《汽车工程材料》教案(11,12)-金属的回复与再结晶
塑性变形金属的回复与再结晶
图 3.刃形位错的攀移和滑移示意图
图 4.多变形化前、后刃形位错的排列状况
1.3 回复后金属性能的变化
金属的电阻率是点缺陷敏感的一种物理性能， 塑性变形使空位增加而导致金 属电阻率增大；低温回复使空位消失，电阻减小，达到接近冷变形前的状态。力 学能是对点缺陷不敏感的性能，故低温回复之后力学性能不发生较大改变。 中温回复时，第一类应力消除，使金属构件尺寸稳定；第二类应力基本上消 除了， 抗应力腐蚀有明显提高甚至恢复到冷变形前的状态，所以许多金属材料如 黄铜加工产品在出厂之前要经过消除应力退火， 防止以后放置或使用时造成晶界 应力腐蚀开裂。由于位错数量的减少并不显著，故力学性能基本上不发生变化。 高温回复时， 除了上述的物理和化学性能得到完全的回复外，由于多边形化 的形成，力学性能稍有变化，强度有所降低和塑性有少量改善。某些金属材料出 厂前，进行较高温度的消除应力退火，除了提高耐腐蚀性之外，在消除应力、尺 寸稳定的前提下，保留变形硬化效果，也是退火的目的之一。如用冷拉钢丝卷成 弹簧，在成形之后，要在 250-300℃进行退火以消除低内应力并使之定形，而强 度和硬度又基本上保持不变。
1.2 回复机理
回复过程可以分为低温、中温和高温三个阶段。
在低温回复过程中，主要表现为空位的消失。冷变形所产生的大量空位，受 热后发生空位迁移， 使空位迁移到金属的自由表面或界面，或使空位与间隙原子 重新结合；空位与位错发生交互作用；空位聚集成空位片等。这些因素都会使空 位数量急剧减少，因而便与点缺陷敏感的电阻率发生不同程度的下降。 中温回复的过程表现为位错的滑移，导致位错重新结合，异号位错的汇聚而 抵消以及亚晶的长大。 在冷塑性变形过程中，位错的不断增殖和塞积，大量位错的相互交互缠结而 形成发团， 井将晶粒分割成若干个细小的胞状结构。胞壁上纠缠着大量位错且有 一定的厚度。在中温回复时，温度升高，使位错容易滑移，同一滑移面上的异号 位错相遇会相互吸引而抵消， 不但使亚晶内部的位错数目减少，而且胞壁缠结位 错的减少更为显著，重新调整排列规则，胞壁也变得明晰，形成回复亚晶。 高温回复的过程是位错的进一步滑移并产生攀移，形成位错墙，发生多边形 化的过程。 同一滑移面上的异号位错已在中温回复时相互抵消而只留下同号位错， 但其 分布排列并不均匀， 且多层相互平行的滑移面上的位错数目并不相同。在高温回 复阶段，位错运动的动力学条件充分，不但容易发生滑移并能够进行攀移，由于 攀移的结果使多层滑移面上的位错密度趋于相同， 各位错之间的作用力又使同一 滑移面上的位错分布均匀， 间距大体相等，并且使各层滑移面上的位错在与滑移 面垂直的方向上形成规则排列的位错墙，称为多边形化，如图 3 和图 4 所示。多 边形化构成的位错墙即是小角度晶界，它将原晶粒分隔成若干个亚晶粒。
回复与再结晶
（1）温度 随T↑，晶粒长大 温度一定，晶粒达到一定尺寸后不再长大。 （2）杂质与合金元素 异类原子吸附晶界处，降低晶界能，减少驱动力，阻碍晶粒长大。
第八章: 回复与再结晶
8.4晶粒长大
8.4.1晶粒的正常长大 3.影响晶粒长大的因素 晶粒长大，是通过晶界处的原子扩散迁移实现
（3）分散相粒子 第二相粒子越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大能力越强。
8.1.1 显微组织的变化
冷变形金属随加热温度升高组织变化示意图
再结晶后组织恢复到变形前的程度，性能也恢复到变形前的程度 晶粒长大:新晶粒逐渐相互合并长大.
第八章: 回复与再结晶
8.1 冷变形金属及合金在退火过程中的变化
8.1.2 储存能与内应力变化
随T↑,储存能逐渐释放. 再结晶后,形变储存能全部释放.
