第八章回復與再結晶冷變形后材料經重新加熱進行退火之后，其組織和性能會發生變化。觀察在不同加熱溫度下變化的特點，可將冷變形金屬加熱退火過程分為回復、再結晶和晶粒長大三個階段?；貜褪侵感碌臒o畸變晶粒出現之前所產生的亞結構和性能變化的階段；再結晶是指出現無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程；晶粒長大是指再結晶結束之后晶粒的繼續長大。了解這些過程的發生和發展規律，對于改善和控制金屬材料的組織和性能具有重要的意義。冷變形金屬在退火過程中顯微組織的變化。由圖可見，在回復階段，由于不發生大角度晶界的遷移，所以晶粒的形狀和大小與變形態的相同，仍保持著纖維狀或扁平狀，從光學顯微組織上幾乎看不出變化。在再結晶階段，首先是在畸變度大的區域產生新的無畸變晶粒的核心，然后逐漸消耗周圍的變形基體而長大，直到形變組織完全改組為新的、無畸變的細等軸晶粒為止。最后，在晶界表面能的驅動下，新晶?；ハ嗤淌扯L大，從而得到一個在該條件下較為穩定的尺寸，稱為晶粒長大階

段。第一節

冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化一、回復與再結晶的概念回復：冷變形金屬在低溫加熱時，其光學顯微組織無可見變化，但其物理、力學性能卻部分恢復到冷變形以前的過程。再結晶：冷變形金屬被加熱到適當溫度時，在變形組織內部新的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強化效應完全消除的過程。

二、顯微組織變化（示意圖）回復階段：顯微組織仍為變形晶粒(纖維狀)，形態無可見變化；再結晶階段：變形晶粒通過形核長大，逐漸轉變為新的無畸變等軸晶粒。晶粒長大階段：晶界移動、晶粒粗化，達到相對穩定的形狀和尺寸。冷變形金屬在退火過程中的性能和能量變化。（1）強度與硬度：回復階段的硬度變化很小，約占總變化的1／5，而再結晶階段則下降較多。可以推斷，強度具有與硬度相似的變化規律。上述情況主要與金屬中的位錯機制有關，即回復階段時，變形金屬仍保持很高的位錯密度，而發生再結晶后，則由于位錯密度顯著降低，故強度與硬度明顯下降。（2）電阻：變形金屬的電阻在回復階段已表現明顯的下降趨勢。因為電阻率與晶體點陣中的點缺陷（如空位、間隙原子等）密切相關。點缺陷所引起的點陣畸變會使傳導電子產生散射，提高電阻率。它的散射作用比位錯所引起的更為強烈。因此，在回復階段電阻率的明顯下降就標志著在此階段點缺陷濃度有明顯的減小。（3）內應力：在回復階段，大部或全部的宏觀內應力可以消除，而微觀內應力則只有通過再結晶方可全部消除。（4）亞晶粒尺寸：在回復的前期，亞晶粒尺寸變化不大，但在后期，尤其在接近再結晶時，亞晶粒尺寸就顯著增大。（5）密度：變形金屬的密度在再結晶階段發生急劇增高，顯然除與前期點缺陷數目減小有關外，主要是在再結晶階段中位錯密度顯著降低所致。、（6）儲能的釋放：當冷變形金屬加熱到足以引起應力松弛的溫度時，儲能就被釋放出來?；貜碗A段時各材料釋放的儲存能量均較小，再結晶晶粒出現的溫度對應于儲能釋放曲線的高峰處。三、性能變化力學性能（示意圖）回復階段：強度、硬度略有下降，塑性略有提高。再結晶階段：強度、硬度明顯下降，塑性明顯提高。晶粒長大階段：強度、硬度繼續下降,塑性繼續提高，粗化嚴重時下降。物理性能密度:在回復階段變化不大，在再結晶階段急劇升高；電阻：電阻在回復階段可明顯下降(因點缺陷減少)。內應力第二節

