第六章 回复与再结晶

一文看懂回复和再结晶回复和再结晶一、冷变形金属在加热时的组织与性能变化金属和合金经塑性变形后，由于空位、位错等结构缺陷密度的增加，以及畸变能（晶体缺陷所储存的能量）的升高将使其处于热力学不稳定的高自由能状态，具有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势，但在室温下，因温度低，原子活动能力小，恢复很慢，一旦受热，温度较高时，原子扩散能力提高，组织、性能会发生一系列变化。

这一变化过程随加热温度的升高可表现为三个阶段：回复：指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。

在此阶段，组织：由于不发生大角度晶界的迁移，晶粒的形状和大小与变形态相同，仍为纤维状或扁平状。

性能：强度与硬度变化很小，内应力、电阻明显下降。

（回复是指冷塑性变形的金属在（较低温度下进行）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。

）再结晶：指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。

在此阶段，组织：首先在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到变形组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。

性能：强度与硬度明显下降，塑性提高，消除了加工硬化，使性能恢复到变形前的程度。

晶粒长大：指再结晶结束之后晶粒的继续长大。

在此阶段，在晶界表面能的驱动下，新晶粒相互吞食而长大，最后得到较稳定尺寸的晶粒。

显微组织的变化：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。

性能变化：回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高；密度变化不大，电阻明显下降。

再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高；密度急剧升高。

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。

二、回复1. 回复动力学上图同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，屈服强度的回复动力学曲线特点：（1）没有孕育期；（2）在一定温度下，初期的回复速率很大，随后即逐渐变慢，直至趋近于零；（3）每一温度的恢复程度有一极限值，退火温度越高，这个极限值也越高，而达到此一极限值所需的时间则越短；（4）预变形量越大，起始的回复速率也越快，晶粒尺寸减小也有利于回复过程的加快。

第六章回复与再结晶(一)填空题1. 金属再结晶概念的前提是，它与重结晶的主要区别是。

2. 金属的最低再结晶温度是指，它与熔点的大致关系是。

3 钢在常温下的变形加工称，铅在常温下的变形加工称。

4．回复是，再结晶是。

5．临界变形量的定义是，通常临界变形量约在范围内。

6 金属板材深冲压时形成制耳是由于造成的。

7．根据经验公式得知，纯铁的最低再结晶温度为。

(二)判断题1．金属的预先变形越大，其开始再结晶的温度越高。

（）2．变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。

（）3．金属的热加工是指在室温以上的塑性变形过程。

（）4．金属铸件不能通过再结晶退火来细化晶粒。

（）5．再结晶过程是形核和核长大过程，所以再结晶过程也是相变过程。

（）；6 从金属学的观点看，凡是加热以后的变形为热加工，反之不加热的变形为冷加工。

（）7 在一定范围内增加冷变形金属的变形量，会使再结晶温度下降。

( )8．凡是重要的结构零件一般都应进行锻造加工。

（）9．在冷拔钢丝时，如果总变形量很大，中间需安排几次退火工序。

( )10．从本质上讲，热加工变形不产生加工硬化现象，而冷加工变形会产生加工硬化现象。

这是两者的主要区别。

( )(三)选择题1．变形金属在加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型( )。

A．与变形前的金属相同 B 与变形后的金属相同C 与再结晶前的金属相同D．形成新的晶型2．金属的再结晶温度是( )A．一个确定的温度值B．一个温度范围 C 一个临界点D．一个最高的温度值3．为了提高大跨距铜导线的强度，可以采取适当的( )。