第八章: 回复与再结晶
8.5 金属的热加工（变形）
8.5.2热加工后的组织与性能
热加工对组织和性能有如下影响： 3.产生带状组织
未热轧的20钢组织：F+P
热轧后的20钢组织：F+P 带状分布
带状组织常在热轧板材、管材中 出现，性能上产生各向异性
第八章: 回复与再结晶
8.3再结晶(recrystallization)
8.3.2 再结晶动力学
第八章: 回复与再结晶
8.3再结晶(recrystallization)
8.3.3 再结晶温度及其影响因素 再结晶温度:经过严重冷变形的金属,在一个小时的退火保温时间内,能完成再结 晶的最低温度(T再).对纯金属T再=0.4T熔 再结晶速度:V再 若T再低,V再快,则再结晶易进行. 影响再结晶的因素如下： 1.加热温度(退火温度) : 退火温度越高,原子扩散越容易进行,V再↑,完成再结晶时间越短. 2.预先变形量 变形度越大,则T再越低 ∵储存能大,再结晶驱动力大.
6.1金属的回复、再结晶和热加工
教学课题金属的回复、再结晶及热加工教学课时 2教学目的了解金属的回复与再结晶掌握热加工对金属性能的影响教学难点掌握热加工对金属性能的影响教学重点掌握热加工对金属性能的影响教学方法讲解法教具准备教材教学过程高温回复，原子活动能力进一步增强，位错除滑移外，还可攀移。
主要机制是多边化。
冷变形使平行的同号位错在滑移面上塞积，致使晶格弯曲，所增殖的位错杂乱分布。
高温回复过程中，这些刃位错便通过攀移和滑移，由原来能量较高的水平塞积。
1.2再结晶冷变形金属的加热温度高于回复阶段以后，当温度继续升高时，由于原子活动能力增大，金属的显微组织发生明显的变化，由破碎拉长或压扁的晶粒变为均匀细小的等轴晶粒。
这一过程实质上是一个新晶粒重新形核和长大的过程，故称为“再结晶”。
再结晶以后，只是晶粒外形发生了变化，而晶格类型并未变，仍与原始晶粒相同。
再结晶的晶核一般是在变形晶粒的晶界或滑移带及晶格畸变严重的地方形成，晶核形成后，依靠原子的扩散移动，向附近周围长大，直至各晶核长大到相互接触，形成新的等轴晶粒为止。
通过再结晶，金属的显微组织发生了彻底的改变，故其强度和硬度显著降低，而塑性和韧性大大提高，加工硬化现象得以消除，变形金属的所有机械和物理性能全部恢复到冷变形以前的状态。
因此，再结晶在工业上主要用于金属在冷变形之后或在变形过程中，使其硬度降低，塑性升高，以便于进一步加工，这样的热处理称为再结晶退火。
1.3形核机制(1) 小变形量的弓出形核机制当形量较小的，由于变形不均匀，相邻晶粒的位错密度相差可以很大，此时晶界中的一小段会向位错密度高的一侧突然弓出(2) 亚晶合并机制变形量较大的高层错能金属再结晶核心通过亚晶合并来产生的。
(3) 亚晶蚕食机制变形量很大的低层错能金属扩展位错宽度大，不易束集，交滑移困难，位错密度很高，在位错密度很大的小区域，通过位移的攀移和重新分布，形成位错密度很低的亚晶，这个亚晶便向周围位错密度高的区域生长。
汽车材料教案
教学内容：
基础知识：
1．晶体结构的基础知识
2．金属实际晶体结构与晶缺陷。
3．纯金属的结晶过程，掌握影响晶粒大小的因素、金属的同素异构转变概念
4．金属铸锭的组织与结构
5．合金和相的概念、合金中相的基本结构
基本技能：晶体结构
应用实践：晶缺陷识别与防止
教学重点：
1．晶体结构的基础知识
2．金属实际晶体结构与晶缺陷。
3．纯金属的结晶过程，掌握影响晶粒大小的因素、金属的同素异构转变概念
4．金属铸锭的组织与结构
教学难点：金属实际晶体结构与晶缺陷；纯金属的结晶过程
课前准备：教材分析：本节是学好后续各节的基础。
学情分析：学生有第一章的铺垫，但识图能力基础薄弱，尚需强化。
思路构建：传统与现代媒体结合，感性与理性认识结合；引导与参与方式综合，讲解与研究模式穿插。
知识准备：第一章知识的复习及本章的预习。
案头准备：教学思路编制，教案设计，课件制作
教学素材：实物教具，课件材料
教学方法：
1。
诱导启发、情景讲授、研究探索
2。
教具展示、多媒体演示
学习方法
1．观察分析
2．研究探讨
3．思维演练
反馈设计：判断
作业布置：
1、复习整理
2、记忆内容
3、书面练习：P28复习与思考2、3。
金属热加工中的回复与再结晶
