第10章回复与再结晶
§1 冷变形金属在加热时的变化
一、显微组织的变化
二、性能的变化
（一）力学性能的变化
回复阶段：强度、硬度、塑性等力学性能变化不大。
再结晶阶段：随加热温度升高，强度、硬度显著下降，塑性急剧升高。当晶粒长大时，强度、硬度继续下降，塑性在晶粒严重粗化时，也
下降。
（二）物理性能的变化
回复阶段：，密度变化不大，电阻明显下降；
再结晶阶段：密度急剧升高。
（三）内应力的变化
回复阶段，内应力部分消除；再结晶阶段，内应力全部消除。
§2 回复
一、回复过程中微观结构的变化机制
回复：
回复的驱动力：弹性畸变能的降低。
根据回复阶段加热温度及内部结构变化特征、机制不同，将其分为三类：（一）低温回复
温度：0.1T m~0.3 T m。
结构变化：主要是点缺陷的运动，空位浓度降低。
（二）中温回复
温度：0.3T m~0.5 T m。
结构变化：除点缺陷的运动外，位错也开始运动，位错密度降低。
（三）高温回复
温度：≥0.5 T m。
结构变化：位错运动发生多边化，形成亚晶结构；总的应变能下降。
二、回复动力学
特点：①无孕育期；②变化速率先快后慢；③最后趋于恒定值。
回复过程的表达式：dx / dt= - cx (c=c0exp(-Q/RT))→ln(x0/x)= c0
texp(-Q/RT)。
如果采用两个不同温度将同一冷变形金属的性能回复到同样程度，则有：
三、去应力退火
§3 再结晶
再结晶：经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。
再结晶是一个显微组织彻底改组、变形储能充分释放、性能显著变化的过程。
一、再结晶的形核及长大
形核的两种方式：晶界凸出形核、亚晶形核。
（一）晶界凸出形核
变形度较小时，再结晶核心一般以凸出形核方式形成。
如右图所示。
若界面由I向II推进，则：
当α>π/2时，晶界可以自发生长，因此，凸出形核所需的能量条件为：ΔE>2σ/ l
ΔE-单位体积A、B相邻晶粒储存能差；ΔA-增加的晶界面积。
另外，根据变形金属在再结晶前会发生多边化而形成亚晶，因此，还可以用不同晶粒内位错密度变化情况来分析。
（二）亚晶形核机制
变形度较大时，再结晶核心往往以亚晶形核机制形成。
亚晶形核机制有两种方式：亚晶合并、亚晶直接长大。
（三）再结晶晶核的长大
以凸出方式形成的再结晶核心，一旦超过临界半径，便自发向高畸变能的晶粒中生长；以亚晶机制形成的再结晶核心，一旦形成大角晶界，就可以迅速迁移生长。
晶界迁移的驱动力：主要是相邻晶粒间的畸变能差。
二、再结晶动力学
1．特点：等温下的再结晶速度开始很小，随再结晶体积分数φv增大而增大，并在0.5处达到最大，然后又逐渐减小。
2．描述：（φv-在t时间已经再结晶的体积分数；B、k-常数）
（Q R-再结晶激活能；R-气体常数；A-比例常数；T-绝对温度）由于：v再∝1/t，所以：。
在两个不同温度T1、T2等温退火，产生同样程度的再结晶所需的时间分别为t1、t2，则：
三、再结晶温度
1．定义：①冷变形金属开始进行再结晶的最低温度；
②经过较大冷变形（变形量>70%）的金属，在1h内能够完成再
结晶（或再结晶体积分数>95%）的最低温度。
2．再结晶温度的经验公式：T k=(0.35~0.45)T m(再结晶在0.5~1h内完成时)
3．测定方法：金相法、硬度法。
四、影响再结晶的因素
1．退火温度：
2．变形程度：
3．原始晶粒尺寸：
4．微量溶质原子：（有相互相反的两方面的作用）
五、再结晶晶粒大小的控制
（G-长大速率；-形核速率；k-常数）
1．预先变形程度：
2．原始晶粒尺寸：
3．微量溶质原子和杂质：
4．退火温度：
5．冷变形温度和退火保温时间：
§4 再结晶后的晶粒长大
晶粒长大的驱动力：晶粒长大后总的界面能的降低。
正常长大：大多数晶粒长大速率相差不多，几乎是均匀长大。
反常长大（二次再结晶）：少数晶粒突发性的、不均匀的长大。
一、晶粒正常长大
（一）晶粒的长大方式
以大角度晶界迁移、晶粒相互吞食的方式进行。
（二）驱动力
借助右图进行分析。
(Δp-界面两边的压力差)
因为dθ很小，sin（dθ/2）≈dθ/2
所以：Δp=σ/r。
对于一般曲面界面：Δp=σ(1/r1+1/r2)；
对于球面界面，r1=r2= r：Δp=2σ/r。
因此，当界面变成平直(Δp=0)时，界面不再迁移。
（三）晶粒的稳定形状
1．两个条件：Δp=0（界面为平面）；界面张力平衡（）。
2．趋势：①边数为6的二维晶粒，晶界为直线，夹角为120°；
②边数大于6的二维晶粒，晶界向内凹，夹角趋于120°；
③边数小于6的二维晶粒，晶界向外凸，夹角趋于120°。（四）影响晶粒正常长大的因素
1．温度：
2．分散相微粒：
3．微量溶质或杂质：
4．晶粒间位向差：
5．表面热蚀沟：
二、晶粒的反常长大
产生的主要原因是组织中有使大多数晶粒边界比较稳定或被钉扎而只有少数晶粒边界易迁移的因素。因此，凡具备该条件的因素都将引起二次再结晶。
二次再结晶对材料性能有害，但也有有利用价值的一面。
三、再结晶退火及其组织控制
（一）再结晶退火
作用：消除冷变形金属的加工硬化及内应力。
（二）再结晶组织
1．再结晶图
再结晶图：用三维图形表示的退火温度、冷变形程度对再结晶晶粒大小的影响。
工业纯铝的再结晶图存在两个粗晶区：临界变形度区域；二次再结晶区域。
2．退火孪晶
出现于不易产生形变孪晶的面心立方金属。一般地，面心立方金属的孪晶界面能低于一般的大角度晶界能的程度越大，越易形成退火孪晶。
