回复与再结晶退火

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。

根据加热温度不同，发生回复、再结晶及晶粒长大过程，经塑性变形后的金的过程称之为“退火”.回复阶段，从光学显微镜下观察的组织几乎没有变化，晶粒仍是冷变形之后的纤维状；在再结晶阶段，首先是出现新的无畸变的核心，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；晶粒长大阶段，是在界面能的驱动下，再结晶的新晶粒相互吞并而长大，以获得该温度下更为稳定的晶粒尺寸回复和再结晶的驱动力是内部储存的畸变能（内应力），在回复和再结晶过程中全部释放出来，不同的金属类型，再结晶以前释放的储能不同，从纯金属→不纯金属→合金，储能的释放增加；由于杂质和溶质原子阻碍再结晶的形核和长大，推迟再结晶过程.三个阶段金属的性能变化如图所示：①电阻率在回复阶段就已明显下降，到再结晶时下降更快，最后恢复到变形前的电阻；②强度和硬度在回复阶段下降不多，再结晶开始后硬度急剧下降，降低的规律因金属的种类不同而不同；③内应力在回复阶段明显下降,宏观内应力在回复时可以全部或大部分被消除，微观内应力部分消除；在再结温度以上，微观内应力被全部消除.④材料的密度随退火温度升高而增加.所谓回复是指冷变形金属在加热时，在新的无畸变晶粒出现之前，所产生的亚结构与性能的变化过程.回复动力学研究材料的性能向变形前回复的速率问题：①回复过程没有孕育期；②在一定的温度下，初期的回复速率很高，以后逐渐减慢，直到最后回复的速率为零.③每一个温度的回复过程都有一个极限值，退火温度越高，这个极限值越高，需要时间越短.R为回复时已恢复的加工硬化，σm σr σ0分别为变形后、回复后以及完全退火的屈服应力，R越大，（1-R）越小，表示回复阶段性能恢复程度越大.回复过程的组织变化与回复机制多边形化：金属塑性变形后，滑移面上塞积的同号刃型位错沿原滑移面水平排列，高温时通过滑移和攀移使位错变成沿垂直滑移面的排列，形成所谓的位错墙，每组角度晶界分割晶粒成亚晶，这一过程称为位错的多边形化.只在产生単滑移的晶体中，多边形化过程最典型，多滑移情况下可能存在，更易形成胞状组织.胞状组织的规整化：过剩空位消失，变形胞状组织内的位错被吸引到胞壁，并与胞壁中的异号位错互相抵消位错密度降低，位错变得平直较规整，当回复继续时，胞胞壁中的位错缠结逐渐形成能量较低的位错网，胞壁变薄，单胞有所长大，构成亚晶粒.亚晶粒的合并：可能通过位错的攀移和位错壁的消失，从而导致亚晶转动来完成.去应力退火：冷变形金属经回复后使内应力得到很大程度的消除，同时又能够保持效果，因此回复退火又称为去应力退火.工件中内应力的降低可以避免工件的变形或开裂，②异号位错在热激活作用下相互吸引而抵消③亚晶粒长大；①位错攀移和位错环缩小；②亚晶粒合并；③多边形化；中温回复（0.3-0.5T m ）高温回复（≧0.5T m ）不同温度下对应的回复机制（T 表示熔点）温度回复机制低温回复（0.1-0.3T m ）①点缺陷移至晶界或位错处消失；②点缺陷①缠结中的位错重新排列而构成亚晶；.冷加工”塑性变形后的金属再进行加热仍是冷变形之后的纤维状；在周围的变形基体而长大，直到阶段，是在界面能的驱动粒尺寸的过程.回复和再结晶过程中全部释放金属→不纯金属→合金，储能，推迟再结晶过程.这个极限值越高，需要时间越短.后以及完全越大.沿原滑移面水平排列，高温时，每组位错墙均以小可能存在，更易形成胞状组织.被吸引到胞壁，并与胞壁中的时，胞内几乎无位错，单胞有所长大，构成亚晶粒.导致亚晶转动来完成.够保持冷变形的硬化开裂，并提高其耐腐蚀性.而抵消，位错密度下降；熔点）点缺陷合并；；0σσσσ--=m r m R质原子被吸附在晶界，织；②加工温度范围在速率敏感系数.状；抛光表面没有显示滑移线；，晶粒长大越明显；。

