北科大材料考研试题

2 特点： ① 加热温度较高：T>T再 T再≈0.4T熔；实际: +100~200℃ ② 显微组织显著变化 ： 转变为等轴无畸变新晶粒 ③ 亚结构：位错密度大大降低； ④ 性能显著变化： HB、ζ↓↓；δ、ψ↑↑ ⑤ 内应力完全消除。
3 再结晶形核机制
(1) 亚晶合并相邻 亚晶界中位错通过 攀移和滑移消失
（3）对低碳钢，ε＝8％接近临界变形量，因 此在700℃(高于再结晶温度)退火后晶粒粗 大，强度较低； （4）900℃保温时发生重结晶，冷却后晶粒 细小，因此强化提高。
§7-1 形变金属与合金在退火过程中的变化
一 退火概念 1 定义： 将金属加热到某温度保温一定时间，而 后缓慢冷至室温，通过组织结构的变化使材 料热力学稳定性得以提高的热处理工艺。 根据退火温度不同(>或<Ac1)可分为： 高温退火和低温退火 形变金属的退火——低温退火
2 金属加热中组织转变的原因 ——驱动力问题 退火T> Ac1 时： 驱动力为相变中两相的体积自由能之差 退火T< Ac1时： 对形变金属而言驱动力为形变储存能(其 中晶格畸变能占80~90%) ┗ 不稳定组织
§7-4 金属的热加工
主要内容： （1）热加工与冷加工区别 （2）热加工对组织与性能影响 一 金属热加工与冷加工的概念 热加工：T > T再； 冷加工： T < T再；
实质：
有否再结晶软化过程
衡量依据：T再
例：W 在1000℃非热加工；
Sn、Pb 在室温为热加工；
二 热加工对组织、性能的影响 热加工：钢材的热锻与热轧 1 消除铸态组织缺陷： （1）气孔、疏松、微裂纹的焊合； ——宏观组织致密化；
σb
HB
δ
4 金属Ag经大变形量(70％)冷加工后，试
样一端浸入冰水中，一端加热至0.9Tm，过
程持续1小时，然后将试样冷至室温。试画
出沿试样长度的组织与硬度分布曲线，并
简要说明之。
Ⅰ. 温度T<T再，仅回复，硬度略有下降； II. 随T ↑，再结晶，硬度大大↓， 且随T↑，再结晶的体积％↑，HB↓； Ⅲ. 随温度↑，晶粒长大，晶界对位错运动阻 碍↓，故HB进—步↓。
2、（1）列举4种强化金属和合金的方法； （2）指出晶粒大小对材料的机械性能影响 的特殊性？如何获得细小的再结晶晶粒？ 答： (1)固溶强化、位错强化、晶界强化、第二 相强化 (2)在常温条件下，晶粒愈细小，金属的强 硬度愈高，塑韧性亦愈好。但高温下晶界 强度低于晶内，晶粒细小强度反而下降， 但晶粒过于粗大会降低塑性，故须采取适 当粗的晶粒度 。
（2）破碎粗大的铸态晶粒； 再结晶过程 ——晶粒、组织的细化； （3）减轻枝晶偏析 实际热加工温度远高于再结晶温度 ——成分均匀化 └ 塑韧性↑，热加工组织优于铸态
2 改善第二相、夹杂的分布 纤维组织（流线） ：铸态组织的 枝晶偏析、 夹杂物分布沿加工方向细碎延伸形成的组 织。 ——使流线与力性方向分布合理
比较再结晶与重结晶的差别： 重结晶：由一种晶格类型转变为另一 种晶格类型的过程。 如： 钢在1000℃热轧，及轧后冷却到室温 均为重结晶 发生铁素体 → 奥氏体 奥氏体 → 铁素体
再结晶：无晶格类型转变 冷变形后再结晶退火中： 畸变铁素体→无畸变铁素体 又如钢在1000℃热轧过程中： 畸变奥氏体→ 无畸变奥氏体
最低再结 晶温度
当ε<40%, 影响显著； 当 ε>60%, 趋于稳定； 当ε↓↓，T再↑↑；→ 无再结晶过程
故——生产上通常规定经过大变形量 (>70%)后的金属在保温时间1h内完成 再结晶(转变量>95％)的温度为(最低) 再结晶温度。
二 晶粒长大
随T↑，t↑，晶粒长大 1 驱动力——总的界面能差 ① 界面多少：细晶→粗晶；
→细化效果愈明显
注意：
分布须均匀，否则可能引起二次再结晶
其它因素：
原始晶粒尺寸、变形温度等
二次再结晶： 形变量很大时(>90~95%)或在较高温度下 某些晶粒的异常长大过程。 ——实质并非再结晶过程，而为再结晶后 的晶粒长大: “大吃小” ε= 2~10%：再结晶晶粒少、细小、被吃 ε> 90%：含织构且较多的杂质时 —— 避开过大、过小的临界变形量 2~10%、 >90%
高纯Fe-Si 箔材于1200℃真空退火时所产生 的 二次再结晶现象
四 再结晶应用——再结晶退火 目的：
① 中间退火：消除加工硬化；
冷拔铁铬铝电阻丝生产中：
氢气保护再结晶退火
② 无相变金属的细晶强化(如Al、Cu等)：
冷塑变 + 再结晶退火→细化的再结晶晶粒
再结晶全图的应用 ——指导塑性加工与再结晶退火工艺 加热温度、预变形度、再结晶晶粒度
第七章 金属及合金的回复与再结晶
本章目的： 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。