产生原因：晶界迁移出现层错形成的。
3．再结晶织构
冷变形金属在再结晶过程中形成具有择优取向的晶粒称为再结晶织构。
仅能解释与变形织构一
致的再结晶饿形成
再结晶织构形成理论：择优形核、择优生长。
再结晶织构对材料加工性能有害，但也
有有利用价值的一面。
§5 金属的热变形
热变形与冷变形的区别：一般地，以加工过程中所处温度是否高于再结晶温度区分。但严格地说，热变形是指金属在应变硬化速率等于其软化速率温度以上的变形。
热加工时，由于温度较高，在变形的同时就会发生回复和再结晶，因此硬化过程与软化过程同时进行。热加工过程的回复和再结晶过程比较复杂，按其特征不同，可分为五种形式：
其中，静态回复和静态再结晶的变化规律与前面讨论的一致，不同的是其利用热加工的余热来进行，而不需重新加热。
一、动态回复与动态再结晶
（一）动态回复
由P273图7-37，可把该温度应力-应变曲线分为三个不同阶段：
第一阶段：曲线很快上升，表明本阶段末期，塑性变形刚刚开始，二动态回复尚未发生，或者进行很微弱，因此硬化作用远超过软化作用。
第二阶段：曲线斜率逐渐减小，表明在本阶段内以发生动态回复，其作用在逐渐增强，因而加工硬化部分地被回复引起的软化所抵消。
第三阶段：曲线接近一水平线，加工硬化速率趋于零，此时已达到稳态变形阶段，过程中的硬化作用几乎完全被动态回复所引起的软化作用抵消。
层错能较高的金属中易发生位错的交滑移和攀移，因此易发生动态回复。（二）动态再结晶
可解释与变形织构一致或
不一致的再结晶饿形成
对层错能较低的金属，不发生位错的交滑移，动态再结晶成为动态软化的主要方式。
在较高的应变速率下，其应力-应变曲线（如图所示）可分为三个阶段：
阶段I(约到0.7εp)：是尚未发生动态再结晶的加工硬化阶段，此时只出现较缓慢的动态回复，并为诱发动态再结晶积累能量，可看作是动态再结晶的准备阶段。
阶段II(约到0.7εp~εs)：是发生部分动态再结晶阶段，即从0.7εp开始，就有再结晶晶粒形成，随着动态再结晶的逐渐加剧，软化作用大于硬化作用，于是曲线下降。
阶段III(εs以上)：是试样全部变为动态再结晶晶粒，加工硬化和再结晶软化达到平衡的稳态变形阶段，曲线接近于水平线。
当应变速率降低或温度升高时，其应力-应变曲线呈波浪形，这是由于反复出现动态再结晶-变形-动态再结晶，即由于交替进行软化-硬化-软化而造成的。
在稳态变形期间，金属的晶粒为等轴状，晶界呈锯齿状，晶粒内含有被位错缠结所分割的亚晶粒。因此，由动态再结晶获得同样大小的晶粒的金属材料，其强度和硬度要比由静态再结晶获得的高。
二、热变形引起的组织、性能的变化
（一）改善铸造状态的组织缺陷
（二）热变形形成流线，出现各向异性
（三）形成带状组织
（四）热变形后的组织控制
控制其终止温度、大的最终变形量和快的冷却速度，可得到细小的晶粒，加入微量合金元素，阻碍热变形后的静态再结晶和晶粒长大，也是细化晶粒的有效措施。
三、热加工的优缺点及其应用
热加工的主要特征是在高温对工件施加很大的应变，用较大的应变速率进行加工。其目的是以尽可能低的成本、最高的生产率来生产在性能和形状上都能满足技术要求的制件。
与冷加工相比，热加工的主要优点是：金属材料在高温时变形抗力低，塑性高，因此可使一些在室温下不能进行压力加工的金属材料（如钛、镁、钨钼及镍基超合金等），在高温时也能加工；可进行大量变形而不需中间退火；能耗少；不易产生织构。此外，热加工还可将铸锭中的疏松焊合，改善夹杂物和脆性第二相的形态、大小、分布，使粗大的柱状晶粒变成细小而均匀的等轴晶，从而提高材料的致密度和机械性能。
热加工的主要缺点：表面发生氧化，工件尺寸的精确度和表面的光洁度较差，工件的组织和性质不如冷加工的均匀。
应用：铸锭开坯常采用热加工。截面或厚度较大、变形量较大的半成品或成品适于热加工。而尺寸要求精确、表面要求光洁的薄小制件则适于冷加工。把热加工、合金成分、热加工工艺、热处理工艺与合金组织和性能有机结合起来，综合考虑，发展了一些新的加工工艺，如形变热处理、控制扎制和晶粒超细化等。
四、超塑性
1．超塑性：
2．产生超塑性的条件：
①材料具有细小（≤10μm）的等轴晶粒的两相组织、且这两相组织在超
塑性变形过程中保持稳定而不显著增大；
②超塑变形应在一定温度范围内进行，一般为0.5T m~0.65 T m；
③超塑变形时的应变速率应较小，越为10-2~10-4s-1。
3．超塑性变形后材料的组织特征：
①变形后晶粒虽有些长大，但仍为等轴晶，晶粒未变形拉长；
②超塑变形后不会出现滑移线，没有亚结构的形成和位错密度的增加；
③原来两相呈带状分布的合金，在塑性变形后可变为均匀分布，带状消失；
④具有再结晶织构的合金在超塑变形后织构消失，各晶粒位向趋于混乱。
4．超塑变形的机制：晶粒在外力作用下，通过晶界滑动、转动和原子的定向扩散，晶粒形状由初始状态→中间状态→最终状态。最终和初始状态的晶粒形状相同，但位置变化。
5．超塑变形的应用：
