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
实验名称： 金属的塑性变形与再结晶 实验类型：
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填） 四、实验步骤与实验结果（必填）
五、讨论、心得（必填）
一、实验目的
1.了解冷塑性变形对金属材料的内部组织与性能的影响；
2.了解变形度对金属再结晶退火后晶粒大小的影响。
二、实验原理
金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。
(一) 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。
(二) 冷塑性变形后金属在加热时组织与性能的变化
金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。
1．回复 当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。
金属的塑性变形、纤维组织及其对金属性能的影响
一、金属的塑性变形
金属受力时，其原子的相对位置发生改变，宏观上表现为形状、尺寸的变化，此种现象称为变形。金属变形按其性质分为弹性变形和塑性变形。当受力不大时，去除外力后原子立即恢复到原来的平衡位置，变形立即消失，这种变形称为弹性变形。当应力超过一定值时（≥бs），金属在弹性变形的同时还会产生塑性变形。
1、单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形，主要是以滑移的方式进行的，即晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动，滑动后原子处于新的稳定位置，不再回到原来位置。
研究表明，滑移总是优先沿晶体中一定的晶面和晶向发生，晶体中能够发生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。滑移面和滑移方向越多，金属的塑性越好。
晶体的滑移是借助于位错的移动来实现的。大量的位错移出晶体表面，就产生了宏观的塑性变形。
2、多晶体的塑性变形 常用金属材料都是多晶体。每个晶粒内的塑性变形主要仍以滑移方式进行。但多晶体中各相邻晶粒的位向不同，各晶粒之间有一晶界相连接，因此，具有下列特点：
（1）晶粒位向的影响 由于多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力作用下，有的晶粒处于有利于滑移的位置，有的晶粒处于不利位置。产生滑移的晶粒必然会受到周围位向不同晶粒的阻碍，使滑移阻力增加，从而提高了塑性变形的抗力。所以多晶体的塑性变形是逐步扩展和不均匀的，其结果之一便是产生内应力。
（2）晶界的作用 晶界对塑性变形有较大的阻碍作用。试样在晶界附近不易发生变形，出现所谓“竹节”现象。这是因为晶界处原子排列比较紊乱，阻碍位错的移动，因而阻碍了滑移的缘故。很显然，晶界越多，多晶体的塑性变形抗力越大。
（3）晶粒大小的影响 在一定体积的晶体内晶粒数目越多，晶粒越细，晶界越多，不同位向的晶粒也越多。因而塑性变形抗力也就越大，表现出较好的塑性和韧性。故生产中都尽一切努力细化晶粒。
实验一：金属冷塑性变形强化与再结晶
一、实验目的
1、 掌握冷变形后金属的显微组织特点和硬度变化规律，理解变形量对金属硬度的影响。
2、 掌握再结晶退火温度对再结晶组织形貌及晶粒大小的影响。
二、实验原理
金属在外力作用下，当应力超过其弹性极限时将发生不可恢复的永久变形称为塑性变形。金属发生塑性变形后，除了外形和尺寸发生改变外，其显微组织与各种性能也发生明显的变化。
经塑性变形后，随着变形量的增加，金属内部晶粒沿变形方向被拉长为偏平晶粒。变形量越大，晶粒伸长的程度越明显。变形量很大时，各晶粒将呈现出“纤维状”组织。同时内部组织结构的变化也将导致机械性能的变化。即随着变形量的增加，金属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化或应变硬化。在本实验中，首先以工业纯铁为研究对象，了解不同变形量对硬度和显微组织的影响。
冷变形后的金属是不稳定的，在重新加热时会发生回复、再结晶和晶粒长大等过程。其中再结晶阶段金属内部的晶粒将会由冷变形后的纤维状组织转变为新的无畸变的等轴晶粒，这是一个晶粒形核与长大的过程。此过程完成后金属的加工硬化现象消失。金属的力学性能将取决于再结晶后的晶粒大小。对于给定材料，再结晶退火后的晶粒大小主要取决于塑性变形时的变形量及退火温度等因素。本实验以变形量为50%的工业纯铁为试样，在不同温度下进行再结晶退火，研究退火温度对再结晶组织的影响，并测定再结晶晶粒大小。
三、实验设备和材料
1、实验设备
液压机，实验轧机，金相显微镜，布氏硬度计
2、实验材料
（1）变形度为0%、30%、50%、70%的工业纯铁试样两套，一套经表面磨平后用于硬度的测定，一套经磨制、抛光处理后，用4%HNO3硝酸酒精溶液腐蚀；
（2）工业纯铁经50%塑形变形后，分别在450℃、600℃、750℃保温30分钟，缓冷至室温，经镶嵌、磨制、抛光处理后，用4%HNO3硝酸酒精溶液腐蚀；
四、实验内容及步骤
