. 回复与再结晶
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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。
2. 显微组织变化（示意图）
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（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。
3. 性能变化
储存能变化（示意图）
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5. 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。
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二、回复
1. 回复过程的特征
（1）组织不发生变化，仍保持变形状态伸长的晶粒；
（2）变形引起的宏观一类应力全部消失，微观二类应力大部分消除；
（3）一般力学性能变化不大；某些物理性能有较大变化，电阻率显著降低，密度增大。
（4）变形储存能在回复阶段部
分释放。
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（3）高温回复（>0.5T m ）
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。
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3. 回复退火的应用
（1）回复机制与性能的关系
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。
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三、再结晶
再结晶的驱动力是回复后未被释放的储存能（90％）。在实际生产中，通过再结晶退火可消除冷加工的影响。
580℃×3秒
580℃×8秒
黄铜再结晶的金相照片，放大倍数为75
580℃×4秒冷变形38％
再结晶过程
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需要降低系统能量，
A 中的某些亚晶通过
晶界弓出进入B ，吞
食B 中亚晶。
A ：变形小，位错密度小，能量低
B ：变形大，位错密度大，能量高
（1）形核
高能区域，以多边化形成的亚晶为基础
①晶界弓出形核（变形度较小的＜20%
）
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时的自由能变化为：
晶界弓出形核的能量分析
12r r 对任一曲面，可以近似定义两个主曲率半径和，则有：
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②亚晶形核
大的变形度下发生，以多边化亚晶为基础。
分为：（i ）亚晶转动合并机制；（ii ）亚晶迁移机制。（i ）亚晶转动合并机制
z 变形量大，高层错能的金属。
z 位错网络向邻近亚晶界转移消失，亚晶转动合并
z 与相邻亚晶位向差会逐渐转为大角晶界，并且达到临界尺
寸后，机制结束。成为稳定的再结晶核心。
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z 变形度大，低层错能的金属。
z 变形度大，位错密度高，亚晶界能量也高，易于迁移，清除并吸收扫过区的位错等缺陷。
z 与相邻亚晶位向差逐渐转为大角晶界，并且达到临界尺寸后，成为稳定的再结晶核心。
两种机制的区别
（ii ）亚晶迁移机制
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版权所有为什么变形度增大，再结晶后晶粒会变细？
答：变形程度↑会产生更多的亚晶作为核心形核，则核心数目↑，则再结晶后晶粒会变细。
（2）长大
由于成核中心超过临界尺寸后
晶界总会背离曲率中心，向着畸变区推进；直到再结晶晶粒相碰，变形区消失。
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2. 再结晶动力学
（1）再结晶速度与温度的关系：v 再＝A exp(-Q R /RT )
（2）规律：有孕育期；温度越高，变形量越大孕育期越短；在再结晶体积分数为0.5
时速率最大，然后减慢。