材料基础 一、名词解释 1、塑形变形： 2、滑移：晶体一部分相对另一部分沿着特定的晶面和晶向发生的平移滑动。滑移后再晶体表面留下滑移台阶，且晶体滑移是不均匀的。 3、滑移带：单晶体进行塑性变形后，在光学显微镜下，发现抛光表面有许多线条，称为滑移带。 4、滑移线：组成滑移带的相互平行的小台阶。 5、滑移系：一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移系，表示晶体滑移是可能采取的一个空间方向。滑移系越多，晶体的塑形越好。 6、单滑移：当只有一组滑移系处于最有利的取向时，分切应力最大，便进行单系滑移。 7、多滑移：至少有两组滑移系的分切应力同时达到临界值，同时或交替进行滑移的过程。 8、交滑移：至少两个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移，这种滑移叫交滑移。（会出现曲折或波纹状滑移带\最易发生交滑移的是体心立方晶体\纯螺旋位错） 9、孪生变形：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和一定的晶向相对于另一部分作均匀的切变所产生的变形。（相邻晶面的相对位移量相等） 10、孪晶：孪生后，均匀切变区的取向发生改变，与未切变区构成镜面对称，形成孪晶。 11、晶体的孪晶面和孪生方向：体心，{112}【111】，面心立方{111}【112-】，密排六方{101-2} 【1-011】。 12、软取向，硬取向：分切应力最大时次取向是软取向；当外力与滑移面平行或垂直时，晶体无法滑移，这种取向称为硬取向。 13、几何软化、硬化：在拉伸时，随着晶体的取向的变化，滑移面的法向与外力轴的夹角越来越远离45度时滑移变得困难的这种现象是几个硬化；当夹角越来愈接近45度，使滑移越来越容易进行的现象叫做几何软化。 14、细晶强化：晶体中，用细化晶粒来提高材料强度的方法为细晶强化。也能改善晶体的塑形和韧性。 15、固熔强化：当合金由单相固熔体构成时，随熔质原子含量的增加，其塑性变形抗力大大提高，表现为强度，硬度的不断增加，塑性、韧性的不断下降，的这种现象称为固熔强化。（单相） 16、（多相）沉淀强化、时效强化：相变热处理 17、（多相）弥散强化：粉末冶金 18、纤维组织：随变形量的增加，晶粒沿变形方向被拉长扁平晶粒，变形量很大时，各晶粒一不能分辨而成为一片如纤维状的条纹称为纤维组织。 19、带状组织:当金属中组织不均匀，如有枝晶偏析或夹杂物时，塑性变形会使这些区域伸长，在热加工后或随后的热处理中会出现带状组织。 20、变形织构：多晶体材料中，岁变形度的增加，多晶体中原先取向的各个晶粒发生转动，从而使取向趋于一致，形成择优取向。丝织构【***】平行于线轴，板织构{***}【***】平行于扎制方向。 21、制耳：用有织构的扎制板材深冲成型零件时，将会因为板材各方向变形能不同，使深冲出来工件边缘不齐，壁厚不均的现象。 22、应变硬化、加工硬化：金属塑性变形过程中，随着变形量的增加，金属强度，硬度上升，塑性、韧性下降的现象。作用：变形均匀，均衡负载，增加安全性，提高强度 23、冷拉：试样在拉断前卸载，或因试样因被拉断二自动卸载，则拉伸中产生的大变形除少量可恢复外，大部分变形将保留下来的过程。
第十五讲合金的变形强化、冷变形金属的组织与性能，冷变形金属的回复、再结晶 1.合金的变形与强化 考点再现：固溶强化和应变时效在金属学的初试中曾经出现过，是这一小节比较重点的内容，另外，固溶强化机理与屈服平台的相关内容由于其应用的广泛性也是老师比较喜欢出题的知识点。其他内容柯氏气团和吕德斯带等就不是那么重要了，了解即可。 考试要求：这一部分主要会出填空题和名词解释题，所以我们在复习的时候要侧重于记忆，像一些不那么重要的概念了解一下即可。 知识点 固溶强化：合金在形成单相固溶体后，变性时的临界切应力都高于纯金属，这叫做固溶强化。★★★ 固溶强化机理★★★ 原子尺寸差别引起晶格畸变，会产生一内应力场，位错在这内应力场中运动会受到阻力。简而言之，就是晶格畸变→应力场→阻碍位错 屈服平台：在应力应变曲线中，当应力达到上屈服点之后开始应力降落，在下屈服点发生连续变形而应力并不升高，即出现平台，即屈服平台。★★★ 吕德斯带：在预先磨光抛光的拉伸试样上，可以清楚地看到与外力成一定角度的变形条纹，叫吕德斯带。★★ 合金产生上下屈服平台的原因★★★ 柯氏气团和位错增殖 柯氏气团指碳原子偏聚于刃型位错的下方，碳原子有钉扎位错，使位错不易运动的作用。位错要从气团中挣脱出来需要较大的力，这就形成了上屈服点。而一旦挣脱之后位错运动就比较容易，因此有应力降落，出现下屈服点和水平台。 晶体开始变形之后，引起大量的位错增殖，当位错大力增殖后，在维持一定的应变速率时，流变应力就要降低，这就会造成屈服降落。 应变时效：变形后在室温下放置一较长的时间或在低温经过短时加热，再进行拉伸试验，则屈服点又复出现，且屈服应力提高，这叫做应变时效。★★★★
材料科学基础第十章答案
第十章答案 10-1名词解释：烧结烧结温度泰曼温度液相烧结固相烧结初次再结晶晶粒长大二次再结晶 （1）烧结：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。 （2）烧结温度：坯体在高温作用下，发生一系列物理化学反应，最后显气孔率接近于零，达到致密程度最大值时，工艺上称此种状态为"烧结"，达到烧结时相应的温度，称为"烧结温度"。 （3）泰曼温度：固体晶格开始明显流动的温度，一般在固体熔点（绝对温度）的2/3处的温度。在煅烧时，固体粒子在塔曼温度之前主要是离子或分子沿晶体表面迁移，在晶格内部空间扩散（容积扩散）和再结晶。而在塔曼温度以上，主要为烧结，结晶黏结长大。 （4）液相烧结：烧结温度高于被烧结体中熔点低的组分从而有液相出现的烧结。 （5）固相烧结：在固态状态下进行的烧结。 （6）初次再结晶：初次再结晶是在已发生塑性变形的基质中出现新生的无应变晶粒的成核和长大过程。 （7）晶粒长大：是指多晶体材料在高温保温过程中系统平均晶粒尺寸逐步上升的现象.