用回复,再结晶和晶粒长大解释铁素体变形80%经不
同温度退火的组织演变
铁素体变形是通过回复、再结晶和晶粒长大三个过程来解释的。

这三种过程在不同温度退火下，对80%的铁素体组织演变产生了显著的影响。

1. 回复过程：在退火初期，铁素体晶粒内部的应力状态发生改变，晶格畸变逐渐消除，这一过程称为回复。

回复过程使铁素体晶粒尺寸略有增大，但变化不明显。

2. 再结晶过程：随着退火温度的升高，铁素体晶粒开始发生再结晶，即原有的铁素体晶粒破碎，重新形成新的晶粒。

在再结晶过程中，铁素体晶粒尺寸显著减小，组织变得更加细小。

在80%的铁素体中，再结晶过程使晶粒尺寸降低，提高了铁素体的塑性。

3. 晶粒长大过程：在退火后期，随着温度的进一步升高，铁素体晶粒逐渐长大。

晶粒长大过程使铁素体晶粒尺寸增大，但过大的晶粒尺寸可能会导致铁素体塑性降低。

在80%的铁素体中，晶粒长大过程对组织演变的影响相对较小。

通过以上分析，可以得出以下结论：在不同温度退火下，铁素体变形主要受回复、再结晶和晶粒长大三个过程的控制。

适当的退火温度可以实现铁素体的细化和组织均匀化，提高其塑性和韧性。

而退火温度过高或过低，都可能对铁素体的性能产生不利影响。

因此，在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的退火温度，以实现铁素体的高性能。

金属热处理：所谓金属热处理，是借助于一定的热作用（有时兼之以机械作用、化学作用或其他作用）来人为地改变金属合金内部的组织和结构，从而获得所需要的性能的工艺操作。

均匀化退火：扩散退火，是用于消除或减少铸态合金非平衡状态的热处理。

基于回复、再结晶的退火：将冷变形后的金属加热到一定的温度，会发生回复、再结晶，变形织构也会发生变化，从而在一定程度上消除了由冷变形造成的亚稳定状态，使金属材料获得所需组织、结构和性能。

