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第六章 变形金属与合金的回复与再结晶本章教学目的：1 揭示形变金属在加热过程中组织和性能变化的规律；2 揭示再结晶的实质3 说明热加工与冷加工的本质区别以及热加工的特点。
教学内容：（1）变形金属在退火过程中（回复，再结晶以及晶粒长大）过程的组织与性能变化；（2）影响再结晶的因素；（3）再结晶晶粒大小及控制；（4）热加工与冷加工重点：（1）回复与再结晶的概念和应用；（2）临界变形度的概念；（3）再结晶晶粒度的控制；（4）热加工与冷加工的区别。
难点：（1）再结晶形核机制与再结晶动力学；（2）再结晶晶粒的二次长大机理§6-1变形金属与合金在退火过程中的变化金属经冷塑性变形后，内部组织和各项性能均发生相应变化，而且由于位错等结构缺陷密度的增加以及畸变能的升高，使其处于热力学不稳定状态。
当变形金属加热时，通过原子扩散能力的增加，有助于促进向低能量状态的转变。
一、显微组织的变化第一阶段：显微组织基本上未发生变化，其晶粒仍保持纤维状或扁平状变形组织，称回复阶段。
第二阶段：以新的无畸变等轴小晶粒逐渐取代变形组织，称为再结晶阶段。
第三阶段：上述小晶粒通过互相吞并方式而长大，直至形成较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。
二、储存能及内应力的变化当变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，其中的储存能将释放出来。
回复阶段释放的储存能很小三、机械性能的变化规律回复阶段硬度变化很小，约占总变化的1/5，再结晶阶段下降较多，强度与硬度有相似的变化规律。
因为回复阶段仍保持很高的位错密度。
在再结晶阶段，硬度与强度显著下降，塑性大大提高。
四、其它性能的变化1、电阻的变化电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。
点缺陷对电阻的贡献远大于位错，而回复阶段点缺陷的密度发生显著的减小。
2、密度的变化再结晶阶段密度急剧增高。
五、亚晶粒尺寸在回复阶段前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶温度时，晶粒尺寸显著增大。
§6-2 回复一、退火温度和时间对回复过程的影响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之前所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
金属学与热处理课后习题答案Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#第七章金属及合金的回复和再结晶7-1 用冷拔铜丝线制作导线，冷拔之后应如何如理，为什么答：应采取回复退火（去应力退火）处理：即将冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，并保温足够时间，然后缓慢冷却到室温的热处理工艺。
原因：铜丝冷拔属于再结晶温度以下的冷变形加工，冷塑性变形会使铜丝产生加工硬化和残留内应力，该残留内应力的存在容易导致铜丝在使用过程中断裂。
因此，应当采用去应力退火使冷拔铜丝在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力（主要是第一类内应力），改善其塑性和韧性，提高其在使用过程的安全性。
7-2 一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后，试画出截面上的显微组织示意图。
答：解答此题就是画出金属冷变形后晶粒回复、再结晶和晶粒长大过程示意图（可参考教材P195，图7-1）7-3 已知W、Fe、Cu的熔点分别为3399℃、1538℃和1083℃，试估算其再结晶温度。
答：再结晶温度：通常把经过严重冷变形（变形度在70%以上）的金属，在约1h的保温时间内能够完成超过95%再结晶转变量的温度作为再结晶温度。
≈δTm，对于工业纯1、金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在一经验关系式：T再金属来说：δ值为，取计算。
2、应当指出，为了消除冷塑性变形加工硬化现象，再结晶退火温度通常要比其最低再结晶温度高出100-200℃。
=，可得：如上所述取T再W=3399×=℃再=1538×=℃Fe再Cu=1083×=℃再7-4 说明以下概念的本质区别：1、一次再结晶和二次在结晶。
2、再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。
答：1、一次再结晶和二次在结晶。
定义一次再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度，保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新的等轴晶粒，位错密度显着下降，性能发生显着变化恢复到冷变形前的水平，称为（一次）再结晶。
拉伸过程中晶粒尺寸变化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在概述部分，需要介绍拉伸过程中晶粒尺寸变化的基本情况。
下面是一种可能的写作方式：概述拉伸过程是材料力学中的一个重要现象，它指的是在外力作用下，材料发生长度或形状变化的过程。
在拉伸过程中，材料的晶粒结构也会发生变化，其中晶粒尺寸的变化尤为关键。
本文将重点讨论拉伸过程中晶粒尺寸的变化机制及其主要特点。
晶粒尺寸是指材料中晶体的大小，它直接影响材料的力学性能和物理性质。
晶粒尺寸的变化往往与材料的位错密度和晶界运动密切相关。
拉伸过程中，晶界运动受到外力的作用，晶粒之间的位错也会发生重新排列，从而导致晶粒尺寸的变化。
为了分析和描述晶粒尺寸的变化，我们需要了解晶粒尺寸的定义和测量方法。
在本文中，将介绍几种常见的晶粒尺寸测量方法，并讨论它们的优缺点及适用范围。
这些测量方法可以帮助我们更精确地理解晶粒尺寸的变化规律。
在接下来的正文中，我们将详细讨论拉伸过程中晶粒尺寸的变化机制。
