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第7章金属及其合金的回复与再结晶塑性变形后的金属与合金加热时，其组织结构发生转变的过程，主要包括回复，再结晶和晶粒长大存储能的降低是这一转变过程的驱动力回复阶段；在这段时间内从显微组织上看不出任何变化，晶粒仍保持纤维状再结晶阶段；在变形的晶粒内部开始出现小晶粒，随着时间的延长，新晶粒不断出现并长大，这个过程一直进行到塑性变形后的纤维状晶粒完全改组为新的等轴晶粒为止晶粒长大阶段；新的晶粒相互吞并而长大，直到晶粒长大到一个较稳定的尺寸在回复阶段，大部分甚至全部的第一类内应力得以消除，第二类或第三类内应力只能消除一部分，经再结晶后，因塑性变形而造成的内应力可以全部消除力学性能的变化在回复阶段，硬度值稍有下降，但数值变化很小，而塑性有所提高。强度一般是和硬度呈正比例的一个性能指标。在再结晶阶段，硬度和强度均显著下降，塑性大大提高，金属与合金因塑性变形而引起的强度和硬度的增加与位错密度的增加有关，在回复阶段，位错密度的减小有限，只有在再结晶阶段，位错密度才会显著下降工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称去应力退火再结晶开始前发生的过程叫回复，回复是指冷塑性变形的金属在加热时，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回复的程度是温度和时间的函数，温度越高，回复的程度越大，当温度一定时，回复的程度随着时间的延长而逐渐增加回复过程是原子的迁移扩散过程，原子迁移的结果，导致金属内部的缺陷数量的减少，存储能下降杂质原子和合金元素能够显著推迟金属的再结晶过程回复过程具有热激活的特点，温度越高，过程进行的越快。微观上看，回复阶段主要是空位的迁移和位错的重排，它们都是典型的热激活过程回复机制温度不同，回复过程中金属内部结构变化也不同。中、低温时主要是点缺陷的迁移和消失，点缺陷密度下降，导致电阻率下降。位错密度变化不大。力学性能对空位的变化不敏感，所以不出现变化高温时通过位错的攀移和反应（异号位错相消），同号位错沿垂直于滑移面的方向排列成稳定的位错墙，将晶粒分割成一个个亚晶，这一过程称为多边化，这些位错墙就成为小角度的亚晶界多变化是冷变形金属加热时，原来处在滑移面上的位错，通过滑移和攀移，形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。多边化的驱动力来自弹性应变能的下降。冷变形后，晶体中同号的刃性位错处在同一滑移面时他们的应变能是相加的，可能导致晶格弯曲。而多边化后，上下相邻的两个同号刃型位错之间的区域内，上面位错的拉应变场正好与下面位错的压应变场想叠加，互相部分抵消，从而降低了系统的应变能攀移：指刃型位错沿垂直于滑移面的方向运动正攀移：位错线的一部分或整体移到另一个新的滑移面上（即额外半原子面缩短）负攀移：额外半原子下面添加原子，使额外半原子面扩大回复温度越低，变形度越大，则回复后的亚晶粒尺寸越小回复退火的运用使冷加工的金属件在基本上保持加工硬化状态的条件下降低其内应力，减轻工件的翘曲和变形，降低电阻率，提高材料耐蚀性变改变塑性和韧性，提高工件使用时的安全性再结晶冷变形后的金属加热到一定温度或保持足够时间后在原来的变形组织中发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再结晶只是晶粒形貌发生了变化，但晶体结构没有变化，所以再结晶不是相变，虽然它也是由形核、长大所构成。再结晶与回复的不同之处在于机械性能能完全恢复到冷变形前的状态，加工硬化得以消除。生产中利用这一点来消除加工硬化，使塑性加工能够顺利进行下去，这种工艺称为再结晶退火再结晶的驱动力和回复一样，都是预先冷变形时所产生的存储能的下降再结晶与同素异构转变的共同点与区别两者都经历了形核和长大的过程，再结晶前后各晶粒的晶格类型不变，成分不变，而同素异构转变则发生了晶格类型的变化再结晶温度：经过严重冷变形（变形度在70%以上）的金属，在约一小时的保温时间能完成再结晶（95%转变量）的温度为消除冷加工金属的加工硬化现象，再结晶退火温度通常要比其最低再结晶温度高出100-200℃影响再结晶温度的因素：1.