金属材料在冷变形加工以后，为了消除残余内应力或恢复其某些性能（如提高塑性、韧性，降低硬度等），一般要对金属材料进行加热处理。如加工硬化虽然使塑性变形比较均匀，但却给进一步的冷成形加工（例如深冲）带来困难，所以常常需要将金属加热进行退火处理，以使其性能向塑性变形前的状态转化。对冷变形金属加热使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。加热时的组织变化示意图如图3－17所示。
图3－17 冷塑性变形金属加热时组织变化示意图
图3－18 形变铝合金350℃加热时的组织变化
1）回复
图3－19 冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化
回复是指冷变形金属加热时，在光学显微组织发生改变前（即再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。回复一般在较低的温度下进行。由于加热温度不高，原子的扩散能力不强，只是晶粒内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复合消失而大大减少，而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。此时材料的强度和硬度略有降低，塑性有所提高，残余内应力大大降低。工业上常使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，保留加工硬化的效果。
2）再结晶
冷变形金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，这个过程称为再结晶。变形后的金属发生再结晶的温度是一个温度范围，并非某一恒定温度。一般所说的再结晶温度是指最低再结晶温度（T再），通常用经过大变形量（70%以上）的冷塑性变形金属，经过一小时加热后发生完全再结晶的最低温度来表示。最低再结晶温度与该金属的熔点（T熔）有如下关系：
T再＝（0．35～0．4）T熔
式中的温度单位为热力学温度（）。K(www.xing528.com)
最低再结晶温度与金属的预变形度、金属的熔点、金属中的杂质和合金元素以及加热速度和保温时间有关。金属的预变形程度越大，金属晶体中的缺陷越多，组织越不稳定，最低再结晶程度也就越低。当预变形程度达到一定大小后，金属的最低再结晶温度趋于某一稳定值（见图3－20）；金属的熔点越高，最低再结晶温度也越高；杂质和合金元素可以阻碍原子的扩散和晶界的迁移，可显著提高最低再结晶温度；再结晶是一个扩散过程，需要一定的时间才能完成，提高加热速度会使再结晶在较高的温度下发生，而延长保温时间会使再结晶温度降低。
图3－20 预变形度对金属再结晶温度的影响
再结晶过程由于在较高的温度下发生，原子的扩散能力增强，变形后产生的拉长或压扁、破碎的晶粒通过重新形核和长大，变成均匀、细小的等轴晶。再结晶生成的新晶粒晶格类型与变形前、后的晶格类型均一样。再结晶后的金属的强度和硬度明显降低，而塑性和韧性明显提高，加工硬化现象消除，残余内应力完全消失，物理和化学性能恢复到变形以前的水平。
再结晶后金属的晶粒大小与加热温度、保温时间、加热速度和预变形度有关。如图3－21所示，加热温度越高，原子扩散能力越强，晶界越易迁移，晶粒长大速度也越快；保温时间越长，再结晶晶粒越大；加热速度越快，再结晶形核率提高，再结晶晶粒越小。如图3－22所示，当变形量很小时，变形畸变能很小，不足以引发再结晶，故仍保持原始晶粒尺寸；当变形量达到一定程度时，金属中少量晶粒变形，可形成再结晶核心，但形核率极低，得到极粗大的晶粒。使晶粒发生异常长大的变形度称为临界变形度。对于一般金属来讲，这个变形量为2%～10%。变形量超过临界变形度后，随着金属变形量的增加，变形畸变能增加，再结晶形核率增大，再结晶晶粒开始细化。
图3－21 加热温度对晶粒度的影响
图3－22 预先变形程度对晶粒度的影响
3）晶粒长大
如图3－23所示，冷变形金属刚刚结束再结晶时的晶粒是比较细小均匀的等轴晶粒，如果再结晶后不控制其加热温度或时间，继续升温或保温，晶粒之间便会相互吞并而长大，这一阶段称为晶粒长大。当金属变形量较大，产生织构，含有较多的杂质时，晶界的迁移将受到阻碍，只有少数处于优越条件的晶粒（例如尺寸较大，取向有利等）优先长大，迅速吞食周围的大量小晶粒，最后获得异常粗大的组织，会使金属的强度、硬度、塑性、韧性等机械性能显著降低。一般情况下应当避免晶粒长大。
图3－23 Mg－3Al－0．8Zn合金退火晶粒长大
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