恢复再结晶和晶粒长大——工作过程

恢复再结晶和晶粒长大 是在冷塑性变形后的退火和/或金属热加工过程中发生的微观结构变化。

恢复再结晶和晶粒长大

塑性变形会扭曲晶格并破坏初始等轴（具有大致相同尺寸的轴）晶粒的块以产生纤维结构或薄板，从而提高金属的能级。

与未变形状态相比，变形金属处于非平衡、热力学不稳定状态。因此，即使在室温下，应变硬化金属也会发生自发过程，使其进入更稳定的状态。

如果温度充分升高，金属会尝试通过三个过程接近平衡：(a) 恢复 , (b) 重结晶 , 和 (c) 晶粒生长 .

图 3.16 描绘了这些过程随时间变化的系统学。新晶粒在时间 T1 开始从冷加工晶粒中成核；晶粒成核将继续并增长直到时间 T2。至此，所有冷加工晶粒都将成核成新晶粒。在 T3 时刻，这些新晶粒的大小以较慢的速度增长。

恢复、再结晶、晶粒长大及各区域主要性能变化示意图如图2.9所示。

恢复

什么是恢复？

这是一种低温现象，导致物理性能恢复而微观结构没有明显变化。恢复对于释放锻造、焊接和制造设备中的内应力而不降低工作期间和工作后获得的强度至关重要。

工作

如果将应变硬化金属加热到相对较低的温度，则由于原子热振荡幅度的增加，晶格的弹性变形会减少。这种加热会稍微降低应变硬化金属的强度，但弹性极限和延展性会增加，尽管它们不会达到初始材料所拥有的值（应变硬化之前）。

在此期间没有观察到微观结构的变化。这种通过减少晶格畸变而在微观结构上没有明显变化而产生的对原始性能的部分恢复称为恢复。

在给定的温度下，恢复速度最初是最快的，并且在较长时间内下降。因此，在实际时间内发生的恢复量随着温度的升高而增加。在给定的冷加工金属中，各个特性以不同的速度恢复并达到不同的完成程度。

恢复特性曲线

图 3.18 描述了恢复过程的特征。从图中可以看出，I 的恢复速度先是很快，然后随着时间的推移而减慢，并且 (ii) 恢复量随着温度的升高而增加。金属的个别属性以不同的速度恢复。

通过恢复，应力从防止应力腐蚀开裂的冷加工合金中释放出来。可以在不显着影响机械性能的情况下缓解应力。需要高恢复温度才能完全消除残余应力。这种高温处理有利于铸件或焊接件。

重结晶

什么是重结晶？

这是一个过程，当加热到称为再结晶温度的温度以上时，冷加工金属的变形晶粒被新的无应变晶粒取代。 重结晶 在增加延展性的同时导致硬度和强度急剧下降。

工作流程

在加热过程中形成新的等轴晶粒，而不是变形金属的定向纤维结构，称为再结晶。等轴晶体是具有大致相同长度的轴的晶体。等轴晶粒可以指示再结晶。等轴晶可以通过热处理获得，即退火和正火

如图 2.10 所示。加热的第一个作用是形成新的微小晶粒，如 (a) 中白色所示，这些微小晶粒迅速扩大，直到进一步生长受到晶粒相遇的限制，如 (b) 和 (C) 所示。最终，原始晶粒系统脱离了图片，新的结晶结构显示在（d）处，原始晶粒在图中用虚线表示。再结晶，实际上并不产生新的结构，而是产生相同结构的新晶粒或晶体。

实质上，再结晶在于使变形金属的原子克服扭曲晶格的键，形成等轴晶粒的核，以及由于原子从变形微晶转移到未变形微晶而随后这些晶粒的生长。细化后，晶粒被细化并获得类似于纤维的形状，如图 2.11 所示。

发生结晶即形成新晶粒的温度称为再结晶温度。这被定义为 50% 的冷加工材料在一小时内再结晶的温度。

谷物生长

什么是谷物生长？

它是指材料再结晶后由于附加退火引起的平均晶粒尺寸的增加。小颗粒比大颗粒具有更少的自由能。具有较高能量原子的较小晶体倾向于成为较大晶体的一部分。这种倾向促进谷物生长 .

工作流程

金属刚重结晶后，晶粒很小，形状有些规则。如果温度足够高或温度超过再结晶所需的最低温度，晶粒就会长大。这种增长是回归到更稳定和更大状态的趋势的结果，并且似乎主要取决于晶粒的形状。

对于高于再结晶温度的任何温度，通常都有实际的最大尺寸，在该尺寸下晶粒将达到平衡并明显停止生长，无论它们在该温度下保持多长时间。然而，由于不均匀的杂质分布，施加或残余应变梯度会导致某些类型的异常晶粒生长，并允许生长非常大的单个晶粒。