动态回复及再结晶

动态再结晶及其机制动态再结晶及其机制动态再结晶及其机制引言工程上常将再结晶温度以上的加工成为“热加工”，而把再结晶温度以下而又不加热的加工称为“冷加工”。

至于“温加工”则介于二者之间，其变形温度低于再结晶温度，却高于室温。

高温进行的锻造，轧制等压力加工属热加工。

热加工过程中，在金属内部同时进行着加工硬化与回复再结晶软化两个相反的过程。

在金属冷形变后的加热过程中发生的，称为静态回复和静态再结晶。

若提高金属变形的温度,使金属在较高的温度下形变时，金属在热变形的同时也发生回复和再结晶，这种与金属热变形同时发生的回复和再结晶称为动态回复和动态再结晶。

一、动态再结晶定义在热加工过程中，塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的再结晶的现象。

这是在通常的热加工时发生的过程。

在发生回复和再结晶时，由形变造成的加工硬化与由动态回复，动态再结晶造成的软化同时发生。

二、动态再结晶的应力应变曲线值得注意的是：温度为常数时，随应变速率增加，动态再结晶应力应变曲线向上向右移动，m ax 对应的应变增大：而应变速率一定时，温度升高，曲线会向下向左移动，最大应力对应的应变减小.三、动态再结晶的机制 3.1概述在低应变速率下，动态再结晶通过原晶界的弓出机制形核。

与其对应的稳定态阶段的曲线呈波浪第一阶段—加工硬化阶段：应力随应变上升很快，金属出现加工硬化（0<ε<εc ）。

第二阶段—动态再结晶开始阶段：应变达到临界值εc ，动态再结晶开始，其软化作用随应变增加而上升的幅度逐渐降低，当σ>σmax 时，动态再结晶的软化作用超过加工硬化，应力随应变增加而下降（εc ≤ε<εs ）。

第三阶段—稳定流变阶段：随真应变的增加，加工硬化和动态再结晶引起的软化趋于平衡，流变应力趋于恒定。

但当ε以低速率进行时，曲线出现波动，其原因主要是位错密度变化慢引起。

（ε≥εs ）形变化，这是由于位错增殖速度小，在发生动态再结晶软化后，继续进行再结晶的驱动力减小，再结晶软化作用减弱，以致不能与新的加工硬化平衡，从而重新发生硬化，曲线重新上升。

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；。

动态回复机制
动态回复机制主要指的是金属在热塑性变形过程中，通过热激活、空位扩散、位错运动（滑移、攀移）相消和位错重排的过程。

这种机制有助于消除材料中的内部应力，使其更加稳定。

在动态回复过程中，金属材料内部会出现位错聚集，形成位错胞结构，进而形成亚晶界（小角晶界）。

这个过程有助于改善金属材料的力学性能，如提高其强度和韧性。

对于某些具有高层错能的金属材料，如钛合金，动态回复机制可能导致动态再结晶现象。

再结晶过程中，亚晶会不断的吸收位错，最终从小角度晶界转变为大角度晶界。

这个过程有助于进一步提高金属材料的综合性能。

动态回复机制的实现需要满足一定的条件。

例如，在加工硬化和动态软化过程中，二者存在着明显的制约关系，而动态硬化和动态软化谁能占主导地位决定了热变形进行的阶段。

同时，加工温度和应变速率也会影响动态回复的效果。

综上所述，动态回复机制对于改善金属材料的性能具有重要意义，是材料科学和工程领域的重要研究内容。

金属学与热处理名词解释复习回复：即在加热温度较低时，仅因金属中的一些点缺陷和位错迁移而所引起的某些晶内的变化。

晶粒大小和形状无明显变化。

回复的目的是消除大部分甚至全部第一类内应力和一部分第二类和第三类内应力。

多边形化：冷变形金属加热时，原来处于滑移面上的位错，通过滑移和攀移，形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。

多边形化的驱动力来自弹性应变能的降低。

多边形化降低了系统的应变能。

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。

再结晶不是相变。

再结晶的目的是释放储存能，使新的无畸变的等轴晶粒形成并长大，使之在热力学上变得更为稳定。

动态回复与再结晶：在再结晶温度以上进行热加工时，在塑性变形过程中发生的，而不是在变形停止后发生的回复与再结晶。

回复和再结晶的驱动力：金属处于热力学不稳定状态，有发生变化以降低能量的趋势，预先冷变形所产生的储存能的降低是回复和再结晶的驱动力。

再结晶形核机制：亚晶长大形核机制、晶界凸出形核机制。

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。

影响奥氏体晶粒大小的因素：加热温度和保温时间、加热速度、钢的化学成分、钢的原始组织。

钢在冷却时的转变：钢在奥氏体化后的两种冷却方式：等温冷却方式、连续冷却方式珠光体转变及其组织在温度A1以下至550℃左右的温度范围内，过冷奥氏体转变产物是珠光体，即形成铁素体与渗碳体两相组成的相间排列的层片状的机械混和物组织。