回復c0－比例常數；t－加熱時間；b.開始回復速率快，隨后變慢；c.長時間回復后，性能趨于一平衡值。溫度↑,極限值↓,達到時間↓一、回復動力學（P195）1.加工硬化殘留率與退火溫度和時間的關系回復是一種馳豫過程，金屬在恒溫下回復時，開始階段性能恢復速度快，這種特征通常可用一級反應方程來表達：dx/dt=-cx式中:t為恒溫下的加熱時間；x為冷變形導致的性能增量經加熱后的殘留分數；c為與材料和溫度有關的比例常數。c值與溫度的關系具有典型的熱激活過程的特點，可由著名的阿累尼烏斯（Arrhenius）方程來描述：c=c0exp(-Q/RT)回復方程：ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT)式中：x0

–原始加工硬化殘留率；x－退火時加工硬化殘留率；問題：激活能Q的確定方法？T－加熱溫度。2.動力學曲線特點a.沒有孕育期；回回復復溫溫度度不不對對？？？？？？高高溫溫（（～～0.3Tm））時時，，刃刃型型位位錯錯可可獲獲得得足足夠夠能能量量產產生生攀攀移移。。通通過過攀攀移移使使同同一一滑滑移移面面上上異異號號位位錯錯相相消消，，位位錯錯密密度度下下降降，，位位錯錯重重排排成成較較穩穩定定的的組組態態，，構構成成亞亞晶晶界界，，形形成成回回復復后后的的亞亞晶晶結結構構。。從從上上述述回回復復機機制制可可以以理理解解，，回回復復過過程程中中電電阻阻率率的的明明顯顯下下降降主主要要是是由由于于過過量量空空位位的的減減少少和和位位錯錯應應變變能能的的降降低低；；內內應應力力的的降降低低主主要要是是由由于于晶晶體體內內彈彈性性應應變變的的基基本本消消除除；；硬硬度度及及強強度度下下降降不不多多則則是是由由于于位位錯錯密密度度下下降降不不多多，，亞亞晶晶還還較較細細小小之之故故。。二、 回復機制低溫回復（T=0.1－0.3Tm）點缺陷運動：空位遷移至晶界、位錯處而消失；空位與間隙原子結合而消失；空位聚集（空位群），然后崩塌成位錯環而消失。中溫回復

（T=0.3－0.35Tm）位錯滑移：異號位錯相遇而抵銷、纏結位錯重新排列，位錯密度降低。高溫回復（T>0.35Tm）位錯攀移（＋滑移）→位錯垂直排列（亞晶界）→多邊化（亞晶粒）→彈性畸變能降低。多邊化的條件：塑性變形使晶體點陣彎曲、滑移面上有塞積的同號刃型位錯、較高的加熱溫度使刃型位錯產生攀移運動。三、回復退火的應用去應力退火：降低應力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開裂，提高耐蝕性。亞亞晶晶形形核核機機制制是是依依靠靠亞亞晶晶粒粒的的粗粗化化而而發發展展為為再再結結晶晶的的晶晶核核。。亞亞晶晶粒粒本本身身是是在在劇劇烈烈應應變變的的基基體體通通過過多多邊邊化化形形成成的的，，它它可可通通過過消消耗耗周周圍圍的的高高能能量量區區長長大大成成為為再再結結晶晶的的有有效效核核心心。。因因此此，，隨隨著著形形變變度度的的增增大大會會產產生生更更多多的的亞亞晶晶而而有有利利于于再再結結晶晶形形核核。。這這就就可可解解釋釋再再結結晶晶后后的的晶晶粒粒為為什什么么會會隨隨著著變變形形度度的的增增大大而而變變細細的的問問題題。。第三節 再結晶一、再結晶驅動力冷變形金屬經回復后未被釋放的儲存能。二、再結晶過程再結晶是一種形核和長大過程，即通過在變形組織的基體上產生新的無畸變再結晶晶核，并通過逐漸長大形成等軸晶粒，從而取代全部變形組織的過程。1.形核晶界弓出形核機制：對變形程度較小（＜20％）的金屬，再結晶核心多以晶界弓出方式形成，即應變誘導晶界移動，晶核伸向小位錯胞晶粒內(畸變能較高區域、亞晶粒小的方向)。亞晶形核機制：一般在大變形度下發生。以亞晶為再結晶核心，形核機制可分為以下兩種：①亞晶合并機制：亞晶間亞晶界消失，亞晶粗化。②亞晶界遷移機制：亞晶界移動吞并相鄰形變基體。2.長大驅動力：畸變能差。方式：晶核借界面的移動向周圍畸變晶粒擴展,至新晶粒相互接觸。三種再結晶形核方式的示意圖注：再結晶不是相變過程！！三、再結晶動力學再結晶是一種熱激活過程，再結晶速度v與溫度T的關系：式中：QR為再結晶激活能，R為氣體常數，T為絕對溫度，A為比例系數因再結晶速度v與產生一定量再結晶體積分數所需的時間t成反比，則：而邊取對數，得：因此，lnt與1/T之間呈線性關系。特點及規律：