A．冷塑变形加去应力退火 B 冷塑变形加再结晶退火C 热处理强化D．热加工强化4 下面制造齿轮的方法中，较为理想的方法是( )。

A．用厚钢板切出圆饼再加工成齿轮B用粗钢棒切下圆饼再加工成齿轮C 由圆钢棒热锻成圆饼再加工成齿轮D．由钢液浇注成圆饼再加工成齿轮5．下面说法正确的是( )。

回复与再结晶的异同点回复和再结晶是金属材料学中常用的两种热处理方法，它们都能够改善材料的力学性能和微观结构。

虽然它们都是通过热处理来改善材料性能，但是它们的机制和效果有很大的不同。

本文将从几个方面来比较回复和再结晶的异同点。

一、机制不同回复是指在高温下，材料中原有的位错被消除或减少，从而使材料的硬度和强度降低，塑性增加的过程。

回复的机制是通过材料中的位错移动和聚集来实现的。

随着温度的升高，材料中的位错能够更容易地移动，从而形成更大的位错环和蠕变流，这有助于位错的聚集和消除。

再结晶是指在高温下，材料中原有的晶粒被消除或减少，从而使材料的晶粒尺寸变小，晶界数量增加，从而提高材料的硬度和强度的过程。

再结晶的机制是通过晶界迁移和晶粒长大来实现的。

随着温度的升高，材料中的原始晶粒能够被破坏，从而形成更小的晶粒。

在材料中存在的能量梯度会引导晶界的迁移，从而使晶粒长大。

二、效果不同回复能够改善材料的塑性，但是对于硬度和强度的提高效果不是很明显。

回复后，材料的位错密度减少，从而使材料的塑性增加。

但是，由于材料中的位错并没有完全消除，所以材料的硬度和强度并没有明显提高。

再结晶能够改善材料的硬度和强度，但是对于塑性的提高效果不是很明显。

再结晶后，材料的晶粒尺寸变小，晶界数量增加，从而使材料的硬度和强度提高。

但是，由于晶粒尺寸变小，晶界的数量增加，所以材料的塑性并没有明显提高。

三、应用不同回复主要用于提高材料的塑性，适用于需要进行复杂成形的材料。

回复后，材料的塑性增加，从而使材料更容易进行成形。

回复也可以用于消除材料中的残余应力，从而提高材料的稳定性和寿命。

再结晶主要用于提高材料的硬度和强度，适用于需要提高材料强度和硬度的材料。

再结晶后，材料的硬度和强度提高，从而使材料更适合用于高强度和高硬度的应用中。

四、温度要求不同回复的温度比较低，一般在0.3Tm~0.5Tm之间。

其中Tm为材料的熔点。

回复的温度比较低，可以减少材料的变形和晶粒长大，从而使材料更容易进行塑性变形。

第六章金属与合金的回复与再结晶复习题金属与合金的回复与再结晶复习题一、名词解释：1. 回复：指冷塑性变形的金属在加热时，在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。

2. 再结晶：是指冷变形金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生无畸变的新等轴晶粒，而性能也发生明显的变化，并恢复到冷变形之前状态的过程。

3. 临界变形度：使晶粒发生异常长大的变形度(2～10%)生产上应尽量避免在临界变形度范围内进行塑性加工变形。

4. 热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。

5. 冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。

二、填空题：1．变形金属的最低再结晶温度是指通常用经大变形量(70%以上)的冷塑性变形的金属，经一小时加热后能完全再结晶(＞95%的转变量)的最低温度为再结晶温度。

