材料的回复与再结晶

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CW ＝38％后的组织，可见粗大晶粒内 的滑移线。
(a)
(b)
（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。
(c)
(d)
（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。
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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%）。 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Baidu Nhomakorabea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
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冷变形金属在加热时的组织变化
recovery recrystallization grain growth
• 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。
异号位错相遇而抵销 位错密度降低 位错滑移 位错缠结重新排列 亚晶规整化
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3 高温回复机制 位错攀移和滑移！
位错攀移（＋滑移） 多边化（亚晶粒）
位错垂直排列（亚晶界） 弹性畸变能降低。
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回 复 动 力 学 recovery kinetics
m r 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

由于位错运动使其由冷塑性变
形时的无序状态变为垂直分布， 形成亚晶界，这一过程称多边 形化 polygonization。
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回复机理 recovery mechanism
1 低温回复机制 点缺陷的运动！
点缺陷运动
移至晶界、位错处 空位＋间隙原子 消失 空位聚集（空位群、对）
缺陷密度降低
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2 中温回复机制 位错滑移！
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
grain growth
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冷变形金属在加热时的组织变化
recovery
recrystallization
grain growth
• 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。
(e)
(f)
（f）则是在700º C保温10分后晶粒 8 长大的情形。
晶粒大小
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。
拉伸强度
退火温度与黄铜 强度、塑性和晶 粒大小的关系
拉伸强度
延展性
退火温度
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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。
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。
材料的回复与再结晶
Recovery and recrystallization
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6.1 冷变形金属在加热时的组织和性能变化
冷变形金属在加热时的组织变化
黄 铜
加热温度 ℃
recovery
recrystallization
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
• 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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冷变形金属在加热时的组织变化
recovery
recrystallization
grain growth
• 晶粒长大grain growth是指再结晶结束后晶粒的 长大过程，在晶界界面能的驱动下，新晶粒会发 生合并长大，最终达到一个相对稳定的尺寸。
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冷变形金属在加热时的性能变化
A：强度、硬度和塑性 strength, hardness and ductility： 回复阶段变化非常小，再结晶时硬度降低，塑性升高，晶 粒长大后趋于缓慢。 6
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• 在回复阶段，金属组织变化 不明显，其强度、硬度略有 下降，塑性略有提高，但内 应力、电阻率等显著下降。
• 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
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。 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 7 多，达到峰值。
剩余应变硬化分数（1-R）
1.0 0.8
同一变形度的Fe在不同温度下的回复 300oC 350oC 400oC 450oC 500oC
0.6
0.4 0.2 0 100
200 300 400 时间/min.
（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； 长时间退火后，性能出现一平衡值； 预变形量愈大，起始回复速率愈大。