金属的变形度：变形度越大，金属的存储能就越多，再结晶的驱动力就越大，故金属的再结晶温度就越低。当再结晶增加到一定数值后，再结晶温度趋于一定稳定值，当变形度小于一定程度时（约30%-40%）时，则再结晶温度将趋于金属的熔点，不会有再结晶过程的发生2.金属的纯度越高，则再结晶温度越低。这是因为杂质和合金元素溶入基体后，趋向于位错，晶界出偏聚，阻碍位错的运动和晶界的迁移，同时杂质和合金元素还阻碍原子的扩散，因此显著提高再结晶温度3.晶粒越细小，再结晶温度就越低。这是因为形变金属的晶粒越细小，单位体积内晶界总面积越大，位错在晶界附近塞积导致晶格强烈扭曲的区域也越大，提供了较多的再结晶成核的场所4.加热速度和保温时间也影响再结晶温度。若加热速度十分缓慢，则变形金属在加热过程中有足够的时间进行回复，使储存能减小，减小了再结晶的驱动力，导致再结晶温度升高。若加热速度太快，也会使再结晶温度提高，因为加热速度太快，来不及形核及长大，所以推迟更高的温度下才会发生再结晶在一定范围内增加退火保温时间有利于新的再结晶晶粒的形核和长大，可降低再结晶温度再结晶晶粒大小的控制。变形金属经再结晶退火后，力学性能发生了重大变化，强度硬度降低，塑性韧性增加再结晶晶粒的平均尺寸d=k(G/.N)的四分之一次.N为形核率，G为长大线速度，k为比例常数。再结晶后的晶粒大小取决于G/.N的大小，要细化晶粒，得使这个比值减小1.变形度当变形度很小时，金属材料晶粒仍保持原状，这是由于变形度小，畸变能很小，不足以引起再结晶，所以晶粒大小没有变化。当变形度达到某一数值（一般在2%-10%）时，再结晶后的晶粒变得十分粗大。这是由于此时的变形度不大，G/.N比值很大。通常把对应于特别大晶粒的变形度称为临界变形度当变形度超过临界变形度后，则变形度越大，晶粒越细小。这是由于变形度增加，则存储能增加，从而导致.N和G都增大，但是由于N的增大率大于G的增大率，所以G/N比值减小。当变形度达到一定程度后，再结晶晶粒大小保持不变所以，在压力加工时，应当避免在临界变形度范围内加工，以免再结晶后产生粗晶2.再结晶退火温度提高再结晶退火温度，不仅使再结晶后的晶粒长大，而且还减小临界变形度的具体值3.原始晶粒尺寸材料的原始晶粒越小，再结晶后的晶粒也越细小。这是由于细晶粒金属存在较多的晶界，而晶界又往往是再结晶形核的有利地区，所以原始细晶粒金属经再结晶退火后仍会得到细晶粒组织4.合金元素及杂质溶于基体中的合金元素及杂质，一方面增加变形金属的存储能，另一方面阻碍晶界的运动，一般起细化晶粒的作用晶粒长大晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。随着温度的升高或保温时间的延长晶粒均匀连续的长大，称为正常长大晶粒不均匀不连续的长大，称为反常长大晶粒长大的驱动力是晶粒长大前后总的界面能差。细晶粒的晶界多，界面能高，粗晶粒的晶界少，界面能低。所以细晶粒长大成为粗晶粒是使金属自由能下降的自发过程在晶粒长大阶段，晶界移动的驱动力与其界面能成正比，而与晶界的曲率半径成反比。即晶界的界面能越大，曲率半径越小，则晶界移动的驱动力越大影响晶粒长大的因素1.温度由于晶界迁移的过程就是原子扩散的过程，所以温度越高，晶粒长大就越快2.杂质及合金元素阻碍晶粒长大。因为杂质元素常偏聚在晶界上，形成内吸附现象，使界面能降低，导致晶粒长大驱动力降低，另外内吸附会增大晶界迁移阻力。3.第二相质点弥散的第二相质点对于阻碍晶界移动起着重要的作用。第二相质点越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大的能力越强（在钢中加入少量Al.Ti.V。