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1、根据加热温度不同，发生回复、再结晶及晶粒长大过程，经塑性变形后的金属再进行加热的过程称之为“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的过程.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
2、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：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；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；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.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：回复过程没有孕育期；在一定的温度下，初期的回复速率很高，以
3、后逐渐减慢，直到最后回复的速率为零.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， m r 0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，每组位错墙均以小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
4、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，胞内几乎无位错，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，同时又能够保持冷变形的硬化效果，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，并提高其耐腐蚀性.异号位错在热激活作用下相互吸引而抵消，位错密度下降；亚晶粒长大；位错攀移和位错环缩小；亚晶粒合并；多边形化；中温回复（
5、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 m表示熔点）温度 回复机制低温回复（0.1-0.3T m） 点缺陷移至晶界或位错处消失；点缺陷合并；缠结中的位错重新排列而构成亚晶；再结晶：冷变形之后的金属在加热到一定温度后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，而且性能恢复到变形以前完全软化的状态，这个过程称为再结晶.再结晶也是形核和长大的过程，但再结晶在转变前后晶体结构和化学成分不发生变化.再结晶的形核亚晶粒聚合、粗化的形核机制对于 层错能高 的金属亚晶粒边界的位错滑移、攀移转移到某些晶界处亚晶界消失相邻亚晶粒合并成为一个大的亚晶再结晶晶核.对于 层错能低 的金
6、属通过亚晶界的迁移来实现，这种形核机制一般在变形程度比较大时发生，变形量越大，越有利于这种形核机制.原有晶界弓出形核机制 ：多晶体变形不均匀位错密度差别大两晶粒边界在形变储能的驱动下向 高 错密度低的晶粒移动晶界扫过的区域位错密度降低，能量释放.这块无应变的小区域尺寸达到一定值时就成了再结晶核心.再结晶动力学：研究再结晶过程速率的问题，即建立再结晶体积分数和形核率、长大速率以及时间之间的关系.再结晶速率的影响因素：其中N表示形核率，G表示长大速率变形程度增加，N和G增大，再结晶孕育期和整个再结晶过程时间都缩短.退火温度升高，N和G增大，再结晶速率加快；溶解于合金中的杂质或合金元素，一般会降低N
7、和G，降低再结晶速率；第二相粗大时，会提高再结晶速率；第二相细小时，相反；再结晶前的回复过程会使储能减小，N降低，再结晶速率减慢；变形金属的原始晶粒粗大，再结晶时N降低，再结晶速率较慢.再结晶温度 ：经过严重冷变形的金属保温1h再结晶完成95 所对应的温度 .工业纯金属再结晶温度的经验公式：T 再 =（0.3-0.4）T m，不适应与合金和高纯金属.影响再结晶温度的因素： 冷变形程度 ：随冷变形程度增加，储能增加，提高了N和G，再结晶温度降低；但冷变形使金属储能的增加有一个上限，因此冷变形增加到一定程度后，对再结晶的温度也有一个极限. 杂质及合金元素 ：在金属中融入微量合金元素可显著提高再结晶
8、温度. 弥散的第二项粒 子也能提高再结晶温度； 原始晶粒的大小 ：原始晶粒越细小，冷变形时加工硬化率越大，储能高，而且晶界往往是再结晶形核的有利地区，所以N和G增大，再结晶温度降低； 加热时间和加热速度 ：在 一定范围内延长 加热时间可以降低再结晶温度；当加热速度十分缓慢时，回复充分进行，储能减少，驱动力减少，再结晶温度反而上升；极快的加热速度，各温度停留时间很短，来不及进行形核和核长大，需要加热到更高的温度才能够结晶再结晶后的晶粒大小及再结晶全图再结晶晶粒的尺寸d与G和N之间的关系为：表明通过增加N和减小G都可以得到细小的再结晶晶粒.预先冷变形程度：变形程度很小时不发生再结晶，晶粒度不改变；
9、当变形度在2 -10范围内，再结晶后的晶粒特别粗大，此时的变形度称为“临界变形度”，变形度大于临界变形度时，随变形度的增加，晶粒逐渐细化，原因：变形度增加，储能增大，N和G都增大，但N增大更快一些.对于某些合金，当变形程度很大时，会发生晶粒的反常长大，得到特别粗大的晶粒.有时为了获得粗大的晶粒甚至单晶时，可利用临界变形度进行反复加工.原始晶粒尺寸：变形程度一定，原始晶粒越细，再结晶后的晶粒也越细，因为原始晶粒细，变形储能高，G/N值减小，晶粒变细.微量溶质原子和杂质：一方面增加了储能，另一方面阻碍晶界移动，使G/N减小，晶粒细化.退火温度：退火温度越高，晶粒越粗大.将变形程度、退火温度与再结晶
