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在材科基的专业课考试中，回复与再结晶可以说是一大重点和难点。
下面甜姐给大家总结了回复与再结晶的有关知识点，希望能给同学们复习时带来帮助。
01
冷变形金属在加热时的组织与性能变化
金属（合金）经过塑性加工后，产生形变。空位、位错等缺陷密度大幅度增加，晶体畸变能的升高使其处于热力学不稳定状态，在热力学中具有自主恢复到低能量的趋势。
低温下，原子扩散速度较慢，速度较慢。在加热时，原子扩散能力大幅度上升，组织、性能会发生较大变化。
此过程可以分为三个阶段：回复、再结晶和晶粒长大。
01 回复
定义：冷变形金属在加热时，在新的无畸变晶粒出现以前的亚结构及性能变化的过程。
组织：无大角度晶界迁移，显微镜下仍保持纤维状，无明显变化。
性能：强度、硬度稍有下降（变化不大），内应力和电阻下降明显。
02 再结晶
定义：冷变形金属加热到一定温度后、新的无畸变的等轴晶粒逐步取代原纤维组织的过程。
组织：畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，后形核长大，逐步转变为新的无畸变的等轴晶粒。
性能：强度、硬度显著下降，塑性上升明显，内应力消除，加工硬化得到消除。
03 晶粒长大
定义：再结晶结束之后的晶粒的继续长大。在晶界表面能的驱动下，新晶粒相互吞食，最后得到稳定尺寸的晶粒。
组织：晶界移动，晶粒粗化，最终相对稳定。
性能：强度、硬度继续下降，塑性继续上升。
晶体组织变化：
02
回复
01 回复动力学
特点：
（1）无孕育期；
（2）在一定温度下，初期的回复速率较大，随后逐渐下降至趋于0；
（3）每一温度下的回复程度都有一个极限值，退火温度越高，此极限值越高，达到此极限值的时间也越短；
（4）预变形量越大，起始的回复速率也越高，减小晶粒尺寸也可以加快回复过程。
02 回复机制
（1）低温回复：点缺陷的迁移，与位错交互作用、点缺陷与间隙原子重新结合等，点缺陷密度明显下降，电阻率明显下降。
（2）中温回复：位错滑移，位于同一滑移面上的异号位错可以相互吸引，两条位错线相互抵消。
（3）高温回复：刃型位错攀移。滑移面上的不规则的位错重新分布，垂直排列成墙。
回复退火的应用：
（1）保持加工硬化状态下的硬度和强度；
（2）消除内应力，提升和改善性能，防止材料产生变形和开裂。
03
再结晶
01 再结晶动力学
（1）有孕育期；
（2）再结晶开始时速度较慢，随之逐渐加快。再结晶体积分数到50%时达到最大，后又逐渐变慢。
驱动力：晶粒储存畸变能的释放。
Tips：再结晶不是相变，其并没有形成与原先结构不同的新相。
02 再结晶形核机制
（1）亚晶迁移机制：变形程度较大且层错能较低的金属。亚晶发生迁移，产生合并和长大现象，最终形成大角度晶界，成为再结晶的核心。
（2）亚晶合并机制：变形程度较大且层错能较高的金属。亚晶上的位错发生攀移和滑移，转移到其他亚晶界之上，最终变成大角度晶界，成为再结晶的核心。
（3）晶界弓出形核机制：变形度较小的金属。变形度较小时，各部分的变形程度不均匀，导致各晶粒之间的位错密度不同。低密度区域向高密度区域扩散，成为再结晶核心。
03 再结晶温度
再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为再结晶温度。
影响因素：
（1）变形程度。冷变形程度增加，晶体畸变能增加，再结晶驱动力增大，再结晶温度降低。
（2）原始晶粒尺寸。原始晶粒越小，变形抗力越大，储存的畸变能也越高，驱动力也越大，再结晶温度越低。
（3）微量溶质原子。溶质原子起到钉扎作用，阻碍位错的滑移和晶界的迁移，不利于再结晶的形核和长大，使再结晶温度上升。
（4）第二相粒子。第二相粒子尺寸和间距较大，提高变形储能，提升再结晶驱动力，降低再结晶温度。第二相粒子尺寸和间距较小时，阻碍晶界迁移。
（5）再结晶工艺参数。加热速度、温度和保温时间都会对再结晶有着不同程度的影响。
04 再结晶后的晶粒大小
影响因素：
（1）变形度。变形度较小，造成的储存能不足以驱动再结晶。达到临界变形量时，大部分晶粒未破碎，此时，晶粒不均匀程度很大，最易大晶粒吞并小晶粒，故晶粒很容易粗化。大于临界变形量，再结晶后晶粒细化，且变形量越大，晶粒越细化。