2．钢在常温下的变形加工称为加工，而铅在常温下的变形加工称为热加工。

3．影响再结晶开始温度的因素预变形度、金属的熔点、微量杂质和合金元素、加热速度、保温时间。

4．再结晶后晶粒的大小主要取决于预变形度和加热温度。

5．金属在塑性变形时所消耗的机械能，绝大部分(占90%)转变成。

6．但有一小部分能量（约10%）是以增加金属晶体缺陷（空位和位错）和因变形不均匀而产生弹性应变的形式（残余应力）储存起来，这种能量我们称之为形变储存能。

7．金属在热加工过程中，由于加工温度高于再结晶温度，金属在塑性变形过程中同时发生回复(动态回复)与再结晶(动态再结晶)，使其发生软化。

三、判断题：1．金属的预先变形度越大，其开始再结晶的温度越高。

（×）2．其它条件相同，变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。

（√）3．金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。

（×）4．热加工是指在室温以上的塑性变形加工。

（×）5．再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。

第八章回复、再结晶与金属热加工经过冷变形后的金属材料吸收了部分变形功，其内能增高，结构缺陷增多，处于不稳定状态，具有自发恢复原始状态的趋势。

室温下，原子扩散能力底，这种亚稳定状态可以一直保持下去，一旦受热，原子扩散能力增强，就将发生组织结构与性能的变化。

回复、再结晶与晶粒长大是冷变形金属加热过程中经历的基本过程。

1 形变金属及合金在退火过程中的变化1.1 显微组织变化金属经过塑性变形，会发生加工硬化现象，而且内部产生残余内应力。

为了去除内应力，或者为了消除加工硬化现象以便继续变形，需要对冷变形金属进行加热处理。

由于变形金属内部存在严重的晶格畸变，原子处于不稳定状态，本身就有向稳定状态转变的倾向。

加热时，原子的活动扩散能力提高了，促使其向稳定状态转变，并使金属的组织结构和性能发生变化。

这种变化可分为回复（recovery）、再结晶（recrystallization）和晶粒长大（grain growth）这三图 4.11 回复再结晶回复个阶段，如图 4.11所示。

1.2 储存能释放与性能变化冷变形时，外力所作的功尚有一小部分储存在形变金属内部，这部分能量叫储存能，加热过程中，原子活动能力增强，偏离平衡位置大，能量高的原子将向低能的平衡位置迁移，将储存能逐步释放出来，使内应力松驰，纯金属储存能释放少，合金储存能释放多，储存能的释放使金属的对结构敏感的性质发生不同程度的变化。

右图给出几种性能的变化与储存能的关系2. 回复回复是指冷变形金属在加热温度较低时，金属中的一些点缺陷和位错的迁移，使晶格畸变逐渐减小，内应力逐渐降低的过程。

这时因为原子活动能力不大，所以金属的晶粒大小和形状尚无明显的变化，因而其强度、硬度和塑性等机械性能变化不大，而只会使内应力及电阻率等理化性能显著降低。

工业上，对冷变形后金属要保持其因加工硬化而提高的强度、硬度，又需消除残余内应力的，则可在低温回复阶段加热保温，以基本去除其内应力，这种热处理称为去应力退火。

第六章 变形金属与合金的回复与再结晶本章教学目的：1 揭示形变金属在加热过程中组织和性能变化的规律；2 揭示再结晶的实质3 说明热加工与冷加工的本质区别以及热加工的特点。

教学内容：（1）变形金属在退火过程中（回复，再结晶以及晶粒长大）过程的组织与性能变化；（2）影响再结晶的因素；（3）再结晶晶粒大小及控制；（4）热加工与冷加工重点：（1）回复与再结晶的概念和应用；（2）临界变形度的概念；（3）再结晶晶粒度的控制；（4）热加工与冷加工的区别。

难点：（1）再结晶形核机制与再结晶动力学；（2）再结晶晶粒的二次长大机理§6-1变形金属与合金在退火过程中的变化金属经冷塑性变形后，内部组织和各项性能均发生相应变化，而且由于位错等结构缺陷密度的增加以及畸变能的升高，使其处于热力学不稳定状态。

当变形金属加热时，通过原子扩散能力的增加，有助于促进向低能量状态的转变。

一、显微组织的变化第一阶段：显微组织基本上未发生变化，其晶粒仍保持纤维状或扁平状变形组织，称回复阶段。

第二阶段：以新的无畸变等轴小晶粒逐渐取代变形组织，称为再结晶阶段。

第三阶段：上述小晶粒通过互相吞并方式而长大，直至形成较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。

二、储存能及内应力的变化当变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，其中的储存能将释放出来。

回复阶段释放的储存能很小三、机械性能的变化规律回复阶段硬度变化很小，约占总变化的1/5，再结晶阶段下降较多，强度与硬度有相似的变化规律。

因为回复阶段仍保持很高的位错密度。

在再结晶阶段，硬度与强度显著下降，塑性大大提高。

四、其它性能的变化1、电阻的变化电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。

点缺陷对电阻的贡献远大于位错，而回复阶段点缺陷的密度发生显著的减小。

2、密度的变化再结晶阶段密度急剧增高。

五、亚晶粒尺寸在回复阶段前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶温度时，晶粒尺寸显著增大。

§6-2 回复一、退火温度和时间对回复过程的影响回复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之前所产生的某些亚结构和性能的变化过程。

金属及合金的回复与再结晶回复：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塑性变形以前的过程。

晶粒仍保持伸长的纤维状．再结晶：冷变形金属被加热到适当温度后，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐步取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消失的过程。

