《工程材料及热处理》课件-3.2.2金属的塑性变形与再结晶

工程材料—材料学机电工程学院3.2.2金属的再结晶金属经塑性变形（冷加工）后，组织结构和性能发生了很大的变化。如果对变形后的金属进行加热，金属的组织结构和性能又会发生变化。随着加热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大过程。变形金属加热时组织和

性能变化示意图1.回复

回复是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前(即在再结晶晶粒形成前)所产生的某些结构和性能的变化过程。冷塑性变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复过程。

T回复=（0.25～0.3）T熔点（K）变形金属加热时组织和

性能变化示意图回复的产生机理：由于加热温度不高，原子扩散能力不很大，只是晶粒内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复合消失而大大减小。回复阶段组织结构和性能产生了变化：晶粒仍保持变形后的形态，变形金属的显微组织不发生明显的变化。材料保留了加工硬化效果，强度和硬度略有降低，塑性和韧性略有增高，但残余应力则大大降低。变形金属加热时组织和

性能变化示意图工业上常利用回复过程对变形金属进行去应力退火，以降低残余内应力，保留加工硬化。工业上根据回复阶段的性能变化，将冷变形金属件加热，使其在基本保持加工硬化前的状态下降低内应力(主要是宏观内应力)，稳定工件尺寸，减轻工件的翘曲和变形并改善其耐蚀性能，这就是工程上的去应力退火(回复退火)。

应用举例：

冷冲压黄铜件，须在190～260℃进行去应力退火，以降低内应力和在潮湿空气中的应力腐蚀倾向，而硬度、强度则基本不变。

弹簧钢丝冷卷之后即要进行一次250～300℃的去应力退火，使其定型。2.再结晶①再结晶过程对金属组织、性能的影响再结晶的产生机理：冷塑性变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新形核和长大变成新的均匀、细小的等轴晶。上述过程称为再结晶。

再结晶生成的新晶粒的晶格类型与变形前、后的晶格类型一样。金属的强度和硬度明显下降，而塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除，此时内应力全部消失，物理和化学性能基本恢复到变形以前的水平。需要说明的是：再结晶过程不是相变过程虽然再结晶经历了形核与长大两个阶段，但是再结晶前后新旧晶粒的晶格类型相同，成分相同，所以再结晶不是相变，只是一种显微组织变化。再结晶也不是一个简单地恢复变形前组织和性能的过程可以利用再结晶的规律，制定适宜的再结晶退火工艺参数，获得细小均匀的等轴晶组织，以改善金属材料的性能。工程上为了消除加工硬化现象，降低硬度，提高塑性，使压力加工能继续进行，广泛采用再结晶退火(中间退火)。②再结晶温度变形后的金属发生再结晶的温度是一个温度范围，并非某一个恒定温度。一般所说的再结晶温度是指最低再结晶温度，通常用经过大变形量（70﹪以上）的冷塑性变形的金属，经一小时加热后能完全再结晶的最低温度来表示。

最低再结晶温度与熔点的关系:

纯金属T再＝(0.35～0.4)Tm(K)

合金T再＝(0.5～0.7)Tm（K）需要说明：再结晶过程没有相变，没有确定的转变温度。所以，它是自某一温度开始，随温度升高而连续进行的形核、长大过程。没有经过冷塑性变形的金属是不会发生再结晶的。最低再结晶温度的影响因素：预先变形度；金属的熔点；杂质和合金元素；加热速度和保温时间。③再结晶后晶粒的晶粒度影响再结晶退火后晶粒度的主要因素有：加热温度加热温度越高，原子扩散能力越强，则晶界越易迁移，晶粒长大也越快。再结晶退火加热温度对晶粒度的影响预先变形度当变形程度很小(小于2％)时，不足以引起再结晶，晶粒不变。当变形度达2％～10％时，金属中少数晶粒变形，再结晶生成的晶核少，晶粒大小相差悬殊，晶粒容易相互吞并长大，再结晶后晶粒特别粗大。再结晶时使晶粒发生异常长大的预先变形度称为临界变形度，生产上应尽量避开临界变形度的塑性加工。超过临界变形度后，随变形程度增加，变形越来越均匀，再结晶时形核量大且均匀，使再结晶后晶粒细小而均匀。预先变形量达到一定值之后，晶粒度基本不变。当预先变形量相当大(大于90％)时，再结晶后的晶粒又重新出现粗化现象，一般认为这与金属中形成的织构有关。3.晶粒长大再结晶完成时晶粒是细小的。但如果加热温度过高或保温时间过长时，晶粒会明显长大，最后得到粗大的晶粒。

二次再结晶：避免变形金属加热时组织和

性能变化示意图变形80%的工业纯铁再结晶退火前显微照片100×变形80%400℃退火8小时变形8