在珠光体转变中，由A1以下温度依次降到鼻尖的550℃左右，层片状组织的片间距离依次减小。

根据片层的厚薄不同，这类组织又可细分为三种。

第一种是珠光体，其形成温度为A1～650℃，片层较厚，一般在500倍的光学显微镜下即可分辨。

用符号“P”表示。

第二种是索氏体，其形成温度为650℃～600℃，片层较薄，一般在800～1000倍光学显微镜下才可分辨。

回复与再结晶的异同点在材料科学领域，回复和再结晶是两种常见的微观组织演变过程。

它们都是通过热力学和动力学控制的原子移动和晶界迁移来实现的。

虽然它们都与晶体的再生和再生有关，但它们之间有许多重要的异同点。

本文将分析回复和再结晶的异同点，并讨论它们的应用。

回复和再结晶的定义回复是指晶粒在几乎不改变其形状的情况下重新排列，以消除应力和增强材料的韧性。

回复的发生通常是在材料经历了一些变形后，例如冷加工或热加工。

回复的过程中，原来的晶界被消除，晶粒内部的位错被消除，晶粒的取向被重新排列。

回复可以分为静态回复和动态回复，静态回复是在低温下进行的，而动态回复是在高温下进行的。

再结晶是指在材料经历了一定程度的变形之后，晶粒重新长大并形成新的晶粒。

再结晶发生的过程中，原来的晶粒被分解成很小的晶粒，这些小的晶粒被称为再结晶晶粒。

再结晶晶粒的取向通常是随机的，这意味着再结晶后的材料具有更好的韧性和可塑性。

再结晶可以分为动态再结晶和静态再结晶，动态再结晶是在高应变速率下进行的，而静态再结晶是在低应变速率下进行的。

回复和再结晶的异同点虽然回复和再结晶都是晶体的再生和再生过程，但它们之间有许多重要的异同点。

下面是回复和再结晶的异同点：相似点：1. 晶体的再生和再生：回复和再结晶都是晶体的再生和再生过程，旨在消除应力和增强材料的韧性。

2. 热力学和动力学控制：回复和再结晶都是通过热力学和动力学控制的原子移动和晶界迁移来实现的。

3. 都需要一定的变形：回复和再结晶都需要材料经历一定程度的变形，以激发原子的移动和晶界的迁移。

4. 都可能发生在同一温度范围内：回复和再结晶都可能发生在相同的温度范围内，但需要不同的应变速率。

不同点：1. 晶界的变化：回复的过程中，原来的晶界被消除，而再结晶的过程中，原来的晶粒被分解成很小的晶粒，这些小的晶粒被称为再结晶晶粒。

2. 晶粒的取向：回复的过程中，晶粒的取向被重新排列，而再结晶的过程中，再结晶晶粒的取向通常是随机的。

实验名称：金属的塑性变形、回复与再结晶一、实验目的•研究金属冷变形后，变形量对材料硬度的影响。

•研究同一退火温度下不同变形量对回复、再结晶后材料硬度的影响。

•研究再结晶温度对冷变形材料进行回复、再结晶后的硬度影响。

二、实验内容说明•金属经塑性变形后不但外形发生变化，而且晶粒内部结构和力学性能也发生明显的变化。

变形量越大，这些变化越明显。

•金属塑性变形后的退火处理可以导致材料产生回复与再结晶，退火温度对回复和再结晶过程有影响。

•冷变形量、热处理温度与时间的差异可导致材料回复与再结晶特征不同。

三、实验步骤1、实验用设备和材料•设备：轧机，游标卡尺，箱式电炉，热电偶及控温仪表，硬度计等；•材料：紫铜板片约20-40块。

2、实验内容与实验过程•紫铜试样作四种不同变形量的轧制变形；变形量20%-80%；•测量变形试样的硬度；•变形试样做不同温度（3-4个）的再结晶退火；温度范围200-500°C；退火时间约0.5小时；•测量退火试样的硬度；•做出材料硬度与变形和热处理工艺参数的关系曲线；•总结规律并且分析原因。

四、实验注意事项•全班学生拟分成3-4组；•先进行安全教育和设备使用的讲解；•关键步骤教师先进行示范，并全程监控学生实验。

五、实验报告要求•写出实验目的、原理和步骤；•绘出硬度与变形量、退火后硬度与变形量、退火后硬度与退火温度的关系曲线；•说明变形量对硬度的影响；•说明在相同的温度与保温时间条件下，变形量不同对再结晶后硬度的影响；•说明在相同的变形量与保温时间条件下，不同温度对再结晶后硬度的影响；•分析其中的原因。

