《材料科学基础》回复与再结晶资料

形变量高于一临界值后，形核率随形变量增加 而急剧增加。 一般情况下（中等形变量下），核心的晶体学 位向与它形成所在的形变区域的晶体学位向有统计 关系。
核心不能长入和它的位向差别不大的区域中。
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（1）晶界凸出形核机制（晶界弓出形核） 一般发生在变形程度较小（一般小于20％） 的金属中。 变形不均匀，位错密度不同。
R为回复部分；
σ为回复退火后的流变应力；
σ0为完全退火后硬化全部消除的流变应力； σm为退火冷变形的流变应力。
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回复动力学特点
（1）回复过程没有孕育期；
（2）开始变化快，随后变慢，直到最后回复速率 为零； （3）每一温度的回复程度有一极限值，退火温度 越高，这个极限值也越高，而达到此极限所需时间 则越短。 （4）回复不能使金属性能恢复到冷变形前的水平。
位错攀移（＋滑移）→位错垂直排列（亚晶界） →多边化（亚晶粒）→ 亚晶粒合并→弹性畸变能 降低。
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攀移： 刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动，沿攀移 后所在的滑移面滑移，使在同一滑移面并排的同号 位错处于不同 滑移面竖直排列，以降低总的畸变 能。
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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。
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为方便，用 r 表示残留应变硬化分数（1－R）， I 型动力学符合如下关系：
回复速率和温度有阿累尼乌斯关系：
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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。
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关于回复过程的激活能
实验表明，对冷变形铁在回复时其激活能因回 复程度不同而有不同的激活能值。
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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
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3. 高温回复（ > 0.5 Tm）多边化
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因此，一段长为2L的晶界，其弓出形核的能 量条件为ΔG < 0 ，即
这样，再结晶的形核将在现成晶界上两点间距 离为2L，而弓出距离大于L的凸起处进行，使弓出 距离达到L所需的时间即为再结晶的孕育期。
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（2）亚晶长大形核机制 一般发生在变形度大的金属。
借助亚晶作为再结晶的核心，其形核机制又可 分为亚晶合并形核和亚晶粒长大形核两种。
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亚晶合并形核： 多存在于大变形且具有高层错能的金属中。
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亚晶粒长大形核： 多存在于变形程度大的低层错能金属。亚晶界 位错密度高，其两侧亚晶的位向差较大，在加热过 程中容易迁移生成大角度晶界，于是就做为再结晶 核心而长大。
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2. 长大
驱动力：无畸变的晶粒本身与周围畸变的母体 （即旧晶粒）间的应变能差。
回复与再结晶
Recovery and Recrystallization
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冷变形金属在加热时显微组织的变化
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冷变形金属在加热时力学性能、物理性能的变化
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冷变形金属在加热时内应力的变化 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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第一节 回 复
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。 要点：
（1）回复阶段不涉及大角度晶面的迁动；
（2）通过点缺陷消除、位错的对消和重新排列来 实现的； （3）过程是均匀的。
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一、回复动力学
残留应变硬化分数（1－R ）
1－R =（σ -σ0）/（σm-σ0）
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第二节
再结晶
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。
再结晶是一个显微组织重新改组，变形储存能 充分释放，性能显著变化的过程，其驱动为回复后 未被释放的变形储存能。
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一、再结晶的形核与长大
1. 形核（非均匀形核） 核心优先在局部形变高的区域形成。（形变带、 晶界、夹杂附近及自由表面附近等）。
方式：晶界总是背离其曲率中心，向着畸变区域 推进，直到全部形成无畸变的等轴晶粒为止，再 结晶即告完成。 注：再结晶不是相变过程。
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二、再结晶动力学
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再结晶动力学特点：
（1）具有 S 形特征，存在孕育期，开始时再结晶 速度很小，在体积分数为0.5时最大，然后减慢。
（2）温度越高，孕育期越短，转变速度越快。
如在短时间内时求得的激活能与空位迁移能 相近，而在长时间回复时求得的激活能则与自扩散 激活能相近。
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。
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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。
（3）变形量越大，孕育期越短，转变速度越快。
再结晶动力学曲线的表达式：x ＝ 1 - exp（-BtK）
x为再结晶体积分数，实验表明在一定温度范 围内K不随温度变化。
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三、影响再结晶的因素
1. 形变量： 需要一个最低的形变量（1~5%）才有足够的 储存能作为驱动力和提供形核的位置，低于这个变 形量不会发生再结晶。
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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。
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过程示意
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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。
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晶界凸出形核机制的能量条件
假设晶界扫过地方的储 存能全部释放，则由1 到2时的自由能变化为：
E：单位体积变形畸变 能的能量；γb：晶面能。
球面拱出时：
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若晶界弓出段两端a、b固定，且γb值恒定，则 开始阶段随ab弓出弯曲，R逐渐减小， ΔG值增大， 当 R 达到最小值（ab/2 = L）时， ΔG将达到最大 值。 此后，若继续弓出，由于R的增大而使ΔG减 小，于是，晶界将自发的向前推进。