第六章 回复与再结晶分析

形并改善工件的耐蚀性。
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第三节
再 结 晶
冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时
间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，
位错密度显著降低，性能也发生显著变化，并恢复 到冷变形前的水平，这个过程称为再结晶 （recrystallization）。 再结晶的驱动力：储存能的降低（与回复的驱动力 相同）。
由于杂质原子和
合金元素阻碍再结
晶的形核和长大， 推迟再结晶过程，
从而使不纯金属和
合金中的储能在再
A — 纯金属 B — 不纯金属 C—合 金
结晶开始以前能通
过回复而较多地释 放出来。
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三、性能及其他指标的变化
加热过程中变形金属的性能变化
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第二节
回
复
回复（ recovery）是指冷塑性变形的金属在加热时， 在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前） 所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
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再结晶的特点
变形金属发生再结晶时，力学性能发生显著变 化，金属恢复到软化状态；变形储存能得到充分 释放；新的无畸变等轴晶完全取代了原畸变晶粒， 但是再结晶前后晶格类型不变，因此再结晶不是
相变。
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一、再结晶晶核的形成与长大
（一）形 核
1. 亚晶长大形核机制
层错能：产生单位面 积层错所需的能量。
态的趋势。当冷变形金属加热时会发生回复、再结晶 和晶粒长大等过程。
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一、显微组织的变化
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二、储存能及内应力的变化
回复阶段释放的储 存能较少，再结晶晶
粒出现的温度对应于
储能释放曲线的高峰。 在回复阶段，大部
分或全部的宏观内应
力可以消除 ，而微观 内应力只有通过再结 晶方可全部消除。
加热过程中变形金属的性能变化
第六章
金属及合金的回复与再结晶
第一节
形变金属与合金在退火过程中的变化
金属和合金经塑性变形后，内部组织结构与各项 性能均发生相应变化，并产生大量晶体缺陷（位错、 空位等），变形金属中还储存了相当数量的弹性畸变 能，使其处于热力学不稳定的高自由能状态。因此，
经塑性变形的材料具有自发恢复到变形前低自由能状
冷变形金属在回复阶段，金属的变形晶粒形态并未
发生任何变化，但是金属的一些性能如内应力、密度、 电阻率等则有明显的变化。这是由于在比晶粒更微观 的结构层次上与这些性能相关的点阵缺陷密度和组态 变化的结果。
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一、退火温度和时间对回复过程的影响
回复过程是 原子的迁移扩 散过程。
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二、回复机制
一般认为，回复是空位和位错在退火过程中发生运
晶界凸出形核
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再结晶退火时，晶界中的某一段向亚晶粒细小、位 错密度高的一侧弓出。
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（二）长
大
再结晶晶核形成之后，它就借界面的移动而向周
围畸变区域长大。
界面迁移的驱动力是无畸变的新晶粒与周围畸变
的母体（即旧晶粒）之间的应变能差。
界面移动的方向总是背离界面曲率中心，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。
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二、再结晶温度及其影响因素
再结晶温度：经过严重冷变形（变形度在 70%以上）的金 属，在约1h的保温时间内能够完成再结晶（＞95%转变量） 的温度。 再结晶不是相变，没有一个恒定的转变温度。因此再结
晶温度不是一个物理常数，而是随条件的不同（如变形程
度、材料纯度、退火时间等），可以在一个较宽的范围内 变化。 金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在经验关系： T再 ≈ Tm (K)
动，从而改变了它们的数量和组态的过程。
回复阶段的加热温度不同，冷变形金属的回复机制 各异。
1. 低温回复
低温回复主要与点缺陷（空位和间隙原子）的迁移 有关。 点缺陷运动的结果，使点缺陷密度明显下降。
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2. 中温回复
加热温度稍高时，会发生位错运动和重新分布。回复的 机制主要与位错的滑移有关，同一滑移面上的异号位错可 以相互吸引而抵消。
对于工业纯金属，值为 0.35～0.4；
对于高纯金属，值为 0.25～0.35 甚至更低。
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影响再结晶温度的因素
1. 变形程度
随着冷变形程度的增加，储能也增多，再结晶的驱动力 越大，再结晶温度越低。但当变形量增大到一定程度后， 再结晶温度基本上稳定不变了。 在给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量（临界变 形度）。低于此变形度，不发生再结晶。
3. 高温回复
高温时，刃型位错可获得足够能量产生攀移，发生多边 化（或多边形化）。
多边化：冷变形金属加热时，原来处在滑移面上的位错通
过攀移和滑移，形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。 多边化的驱动力：弹性应变能的降低。
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三、亚结构的变化
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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四、回复退火的应用 回复退火在工程上称之为去应力退火，使冷加工 的金属件在基本保持加工硬化状态的条件下降低其 内应力（主要是第一类内应力），以避免或减轻变
2. 原始晶粒尺寸
在其他条件相同的情况下，原始晶粒越细小，冷变形时 加工硬化率大，储能高，再结晶温度则较低。此外，晶界 往往是再结晶形核的有利区域，故再结晶形核率和长大速 率均增加，再结晶温度也被降低。
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3. 微量溶质原子
微量溶质原子的存在能显著提高再结晶温度。
一般在大的变形度下发生。可能有两种方式：
（1）亚晶合并形核（适于高层错能金属）
（2）亚晶界移动形核（适于低层错能金属）
两种方式都是通过消耗周围的高能量区长大成为
再结晶晶核。因此，随着变形度的增大，会产生更
多的高能量区，从而有利于再结晶晶核的形成。
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2. 晶界凸出形核机制
对于变形程度较小（约小于 40%）的金属，其再结晶 晶核常以晶界凸出方式形成，即应变诱导晶界移动或称 为晶界弓出形核机制。
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残余应力
金属在塑性变形过程中，外力所作的功大部分转化为热能， 但尚有一小部分（约占总变形功的10％）保留在金属内部，形成 残余内应力和点阵畸变。 1. 宏观内应力（第一类内应力） 由于金属工件或材料各部分的不均匀变形所引起的，它是整个 物体范围内处于平衡的力。 2. 微观内应力（第二类内应力） 由于晶粒或亚晶粒变形不均匀而引起的，它是在晶粒或亚晶粒 范围内处于平衡的力。 3. 点阵畸变（第三类内应力） 由于工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原 子、位错等）引起的。只在晶界、滑移面等附近不多的原子群范 围内维持平衡，作用范围是几十至几百纳米。 6