金属热加工中的回复与再结晶在金属热加工过程中，材料的微观结构和性能会发生变化，以适应加工过程中的高温和应力条件。
其中，回复和再结晶是两个非常重要的过程，它们对金属热加工的质量和最终产品的性能有着至关重要的影响。
回复是指在一定温度和应力作用下，金属内部微观结构发生调整的过程。
这个过程可以消除部分或全部加工过程中的应力，使材料恢复到接近原始态的稳定结构。
回复主要通过位错的滑移和攀移来实现。
在回复过程中，位错发生相对移动，进而重新排列成较为规则的几何排列，从而减少材料内部的应力。
这种排列的改变可以在一定程度上提高材料的塑性和韧性。
在金属热加工过程中，回复现象可以被用来消除加工产生的残余应力，提高材料的力学性能。
例如，在锻造和轧制过程中，适当的回复可以降低残余应力，提高产品的质量。
回复还可以改善材料的尺寸精度和稳定性。
再结晶是指金属在高温下失去有序的晶体结构，然后在较低的温度下重新获得有序结构的过程。
这个过程通常包括晶核的形成和晶核的长大两个阶段。
再结晶主要通过形核和长大来实现。
在形核阶段，金属内部形成新的晶核，这个过程需要一定的能量。
在长大阶段，新的晶核不断吸收周围的原子，使其体积不断增大。
在金属热加工过程中，再结晶现象可以用来细化材料的晶粒，提高其力学性能。
例如，在铸造和热处理过程中，适当的再结晶可以细化材料内部的晶粒结构，提高其强度和韧性。
再结晶还可以消除材料内部的残余应力，提高其尺寸精度和稳定性。
回复和再结晶是两个相互、相互影响的过程。
在金属热加工过程中，回复主要发生在再结晶之前，它可以消除加工过程中产生的残余应力，为再结晶创造良好的条件。
而再结晶则是在回复的基础上，通过形核和长大等过程，使金属内部结构重新有序化，进一步提高材料的性能。
回复和再结晶对金属热加工性能的影响也十分重要。
在适当的条件下，回复和再结晶可以有效地提高材料的强度、韧性、尺寸精度和稳定性等指标，使产品具有更好的使用性能。
因此，在实际金属热加工过程中，应充分考虑回复和再结晶的影响，通过优化工艺参数来获得高质量的产品。
《回复和再结晶》PPT课件
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(二) 再结晶动力学
再结晶动力学：取决于形核率N和长大速率G的大小。 纵坐标表示已再结晶晶粒分数，横坐标表示保温时 间。 结晶动力学曲线表示T—φR—t关系曲线,其特 点：
(1) 恒温动力学曲线呈“S”形 (2) 有一孕育期 (3)等温下,再结晶速度呈现“慢、快、慢”的特点
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5.退火工艺参数：加热速度过于缓慢或极快时， TR上升；当变形程度和保温时间一定，退火温 度越高，再结晶速度快；在一定范围内延长保 温时间，TR降低。
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(四) 再结晶后晶粒大小
再结晶晶粒的平均直径d与形核率u及长大速度I之间的关
系如下：
d
常数（ I
1
）4uຫໍສະໝຸດ 影响再结晶后晶粒大小的因素：
GEsd dV A Es2r
显然．若晶界弓出段两端a、b固定，且γ值恒定，则 开始阶段随ab弓出弯曲，r逐渐减小、ΔG值增大。 当r达到最小值(r＝ab/2＝L)时， Δ G将达到最大值。 此后，若继续弓出，由于r的增大而Δ G减小，于是， 晶界将自发地向前推移。因此，一般段长为2L的晶 界，其弓出形核的能量条件为Δ G < 0，即：
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3
加热时冷变形金属显微组织发生变化
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4
性能变化
冷变形金属在退火过程中的性能和能量变化如下 图所示：
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5
1.力学性能
(1) 硬度（hardness）和强度（strength）:回 复阶段,变化不大,再结晶下降较大
(2) 塑性:回复阶段,变化不大; 再结晶阶段上升； 粗化后下降。
(三) 再结晶温度