圖5.53有孕育期;溫度越高,變形量越大，孕育期越短;在體積分數為50%時速率達最大，然后減慢。四、再結晶溫度及其影響因素1.再結晶溫度：經嚴重冷變形（變形量>70%）的金屬或合金，在1h內能夠完成再結晶的（再結晶體積分數>95%）最低溫度。(一般，它與金屬產生再結晶的實際溫度是不一樣的！)理論上再結晶溫度為冷變形金屬開始進行再結晶的最低溫度。可以用金相法或硬度法測定（實際上再結晶溫度不是個物理常數）。2.經驗公式：高純金屬：T再＝(0.25-0.35)Tm工業純金屬：T再＝(0.35-0.45)Tm合金：T再＝(0.4-0.9)Tm注：再結晶退火溫度一般比上述溫度高100～200℃。

3.影響因素：變形量越大，驅動力越大，再結晶溫度越低（圖5.54）；純度越高，再結晶溫度越低，可能是溶質易于在位錯和晶界處偏聚對位錯運動和晶界遷移起阻礙作用而阻礙再結晶（表5.9）；加熱速度太低（回復充分、儲能減小、再結晶驅動力減?。┗蛱撸ǜ鳒囟认峦Ａ魰r間過短、擴散受抑制而難以再結晶形核與長大），再結晶溫度提高。五、影響再結晶的因素退火溫度：加熱溫度越高，再結晶速度越快。變形量:冷變形量越大，儲存能量越高，再結晶驅動力越大，故

再結晶溫度越低，再結晶速度越快；但隨變形量增大到一定程度，再結晶溫度則趨于穩定，而變形量低于一定值，再結晶不能進行。

3.原始晶粒尺寸:晶粒越細小，變形抗力越高，再結晶驅動力越大；晶粒越細小，晶界越多，有利于形核，這都會降低再結晶溫度，從而加快再結晶。微量溶質元素：阻礙位錯和晶界的運動，提高再結晶溫度，不利于再結晶。分散相粒子:取決于第二相粒子的大小和分布。間距和直徑都較大（一般＞1μm）時，使位錯在粒子附近塞積，提高畸變能和變形抗力，并可作為形核核心，促進再結晶,如：鋼中的MnO夾雜物可作為再結晶形核核心；直徑和間距很小時，雖也提高畸變能和變形抗力，但阻礙晶界遷移，從而阻礙再結晶（形核和長大），如：鋼中加入Nb、V形成尺寸很?。ǎ?00nm）的化合物NbC、VC等，會抑制再結晶形核。六、再結晶后晶粒大小及其控制晶粒大?。冃瘟筷P系圖1.變形量：存在臨界變形量(一般約為2%-10%);在臨界變形量以下，不發生再結晶，晶粒尺寸不變；在臨界變形量處，再結晶后晶粒特別粗大（峰值），生產中應避免臨界變形量；在臨界變形量以上，隨變形量增大，再結晶后晶粒逐漸細化。(d∝（G/N）1/2)2.退火溫度：退火溫度提高，晶粒粗化；退火溫度越高，臨界變形度越小，晶粒粗大。3.原始晶粒尺寸：原始晶粒越細小，再結晶驅動力越大，再結晶溫度越低，且形核位置越多，使再結晶后晶粒細化。七、再結晶的應用-再結晶退火恢復變形能力、改善顯微組織、消除各向異性、提高組織穩定性。第四節晶粒長大驅動力：界面能差（不是重新形核）。長大方式：正常長大；異常長大（二次再結晶）.一、晶粒的正常長大正常長大：再結晶后的晶粒均勻連續的長大。驅動力：界面能差。晶粒曲率半徑越小，界面能越高，驅動力越大。