（8）二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。 10-2烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理? 解：推动力有：（1）粉状物料的表面能与多晶烧结体的晶界能的差值， 烧结推动力与相变和化学反应的能量相比很小，因而不能自发进行，必须加热!! （2）颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差， （3）表面能与颗粒之间形成的毛细管力。 传质方式：（1）扩散（表面扩散、界面扩散、体积扩散）；（2）蒸发与凝聚；（3）溶解与沉淀；（4）黏滞流动和塑性流动等，一般烧结过程中各不同阶段有不同的传质机理，即烧结过程中往往有几种传质机理在起作用。 10-3下列过程中，哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩?试说明理由。（1）蒸发－冷凝；（2）体积扩散；（3）粘性流动；（4）晶界扩散；（5）表面扩散；（6）溶解－沉淀 解：蒸发－凝聚机理（凝聚速率＝颈部体积增加）
第六章回复与再结晶 (一)填空题 1. 金属再结晶概念的前提是，它与重结晶的主要区别是。 2. 金属的最低再结晶温度是指，它与熔点的大致关系是。 3 钢在常温下的变形加工称，铅在常温下的变形加工称。 4．回复是，再结晶是。 5．临界变形量的定义是，通常临界变形量约在范围内。 6 金属板材深冲压时形成制耳是由于造成的。 7．根据经验公式得知，纯铁的最低再结晶温度为。 (二)判断题 1．金属的预先变形越大，其开始再结晶的温度越高。（×） 2．变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。（√）3．金属的热加工是指在室温以上的塑性变形过程。（×） 4．金属铸件不能通过再结晶退火来细化晶粒。（√） 金属铸件不能通过再结晶退火达到细化晶粒的目的，因为铸件，没有经受冷变形加工，所以当加热至再结晶退火温度时，其组织不会发生根本变化，因而达不到细化晶粒的目的。 再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料，其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。再结晶退火的温度较低，一般都在临界点以下。若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力(如冷变形储存能等)，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。 5．再结晶过程是形核和核长大过程，所以再结晶过程也是相变过程。（×）； 6 从金属学的观点看，凡是加热以后的变形为热加工，反之不加热的变形为冷加工。 （×） 7 在一定范围内增加冷变形金属的变形量，会使再结晶温度下降。( √) 8．凡是重要的结构零件一般都应进行锻造加工。（√） 9．在冷拔钢丝时，如果总变形量很大，中间需安排几次退火工序。( √) 10．从本质上讲，热加工变形不产生加工硬化现象，而冷加工变形会产生加工硬化现象。这是两者的主要区别。( ×) (三)选择题 1．变形金属在加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型( )。 A．与变形前的金属相同 B 与变形后的金属相同 C 与再结晶前的金属相同D．形成新的晶型 2．金属的再结晶温度是( ) A．一个确定的温度值B．一个温度范围 C 一个临界点D．一个最高的温度值 3．为了提高大跨距铜导线的强度，可以采取适当的( A )。 A．冷塑变形加去应力退火 B 冷塑变形加再结晶退火 C 热处理强化D．热加工强化 4 下面制造齿轮的方法中，较为理想的方法是( C )。 A．用厚钢板切出圆饼再加工成齿轮B用粗钢棒切下圆饼再加工成齿轮 C 由圆钢棒热锻成圆饼再加工成齿轮D．由钢液浇注成圆饼再加工成齿轮 5．下面说法正确的是( C )。 A．冷加工钨在1 000℃发生再结晶 B 钢的再结晶退火温度为450℃ C 冷加工铅在0℃也会发生再结晶D．冷加工铝的T再≈0.4Tm＝0.4X660℃＝264℃ 6 下列工艺操作正确的是(D ) 。 A．用冷拉强化的弹簧丝绳吊装大型零件淬火加热时入炉和出炉 B 用冷拉强化的弹簧钢丝作沙发弹簧 C 室温可以将保险丝拉成细丝而不采取中间退火 D．铅的铸锭在室温多次轧制成为薄板，中间应进行再结晶退火 7 冷加工金属回复时，位错(C )。
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。
相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。根据 T R k ?∝1可知当过冷度T ?为零时临界晶核半径R k 为无穷大，临界形核功（21T G ?∝?）也为无穷大。临界晶核半径R k 与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。 细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。 铸锭三个晶区的形成机理：表面细晶区：当高温液体倒入铸模后，结晶先从模壁开始，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加上模壁可以作为非均质形核的基底，因此在此薄层中立即形成大量的晶核，并同时向各个方向生长，形成表面细晶区。柱状晶区：在表面细晶区形成的同时，铸模温度迅速升高，液态金属冷却速度减慢，结晶前沿过冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重新分配，在固液界面前沿出现成分过冷，成分过冷区的扩大，促使新的晶核形成长大形成等轴晶。由于液体的流动使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自发生核的籽晶。 三、二元合金的相结构与结晶 重点内容：杠杆定律、相律及应用。 基本内容：相、匀晶、共晶、包晶相图的结晶过程及不同成分合金在室温下的显微组织。合金、成分过冷；非平衡结晶及枝晶偏析的基本概念。 相律：f = c – p + 1其中，f 为 自由度数，c 为 组元数，p 为 相数。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金也可能得到全部共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。 合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结、或用其它方法组合而成的具有金属特性的物质。 合金相：在合金中，通过组成元素（组元）原子间的相互作用，形成具有相同晶体结构与性质，并以明确界面分开的成分均一组成部分称为合金相。 四、铁碳合金 重点内容：铁碳合金的结晶过程及室温下的平衡组织，组织组成物及相组成物的计算。 基本内容：铁素体与奥氏体、二次渗碳体与共析渗碳体的异同点、三个恒温转变。 钢的含碳量对平衡组织及性能的影响；二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体相对量的
