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0.5Tm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）多边化的驱动力是位错应 变能降低由于攀移靠扩散实现，需要热激活，所以多边化过程需要在较高温 度才能进行在进行实际组织观察时，对各种回复组织的鉴别是很复杂的因为变形程 度不同、材料不同时，冷变形组织也不同当冷变形度较大，形成条形胞状亚晶时，比较容易区分是否发生了多边化 回复此时，若金相组织中晶粒呈长条状变形晶粒，而高倍电镜组织中，亚晶 粒呈等轴状，则发生了多边化回复，亚晶界越平直清晰，多边化回复越充分。
当冷变形度不大时，胞状亚晶不是条状，如 P198 图 8其冷变形组织为 缠结位错构成变形胞的边界（a）；经过短时间的回复退火后，变形胞内的位错移向胞壁，同时胞壁处的缠结 位错逐渐向较直、较不混乱的趋势变化（b）；进一步发展时，胞壁缠结位错形成网络，形成网络状亚晶界（ c）； 再进一步发展时，某些网络状亚晶界合并，使亚晶聚合长大（d） 上面的例子中，我们一般用亚结构的变化特点来描述回复的进程根据回复机制，可对回复导致的性能变化作如下解释：电阻下降是由于空 位的减少和位错应变能降低；内应力降低是由于弹性应变基本消除；强度和硬 度下降不多是由于位错密度下降不大四、回复的应用回复退火主要用于在保持加工硬化的基础上，去应力例 1：经深冲压制成的黄铜弹壳，放置一段时间后会自己开裂研究结果 表明，这是由于残留内应力与外界腐蚀介质对晶界产生的应力腐蚀，导致晶界 处应力集中而开裂经过260°C去应力退火后，就不再发生应力腐蚀开裂例 2：用冷拉拔钢丝卷制弹簧，放置一段时间后弹簧形状或尺寸会发生变 化若在卷制弹簧后立即进行250-300C的去应力退火，就可去除内应力，使 形状不再改变，也称定形退火例 3：对铸件、焊接件的去应力退火。
7-2 再结晶一、再结晶的定义冷变形金属加热时，从无畸变的等轴晶粒的出现到完全取代变形晶粒这一阶段称再结晶冷变形金属加热时，其组织和性能变化最显著的阶段是再结晶阶段 再结晶是一种形核和长大过程，但不是相变过程二、再结晶的形核很多试验证实，发生再结晶的前提是先发生多边化回复若不发生多边化 回复，即使退火温度再高，也只发生回复，不发生再结晶透射电镜观察也证明，再结晶核心是在多边化所产生的无应变亚晶的基础 上形成的多边化形成的亚晶之间是由位错构成的小角晶界，其中尺寸较大的 无应变亚晶可以通过两种方式生长：1）通过亚晶界的移动，吞并相邻的变形 基体，并释放出变形储存能；2）通过两个亚晶之间的亚晶界的消失，使两亚 晶合并这时，组成亚晶界的位错通过滑移和攀移并入邻近的亚晶界中无论以上哪种生长方式，晶核的亚晶界逐渐由小角晶界向大角晶界变化 一旦形成大角晶界，其迁移速率比小角晶界要大得多，成为再结晶核心上面的形核机制适用于冷变形量较大的情况（大于20%）冷变形量较小时，往往以晶界凸出形核的方式进如图，有两个晶粒，其中晶粒B的变形度较大，亚 「晶较小这样，晶界会局部向晶粒B凸出，其扫过区域 匚童藝B为无应变的晶体，再构成再结晶核心。
二、 再结晶晶核的生长再结晶核心无论以哪种方式形成，都可通过其周围 y的大角晶界移动而生长，直到相互接触时，形成完全由大角晶界组成的无应变 的新晶粒组织三、 再结晶温度及其影响因素开始进行再结晶的最低温度称再结晶温度 影响再结晶温度的因素有：（一） 变形度冷变形度越大，储存能越高，再结晶驱动力也越大，不但再结晶温度越低， 等温退火时，再结晶速度也越快当变形量增大到一定程度时，再结晶温度就基本稳定不变了（P201图11）二） 原始晶粒尺寸在其它条件一定时，金属的晶粒越细小，变形抗力越大，储存的能量越高， 再结晶温度也越低三） 微量溶质原子 微量溶质原子的存在会偏聚在位错和晶界处，阻碍其运动，不利于再结晶的形核和长大，使再结晶温度升高四） 加热速度 加热速度十分缓慢时，回复充分，储存能减少，再结晶的驱动力降低，使再结晶温度升高但极快的加热速度，形核过程困难，也使再结晶温度升高五）分散第二相粒子 当第二相粒子较粗大时，粒子的平均间距较大，加工硬化增加了储存能， 使再结晶驱动力增大，促进基体的再结晶当第二相粒子较细小时，粒子的平均间距较小，阻碍再结晶时位错和晶界 的运动，使再结晶受阻四、再结晶后晶粒大小 再结晶后形成的晶粒通常是等轴状，其大小受许多因素的影响，主要有： 变形度、退火温度、杂质和合金成分、原始晶粒度等。
