材科基考点强化(第8讲 回复与再结晶)

金属材料的回复与再结晶
金属材料在高温或高压下发生塑性变形，随后在较低的温度 或压力下发生再结晶，改变晶格结构和相变，提高材料的强 度和韧性。
半导体材料的回复与再结晶
半导体材料在高温或高压下的回复过程中，通过晶格结构的 变化和缺陷的修复，材料的电学性能得到改善。
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谢谢您的观看
汇报的目的和背景
汇报目的
本次汇报旨在探讨回复与再结晶对金属材料性能的影响以及应用方面的研究 进展。
背景
随着工业和科技的发展，金属材料在各个领域的应用越来越广泛，而回复与 再结晶作为金属材料热处理过程中的重要环节，对于提高金属材料的综合性 能具有重要意义。
02
回复
回复的定义和特点
回复是指一种物质在受到外部刺激（如温度、压力、电磁波 等）后，产生的某种反应或变化。
对回复与再结晶未来发展的展望
探索新的回复与再结晶技术，提高材料的综合 性能和可靠性，以满足现代科技和工业发展的 需求。
加强回复与再结晶基础理论的研究，深入探讨 材料在回复与再结晶过程中微观结构和物理性 质的演变规律。
研究新型材料在回复与再结晶过程中的行为和 特性，拓展回复与再结晶理论的应用范围。
对回复与再结晶具体案例的分析
升温
将金属加热到一定温度，使其发生再结晶 。
形核
在金属中形成新的晶核。
晶粒细化
通过控制温度和变形量，细化晶粒，提高 金属性能。
长大
新晶核逐渐长大，形成新的晶粒组织。
04
回复与再结晶的关系
回复与再结晶的联系
两种现象都与材料在高温下发生的物理性质变化有关。 两种现象都受到材料内部结构的影响。
回复与再结晶的区别
回复的特点是具有滞后性和不完全性。即，回复是在外部刺 激作用下的一个过程，需要一定的时间和能量，且回复的程 度往往不能完全恢复到初始状态。

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(二) 再结晶动力学
再结晶动力学：取决于形核率N和长大速率G的大小。 纵坐标表示已再结晶晶粒分数，横坐标表示保温时 间。 结晶动力学曲线表示T—φR—t关系曲线,其特 点：
(1) 恒温动力学曲线呈“S”形 (2) 有一孕育期 (3)等温下,再结晶速度呈现“慢、快、慢”的特点
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5.退火工艺参数：加热速度过于缓慢或极快时， TR上升；当变形程度和保温时间一定，退火温 度越高，再结晶速度快；在一定范围内延长保 温时间，TR降低。
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27
(四) 再结晶后晶粒大小
再结晶晶粒的平均直径d与形核率u及长大速度I之间的关
系如下：
d
常数（ I
1
）4uຫໍສະໝຸດ 影响再结晶后晶粒大小的因素：
GEsd dV A Es2r
显然．若晶界弓出段两端a、b固定，且γ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(r＝ab/2＝L)时， Δ G将达到最大值。 此后，若继续弓出，由于r的增大而Δ G减小，于是， 晶界将自发地向前推移。因此，一般段长为2L的晶 界，其弓出形核的能量条件为Δ G < 0，即：
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3
加热时冷变形金属显微组织发生变化
精选ppt
4
性能变化
冷变形金属在退火过程中的性能和能量变化如下 图所示：
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5
1.力学性能
(1) 硬度（hardness）和强度（strength）:回 复阶段,变化不大,再结晶下降较大
(2) 塑性:回复阶段,变化不大; 再结晶阶段上升； 粗化后下降。
(三) 再结晶温度
再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶最低温度。 测定方法：金相法：显微镜中出现第一颗新晶粒温度

