第10章 回复与再结晶
§1 冷变形金属在加热时的变化
一、显微组织的变化
二、性能的变化
（一）力学性能的变化
回复阶段：强度、硬度、塑性等力学性能变化不大。
再结晶阶段：随加热温度升高，强度、硬度显著下降，塑性急剧升高。当晶粒长大时，强度、硬度继续下降，塑性在晶粒严重粗化时，也下降。
（二）物理性能的变化
回复阶段：，密度变化不大，电阻明显下降；
再结晶阶段：密度急剧升高。
（三）内应力的变化
回复阶段，内应力部分消除；再结晶阶段，内应力全部消除。
§2 回 复
一、回复过程中微观结构的变化机制
回复：
回复的驱动力：弹性畸变能的降低。
根据回复阶段加热温度及内部结构变化特征、机制不同，将其分为三类：
（一）低温回复
温度：0.1Tm~0.3 Tm。
结构变化：主要是点缺陷的运动，空位浓度降低。
（二）中温回复
温度：0.3Tm~0.5 Tm。
结构变化：除点缺陷的运动外，位错也开始运动，位错密度降低。
（三）高温回复
温度：≥0.5 Tm。
结构变化：位错运动发生多边化，形成亚晶结构；总的应变能下降。
二、回复动力学
特点：①无孕育期；②变化速率先快后慢；③最后趋于恒定值。
回复过程的表达式：dx / dt= - cx (c=c0exp(-Q/RT))→ln(x0/x)= c0
texp(-Q/RT)。
如果采用两个不同温度将同一冷变形金属的性能回复到同样程度，则有：
三、去应力退火
§3 再结晶
再结晶：经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。
再结晶是一个显微组织彻底改组、变形储能充分释放、性能显著变化的过程。
一、再结晶的形核及长大
形核的两种方式：晶界凸出形核、亚晶形核。
（一）晶界凸出形核
变形度较小时，再结晶核心一般以凸出形核方式形成。
如右图所示。
若界面由I向II推进，则：
当α>π/2时，晶界可以自发生长，因此，凸出形核所需的能量条件为：
812【材料科学基础】大纲
第一部分金属与合金的晶体结构金属原子间的结合；金属的晶体结构；合金相结构；金属晶体的缺陷
第二部分纯金属的结晶金属的结晶现象；金属结晶的热力学条件；金属结晶的结构条件；晶核的形成；5晶核的长大
第三部分二元合金相图和合金的凝固二元合金相图的建立；匀晶相图及固溶体的结晶；共晶相图及其合金的结晶；包晶相图及其合金的结晶；其它类型的二元合金相图；二元相图的分析和使用；铸锭的组织与缺陷
第四部分铁碳合金相图和合金的凝固铁碳合金的组元及基本相； Fe-Fe3C相图分析；铁碳合金的平衡结晶过程及组织；含碳质量分数量对铁碳平衡组织和性能的影响；钢中的杂质元素及钢锭组织：钢中的杂质元素及其影响、钢锭的组织及其宏观缺陷
第五部分三元合金相图三元合金相图的表示方法；三元系平衡相的定量法则；三元匀晶相图
第六部分金属的塑性变形和再结晶金属的变形特性；单晶体的塑性变形；多晶体的塑性变形；塑性变性对金属组织与性能的影响；冷变形金属的回复与再结晶；金属的热加工
第七部分钢在加热和冷却时的转变钢的热处理与钢的临界温度；钢在加热时的转变；钢的过冷奥氏体转变曲线；珠光体转变；马氏体转变；贝氏体转变
第八部分钢的回火转变及合金时效钢的回火转变；合金的时效
第九部分钢的热处理工艺钢的退火和正火；钢的淬火；钢的淬透性；钢的回火
【材料科学基础】必考知识点第⼋章
2020届材料科学基础期末必考知识点总结
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，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。
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⼨。
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 存在形式位错（80～90％）
点缺陷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(x0/x)=c0t exp(-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。
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。
⼆回复机理
移⾄晶界、位错处1 低温回复：点缺陷运动空位＋间隙原⼦缺陷密度降低
（0.1~0.2Tm）空位聚集（空位群、对）
异号位错相遇⽽抵销2 中温回复：位错滑移位错缠结重新排列位错密度降低
《材料科学基础》教学大纲
课程编号:C050130507
课程名称：材料科学基础
课程类型：专业基础课组
英文名称：FundamentalsofMaterialsScience
适用专业：材料科学与工程
总学时：70
学分：4.5
一、课程的性质、目的和任务
性质：材料科学基础是材料金属材料和冶金工程专业的一门重要的学科基
础理论课程。
目的：本课程的教学目的是使学生系统掌握材料的化学成分、组织结构与
性能之间的关系及其变化规律的基础理论，材料热处理的基本原理和方法，以
及金相组织的分析方法，能从材料组成-结构-性能相互联系的角度理解、解释
材料制备、通过热处理进行材料改性以及使用过程中的各种化学、物理现象和
性能。
任务：为后续专业课打下牢固的基础，同时为将来从事材料的研究与开发
打下坚实的理论基础。
二、课程教学的基本要求
1.课程教学的基本要求
通过学习，应着重掌握材料成分、组织、结构及加工过程与性能间的相互
关系；
了解材料科学在国民经济中的地位与作用与材料科学的发展历史。
掌握材料中原子的结合方式、晶体学基础、材料的晶体结构、相结构。
掌握点缺陷、线缺陷、面缺陷的有关概念、规律、实际应用等基本理论。
掌握纯金属的结晶过程、结晶的条件、形核规律、长大规律，了解结晶理
论的实际应用。
掌握相图的基本知识、二元相图的基本类型、二元相图的分析与使用方法，
熟练记忆和应用Fe-Fe3C相图。
掌握三元相图的成分表示法，理解三元系平衡转变的定量法则、三元匀晶
相图、三元共晶相图、三元相图的四相平衡转变、具有化合物的三元相图的分
析方法。
掌握弹性变形、单晶体的塑变、多晶体的塑变的规律，掌握塑性变形对金
属组织与性能的影响，金属及合金强化的位错解释。
掌握金属及合金在加热过程中的组织与性能变化，掌握回复、再结晶、晶
粒长大及金属的热变形的规律。
掌握扩散的基本理论。
三、课程教学内容
0.绪论
内容：
0.1材料科学在国民经济中的地位与作用
0.2材料科学的发展简史
0.3本课程的主要内容和学习方法重点：本课程的主要内容