本章重点：
（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；
二 回复的应用
└ 去应力退火
目的：保持强硬度水平;
消除内应力，防止变形、开裂;
恢复物理、化学性能。
冷成形、焊接、铸造钢件：250~650℃
例如：P198
一战中黄铜子弹的季裂现象等
§7-3 再结晶及晶粒长大
一 再结晶定义及特点
1 再结晶定义: 冷变形金属在低于Ac1的较高 温度下，通过新晶核的形成与长大，由畸 变晶粒变为相同晶格类型等轴晶粒的过程。
② 纯度： 纯度↓，杂质% ↑ ，T再↑ 如：高纯铝(99.999%)： T再＝80 ℃ ； 工业纯铝(99.9%)： T再＝ 290℃ 原因：阻碍原子扩散与晶界迁移 又： 纯铁： T再＝ 450℃； 碳钢： T再＝ 500～650℃
③ 变形程度： 变形程度↑，T再↓ 原因： 储存能↑，驱动力↑
三 影响再结晶晶粒度的因素 d = K· (G/N)1/4； （1）再结晶加热温度 T↑，d ↑ 原因： 原子扩散能力强、 晶界易迁移
（2）预先变形量： ε= 10~90%：ε↑, d↓ ε= 2~10%：晶粒特别粗大 ε> 90%：异常长大 原因： 驱动力因素 形核因素
（3）合金元素、杂质及第二相质点 增加变形金属的储存能，均阻碍晶界运动→细 化； 第二相愈弥散、细小、量愈多
② 界面形态：界面能（正比） + 界面曲 率（反比）
┗ 直晶界最稳定
原子扩散方向与晶界移动方向相反
2 长大方式： ① “大吃小”； ② 晶界拉直: 120°，近六边形 120 ° 120 °
1）所有的晶界均为直线；2）晶界间的夹角均为 120°。这是晶粒稳定形状的两个必备条件，二者 缺一不可。
120°
(2)亚晶界移动
(3) 晶界凸出形核 变形度较小， <40%时
4 影响T再的因素 T再：指开始出现再结晶现象时的最低温度
① T熔 ： T熔↑， T再↑
如： Fe: 1538 ℃ → 450℃; W: 3300℃ →1100~1200℃
Pb(Sn): 327℃(231℃) → 0℃; 原因：原子间结合力强，难扩散
第七章 习题与思考题
1 名词解释：回复 多边形化 再结晶 临界变形度 2 指出下列名词的区别： 结晶 再结晶 重结晶 热加工与冷加工 去应力退火与再结晶退火 3 举例说明回复、再结晶退火在工业上的应用。 4 金属经冷变形、热加工后组织与性能各有何变化。 5 试述位错对金属材料强度与塑性的作用。
1 何谓加工硬化？产生的原因及消除的方法是 什么？加工硬化有何意义？ 答：塑性变形中随变形程度增加，金属强硬 度增加而塑韧性下降的现象称为加工硬化； 加工硬化产生的原因：塑性变形引起的 位错密度的增加，导致大量位错间交互作用， 互为阻碍，使位错运动阻力增大，变形抗力 增加； 消除方法：再结晶退火 加工硬化的意义：强化机制； 使塑性变形均匀
3 缺陷：存在带状组织与纤维组织 带状组织：复相合金中各个相沿热加工方 向交替呈带或层状组织。 纤维组织：晶粒、区域偏析(成分偏析、 夹杂物分布)沿加工方向延伸形成的组织。 ——力性的各向异性
珠光体 铁素体
三、热加工与冷加工的应用 热加工优点：改善组织 塑性好，变形抗力小； 缺 陷：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低、 应 用: （1）室温下硬度、脆性较大的金属； （2）截面尺寸大、精度低、变形量大； 冷加工：（1）用于塑性好的金属； （2）截面小，精度与表面质量要求高；
回复温度越低，变形度越大，则回复后的亚晶粒尺寸越小。
回复亚晶的形成 ——“多边形化” 过 程 缠结 位错
位错 伸直
冷加工态 低能 态位 错网 络 回复50h
回复0.1h 大的 稳定 网格
回复300h
④ 性能变化：
HB、ζb略 ↓ ，δ、ψ略↑； R↓↓；耐腐蚀性提高 原因：晶格畸变↓ ⑤ 内应力↓ ↓ 总体： 力性变化不大，加工硬化基本保持； 物理、化学性能变化较大。
铁碳相图
L+δ
1538℃ 1495℃ 0.53 J
δ
L
2.11 E
L +Fe3C
4.3 C
T
912℃ G
L+γ
D
γ α+γ
0.77 P S 0.0218
1148℃ F
γ +Fe3C
A1 727℃ K
α
α+Fe3C0.0008Q来自FeC%Fe3C
6.69
二 形变金属在退火过程中的变化 根据组织变化不同，分为三个阶段： 回复 再结晶 晶粒长大 组织 变化
细化再结晶晶粒： (1)控制变形度： 首先须避开临界变形度，临界变形度 之外，变形度越大晶粒越细； （2）控制变形温度： 变形温度越低，晶粒越细小； （3）细化原始晶粒尺寸； （4）原始组织中保留一定量合金元素或杂 质原子等。