Nb等元素，形成适当体积分数和尺寸的AlN，TiN,VC,NbC等第二相质点，就能有效阻碍高温下钢的晶粒长大，使钢在焊接或热处理后仍具有较细小的晶粒，以保证良好的力学性能4相邻晶粒的位相差小角度晶界的界面能小于大角界的界面能，而界面移动的驱动力又与界面能成正比，因此，前者的移动速度要小于后者晶粒的反常长大某些金属材料经过严重冷变形后，在较高温度下退火时，会出现反常的晶粒长大现象。即少量晶粒具有特别大的长大能力，逐步吞食掉周围的大量小晶粒。其尺寸超过原始晶粒的几十倍或者上百倍，比临界变形后形成的再结晶晶粒还粗大的多，这个过程称为二次再结晶二次再结晶并不是重新形核和长大的过程，他是以一次再结晶后的作为基础而长大的，因此，严格说来他是在特殊条件下的晶粒长大过程，并非是再结晶发生异常晶粒长大的原因是弥散的夹杂物，第二相粒子或织构对晶粒长大过程的阻碍二次再结晶的重要特点：在一次再结晶完成之后，在继续保温或提高加热温度时，绝大多数晶粒长大速度很慢，只有少数晶粒长大的异常迅速，以致到后来造成晶粒大小越来越悬殊，从而就更加有利于大晶粒吞食周围的小晶粒，直至这些迅速长大的晶粒相互接触为止。弥散的夹杂物可以阻碍晶粒长大，但夹杂物在各个晶粒中的分布不均匀，而且他们在温度很高时要发生聚集或者溶解与金属的基体中。因此金属的夹杂物的金属材料与适当高的温度下退火时，可能有少数晶粒脱离夹杂物的约束，获得优先长大的机会，但大多数晶粒的晶界任然被夹杂物阻挡，不能移动，这样就为反常的不均匀的晶粒长大创造了机会。二次再结晶导致晶粒粗大，降低材料的强度，塑性和韧性再结晶后的退火组织再结晶退火是：将冷变形金属加热到规定温度，并保温一定时间，然后缓慢冷却到室温的一种热处理工艺。其目的是降低硬度，提高塑性，恢复并改善材料的性能再结晶织构：金属再结晶退火后形成的织构再结晶织构的形成与变形程度和退火温度有关。变形度越大，退火温度越高，所产生的织构越显著。采用适当的变形度，较低的退火温度，较低的保温时间，或者采用两次变形，两次退火处理。对于一些磁性材料，则希望得到一定的织构退火孪晶或再结晶孪晶：某些面心立方结构的金属及其合金，如铜及铜合金，奥氏体不锈钢等经再结晶退火后，经常出现孪晶组织，这种孪晶称。。金属的热加工在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工只要有塑性变形就会产生加工硬化现象，而只要有加工硬化，在退火时就会发生回复和再结晶在热加工过程中，金属内部同时进行着加工硬化和回复再结晶软化的过程。回复和再结晶是边加工边发生的，因此称为动态回复与再结晶把变形中断或终止后的保温过程中或者在随后的冷却过程中所发生的回复于再结晶，称为静态回复与静态再结晶（利用热加工的余热进行的，而不需要重新加热）金属的热加工受着变形温度，应变速率，变形度以及金属本身的性质的影响当变形度很大而加热温度低时，由变形引起的硬化过程占优势，随着加工过程的进行，金属的强度和硬度上升而塑性下降，金属内部的晶格畸变得不到完全恢复，变形阻力越来越大，甚至会使金属断裂。反之，当金属变形度较小而变形温度较高时，由于再结晶和晶粒长大占优势，金属的晶粒会越来越大，这时虽然不会引起金属断裂，也会使金属的性能恶化。动态回复和动态再结晶亚晶尺寸的大小与变形温度和应变速率有关，变形温度越低，应变速率越大，则形成的亚晶尺寸越小。动态回复组织的强度要比再结晶组织的强度高的多。动态再结晶与再结晶过程相似，动态再结晶也是形核和长大的过程，但是由于在形核和长大的同时还进行着变形，因而使动态再结晶的组织具有一些新的特点。首先，在稳定状态的动态再结晶晶粒呈等轴状，但在晶粒内部包含着被位错缠结所分割的亚晶粒。显然这比静态再结晶中的位错密度要高。其次，动态再结晶的晶界迁移速度较慢，这是由于变形变，变发生再结晶造成的，因此动态再结晶的晶粒比静态再结晶的晶粒要细，如果能将动态再结晶的组织迅速冷却下来，就可以获得比冷变形加再结晶退火要高的强度和硬度热加工后的组织和性能1.改善铸锭组织金属材料在高温下的变形抗力低，塑性好，因此在热加工时容易变形，变形量大，可以使一些在室温下不能进行压力加工的材料在高温下进行加工。2显微组织显微组织的出现，将使钢的力学性能呈现各项异性。沿着流线的方向具有较高的力学性能，垂直于流线方向的性能则较低。3.带状组织复相合金中各个