基于固态相变的退火：这是一种以固态金属合金经高温保温和冷却所发生的扩散型相变为基础的热处理。

淬火：将金属合金从固态下的高温状态以过冷或过饱和形式固定到室温，或使高温相在冷却时转变成另一种晶体结构的亚稳状态，称为淬火。

淬火过程中晶体结构不发生变化叫无多型性转变的淬火，若淬火时金属合金的晶体结构类型发生改变，则称为有多型性转变的淬火。

时效或回火：室温保持或加热使过饱和固溶体分解的热处理。

化学热处理：将热作用和化学作用有机地结合起来的一种热处理。

形变热处理：是一种将塑性变形的形变强化和热处理时的相变强化结合，使成型工艺与获得最终性能统一起来的一种综合工艺。

临界浓度：凡组元浓度大于k的合金，在该种铸造的冷却条件下均会出现非平衡过剩相。

k浓度称为临界浓度。

聚集与球化：所谓聚集就是过剩相质点粗化过程，其特征是小尺寸质点溶解而大尺寸质点长大。

球化是聚集的一种特殊形式，即非等轴的过剩相质点转变为接近于等轴的形状。

淬火效应：金属工件加热到一定温度后，浸入冷却剂（油、水等）中，经过冷却处理，工件的性能更好，更稳定。

冷变形储能：冷变形后金属的自由能增量，它是冷变形金属发生组织变化的驱动力。

回复：回复过程的本质是点缺陷运动和位错运动与重新组合。

原位再结晶：随着退火温度升高或退火时间延长，多边化和胞状亚组织形成的亚晶会通过亚晶界迁移和亚晶粒合并的方式逐渐粗化。

在一定条件下，亚晶可长到很大尺寸，这种情况称为原位再结晶。

低温退火的硬化效应：某些金属及合金在回复退火温度下，硬度、强度特别是屈服极限和弹性极限不仅不降低，反而升高，这种现象称为低温退火的硬化效应。

第7章回复和再结晶第7章回复和再结晶⾦属发⽣冷塑性变形后，其组织和性能发⽣了变化，为了使冷变形⾦属恢复到冷变形前的状态，需要将其进⾏加热退⽕。

为什么将冷变形⾦属加热到适当的温度能使其恢复到冷变形前的状态呢？因为冷变形⾦属中储存了部分机械能，使能量升⾼，处于热⼒学不稳定的亚稳状态，它有⾃发向热⼒学更稳定的低能状态转变的趋势。

然⽽，在这两种状态之间有⼀个能量升⾼的中间状态，成为⾃发转变的障碍，称势垒。

如果升⾼温度，⾦属中的原⼦获得⾜够的能量（激活能），就可越过势垒，转变成低能状态。

研究冷变形⾦属在加热过程中的变化有两种⽅法。

1）以⼀定的速度连续加热时发⽣的变化；2）快速加热到某⼀温度，在保温过程中发⽣的变化。

通常采⽤。

P195图1为将冷变形⾦属快速加热到0.5T m附近保温时，⾦相组织随保温时间的变化⽰意图。

可以将保温过程分三个阶段：1）在光学显微组织发⽣改变前，称回复阶段；2）等轴晶粒开始产⽣到变形晶粒刚消失之间，称再结晶阶段；3）晶粒长⼤阶段。

7-1 回复⼀、回复的定义冷变形⾦属加热时，在光学显微组织发⽣改变前所产⽣的某些亚结构和性能的变化称回复。

⼆、回复对性能的影响内应⼒降低，电阻降低，硬度和强度下降不多（基本不变）。

三、回复的机制回复的机制根据温度的不同有三种：（⼀）低温回复机制冷变形⾦属在较低温度范围就开始回复，主要表现为电阻下降，但机械性能⽆变化。

由此认为低温回复的机制是：过量点缺陷减少或消失。

（⼆）中温回复机制温度范围⽐低温回复稍⾼。

中温回复的机制是：位错发⽣滑移，导致位错的重新组合，及异号位错相遇抵消。

发⽣中温回复时，在电镜组织中，位错组态有变化；但位错密度的下降不明显。

若两个异号位错不在同⼀滑移⾯上，在相遇抵消前，要通过攀移或交滑移，这需要更⼤的激活能，只能在较⾼的温度才能发⽣。

（三）⾼温回复机制发⽣⾼温回复时，电镜组织的特征是亚晶粒呈等轴状，即⽆变形的亚晶粒。

于是，提出了⾼温回复的多边化机制（P197图5）。

回复和再结晶过程的硬度变化原因
回复和再结晶过程对材料硬度变化的原因可以从微观结构和晶粒大小等方面来进行解释。

首先，回复是指材料在高温下经历过变形后，通过热处理（通常是退火）来恢复其初始的晶粒结构和性能。

在变形过程中，材料的晶粒会发生形变，晶界滑移和位错增多，导致材料硬度增加。

而通过回复过程，晶粒再次变得规整，位错减少，晶界得以修复，从而导致材料的硬度降低。

再结晶是指材料在高温下经历过变形后，通过热处理使其再次形成新的晶粒结构。

在再结晶过程中，原先的形变晶粒被消除，新的晶粒再次长大，晶界得以重构。

新形成的晶粒通常具有较小的尺寸和较高的晶界能量，因此材料的硬度会显著降低。

此外，回复和再结晶过程中，晶界的移动和位错的重新排列也会对材料的硬度产生影响。

在回复过程中，晶界的移动和位错的消失减少了材料的内部应力，从而降低了硬度。

而在再结晶过程中，新晶粒的形成和晶界的重构也会导致材料硬度的下降。

总的来说，回复和再结晶过程对材料硬度的影响是通过改变材料的晶粒结构、位错密度和晶界能量等因素来实现的。

这些变化会导致材料硬度的降低，从而影响材料的力学性能和加工性能。