10、后晶粒的大小的关系（保温时间一定）表示在一个立体图上，构成了所谓的“ 再结晶全图 ”，指导退火工艺.再结晶织构 ：多晶体金属经过大变形量的加工后肯能产生变形织构，具有变形织构的金属经过再结晶退火后，织构也难以完全消除，有时肯能出现新再结晶的织构（或称退火织构）两种解释理论：定向生长理论（近年研究显示其主导作用）；定向形核理论；退火孪晶：fcc金属和合金，经加工及再结晶退火以后，常常出现很清晰的孪晶组织，称为退火孪晶， 孪晶中横贯整个晶粒而互相平行的分界面为孪晶面（共格/非共格孪晶面）一般认为，退火孪晶是由于新晶粒界面在推进过程中由于某些原因而出现堆垛层错造成的.退火孪晶的形成与层错能有关，层错
11、能低(Cu)，容易形成退火孪晶；反之不容易形成（Al）晶粒长大 ：金属在再结晶刚完成时，一般得到的是细小的等轴晶粒，如果继续保温或提高退火温度，就会发生晶粒相互吞并而长大的现象，即晶粒长大的过程.晶粒长大有 正常长大 （亦称均匀长大）和 反常长大 （亦称非均匀长大或二次再结晶）（1）正常长大：是一个界面迁移过程，其驱动力是 界面能和界面曲率晶粒的稳定形貌：等六边形，晶界为直线且其夹角为120 实际上，大晶粒往往是六边形以上，必定向内凹，小晶粒往往少于六边形，必定向外凸，晶界迁移时，向曲率中心移动，结果必然是大晶粒吞噬小晶粒而长大影响晶粒长大的因素： 温度 ：晶界的迁移是热激活过程，温度越高，晶
12、粒长大速度越快，一定温度下晶粒长到极限尺寸之后不长大，但提高温度后晶粒继续长大；杂质与合金元素：其融入基体之后能够阻碍晶界运动，一般认为杂质原子被吸附在晶界，可使界面能下降，从而降低了界面移动的驱动力，使晶界不易移动；弥散分布的第二相粒子越细小，数量越多，阻碍晶粒长大能力越强；相邻晶粒的位相差：小角度晶界，界面能低，故界面移动的驱动力小，基面移动速度低；所以大角度晶界的迁移率总是大于小角度晶界迁移率.反常晶粒长大 ：在再结晶完成后的晶粒中，有少数晶粒优先长大，成为特别粗大的晶粒，这种晶粒反常长大现象，有时被称为二次再结晶，但并不存在重新形核的过程，只是在一次再结晶晶粒的长大过程中某些局部区域晶
13、粒产生了优先长大.长大条件是正常长大晶粒长大过程中被分散相粒子、织构等强烈的阻碍，使能够长大的晶粒数较少，晶粒大小相差悬殊，晶粒尺寸相差越大，大晶粒吞并小晶粒越有利，大晶粒的长大速度也会越来越快，最后形成晶粒大小极不均匀的组织.一般情况下是有害的，需要避免；特殊情况下，如在硅钢片生产中，可以利用二次再结晶获得有优良磁导率的粗大晶粒并具有高斯织构或立方织构的组织.通常把再结晶温度以上的加工称为“ 热加工 ”；低于再结晶温度又是室温的加工称为“ 冷加工 ”在再结晶温度以下，而高于室温的加工称为“ 温加工 ”铅、锡的再结晶温度低于室温，因此铅、锡在室温下的加工称为热加工； 再结晶温度是冷、热加工的分
14、界线.热加工时由于温度很高，金属在变形的同时将发生回复和再结晶，同时发生加工硬化和加工软化两个相反的过程.这种在热变形时由温度和外力联合作用下发生的回复和再结晶的过程称为“动态回复”和“动态再结晶”热加工的应力-应变曲线三个阶段：微应变阶段曲线上升快，斜率大，表明有很强的加工硬化作用；斜率减小，加工硬化率降低，加工硬化部分被动态回复抵消；曲线接近一水平线，加工硬化率为零，称稳态流变阶段，加工硬化几乎全部被动态回复所抵消，在恒应力下可持续变形，变形产生的位错与回复过程中引起的位错密度减小动态平衡.动态回复引起的软化过程是通过刃型位错的攀移、螺位错的交滑移，使异号位错相互抵消，位错密度降低的结果，
15、能否充分进行取决于层错能的高低，越高，越充分.动态回复的组织具有比再结晶组织更高的强度，可作为强化材料的一种途径.若加入的溶质原子降低了层错能，动态回复过程将受到阻碍，动态再结晶倾向增加.动态再结晶：对于低层错能的金属，扩展位错款，难以从节点和位错网中解脱出来，难以进行交滑移和攀移，动态回复过程很慢，呀组织中位错密度较高，剩余的储能足以引起再结晶，有利于发生动态再结晶.高应变速率：应力-应变曲线三个阶段：尚未发生动态再结晶的加工硬化阶段；发生部分动态再结晶的阶段，应变达到发生动态再结晶需要的临界变形值，应变增加，曲率减小；完全动态再结晶阶段，加工硬化和动态再结晶达到平衡，曲线接近水平，流变应力
16、接近恒定值.低应变速率 ：曲线后面出现波浪线，由于变形硬化-动态再结晶软化这一过程的反复出现.现存的晶界是动态再结晶的主要形核之处，通过新的大角度晶界的形成和迁移方式进行.动态再结晶其晶粒大小与静态再结晶材料相同，但强度和硬度更高.流变应力越大，热加工晶粒越细；提高变形速率或降低变形温度，也有利于获得细晶粒.亚动态再结晶：热加工一旦完成或者中断，将有动态再结晶的核心或正在长大的晶粒留下来若此时温度仍高于再结晶温度，冷却缓慢，保留下来的晶核和晶粒会继续长大，不需要形核，长大速度很快，称为 亚动态再结晶 .热加工后金属的组织与性能：改善铸态组织，减少缺陷；可以焊合铸态组织中的气孔和疏松等缺陷，减小偏析；形成流线和带状组织，使材料性能各乡异性，沿流线方向比沿垂直流线方向有较高的力学性能.控制晶粒大小：流变应力大，晶粒细小；控制变形量、变形的终止温度、随后的冷却速度来获得细小的晶粒；添加微量元素抑制热加工后的晶态再结晶.超塑性：一