六、思考题•分析金属的堆垛层错能高低对冷变形组织、静态回复、动态回复、静态再结晶和动态再结晶的影响。

•退火温度的升高，变形组织将依次发生哪些变化？•回复和再结晶阶段空位和位错的变化对金属的组织和性能所带来哪些影响？•影响材料的硬度的主要因素有哪些？。

2020届材料科学基础期末必考知识点总结豆第八章回复与再结晶第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化一回复与再结晶回复：冷变形金属在低温加热时，具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。

二显微组织变化（示意图）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三性能变化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。

四储存能变化(示意图)1储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分(〜10%)变形功。

「弹性应变能(3〜12%)2存在形式J位错(80〜90%) 1I点缺陷j 是回复与再结晶的驱动力3储存能的释放：原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放。

五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。

第二节回复一回复动力学(示意图)1加工硬化残留率与退火温度和时间的关系ln(x o/x)=C o texp(-Q/RT)x o原始加工硬化残留率；X—退火时加工硬化残留率；C0一比例常数；t—加热时间；T—加热温度。

2动力学曲线特点(1)没有孕育期；(2)开始变化快，随后变慢；(3)长时间处理后，性能趋于一平衡值。

3高温回复：位错攀移（+滑移）f 位错垂直排列（亚晶界）+多边化（亚（0.3~0.5Tm ）晶粒）一►弹性畸变能降低。

三回复退火的应用去应力退火：降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、开 裂，提高耐蚀性。

第15卷第1期2024年2月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.15，No.1Feb. 2024TC11钛合金动态回复与动态再结晶高温本构模型研究朱宁远*， 陈秋明， 陈世豪， 左寿彬（江西理工大学机电工程学院，江西 赣州 341000）摘要：采用Gleeble-1500热模拟试验机在变形温度为900~1 050 ℃、应变速率为0.1~10 s -1的条件下，对TC11钛合金进行等温恒应变速率单轴压缩试验。

组织观测结果表明，在热变形过程中，TC11钛合金存在明显的动态再结晶现象，变形温度分别为900 ℃和950 ℃时，再结晶晶粒尺寸随应变速率增加而先增大后减小；变形温度分别达1 000 ℃和1 050 ℃时，α相含量大量减少，组织演变中动态再结晶机制占主导，晶粒细化明显。

为研究此现象对流变行为的影响，结合K-M 位错密度模型与动态再结晶分数模型，建立了基于动态回复与动态再结晶现象的流动应力高温本构模型。

将此本构模型预测结果与试验数据对比分析，相关性系数和平均相对误差分别为0.989和6.53%，表明所构建的考虑动态回复与动态再结晶的流动应力模型能够准确预测TC11钛合金热变形条件下的流动应力。

关键词：TC11钛合金；动态回复；动态再结晶；高温本构模型；K-M 位错密度模型中图分类号：TG301 文献标志码：AStudy on high-temperature constitutive model of TC11 titanium alloy dynamic recovery and dynamic recrystallizationZHU Ningyuan *, CHEN Qiuming , CHEN Shihao, ZUO Shoubin（School of Mechanical and Electrical Engineering ，Jiangxi University of Science and Technology ， Ganzhou 341000， Jiangxi ， China ）Abstract: Gleeble-1500 thermal simulation testing machine was used to perform an isothermal constant strain rate uniaxial compression test for TC11 titanium alloy under a deformation temperature of 900~1 050 ℃ and strain rate of 0.1~10 s -1. The microstructure observation results show that a significant dynamic recrystallization phenomenon occurs in TC11 titanium alloy during the thermal deformation process. Under the deformation temperatures of 900 ℃ and 950 ℃, the recrystallization grain size first increases and then decreases with increasing strain rate. Furthermore, as the deformation temperature reaches 1 000 ℃ and 1 050 ℃, the content of the α phase significantly decreases, and the microstructure evolution is dominated by dynamic recrystallization, accompanied by obvious grain refinement. To study the effect of the dynamic recrystallization phenomenon on rheological behavior, a high-temperature constitutive model of flow stress based on dynamic recovery and dynamic recrystallization was constructed in combination with the K-M dislocation density model and dynamic recrystallization fraction model. By comparing the prediction results of the constitutive model with the test data, the correlation coefficient and average relative error are 0.989 and 6.53%, respectively, which suggests that the constructed flow stress model with收稿日期：2022-12-12；修回日期：2023-03-14基金项目：国家自然科学基金资助项目（51905241）；江西省自然科学基金资助项目（20202BABL214033）通信作者：朱宁远（1986—　），博士，副教授，主要从事金属材料成形与控性一体化研究。

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）。