再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶最低温度。 测定方法：金相法：显微镜中出现第一颗新晶粒温度
金属及合金的回复与再结晶
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。
《汽车工程材料》教案(11,12)-金属的回复与再结晶
主要教学步骤和教学内容★课程回顾：（5min）金属材料的塑性变形及其对材料的性能影响★课程导入：（5min）1、为什么“打铁要趁热”？2、冷变形使金属出现加工硬化，如何消除这种硬化现象？（提出问题，学生思考并回答）★新课讲授：（70min）一、金属的回复与再结晶1、冷变形金属加热时的变化金属经冷塑性变形后，组织处于不稳定状态，有自发恢复到变形前组织状态的倾向。
但在常温下，原子扩散能力小，恢复过程很难进行，不稳定状态可以维持相当长时间。
如果对其加热，则金属原子活动能力增强，会产生一系列组织与性能的变化。
a)加热前b) 625℃加热（不完全再结晶）c) 670℃加热（完全再结晶）d) 750℃加热（晶粒长大）经70%塑性变形工业纯铁加热时的组织变化将冷塑性变形的金属材料加热至0.5T熔温度附近，并进行保温，则金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大三个基本阶段。
冷塑性变形金属的组织性能随温度变化示意图1．回复变形后的金属在较低温度进行加热时，原子活动能力有所增加，原子已能作短距离的运动，其晶格畸变程度显著减轻，内应力有所降低，这个阶段称为回复。
产生回复的温度：T回＝（0.25～0.3）T熔在回复阶段，原子活动能力还不是很强，所以金属组织变化不明显，晶粒仍保持变形后的形态。
金属的力学性能也无明显改变，其强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内应力、电阻率等显著下降。
在工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留了加工硬化，这种热处理方法称为去应力退火。
（结合书本上的拓展与提示，给学生讲解金属相关趣事：一战期间，黄铜弹壳开裂的现象及其解决办法）2．再结晶冷变形金属加热至一定温度之后，由于原子活动能力增强，晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀细小的等轴晶，其力学性能发生了明显的变化，恢复到完全软化状态。
这种冷变形组织在加热时重新彻底改变而恢复至变形前状态的过程称为再结晶。
再结晶后晶粒内部的晶格畸变基本消失，位错密度下降，因而金属的强度、硬度显著下降，塑性显著提高，加工硬化消失。
回复和再结晶
从图8-3中可以看出，温度越高，经过回复后残余 的加工硬化越少，回复越快。 而且当温度一定时，在前十几分钟的时间里残余 的加工硬化减少得最快，说明：回复速度快，然后随 回复量的增加而逐渐减慢。
二、回复的动力学
回复过程可用一级方程式表示：
dx cx dt
（8-1）
式中t为恒温下的加热时间,x为冷变形导致的性能增 量经加热后的残留分数,c为与材料和温度有关的比例常 数,c值与温度的关系具有典型的热激活过程的特点:
（8-3）
这说明与其他热激活过程一样,回复的速度随温度升高 而增大。这一点在图8-3中也显示得很清楚。 如果采用两个不同的温度将同一冷变形金属的性能 回复到同样的程度，则
c 0 t 1e Q / RT1 c 0 t 2 e Q / RT2
( ) t1 e Q / RT 2 R T2 T1 Q / RT e 1 t2 e Q 1 1
冷变形金属发生多边化过程的驱动力来自应变能的 下降。
当同号的正刃型位错塞积于同一滑移面上时，它们 的应变能是相加的，因为在每一个正刃型位错的应变场 内，滑移面上部的区域都受到压缩，下部都受到伸张； 而当多边化后同号的正刃型位错沿滑移面的法线方向重 叠排列时，上下相邻的两个正刃型位错的区域内，上面 一个位错所产生的张应变场正好与下面一个位错所产生 的压缩应变场相迭加，从而互相部分的抵消。 位错的攀移是通过空位扩散到位错线处来实现的， 而空位的扩散又是一种热激活过程，因此多边化的速度 随温度升高而迅速增加。