第八章回复与再结晶 第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化 一回复与再结晶 回复：冷变形金属在低温加热时，其显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。 再结晶：冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。 二显微组织变化（示意图） 回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化； 再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。 晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。 三性能变化 1 力学性能（示意图） 回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。 再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。 晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降。 2 物理性能 密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高； 电阻：电阻在回复阶段可明显下降。 四储存能变化（示意图） 1 储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分（～10％）变形功。 弹性应变能（3～12％） 2 存在形式位错（80～90％）是回复与再结晶的驱动力 点缺陷 3 五内应力变化 回复阶段：大部分或全部消除第一类内应力，部分消除第二、三类内应力； 再结晶阶段：内应力可完全消除。 第二节回复 一回复动力学（示意图） 1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系 ln(x0/x)=c0t exp(-Q/RT) x –原始加工硬化残留率； x－退火时加工硬化残留率； c －比例常数； t－加热时间； T－加热温度。 2 动力学曲线特点 （1）没有孕育期； （2）开始变化快，随后变慢； （3）长时间处理后，性能趋于一平衡值。 二回复机理 移至晶界、位错处 1 低温回复：点缺陷运动空位＋间隙原子消失缺陷密度降低 （0.1~0.2Tm）空位聚集（空位群、对） 异号位错相遇而抵销 2 中温回复：位错滑移位错缠结重新排列位错密度降低 （0.2~0.3Tm）亚晶粒长大
复习资料（修订版） 修正部分错别字，增删部分重点内容（红字标出） 材料科学基础Ⅰ（贵清部分） 第一章晶体学基础 1.1晶面指数、晶向指数（不包含四指数问题）的标定及晶面间距、晶向长度的计算（公式 P40~P41） 1.2晶体结构和空间点阵的区别？ 答：晶体结构是晶体中各原子的分布，种类丰富多样，而空间点阵是原子分布规律的 代表点，由这些抽象出来的阵点构成，只有14种结构。 1.3 晶胞选择的条件？ 答：晶胞的选择要尽量满足以下三个条件：1）能反映点阵的周期性；2）能反映点阵的对称性；3）晶胞的体积最小。 1.4结构胞和原胞的联系和区别？ 答：结构胞和原胞必须都能反映点阵的周期性，结构胞是在保证对称性的前提下选取体积尽量小的晶胞；原胞是保证晶胞体积最小，而不一定反映对称性。 1.5 周期的概念？ 答：无论从哪个方向看去，总是相隔一定的距离就出现相同的原子或者原子集团，这个距离就是周期。 1.6 常见晶体结构中的重要间隙？ 答：FCC晶体中八面体间隙4个，四面体间隙8个；BCC晶体中八面体间隙6个，四面体间隙12个；HCP晶体中八面体间隙6个，四面体间隙12个。 1.7 常见晶体结构的堆垛方式？ 答：BCC和HCP晶体的堆垛方式是ABABAB……；FCC晶体的堆垛方式是ABCABC……。 1.8 晶带方程的表达式？ 答：hu+kv+lw=0。 第二章固体材料的结构 2.1 什么是合金、组元、合金相、组织以及组元、合金相、组织之间的关系？ 答：合金：由金属和其他一种或几种元素通过化学键合而形成的材料；组元：组成合金的每种元素称为组元；合金相：具有相同的成分、结构和性能的部分称为合金相或简称相；组织：在一定外界条件下，一定成分的合金可以由若干不同的相组成，这些相的总体便称为组织。 关系：合金相由组元构成，而组织又由合金相组成，单一元素即可以称之为组元又可以称之为相又也可以称之为组织。 2.2 固溶体和化合物的区别？ 答：固溶体的溶质和溶剂占据一个共同的布拉菲点阵，且此点阵类型和溶剂的点阵类型相同，固溶体有一定的成分范围，组元含量在一定范围内可以变化而点阵类型不变，由于成分可变，固溶体不能用一个化学式表达；化合物是由两种或多种组元按一定比例构成一个新的点阵，它既不是溶剂的点阵也不是溶质的点阵，化合物通常可以用一个化学式表达，金属与金属形成的化合物往往有一定的成分范围，但比固溶体范围小得多。 2.3 固溶体的分类？ 答：根据固溶体在相图中的位置可分为：端部固溶体、中间固溶体； 根据溶质原子子在点阵中的位置可分为：间隙式固溶体、置换式固溶体； 根据固溶度可分为：有限固溶体、无限固溶体；
金属学与热处理总结 上坡扩散；溶质原子从低浓度向高浓度处扩散的过程称为上坡扩散。表明扩散的驱动力是化学位梯度而非浓度梯度。 金属键:自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。 滑移系:晶体中一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合称一个滑移系。 形核率：单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。用N表示。 过冷度：液体材料的理论结晶温度(Tm) 与其实际温度之差 反应扩散:伴随有化学反应而形成新相的扩散称为反应扩散。 相：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。（如单相、两相、多相合金。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。 塑性变形的方式：以滑移和孪晶为主。 滑移：晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对另一部分作相对的滑动。滑移的本质是位错的移动。 体心结构的滑移系个数为12，滑移面：{110}，方向<111>。面心结构的滑移系个数为12，滑移面：{111}， 方向<110>。 金属塑性变形后的组织与性能：显微组织出现纤维组织，杂质沿变形方向拉长为细带状或粉碎成链状， 光学显微镜分辨不清晶粒和杂质。亚结构细化，出现形变织构。性能：材料的强度、硬度升高，塑性、韧 性下降；比电阻增加，导电系数和电阻温度系数下降，抗腐蚀能力降低等。 七、金属及合金的回复与再结晶 影响再结晶的主要因素：①再结晶退火温度：退火温度越高（保温时间一定时），再结晶后的晶粒越粗 大；②冷变形量：一般冷变形量越大，完成再结晶的温度越低，变形量达到一定程度后，完成再结晶的温 度趋于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越细，再结晶晶粒也越细；④微量溶质与杂质原子，一般均起细 化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再结晶，弥散分布的细小的第二相粒子不利于再 结晶；⑥形变温度，形变温度越高，再结晶温度越高，晶粒粗化；⑦加热速度，加热速度过快或过慢，都 可能使再结晶温度升高。 性 影响扩散的因素： ①温度：温度越高，扩散速度越大； ②晶体结构：体心结构的扩散系数大于面心结构的扩散系数； ③固溶体类型：间隙原子的扩散速度大于置换原子的扩散速度； ④晶体缺陷：晶体缺陷越多，原子的扩散速度越快； ⑤化学成分：有些元素可以加快原子的扩散速度，有些可以减慢扩散速度。 形变强化的实际意义（利与弊）：形变强化是强化金属的有效方法，对一些不能用热处理强化的材料可 以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，