通过对拉伸过程中晶界运动、位错形成和晶粒再结晶等方面的研究，我们可以深入探讨晶粒尺寸变化的原理和机制。
同时，我们还将分析不同材料和条件下晶粒尺寸变化的特点，以及对晶粒尺寸变化的影响因素进行讨论。
展望未来的研究方向，我们将提出一些可能的研究方向。
目前关于拉伸过程中晶粒尺寸变化的研究还存在一些问题和不足之处，未来可以从多个方面进行深入研究，例如新材料的晶粒尺寸变化机制、晶粒尺寸变化与力学性能的关系等。
这些研究将有助于我们更好地理解和应用拉伸过程中晶粒尺寸变化的规律，为材料科学和工程领域的进展提供有益的参考和指导。
文章结构部分的内容如下:文章结构部分旨在介绍整篇文章的组织结构，包括各个章节的大致内容和安排顺序。
本文将按照以下结构进行展开：1. 引言部分：- 1.1 概述：介绍拉伸过程中晶粒尺寸变化的重要性和研究现状。
- 1.2 文章结构：本节将详细介绍文章的组织结构和各个章节的内容安排。
不同晶粒尺寸材料中的H-P关系细化晶粒一直是改善多晶体材料强度的一种有效手段。
根据位错理论,晶界是位错运动的障碍,在外力作用下,为了在相邻晶粒产生切变变形,晶界处必须产生足够大的应力集中,细化晶粒可以产生更多的晶界,如果晶界结构未发生变化,则需施加更大的外力才能产生位错塞积, 从而使材料强化。
Hall-P etch 关系就是在位错塞积模型基础上导出的。
H-P关系的历史20世纪50年代初，人们开始研究晶粒尺寸与材料强度的关系，1951年当时还在谢菲尔德大学读书的E. O. Hall在64册装订的《物理学进程表》上发表了三篇文章。
在第三篇文章中，他指出了滑动带的长度或裂纹尺寸与晶粒尺寸成正比，即，式子中的第一项代表了材料的强度，k是常数。
由于技术条件的限制，Hall只能推出成正比的关系，但是x的取值没有具体给出。
当时Hall选取的研究对象是锌但是他发现这个关系应用于低碳钢同样成立。
英国利兹大学的N. J. Petch根据自己在1946-1949年的实验研究和Hall的理论基础发表了一篇论文，这篇论文着重讲述了有关脆性断裂方面的知识，通过测量在低温条件下不同晶粒尺寸的解理强度，Petch把Hall提出的数学关系进行了精确地完善，这个重要的数学关系就以他们的名字命名为霍尔佩奇关系。
即σy代表了材料的屈服极限，是材料发生0.2%变形时的屈服应力σ0.2通常可以用显微硬度Hv来表示σ0表示移动单个位错时产生的晶格摩擦阻力Ky一个常数与材料的种类性质以及晶粒尺寸有关d平均晶粒直径Hall-Petch关系图由于Hall和P etch所处的年代技术的落后他们能研究的晶粒尺寸还是很大的，所以早期的H-P关系是不完善的，只有图中前半部分。
后半部分是随着科技的进步，逐渐完善的。
近几十年来, 材料的细晶强化研究大量开展。
1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。
（1）加热温度和保温时间。
加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。
（2）加热速度。
加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。
（3）钢的化学成分。
在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。
（4）钢的原始组织。
钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。
传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。
显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。
然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。
所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。
奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。
2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。
3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。
等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。
高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。
晶粒尺寸和应变的关系晶粒尺寸和应变是材料科学中两个重要的概念，它们之间存在着密切的关系。
晶粒尺寸是指材料中晶体的大小，而应变则是指材料在外力作用下发生的形变。
下面将从晶粒尺寸和应变的定义、影响因素以及它们之间的关系三个方面进行探讨。
一、晶粒尺寸和应变的定义晶粒尺寸是指材料中晶体的大小，通常用平均晶粒尺寸来表示。
晶粒尺寸的大小与材料的性能密切相关，因为晶粒尺寸越小，材料的强度、硬度和韧性等性能就越好。
应变是指材料在外力作用下发生的形变，通常用应变率来表示。
应变率是指单位时间内材料的形变量与初始长度之比。
应变率越大，材料的形变速度就越快。
二、晶粒尺寸和应变的影响因素晶粒尺寸和应变的大小受到多种因素的影响。
晶粒尺寸的大小受到材料的制备方法、加工工艺、热处理等因素的影响。
例如，通过晶粒细化技术可以使晶粒尺寸变小，从而提高材料的性能。
应变的大小受到外力的大小、方向、作用时间等因素的影响。
例如，在拉伸试验中，应变率随着应力的增加而增加，同时也受到材料的性质和温度等因素的影响。
三、晶粒尺寸和应变的关系晶粒尺寸和应变之间存在着密切的关系。
晶粒尺寸越小，材料的应变率就越大。
这是因为晶粒尺寸越小，晶界面的数量就越多，晶界面的移动阻力也就越小，从而使材料的形变速度加快。
此外，晶粒尺寸的变化还会影响材料的应力分布，从而影响材料的应变率。
总之，晶粒尺寸和应变是材料科学中两个重要的概念，它们之间存在着密切的关系。
晶粒尺寸越小，材料的性能越好，应变率也越大。
因此，在材料的制备和加工过程中，需要注意晶粒尺寸和应变的控制，以提高材料的性能。