3、经冷塑性变形的金属加热时，经过那些阶段？各 阶段的特点？
依次经过回复、再结晶和晶粒长大三个阶段 （此三阶段有部分交迭）。如图1所示：
回复 再结晶 晶粒长大
0
T1
回复与再结晶ppt
06
结论
本报告的主要观点
经过对市场和技术的分析，我们发现 回复与再结晶技术具有巨大的潜力。
VS
再结晶
当回复后的金属继续加热到更高的温度范 围时，由于热激活作用，发生有利的晶界 移动，使原始的变形晶粒通过晶界向新的 、未变形的晶粒转化，这种现象被称为再 结晶。
回复与再结晶的重要性
1 2
金属加工过程中的重要阶段
在金属材料的加工过程中，回复与再结晶是重 要的物理冶金过程，对材料的最终组织和性能 有重要影响。
建立完善的标准体系，加强对回复与再结晶技 术的监管和评估，确保技术的安全性和可靠性 。
建议
1
鼓励企业加大研发投入，提高回复与再结晶技 术的核心竞争力。
2
加强产学研合作，推动技术成果转化和应用。
3
政府可以出台相关政策，对回复与再结晶技术 的发展给予支持，引导资金、人才等资源向该 领域集聚。
THANKS
改善材料性能
适当的回复和再结晶可以有效地改善材料的韧 性、延展性和加工性能。
3
调整材料加工工艺
通过控制回复和再结晶过程，可以调整材料的 加工工艺，提高生产效率和产品质量。
报告的结构
引言
简要介绍回复与再结晶 的重要性和本报告的目 的和内容。
金属变形与回 复
详细介绍金属变形的基 本原理、回复现象及其 影响因素等。
回复与再结晶技术能够有效提高产品的质 量和稳定性，降低生产成本，并减少对环 境的影响。
未来，随着技术的不断进步和应用 领域的拓展，回复与再结晶技术将 具有更加广泛的应用前景。
金属的冷变形强化、回复和再结晶
在临界变形速度 C之后，消耗于金属塑性变 形的能量转化为热能，即热效应。由于热效应的 作用，使金属温度升高，塑性上升，变形抗力减 小，金属易锻压加工。
3．应力状态 挤压时金属三个方向承受压应力，如图11-89a所示 。在压应力的作用下，金属呈现出很高的塑性。拉拔时 金属呈两向压应力和一向拉应力状态，如图 11-8b 所示 。拉应力易使金属内部的缺陷处产生应力集中，增加金 属 破 裂 倾 向 ， 表 现 出 金 属 的 塑 性 下 降 。
机械制造基础
第十一章
二、金属的冷变形强化、回复和再结晶
(一) 金属的加工硬化（冷变形强化） 金属在低温下进行塑性变形时，随着 变形程度的增加，金属的硬度和强度升高 ，而塑性、韧性下降，这种现象称为金属 的冷变形强化或加工硬化。
冷变形强化是强化金属的重要途径之一，尤其是对 一些不能用热处理强化的金属材料显得特别重要，如 低碳钢、纯铜、防锈铝、镍铬不锈钢等，可通过冷轧 、冷挤、冷拔、冷冲压等方法来提高金属强度、硬度 。
机械制造基础
第十一章
(二) 锻造比 锻造比是表示金属变形程度大小的参数。具体计算如下： y拔长 = S0／S（视频） y镦粗 = H0／H（视频） 式中 S0、S —— 拔长前、后金属坯料的横截面积； H0、H —— 镦粗前、后金属坯料的高度； 锻造比越大，热变形程度也越大，热加工流线也越明显， 其金属组织、性能改善越明显。
11章冷变形金属的回复、再结晶与热加工
第 十 一 章 冷 变 形 金 属 的
§11-1 冷变形金属在加热时的组织与 性能变化
§11-2 冷变形金属的回复
§11-3 冷变形金属的再结晶 §11-4晶粒长大 §11-5 金属的热加工
• 外力使金属变形时，外力对金属作功。这些能量大部分转 化为热量散失到环境中；有一部分能量（2~ 10%）保存 到变形金属中-形变储存能，金属处于不稳定状态。 • 金属塑性变形后，其组织性能发生了很大变化，为了恢复 性能，需要加热-退火。 • 加热时，不稳定状态的金属将发生一系列转变，逐步向平 衡状态转变。
（一）变形度（ε％）
ε％↑,畸变能△E↑,T再↓, u再↑, 再结晶所需要的时间越短。 临界变形度-ε％＝2％～10％
冷变形度对晶粒度的影响
1.ε％＜2％～10％时没有再结晶，对晶粒大小无影响。 2.ε％＝2％～10％时晶粒异常长大。（变形不均匀,晶粒间畸 变能差大，从而使N＜＜u,导致晶粒异常长大。） 3.ε％＞2％～10％时,N＞u,畸变能△E↑,随着ε％↑,晶粒越细。 4.ε％＞＞ 2％～10％，出现形变织构，u ↑ ↑，晶粒异常粗大