这里重点讨论变形度和 退火温度一）变形度的影响P202，研究测得冷变形度对再结晶后晶粒大小的影响如图12可见，当 变形量很小时，不发生再结晶，故晶粒度不改变o°c退火图8-25低碳钢（0.06%C）,应变度及退火 温度对再结晶后晶粒大小的影响«&<«& "mos. 9 矽占eST *宜发生再结晶的最小变形量一般在 2-8%（与材料、退火温度有关），此时再 结晶后晶粒特别粗大，称临界变形度粗大晶粒对机械性能不利，故应避免在 临界变形度范围进行加工变形（如锻造加工 in—— 1】 时）临界变形度现象是由于再结晶形核部 位少大于临界变形度时，随着变形度增加，晶粒逐渐细化这是因为G / N减小二）退火温度的影响 提高退火温度，不但使再结晶后晶粒变 大，而且临界变形度减小，再结晶后的晶粒 更粗大7-3 晶粒长大再结晶完成后，若继续保温或升高温度，再结晶晶粒会继续长大其驱动力是晶界能降低晶粒长大是通过大角晶界移动实现的，晶界移动服从两个基本规律1）弯曲晶界向其曲率中心移动；2）晶界交会点处的表面张力趋向于平衡状态3 -sin 33由规律 2 可知，三叉晶界交会点趋向于满足张力平 衡关系： 1 = 2—sin 3 sin 312对于大角晶界，T1=T2=T3，故 0]=02=03=120°,对于较大的再结晶晶粒，边数较多，其顶角大于 120°，张力平衡要求其 晶界向外弯曲，使该晶粒长大；反之，晶粒减小。
即大晶粒通过吞食小晶粒长 大最后，稳定的二维晶粒组织应该是六边形大晶粒组织（十四面体）一、影响晶粒长大的因素（一）温度 温度越高，晶粒长大速度越快二）分散第二相粒子 试验发现，某些金属中存在弥散分布的第二相粒子时，当在一定温度范围 加热时，晶粒长大到一定尺寸就停止了说明弥散分布的第二相粒子阻碍晶粒 长大理论研究表明，达到平衡时的稳定晶粒直径为：4rd =—3f式中，f为第二相粒子的体积分数；r为第二相粒子的半径可见，f 一定时， r越小，则晶粒就越细小例如，在工业生产中，经常在钢中加入少量Al、Ti、 Nb、 V 等合金元素，形成 AlN、 TiN、 VC、 NbC 等弥散分布的第二相，阻碍 高温下钢的晶粒长大在观察晶粒长大后的组织时，发现有时候晶粒大小分布比较均匀，有时候 则很不均匀，会出现部分十分粗大的晶粒研究表明，前者属于正常晶粒长大 的组织，后者则是异常晶粒长大的组织二、正常晶粒长大晶粒长大是大晶粒吃小晶粒的过程，所以应该存在一个临界晶粒半径 R0， 大于该值的晶粒长大，否则消失如果能够长大的晶粒数目很多，并在金属中较均匀的分布，那么晶粒长大过程中，晶粒的尺寸就比较均匀，这种晶粒长大方式称正常晶粒长大。
三、 异常晶粒长大（二次再结晶）若在晶粒长大过程中，多数晶粒缓慢长大（正常晶粒长大），但由于某些 原因，有少数晶粒迅速长大，使晶粒之间的尺寸差别显著增大（P207图22）, 这种晶粒长大方式称异常晶粒长大，也叫二次再结晶显然，二次再结晶属于特殊条件下的晶粒长大过程，并非再结晶一般认为，造成少数晶粒迅速长大的原因是那些能够强烈阻碍晶粒长大的 因素在组织中分布不均造成的例如，第二相粒子分布不均，尤其当退火温度 高于第二相溶解温度时（P207图22,温度高于MnS溶解温度）四、 再结晶图通常将再结晶退火后，晶粒的大小与冷变形度、退火温度间的关系绘制成 空间图形，称再结晶图（P208图23）图 23 中，冷变形度很小时，出现的粗大晶粒区与临界变形度有关；大变 形度时出现的粗大晶粒区与一次再结晶织构引起的二次再结晶有关由于再结晶图不可能把所有影响因素都考虑进去，因此有一定的局限性 但仍有一定参考价值五、退火孪晶某些具有面心立方结构的金属及合金，其再结晶退火组织中经常出现孪 晶，称退火孪晶（P208图25）孪晶面是｛111｝面图中， A、B、C 为三种典型退火孪晶的形态孪 晶带两侧相互平行的孪晶界属于共格的孪晶界，由 ｛111｝面组成。
孪晶带在晶界内终止处、及共格孪晶 界的台阶处，均属于非共格的孪晶界形成退火孪晶时，需要在｛111｝面出现堆垛层错退火孪晶的形成机制：一般认为退火孪晶是在晶 粒长大阶段形成的如图，当晶粒通过晶界移动生 长时，原子层在晶界角处｛111｝面上 的堆垛次序偶然出错，就出现一共 格的孪晶界，并生长成退火孪晶若再次错排后又回到原来的堆垛顺序，就形成一退火孪晶带六、再结晶织构冷变形织构经过再结晶后，有三种可能：1）保持甚至加强了原有的织构2）原织构消失，产生新织构；3）原织构消失，也无新织构前两种比较常见第三种很少见，往往是粗大晶粒，阻碍织构的测定一） 织构的表示 织构通常用一个或两个主要取向来表示例如：1） 拉拔金属丝时，用与金属丝轴线平行的晶向＜uvw ＞表示2） 轧制板材时，用｛hkl｝＜uvw＞表示｛hkl｝表示与板面平行的晶面，＜uvw＞ 表示与轧制方向平行的晶向3） 多数情况下，织构的集中程度不是很。