金属及合金的回复与再结晶 回复：冷变形金属在低温加热时，其显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却部分恢复到冷塑性变形以前的过程。晶粒仍保持伸长的纤维状． 再结晶：冷变形金属被加热到适当温度后，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐步取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消失的过程。 回复与再结晶的驱动力都是储存能的降低 储存能：存在于冷形变金属内部的一小部分（约为10％）变形功．形变温度越低，形变量越大，则储存能越高。 储存能存在形式：弹性应变能（３％～１２％）＋点阵畸变能点阵畸变能包括点缺陷能和位错能，点缺陷能所占的比例较小，而位错能所占比例较大，约占总储存能的８０～90％。 力学性能的变化 在回复阶段：强度、硬度均略有下降，而塑性有所提高．在再结晶阶段：硬度、硬度均显著下降，塑性大大提高．在晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降 另外，金属的电阻与晶体中点缺陷的浓度有关。随着加热温度的升高，变形金属中的点缺陷浓度明显降低，因此在回复和再结晶阶段，电阻均发生了比较明显的变化，电阻不断下降。此外，点缺陷浓度的降低，应力腐蚀倾向显著减小。 回复过程及其动力学特征 回复是指经冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生变化前所产生的某些亚结构和性能的变化过程．回复的程度是温度和时间的函数．温度越高，回复的程度越大．温度一定时，回复的程度随时间的延长而逐渐增加．但在回复初期，变化较大，随后就逐渐变慢，当达到一个极限值后，回复停止。
回复机制 低温回复时，主要涉及空位的运动。空位可以移至表面、晶界或位错处消失，也可以聚集形成空位对、空位群，还可以与间隙原子相互作用而消失，总之空位运动的结果使空位密度大大减小。电阻率对空位密度比较敏感，因此其数值会有显著下降。而力学性能对空位的变化不敏感，没有变化。 中温回复时，主要涉及位错的运动。由于位错滑移会导致同一滑移面上异号位错合并而相互抵消，位错密度略有下降，但降低幅度不大，力学性能变化不大。 高温回复时，主要涉及位错的运动。位错不但可以滑移、而且可以攀移，发生多边化，使错密度有所降低，降低系统部分内应力，从而使硬度、强度略有下降，塑性、韧性得到改善。 回复过程中亚结构（胞状亚结构）的变化 金属材料经塑性变形后形成胞状亚结构，胞内位错密度较低，胞壁处集中着缠结位错，位错密度很高。经短暂回复退火后，空位浓度大大下降，胞内的位错向胞壁滑移，与胞壁的异号位错相抵消，位错密度有所下降．随着回复的进一步进行，胞壁中的位错逐渐形成低能态的位错网络，胞壁变得比较明晰而成为亚晶界，接着这些亚晶界通过亚晶界的迁移而逐渐长大，亚晶粒内的位错密度进一步下降．回复温度越低，变形量越大，则回复后的亚晶粒越细小． 再结晶形核机制 亚晶长大形核机制（适用于大变形度）因在回复阶段，塑性变形所形成的胞状组织经多边形化后转变为亚晶，其中有些亚晶粒就会逐渐长大，发展成为再结晶的晶核，这种亚晶成为再结晶晶核的方式有两种： １）亚晶界移动形核它是依靠某些局部位错密度很高的亚晶界的移动，吞并相邻的变形基体和亚晶而成长为再结晶晶核。 ２）亚晶合并形核相邻亚晶界上的位错，通过攀移和滑移，转移到周围的晶界或亚晶界上，导致原来亚晶界的消失，然后通过原子扩散和位置的调整，终于使两个或更多个亚晶粒的取向变为一致，合并成为一个大的亚晶粒，成为再结晶的晶核。晶界凸出形核机制（变形度约小于４０％）又称为晶界弓出形核。由于变形度小，所以金属的变形不均匀，有的晶粒变形度大，位错密度也大；有的晶粒变形
第10章回复与再结晶 §1 冷变形金属在加热时的变化 一、显微组织的变化 二、性能的变化 （一）力学性能的变化 回复阶段：强度、硬度、塑性等力学性能变化不大。 再结晶阶段：随加热温度升高，强度、硬度显著下降，塑性急剧升高。当晶粒长大时，强度、硬度继续下降，塑性在晶粒严重粗化时，也 下降。 （二）物理性能的变化 回复阶段：，密度变化不大，电阻明显下降； 再结晶阶段：密度急剧升高。 （三）内应力的变化 回复阶段，内应力部分消除；再结晶阶段，内应力全部消除。 §2 回复 一、回复过程中微观结构的变化机制 回复： 回复的驱动力：弹性畸变能的降低。 根据回复阶段加热温度及内部结构变化特征、机制不同，将其分为三类：（一）低温回复 温度：0.1T m~0.3 T m。 结构变化：主要是点缺陷的运动，空位浓度降低。 （二）中温回复 温度：0.3T m~0.5 T m。 结构变化：除点缺陷的运动外，位错也开始运动，位错密度降低。 （三）高温回复 温度：≥0.5 T m。 结构变化：位错运动发生多边化，形成亚晶结构；总的应变能下降。
二、回复动力学 特点：①无孕育期；②变化速率先快后慢；③最后趋于恒定值。 回复过程的表达式：dx / dt= - cx (c=c0exp(-Q/RT))→ln(x0/x)= c0 texp(-Q/RT)。 如果采用两个不同温度将同一冷变形金属的性能回复到同样程度，则有： 三、去应力退火 §3 再结晶 再结晶：经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。 再结晶是一个显微组织彻底改组、变形储能充分释放、性能显著变化的过程。 一、再结晶的形核及长大 形核的两种方式：晶界凸出形核、亚晶形核。 （一）晶界凸出形核 变形度较小时，再结晶核心一般以凸出形核方式形成。 如右图所示。 若界面由I向II推进，则： 当α>π/2时，晶界可以自发生长，因此，凸出形核所需的能量条件为：ΔE>2σ/ l ΔE-单位体积A、B相邻晶粒储存能差；ΔA-增加的晶界面积。 另外，根据变形金属在再结晶前会发生多边化而形成亚晶，因此，还可以用不同晶粒内位错密度变化情况来分析。 （二）亚晶形核机制 变形度较大时，再结晶核心往往以亚晶形核机制形成。 亚晶形核机制有两种方式：亚晶合并、亚晶直接长大。 （三）再结晶晶核的长大 以凸出方式形成的再结晶核心，一旦超过临界半径，便自发向高畸变能的晶粒中生长；以亚晶机制形成的再结晶核心，一旦形成大角晶界，就可以迅速迁移生长。 晶界迁移的驱动力：主要是相邻晶粒间的畸变能差。 二、再结晶动力学 1．特点：等温下的再结晶速度开始很小，随再结晶体积分数φv增大而增大，并在0.5处达到最大，然后又逐渐减小。
一、金属的晶体结构 重点内容： 面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。根据 T R k ?∝1 可知当过冷度 T ?为零时临界晶核半径R k 为无穷大，
第七章回复与再结晶 重点与难点 内容提要： 晶体在外力的作用下发生形变.当外力较小时形变是弹性的,即卸载后形变也随之消失.这种可恢复的变形就称为弹性变形.但是,当外加应力超过一定值(即屈服极限)时,卸载后变形就不能完全消失,而会留下一定的残余变形或永久变形.这种不可恢复的变形就称为塑性变形. 晶体的弹性和材料的微观组织(或结构)关系不大,而晶体的塑性(和强度)则对微观组织(结构)十分敏感. 本章的重点时讨论单晶体的塑性变形方式和规律,并在此基础上讨论多晶体和合金的塑性变形特点及位错机制,以便认识材料强韧化的本质和方法,合理使用,研制开发新材料. 从微观上看,单晶体塑性变形的基本方法有两种:滑移和孪生.滑移和孪生都是剪应变,即在剪应力作用下晶体的一部分相对与另一部分沿着特定的晶面和晶向发生滑移.在滑移时,改特定晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向,一个滑移面和位于该面上的一个滑移方向便组成一个滑移系统.类似的,在孪生时,该特定晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向,一个孪生面和位于该面上的一个孪生方向组成一个孪生系统. 多晶体及合金的塑性变形,其基本方式也是滑移和孪生.不过,也各有其特点,如多晶体变形时,就会受晶粒取向及晶界的影响;而合金变形时还会受到第二相的影响. 陶瓷晶体的塑性变形与金属不同.除了与结合键(共价键、离子键)的本性有关外,还与陶瓷晶体中的滑移多少、位错的柏氏矢量大有关.所以,仅有那些以离子键为主的单晶体陶瓷可以进行较多的塑性变形. 许多高聚物在一定的条件下都能屈服,有些高聚物在屈服之后产生很大的塑性变形,但这与金属材料的屈服现象有着本质上的差别.高聚物的变形受温度的影响很大:在Tg以下,材料是钢硬的,只有弹性变形;在Tg附近,呈粘弹性或皮革状;在Tg以上呈橡胶态;接近Tm时呈粘性流动。基本要求： (1)熟悉滑移、孪生变形的主要特点;滑移系统及schmid定律(T=σm=Tk) (2)能用位错理论解释晶体的滑移过程,滑移带和滑移线的形成,滑移系的特点; (3)理解加工硬化、细晶强化、弥散强化、固溶强化等产生的原因和它的实际意义; (4)了解聚合物及陶瓷塑性变形的特点; (5)熟悉材料塑性变形后内部组织及性能的变化,这些变化的实际意义; (6)了解屈服现象与应变实效,它对生产有什么危害及如何消除?