（b）
纯金属的凝固和再结晶动力学曲线比较 纯金属再结晶动力学曲线
由再结晶动力学曲线可知： 1.再结晶需要一定的孕育期，且温度越高，孕育期越 小，易于再结晶（与纯金属凝固动力学相反）； 2.开始再结晶速度较慢，随着再结晶的体积分数Xv增 加，结晶速率增大； 3.当Xv＝50％时再结晶速率最大，当Xv＞50％时再结 晶速率减小。 （二）再结晶速度与温度的关系 再结晶动力学曲线再结晶体积分数Xv可用下式表示：
3. 形核的驱动力-点阵畸变能的降低(与回复驱动力相同). （三）晶核的长大 在点阵畸变能的驱动下，再结晶晶核迅速长大，直至“畸 变能小的亚晶粒完全由大角度晶界所包围的无畸变的亚晶 粒所取代，再结晶结束。”
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主要教学步骤和教学内容
★课程回顾：（5min）
金属材料的塑性变形及其对材料的性能影响
★课程导入：（5min）
1、为什么“打铁要趁热”？
2、冷变形使金属出现加工硬化，如何消除这种硬化现象？
（提出问题，学生思考并回答）
★新课讲授：（70min）
一、金属的回复与再结晶
1、冷变形金属加热时的变化
金属经冷塑性变形后，组织处于不稳定状态，有自发恢复到变形前组织状态的倾向。
但在常温下，原子扩散能力小，恢复过程很难进行，不稳定状态可以维持相当长时间。
如果对其加热，则金属原子活动能力增强，会产生一系列组织与性能的变化。
a)加热前b) 625℃加热（不完全再结晶）
c) 670℃加热（完全再结晶）d) 750℃加热（晶粒长大）
经70%塑性变形工业纯铁加热时的组织变化
将冷塑性变形的金属材料加热至0.5T
熔
温度附近，并进行保温，则金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大三个基本阶段。
冷塑性变形金属的组织性能随温度变化示意图
1．回复
变形后的金属在较低温度进行加热时，原子活动能力有所增加，原子已能作短距离的运动，其晶格畸变程度显著减轻，内应力有所降低，这个阶段称为回复。
产生回复的温度：
T
回＝（0.25～0.3）T
熔
在回复阶段，原子活动能力还不是很强，所以金属组织变化不明显，晶粒仍保持变形后的形态。
金属的力学性能也无明显改变，其强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内应力、电阻率等显著下降。
在工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留了加工硬化，这种热处理方法称为去应力退火。
（结合书本上的拓展与提示，给学生讲解金属相关趣事：一战期间，黄铜弹壳开裂的现象及其解决办法）
2．再结晶
冷变形金属加热至一定温度之后，由于原子活动能力增强，晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀细小的等轴晶，其力学性能发生了明显的变化，恢复到完全软化状态。
这种冷变形组织在加热时重新彻底改变而恢复至变形前状态的过程称为再结晶。
再结晶后晶粒内部的晶格畸变基本消失，位错密度下降，因而金属的强度、硬度显著下降，塑性显著提高，加工硬化消失。
金属的再结晶过程是在一定的温度范围内进行的，能进行再结晶的温度
T
再＝（0.35～0.4）T
熔
3．晶粒长大
再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长加热时间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。
加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越大，加热温度的影响尤为显著。
而晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低
二、金属的热加工
1. 冷加工与热加工的区别
金属塑性变形的加工方法有热加工和冷加工两种。
在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。