G：晶界迁移速度； G0：常数； QG：晶界迁移激活能。
45
（2）弥散第二相粒子： 弥散第二相粒子对晶界移动有钉扎作用。 产生原因：晶界开始穿过粒子时，晶界面积减小， 即减少了总的界面能量，这时粒子是帮助晶界前进 的。
但当晶界到达粒子的最大截面处后，晶界继续 移动又会重新增加晶界面积，即增加了总的界面能 量，这时粒子对晶界移动产生拖曳力，即起钉扎作 用。
16
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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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
19
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。
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。
12
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。
13
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）
回复速率和温度有阿累尼乌斯关系：
10
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。

ln t 如图：
斜率＝Q/R
ln t D Q / RT
或： ln
t1 Q 1 1 ( ) t2 R T1 T2
1 T
由实验斜率可求得Q，据此推算其机制。
返回
一般来讲，激活能Q ln t
不只是一个，常按回复温
度高低分为低温、中温和 高温回复。对应的激活能 为Q1、Q2、Q3。
Q3 Q2
第四章
回复与再结晶
变形金属的热行为
返回
章目录：
4.1 4.2 4.3 4.4 冷变形金属在加热时的变化 回 复
再结晶 再结晶后的晶粒长大
4.5
4.6 4.7
再结晶退火及其组织
金属的热变形 超塑性加工
返回
经冷变形的金属具有如下特点：
• 机械性能和理化性能发生明显变化。强度、硬度升高，塑性韧性下降。
迁移的大角度晶界，成为核心。
• 特点：
（高层错能材料Al，Ni等）
位错易于攀移，位错重排成稳定的亚晶界，胞内位错密度低。
返回
② 亚晶生长
通过亚晶界移动生长，成为大角度晶界。
（低层错能材料，位错难以重组，胞内位错密度高。如 Co、Ag、Cu、Au变量较小时）
A • 作ΔP — T℃曲线如图，能量释放 峰对应于新晶粒的出现 — 再结 0 A — 纯金属，B — 合金
返回
B
T℃
晶，在此之前为回复。
三、性能的变化
经冷变形的金属
缓慢加热，测其性能
的变化，如图所示。
性能急变区对应于新
晶粒的出现，再结晶
之前为回复，之后为
晶粒长大。
返回
总之：由以上变化说明，冷变形金属在加热时要 经历三个阶段：回复、再结晶和晶粒长大。

回复与再结晶主讲人：王准网学天地网学天地（ ）版权所有主要内容一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化二、回复过程三、再结晶过程四、晶粒长大过程五、热加工对金属组织和性能的影响网学天地（ ）版权所有一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化回复：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。

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。

1. 回复与再结晶网学天地（ ）版权所有回复阶段：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。

2. 显微组织变化（示意图）网学天地（）版权所有网学天地（ ）版权所有（1）力学性能（示意图）回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。

再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。

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。

（2）物理性能密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；电阻：电阻在回复阶段可明显下降。

3. 性能变化储存能变化（示意图）网学天地（）版权所有网学天地（ ）版权所有5. 内应力变化回复阶段：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。

网学天地（ ）版权所有二、回复1. 回复过程的特征（1）组织不发生变化，仍保持变形状态伸长的晶粒；（2）变形引起的宏观一类应力全部消失，微观二类应力大部分消除；（3）一般力学性能变化不大；某些物理性能有较大变化，电阻率显著降低，密度增大。

（4）变形储存能在回复阶段部分释放。

网学天地（）版权所有网学天地（ ）版权所有（3）高温回复（>0.5T m ）位错攀移（＋滑移）→位错垂直排列（亚晶界）→多边化（亚晶粒）→弹性畸变能降低。

| 时散的第二相粒子一钉扎晶界一晶界迁移阻力↑ | |;
| 冷变形一变形织构一再结晶织构一位向差小一晶界迁移能力↓ 1 1 ~
热蚀沟一钉扎晶界一晶界迁移阻力↑
1~
多 .A Ii~太*-阻
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温度高、速度快一一属于热激活过程
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时向 (mìn)
Fe在不同温度退失 后 的性能变化曲线
') ~ Jl J 也
1. .;，二 哮
三、去应力主l!火
‘ 消除内应力: ‘ 稳定尺寸:
高温长时间加热 表面与晶界张力平衡
面、晶界交界处原子扩散离去 ~→| 热蚀沟
形成
晶界移动一一晶界面积增大一一界面能↑一一长大速度↓
一一因为再结晶己完全消除了 上述影响
|思考是 l
与回 复、再结 晶相 比 ， 品粒长大的驱动力有什 么 变化 ?为什么?
\ 晶粒长大的动力 学有什么特点?
义 再结晶晶粒总是均匀的生长吗?
会和品 : 理论2 第一个新晶粒形成，或出现凸出形核锯齿状边缘的温度
工业z 完全再结晶
硬』良品:
测硬度一退火曲线，
硬度开始明显下降，或软化50% 的退火温度
会和品 : 理论2 第一个新晶粒形成，或出现凸出形核锯齿状边缘的温度