1．设计一种实验方法，确定在一定温度( T )下再结晶形核率N和长大线速度G 〔假设N和G都随时间而变〕。 2．金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒? 3．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? 用什么方法可以改变? 4．说明金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段晶体缺陷的行为与表现，并说明各阶段促使这些晶体缺陷运动的驱动力是什么。 5．将一锲型铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制，如图7—4所示。 (1) 画出此铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的 示意图；
(2) 如果在较低温度退火，何处先发生再结晶?为什么? 6．图7—5示出。—黄铜在再结晶终了的晶粒尺寸和再结晶前的冷加工量之间的关系。图中曲线说明，三种不同的退火温度对晶粒大小影响不大。这一现象与通常所说的“退火温度越高，退火后晶粒越大〞是否有矛盾?该如何解释? 7．假定再结晶温度被定义为在1 h 内完成95％再结晶的温度，按阿 累尼乌斯(Arrhenius)方程，N ＝N 0exp(RT Q n -)，G ＝G 0exp(RT Q g -)可 以知道，再结晶温度将是G 和向的函数。 (1) 确定再结晶温度与G 0，N 0，Q g ，Q n 的函数关系； (2) 说明N 0，G 0，Q g ，Q 0的意义及其影响因素。 8．为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5％后于650℃退火1 h ，组织反而粗化；增大冷变形量至80％，再于650℃退火1 h ，仍然得到粗大晶粒。试分析其原因，指出上述工艺不合理处，并制定一种合理的晶粒细化工艺。
9．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适宜? 10．试比拟去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同。从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶? 11．某低碳钢零件要求各向同性，但在热加工后形成比拟明显的带状组织。请提出几种具体方法来减轻或消除在热加工中形成带状组织的因素。 12．为何金属材料经热加工后机械性能较铸造状态为佳? 13．灯泡中的钨丝在非常高的温度下工作，故会发生显著的晶粒长大。当形成横跨灯丝的大晶粒时，灯丝在某些情况下就变得很脆，并会在因加热与冷却时的热膨胀所造成的应力下发生破断。试找出一种能延长钨丝寿命的方法。
2020届材料科学基础期末必考知识点总结 豆 第八章回复与再结晶 第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化 一回复与再结晶 回复：冷变形金属在低温加热时，具显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。 再结晶：冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。 二显微组织变化（示意图） 回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化； 再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。 晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺 三性能变化 1力学性能（示意图） 回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。 再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。 晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降。 2物理性能 密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高； 电阻：电阻在回复阶段可明显下降。 四储存能变化(示意图) 1储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分(〜10%)变形功。 「弹性应变能(3〜12%)
2存在形式J位错(80〜90%) 1 I点缺陷j 是回复与再结晶的驱动力 3储存能的释放：原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放。 五内应力变化 回复阶段：大部分或全部消除第一类内应力，部分消除第二、三类内应力； 再结晶阶段：内应力可完全消除。 第二节回复 一回复动力学(示意图) 1加工硬化残留率与退火温度和时间的关系 ln(x o/x)=C o texp(-Q/RT) x o原始加工硬化残留率； X—退火时加工硬化残留率； C0一比例常数； t—加热时间； T—加热温度。 2动力学曲线特点 (1)没有孕育期； (2)开始变化快，随后变慢； (3)长时间处理后，性能趋于一平衡值。
回复与再结晶的异同点 在材料科学领域，回复和再结晶是两种常见的微观组织演变过程。它们都是通过热力学和动力学控制的原子移动和晶界迁移来实现的。虽然它们都与晶体的再生和再生有关，但它们之间有许多重要的异同点。本文将分析回复和再结晶的异同点，并讨论它们的应用。 回复和再结晶的定义 回复是指晶粒在几乎不改变其形状的情况下重新排列，以消除应力和增强材料的韧性。回复的发生通常是在材料经历了一些变形后，例如冷加工或热加工。回复的过程中，原来的晶界被消除，晶粒内部的位错被消除，晶粒的取向被重新排列。回复可以分为静态回复和动态回复，静态回复是在低温下进行的，而动态回复是在高温下进行的。 再结晶是指在材料经历了一定程度的变形之后，晶粒重新长大并形成新的晶粒。再结晶发生的过程中，原来的晶粒被分解成很小的晶粒，这些小的晶粒被称为再结晶晶粒。再结晶晶粒的取向通常是随机的，这意味着再结晶后的材料具有更好的韧性和可塑性。再结晶可以分为动态再结晶和静态再结晶，动态再结晶是在高应变速率下进行的，而静态再结晶是在低应变速率下进行的。 回复和再结晶的异同点 虽然回复和再结晶都是晶体的再生和再生过程，但它们之间有许多重要的异同点。下面是回复和再结晶的异同点： 相似点： 1. 晶体的再生和再生：回复和再结晶都是晶体的再生和再生过