（2）退火温度。退火温度提高，再结晶速度加快，晶粒变大。
（3）加热速度。加热速度快时会推迟再结晶形核和长大过程，使再结晶晶粒细小。
（4）合金元素和难熔杂质。延缓再结晶及阻碍晶粒长大的合金元素或杂质均使金属再结晶后得到细晶粒组织。
（5）初始晶粒。原始晶粒越细小，形核位置增多。再结晶晶粒越细小。
04
晶粒长大
01 驱动力
晶粒界面的不同曲率是造成晶界迁移的直接原因，即晶界表面能的驱动。
02 影响因素
（1）温度。温度越高，晶界迁移速率越大。
（2）杂质原子。对晶界起到钉扎作用，阻止晶界迁移。
（3）晶粒位向差。取向差越小，迁移率越低。
（4）第二相粒子。阻止晶界迁移，作用与杂质原子类似。
03 二次晶粒长大
少数晶粒突发性的不均匀长大。少数较大的晶粒优先长大，吞食其周围的小晶粒，最终形成非常粗大的组织。
end
例题展示
下面我们通过一些例题来巩固一下今天所复习的知识吧！
1、某工厂用一冷拉钢丝绳将一大型钢件吊入热处理炉内，由于一时的疏忽，未将钢丝绳取出，而是随同工件一起加热至860℃，保温时间到了，打开炉门，要吊出工件时，钢丝绳发生了断裂，试分析原因。
答：钢丝绳在860℃加热的情况下，发生了再结晶。再结晶的情况下，强度下降，再也无法承受高载荷，钢丝绳发生断裂。
2、回复、再结晶和晶粒长大的三个过程的驱动力是什么？
答：回复、再结晶的驱动力是晶体储存的畸变能发生下降，晶粒长大的驱动力是晶界能的下降。
3、金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒？
答：再结晶退火必须用于经过冷塑性加工的材料。再结晶退火的温度较低，一般都在临界点以下。若对铸件进行再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力，不会形成新晶粒，不能细化晶粒。
4、固态下无相变的金属及合金，如不重熔，能否改变其晶粒大小？
答：可以。经过冷变形后再结晶退火的方法。
5、冷拉铜导线在用作架空导线时(要求一定的强度)和电灯花导线(要求韧性好)时，应分别采用什么样的最终热处理工艺才合适?
答：前者采用去应力退火（低温退火）；后者采用再结晶退火（高温退火）。
6、解释说明在室温下，对铅板进行变形，越弯越硬，而稍后再弯折，又恢复原柔软现象。
答：（1）进行变形时，产生加工硬化现象。故越弯越硬。（2）铅的再结晶温度低于室温，在室温下加工也已经超过其再结晶温度，故产生再结晶现象使铅版变软。
7、再结晶晶核的长大与再结晶后的晶粒长大有何异同？
答：同：两个过程都是无畸变晶粒的长大。
异：（1）一是驱动力不同，再结晶晶核的长大是无畸变晶粒吞并畸变晶粒，驱动力是畸变能差；晶粒长大是大晶粒吞并小晶粒，驱动力是晶界能差。
（2）二是长大方向不同，前者的长大方向是背离界面的曲率中心，而后者的长大方向是指向晶界的曲率中心。
8、应变强化在生产中有何意义？作为一种强化方法，它有什么局限性?
答：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。比如，冷拉钢丝就是利用应变硬化效应对钢丝进行强化的。尤其是对于有些不能用热处理进行强化的合金，应变硬化是非常重要的强化手段。但应变硬化并没有从根本上改变合金的性质，如果遇到某些情况，如温度升高，应变硬化可能会因再结晶的发生而丧失。
9、再结晶和固态相变有何区别？
答：再结晶是一种组织转变，从变形组织转变为无畸变新晶粒的过程，再结晶前后组织形态改变，晶体结构不变;固态相变时，组织形态和晶体结构都改变。晶体结构是否改变是区分两者的最主要区别。
10、何谓临界变形度?在工业生产中有何实际意义？
答：当冷塑性变形达到某一数值时，再结晶过程中晶粒会由很小突然变得很大，这样的变形度称为临界变形度。在临界变形度时，再结晶晶粒尺寸会突然变粗大，使晶体性能下降。这给生产中控制冷塑性变形的变形度提供了指导，对于需要进行热加工等后续加工的工件，那么应避免在临界变形范围内进行热加工，以免再结晶晶粒粗大。
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