(長大方向是指向曲折晶界的曲率中心。)晶粒的穩定形狀:晶界趨于平直;晶界夾角趨于120℃;二維坐標中晶粒邊數趨于6。4.影響晶粒長大的因素溫度:溫度越高，晶界易遷移，晶粒長大速度加快，晶粒易粗化(圖5.58)。分散相粒子:第二相粒子阻礙晶界遷移，降低晶粒長大速率。一般，晶粒穩定尺寸d和第二相質點半徑r、體積分數f的關系：d=4r/3f微量雜質的存在:“氣團”釘扎晶界,不利于晶界移動（圖5.61）。晶粒位向差:小角度晶界的界面能和擴散系數小于大角度晶界，因而前者的移動速率低于后者。二、晶粒的異常長大異常長大:少數再結晶晶粒的急劇長大現象(不連續長大或二次再結晶）?；緱l件:正常晶粒長大過程被(第二分散相微粒、織構等）強烈阻礙。驅動力：界面能變化（不重新形核）。機制：釘扎晶界的第二相溶于 基體；再結晶織構中位 向一致的晶粒的合并； 大晶粒吞并小晶粒。對組織和性能的影響織構明顯：各向異性，優化磁導率;晶粒大小不均:性能不均;晶粒粗大：降低強度和塑性、韌性，提高表面粗糙度。一、退火孿晶退火孿晶：再結晶退火后出現的孿晶。（參見P209圖5.64）（通常，某些面心立方金屬和合金如銅及銅合金、鎳及鎳合金和奧氏體不銹鋼等，經冷變形和再結晶退火后，晶粒中會出現退火孿晶。）典型形態：晶界交角處的退火孿晶；貫穿晶粒的完整退火孿晶；一端終止于晶內的不完整退火李晶。形成機制：再結晶過程中，當晶粒通過晶界移動而生長時因晶界遷移出現層錯而形成。二、再結晶織構再結晶織構：具有變形織構的金屬，經再結晶后形成的新晶粒若仍具有擇優取向，稱為再結晶織構（再結晶退火后形成的織構）。織構類型：與原有的織構相一致；原有織構消失而代之以新的織構；原有織構消失不再形成新的織構。形成機制：擇優形核（晶界弓出、亞晶界遷移再結晶形核而沿襲形變織構）；擇優生長（特殊位向的再結晶晶核快速長大形成新織構）。再結晶退火后的組織第五節金屬的熱變形一、金屬的熱加工1.加工的分類冷加工：在再結晶溫度以下的加工過程。

（加工硬化）熱加工：在再結晶溫度以上的加工過程。（加工硬化、回復再結晶）2.熱加工溫度范圍：T再<T熱加工<T固－100～200℃。二

、動態回復與動態再結晶（P211）↙溫度、外力動態回復：在塑性變形過程中發生的回復。（靜態回復)動態再結晶：在塑變過程中發生的再結晶。（靜態再結晶 條件：在一定溫度和應變率（加載速度）下變形。特點：反復形核，有限長大，晶粒較細；包含亞晶粒，位錯密度較高,強度、硬度較高。應用：采用低的變形終止溫度、大的最終變形量、快的冷卻速度可獲得細小的晶粒、優良的綜合性能。溫度↓第五節

金屬的熱變形；)，，穩穩定定態態會會三、金屬熱加工時的應力-應變曲線特點：曲線起始部分的加工硬化率隨變形溫度的提高和應變率的降低而減??；大于一定應變后，加工硬化效應消失，出現不隨應變而增高的穩定狀態的流變應力在某些情況下(低應變率)被應力隨應變而周期性變化的波動曲線所代替。解釋：動態回復+動態再結晶（P211圖5.67