程，旨在消除应力和增强材料的韧性。 2. 热力学和动力学控制：回复和再结晶都是通过热力学和动力学控制的原子移动和晶界迁移来实现的。 3. 都需要一定的变形：回复和再结晶都需要材料经历一定程度的变形，以激发原子的移动和晶界的迁移。 4. 都可能发生在同一温度范围内：回复和再结晶都可能发生在相同的温度范围内，但需要不同的应变速率。 不同点： 1. 晶界的变化：回复的过程中，原来的晶界被消除，而再结晶的过程中，原来的晶粒被分解成很小的晶粒，这些小的晶粒被称为再结晶晶粒。 2. 晶粒的取向：回复的过程中，晶粒的取向被重新排列，而再结晶的过程中，再结晶晶粒的取向通常是随机的。 3. 应变速率的差异：回复通常在低应变速率下进行，而再结晶通常在高应变速率下进行。 4. 形变的程度：回复通常在材料经历了一定的形变之后发生，而再结晶通常需要更大的形变。 应用 回复和再结晶在材料科学和工程中具有广泛的应用。回复可以用来改善材料的韧性和可塑性，使其更适合于高应力和高温应用。回复还可以用来改善材料的电学性能和磁学性能，这对于半导体器件和磁性材料非常重要。
材料科学基础知识点总结LT
七、金属及合金的回复与再结晶 重点内容：金属的热加工的作用；变形金属加热时显微组织的变化、性能的变化，储存能的变化。 基本内容：回复、再结的概念、变形金属加热时储存能的变化。再结晶后的晶粒尺寸；影响再结晶的主要因素性能的变化规律。 变形金属加热时显微组织的变化、性能的变化：随温度的升高，金属的硬度和强度下降，塑性和韧性提高。电阻率不断下降，密度升高。金属的抗腐蚀能力提高，内应力下降。 再结晶：冷变形后的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，这个过程称之为再结晶。 热加工的主要作用（或目的）是：①把钢材加工成所需要的各种形状，如棒材、板材、线材等；②能明显的改善铸锭中的组织缺陷，如气泡焊合，缩松压实，使金属材料的致密度增加；③使粗大的柱状晶变细，合金钢中大块状碳化物初晶打碎并使其均匀分布；④减轻或消除成分偏析，均匀化学成分等。使材料的性能得到明显的改善。 影响再结晶的主要因素：①再结晶退火温度：退火温度越高（保温时间一定时），再结晶后的晶粒越粗大；②冷变形量：一般冷变形量越大，完成再结晶的温度越低，变形量达到一定程度后，完成再结晶的温度趋于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越细，再结晶晶粒也越细；④微量溶质与杂质原子，一般均起细化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再结晶，弥散分布的细小的第二相粒子不利于再结晶；⑥形变温度，形变温度越高，再结晶温度越高，晶粒粗化；⑦加热速度，加热速度过快或过慢，都可能使再结晶温度升高。 塑性变形后的金属随加热温度的升高会发生的一些变化： 显微组织经过回复、再结晶、晶粒长大三个阶段由破碎的或纤维组织转变成等轴晶粒，亚晶尺寸增大；储存能降低，内应力松弛或被消除；各种结构缺陷减少；强度、硬度降低，塑性、韧度提高；电阻下降，应力腐蚀倾向显著减小。 八、扩散 重点内容：影响扩散的因素；扩散第一定律表达式。 基本内容：扩散激活能、扩散的驱动力。柯肯达尔效应，扩散第二定律表达式。 柯肯达尔效应：由置换互溶原子因相对扩散速度不同而引起标记移动的不均衡扩散现象称为柯肯达尔效应。 影响扩散的因素： ①温度：温度越高，扩散速度越大； ② 晶体结构：体心结构的扩散系数大于面心结构的扩散系数； ③ 固溶体类型：间隙原子的扩散速度大于置换原子的扩散速度； ④ 晶体缺陷：晶体缺陷越多，原子的扩散速度越快； ⑤ 化学成分：有些元素可以加快原子的扩散速度，有些可以减慢扩散速度。 扩散第一定律表达式：扩散第一定律表达式：dx dC D J -= 其中，J 为扩散流量；D 为扩散系数； dx dC 为浓度梯度。 扩散的驱动力为化学位梯度，阻力为扩散激活能 九、钢的热处理原理 重点内容：冷却时转变产物（P 、B 、M ）的特征、性能特点、热处理的概念。 基本内容：等温、连续C-曲线。奥氏体化的四个过程；碳钢回火转变产物的性能特点。 热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却下来，让其获得所需要的组织结构和性能的一种热加工工艺。
第六章金属与合金的回复与再结晶复习 题 金属与合金的回复与再结晶复习题 一、名词解释： 1. 回复：指冷塑性变形的金属在加热时，在显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。 2. 再结晶：是指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无畸变的新等轴晶粒，而性能也发生明显的变化，并恢复到冷变形之前状态的过程。 3. 临界变形度：使晶粒发生异常长大的变形度(2～10%)生产上应尽量避免在临界变形度范围内进行塑性加工变形。 4. 热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。 5. 冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。 二、填空题： 1．变形金属的最低再结晶温度是指通常用经大变形量(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(＞95%
的转变量)的最低温度为再结晶温度。 2．钢在常温下的变形加工称为加工，而铅在常温下的变形加工称为热加工。 3．影响再结晶开始温度的因素预变形度、金属的熔点、微量杂质和合金元素、加热速度、保温时间。 4．再结晶后晶粒的大小主要取决于预变形度和加热温度。 5．金属在塑性变形时所消耗的机械能，绝大部分(占90%)转变成。 6．但有一小部分能量（约10%）是以增加金属晶体缺陷（空位和位错）和因变形不均匀而产生弹性应变的形式（残余应力）储存起来，这种能量我们称之为形变储存能。 7．金属在热加工过程中，由于加工温度高于再结 晶温度，金属在塑性变形过程中同时发生回复(动态回复)与再结晶(动态再结晶)，使其发生软化。 三、判断题： 1．金属的预先变形度越大，其开始再结晶的温度越高。（×）2．其它条件相同，变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。（√） 3．金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。（×） 4．热加工是指在室温以上的塑性变形加工。（×） 5．再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。（√）