回复与再结晶的驱动力都是储存能的降低储存能：存在于冷形变金属内部的一小部分（约为10％）变形功．形变温度越低，形变量越大，则储存能越高。

储存能存在形式：弹性应变能（３％～１２％）＋点阵畸变能点阵畸变能包括点缺陷能和位错能，点缺陷能所占的比例较小，而位错能所占比例较大，约占总储存能的８０～90％。

力学性能的变化在回复阶段：强度、硬度均略有下降，而塑性有所提高．在再结晶阶段：硬度、硬度均显著下降，塑性大大提高．在晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降另外，金属的电阻与晶体中点缺陷的浓度有关。

随着加热温度的升高，变形金属中的点缺陷浓度明显降低，因此在回复和再结晶阶段，电阻均发生了比较明显的变化，电阻不断下降。

此外，点缺陷浓度的降低，应力腐蚀倾向显著减小。

回复过程及其动力学特征回复是指经冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生变化前所产生的某些亚结构和性能的变化过程．回复的程度是温度和时间的函数．温度越高，回复的程度越大．温度一定时，回复的程度随时间的延长而逐渐增加．但在回复初期，变化较大，随后就逐渐变慢，当达到一个极限值后，回复停止。

回复机制低温回复时，主要涉及空位的运动。

空位可以移至表面、晶界或位错处消失，也可以聚集形成空位对、空位群，还可以与间隙原子相互作用而消失，总之空位运动的结果使空位密度大大减小。

电阻率对空位密度比较敏感，因此其数值会有显著下降。

而力学性能对空位的变化不敏感，没有变化。

中温回复时，主要涉及位错的运动。

由于位错滑移会导致同一滑移面上异号位错合并而相互抵消，位错密度略有下降，但降低幅度不大，力学性能变化不大。

第六章：金属及合金的回复与再结晶1．回复和再结晶的概念：形变后的金属和合金处于不稳定的高自由能状态，具有一种向着形变前低自由能状态自发恢复的趋势，因此，只要动力学条件允许，例如温度较高，原子具有相当的扩散能力时，形变后的金属和合金就会自发的向着自由能降低的方向转变。

进行这种转变的过程称回复和再结晶。

前者是指在较低温度下或在较早阶段所发生的转变过程；后者则指在较高温度下或较晚阶段发生的过程。

2．退火：将金属材料加热到某一规定温度，并保温一段时间，而后缓慢冷却至室温的一种热处理过程。

其目的在于足够提高金属材料组织和结构的热力学稳定性，以保证所要求的各种性能指标，形变金属和合金的退火主要由回复、再结晶和晶粒长大三个过程综合组成的。

3．形变金属或合金退火过程中发生的一般变化：①显微组织的基本变化回复阶段：显微组织的基本变化看不出任何变化，晶粒保持伸长状或扁片状；再结晶阶段：形变晶粒内部发生了新晶粒的生核和成长过程，直到形变组织完全改组为新的等轴晶粒；晶粒长大阶段：新晶粒逐步相互吞食而长大，直到一个较为稳定的尺寸。

②储存能的变化供金属和合金形变而施加的外部能量有相当一部分以弹性能和缺陷能的形式储存在金属内部，这一部分储存能在加热退火过程中应释放出来，成为回复和再结晶的推动力。

③性能的变化硬度、强度变化：回复过程中，位错密度的减小有限，只有达到再结晶阶段时，位错密度才会显著下降，因此回复阶段强度变化有限，再结晶阶段变化很大。

电阻、密度变化：在回复阶段，点缺陷密度显著下降，因此回复阶段电阻显著减小，密度逐步增大。

总之，回复过程中，硬度和强度等力学性能等变化率很小，而电阻和密度等一些物理性能变化率却相当大；再结晶过程中，各种变化都是比较剧烈的。

回复机理：再结晶与相变：再结晶形似相变，但并非相变。

一般来说，再结晶前后各晶粒的晶体类型不变，成分也不变。

从转变过程来看与相变有很多相似之处。

相变是自由能较低的新相在自由能较高的旧相中进行生核和成长的过程，驱动力是体积自由能差，阻力主要来自异相间的界面能；而再结晶则是无畸变能或畸变能较低的晶粒在畸变能较高的基体中进行生核和成长的过程，驱动力是畸变能差，阻力则来自晶界能。