华为公司通过不断优化研发流程，实现了从需求收集到 产品发布的快速迭代。这种方法缩短了产品研发周期， 提高了研发效率，同时降低了研发成本。此外，华为还 通过引入敏捷开发方法，提高项目管理效率和团队协作 能力。
06
结论
本报告的主要观点
经过对市场和技术的分析，我们发现 回复与再结晶技术具有巨大的潜力。
VS
再结晶
当回复后的金属继续加热到更高的温度范 围时，由于热激活作用，发生有利的晶界 移动，使原始的变形晶粒通过晶界向新的 、未变形的晶粒转化，这种现象被称为再 结晶。
回复与再结晶的重要性
1 2
金属加工过程中的重要阶段
在金属材料的加工过程中，回复与再结晶是重 要的物理冶金过程，对材料的最终组织和性能 有重要影响。
建立完善的标准体系，加强对回复与再结晶技 术的监管和评估，确保技术的安全性和可靠性 。
建议
1
鼓励企业加大研发投入，提高回复与再结晶技 术的核心竞争力。
2
加强产学研合作，推动技术成果转化和应用。
3
政府可以出台相关政策，对回复与再结晶技术 的发展给予支持，引导资金、人才等资源向该 领域集聚。
THANKS
改善材料性能
适当的回复和再结晶可以有效地改善材料的韧 性、延展性和加工性能。
3
调整材料加工工艺
通过控制回复和再结晶过程，可以调整材料的 加工工艺，提高生产效率和产品质量。
报告的结构
引言
简要介绍回复与再结晶 的重要性和本报告的目 的和内容。
金属变形与回 复
详细介绍金属变形的基 本原理、回复现象及其 影响因素等。
回复与再结晶技术能够有效提高产品的质 量和稳定性，降低生产成本，并减少对环 境的影响。
未来，随着技术的不断进步和应用 领域的拓展，回复与再结晶技术将 具有更加广泛的应用前景。

节 除第二、三类内应力；
加
再结晶阶段：内应力可完全消除。
热
时
的
变
化
第 八
第二节 回复
章
一 回复动力学（示意图）
第 1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系
二 节 回 复
ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT)
x0 –原始加工硬化残留率；x－退火时加工硬化残留率； c0－比例常数；t－加热时间；T－加热温度。
第 八
第三节 再结晶
章
五 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图）
第
再结晶晶粒的平均直径
三
d=k[G/N]1/4
节 1 变形量。存在临界变形量，生产中应避免临界变
再
形量。
结
晶
第 八
第三节 再结晶
章 五 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图）
2 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，
晶界能随R的变化导致的变化是
作用于晶界上的力，此力指向曲率
中心，
。所以晶界
移动的单位面积上的驱动力为
1．晶粒长大的驱动力 来描考述虑任到意空曲间面任晶一界曲的面驱情动况力下，取两个主曲率半径R1，R2
由上式，晶界迁移驱动力随Y的增大而增大，随晶界的曲率半径增大 而减小。晶界的移动方向总是指向曲率中心。
章
组织与性能变化
三 性能变化
第
一
节
加
热
时
的
变
化
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
第 第一节 冷变形金属在加热时的