低于再结晶温度的加工为冷加工，而高于再结晶温度的加工为热加工。
2. 热加工对金属组织和性能的影响
因为热加工的温度高于再结晶温度，热加工时产生的加工硬化很快被再结晶消除，使材料保持良好的塑性状态，因而热加工时的塑性变形比冷加工容易得多，可变形程度也较大。
（这就是“打铁要趁热”的原因）
热加工过程，在金属内部同时进行着加工硬化和再结晶软化两个相反的过程，虽然不会引起加工硬化，但也会使金属的组织和性能发生很大的变化：
（1）消除金属的组织缺陷
热加工可使铸态金属与合金中的气孔、疏松、微裂纹焊合，从而使组织致密、成分均匀。
因而金属的力学性能得到提高。
（2）细化晶粒
热加工能打碎或挤碎粗大的树枝晶或柱状晶，并通过再结晶获得细化均匀的等轴晶粒，达到细晶强化的目的，从而可以提高金属的综合力学性能。
（3）形成锻造流线
热加工使铸态金属中的非金属夹杂物沿变形方向伸长，形成彼此平行的宏观条纹，称作流线，由这种流线体现的组织也称纤维组织。
纤维组织使钢产生各向异性，与流线平行的方向强度高，而与其垂直的方向强度低。
在制定加工工艺时，应使流线分布合理，尽量与拉应力方向一致
曲轴中的流线分布
（4）形成带状组织
热加工能量消耗小，但钢材表面易氧化，因而热加工一般用于截面尺寸大、变形量大、在室温下加工困难的工件。
而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光洁度要求高的工件。
★课程小结：（10min）
1、金属的回复与再结晶；
2、金属热加工的特点；
作业：
主要教学步骤和教学内容
★课程导入：（5min）
1.浇注时，金属液是如何转变为固态金属的？
2.浇注形成的金属铸锭的组织有何特点？
（提出问题，学生思考并回答）
★新课讲授：（75min）
一、纯金属的结晶
凝固：液体--> 固体（晶体或非晶体）
结晶：液体--> 晶体
1．纯金属结晶的条件
纯金属的实际结晶过程可用冷却曲线来描述。
冷却曲线是温度随时间而变化的曲线，是用热分析法测得的。
纯金属结晶时的冷却曲线液体、晶体自由能随温度变化曲线当温度处于熔点T0时，液相和固相的自由能相等，处于平衡状态；
当温度处于更低的T1时，固相的自由能比液相低，从而促使液相转变为固相。
2．纯金属结晶的规律
根据结晶条件的不同，可将形核方式分为自发形核和非自发形核。
自发形核 —— 由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心。
非自发形核 —— 是依附于外来杂质上生成的晶核。
请同学们考虑：哪一种形核方式更容易进行？（类比雾水的形成） 两种长大方式 —— 平面生长 与 树枝状生长。
3．金属结晶后的晶粒大小
晶粒大小对纯铁力学性能的影响
晶粒平均直径d/m μ
b σ/MPa
s σ/MPa
δ（%） 70 184 34 30.6 25 216 45 39.5 2.0 268 58 48.8 1.6
270
66
50.7
细化晶粒的措施：
（1）提高过冷度
在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。
（2）变质处理
加入杂质，促进非自发形核（异质形核），从而增加晶粒数，细化晶粒（3）振动结晶
——机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。
振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。
二、铸锭的组织及其控制
1．铸锭的组织
表层细晶区、中间柱状晶区、中心等轴晶区
2．铸锭的缺陷
（1）缩孔和疏松：大多数金属凝固时体积要收缩，如果没有足够的液体补充，便会形成孔隙。
如果孔隙集中在凝固的最后部位，则称为缩孔。
如果孔隙分散地分布于枝晶间，则称为疏松，可以通过压力铸造的等方法予以消除。
（2）气孔：金属在液态下比在固态下溶解气体多。
液态金属凝固时，如果所析出的气体来不及逸出，就会保留在铸锭内部，形成气孔。
（3）偏析：合金中各部分化学成分不均匀的现象称为偏析。
★课堂小结：（10min）
1、纯金属的结晶（形核、晶粒生长）；
2、细晶强化及其措施；
3、铸锭的组织及控制。
作业：。