氏硬度HV与加热温度之间的关系
下面分别详细介绍回复、再结晶、晶粒长大、 再结晶织构以及金属材料的热加工。
第二节 回复 在这一节，涉及的主要问题是：
一、回复的作用 二、回复的动力学 三、回复的机制 四、回复退火的应用
一、回复的作用
260º进行“去应力退火”，内应力能够大部分消除， 而强度、硬度基本不变。这样处理所发生的过程就是回 复。
4、在回复和再结晶的过程中，金属会释放出冷塑 性变形所储存的能量，同时性能也会发生相应的变化。
Δ P,mW Δ ρ ,10-6Ω ·cm HV
125 Δρ
100
HV
30
75
20
50 10
25
ΔP
0
100
200
300
400
温度，°C
图8-1 在室温经75%压缩变形的纯铝(纯度99.998%)以 6ºC/sec的加热速度加热时,热量差Δ P、比电阻的变化Δ ρ 及维
第八章 回复与再结晶
第一节 概述
问题:
1、金属或合金经塑性变形后，为什么要进行退火处理？
金属或合金经塑性变形后，强度、硬度、电阻率和矫 顽力等升高，塑性、韧性、导磁率和耐蚀性则下降，为使 经冷塑性变形的金属的机械性能恢复到冷塑性变形前的状 态，需要对金属加热进行退火。
2、为什么将加工硬化的金属加热到适当的温度能使其恢 复到冷塑性变形前的状态呢？
3、经冷塑性变形的金属加热时，经过那些阶段？各 阶段的特点？
依次经过回复、再结晶和晶粒长大三个阶段 （此三阶段有部分交迭）。如图1所示：
回复
再结晶
晶粒长大
0
T1
T2Biblioteka T3图1 回复、再结晶、晶粒长大过程示意图

主要考点考点1：回复考点2：再结晶考点3：再结晶晶粒大小的影响因素考点4：再结晶温度考点5：组织和性能变化考点6：动态回复与动态再结晶考点7：综合考点1：回复例1（名词解释）：回复。

例2：形变后的材料在低温回复阶段时其内部组织发生显著变化的是（）。

A．点缺陷的明显下降B．形成亚晶带C．位错重新运动和分布例3：冷加工金属加热时发生回复过程中位错组态有哪些变化？例4：经冷变形后的金属在回复过程中，位错会发生（）。

A．增殖B．大量消失C．部分重排D．无变化考点2：再结晶例1（名词解释）：再结晶。

例2（名词解释）：再结晶退火。

例3：给出金属发生再结晶的基本条件（驱动力）。

例4：再结晶形核地点有什么特点或特征？哪些地点可能是优先的形核地点？考点3：再结晶晶粒大小的影响因素例1：固态下，无相变的金属，如果不重熔，能否细化晶粒？如何实现？例2：为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5%后于650℃退火1h，组织反而粗化，增大冷变形量至80%，再于650℃退火1h，仍然得到粗大晶粒。

试分析其原因，指出上述工艺的不合理处，并制定一种合理的晶粒细化工艺。

例3：若欲通过形变和再结晶方法获得细晶粒组织，应该避免（）。

A．在临界形变量进行塑性变形加工B．大变形量C．较长的退火时间D．较高的退火温度例4 晶粒尺寸和形核率N、线长大速度v g之间的关系是（）。

A．N越大，晶粒尺寸越大B．N/v g越大，晶粒尺寸越大C．v g/N越大，晶粒尺寸越大D．v g越小，晶粒尺寸越大例5：影响再结晶晶粒大小的因素有哪些？在生产实际中如何控制再结晶晶粒的大小？例6：再结晶后晶粒的大小主要取决于________和________。

考点4：再结晶温度例1（名词解释）：再结晶温度。

例2：下面关于对再结晶温度影响的说法中，错误的为（）。

A．冷形变程度越小则再结晶温度越高B．在同样的冷变形程度下，原始晶粒尺寸越小则再结晶温度越低C．第二相粒子分布越弥散则再结晶温度越低例3：在室温下对铁板（其熔点为1538℃）和锡板（其溶点为232℃）分别进行来回弯折，随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么？考点5：组织和性能变化例1：“由于冷变形金属在加热发生再结晶时，其中的变形晶粒将被通过形核和长大而形成的无畸变等轴晶粒完全替代，因此，冷变形所形成的变形织构将消失。