重点记忆(知识点)

1.解释冷变形金属加热时回复、再结晶的过程及特点。

答：冷变形金属加热时，各自特点如下：1）回复过程的特征：回复过程组织不发生变化，仍保持变形状态伸长的晶粒；回复过程使变形引起的宏观一类应力全部消除，微观二类应力大部分消除；回复过程中一般力学性质性能变化不大，硬度、强度仅稍有降低，塑形稍有提高，某些物理性能有较大变化，电阻率显著降低，密度增大；变形储能在回复阶段部分释放。

2）再结晶过程的特征：组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒；力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前的状态；变形储能在再结晶过程中全部释放，三类应力（点阵畸变）清除，位错密度降低；3）晶粒长大过程的特征：晶粒长大；引起一些性能变化，如强度、塑性、韧性下降；伴随晶粒长大，还发生其他结构上的变化，如再结晶织构。

2.再结晶：经过塑性变形的金属，在重新加热过程中，当温度高于再结晶温度后，形成低缺陷密度的新晶粒，使其强度等性能恢复到变形前的水平，但其相结构不变的过程。

3.简述形变金属在加热时的回复和再结晶过程及其组织与性能的变化：答：经过塑性变形的金属在加热过程中将依次发生回复和再结晶过程，在温度低于再结晶温度时，主要发生点缺陷的浓度的降低，内应力的消除，位错组态的改变，光学显微组织没有变化；此时，强度、硬度、塑性等力学性能基本不变，但电阻下降明显。

达到或超过再结晶温度后，将在原来变形晶粒内形成低缺陷密度的新晶粒，晶粒基本呈等轴状，此时，强度等力学性能和物理性能迅速恢复到变形前的水平。

4.动态再结晶：再结晶温度以上变形和再结晶同时进行的现象。

5.简述冷变形后金属回复及再结晶退火对材料组织和性能变化的规律，说明哪些地方可能是再结晶优先形核的地点，指出再结晶、结晶、固态相变之间的主要区别。

答：随退火温度的升高或退火时间的延长，形变组织重点位错纠缠结演变为亚晶，亚晶进行合并长大；在形变不均匀区内发生再结晶形核及长大，等轴晶取代形变长条晶粒；随后是晶粒正常长大。

在性能上，强度、硬度下降，电阻下降；塑性、韧性提高。

这些过程在再结晶阶段比回复阶段更显著。

优先形核地点为：原始晶界、形变时形成的新大角晶界处或通过亚晶长大而逐步形成的大角晶界、第二相粒子附近等。

再结晶只是一种组织变化，没有结构变化，驱动力是形变储能；结晶是非晶态的液相、气相或固态非晶体中形成晶体的过程；固态相变是固/固相的结构变化。

后两者的驱动力都是化学自由能差。

6.何为晶粒生长与二次结晶？简述造成二次再结晶的原因和防止二次再结晶的方法。

答：晶粒生长是无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。

在坯体内晶粒尺寸均匀地生长，晶粒生长时气孔都维持在晶界上或者晶界交汇处。

二次再结晶是少数巨大晶粒在细晶消耗时的一种异常长大过程，是个别晶粒的异常生长。

二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部，二次再结晶还与原料粒径有关。

造成二次再结晶的原因：原料粒径不均匀，烧结温度偏高，烧结速率太快。

防止二次再结晶的方法：控制烧结温度、烧结时间，控制原料粒径的均匀性，引入烧结添加剂。

7.重结晶、再结晶和二次再结晶的本质区别：答：重结晶——固态情况下，物质由一种结构转变为另一种结构，即同素异构反应。

再结晶——将冷压力加工以后的金属加热到一定温度后，在变形的组织中重新产生新的无畸变的等轴晶粒，性能恢复到冷压力加工前的软化状态的过程。

二次再结晶——指结晶退火后的金属在更高温度或更长时间的保温下，会有极少数晶粒迅速吞并其他晶粒而长大，结果整个金属由少数比再结晶后晶粒大几十倍甚至上百倍的特大晶粒所组成的现象。

三者的区别与联系：重结晶发生相变过程，再结晶和二次再结晶没有相变过程；重结晶和再结晶是形核与长大的过程，而二次再结晶只是长大的过程。

发生重结晶的驱动力为新旧两相自由能差，再结晶为储存能，二次再结晶为界面能。

再结晶后强度、硬度下降而塑韧性提高，二次再结晶后材料的强度、塑性、韧性都会下降。

8. 结晶、重结晶和再结晶三者在概念上有何区别。

答：结晶——指物质由液态变为晶体固态的相变过程。

重结晶——指在固态情况下，物质由一种结构转变为另一种结构，即同素异构反应。

再结晶——将冷压力加工以后的金属加热到一定温度后，在变形的组织中重新产生新的无畸变的等轴晶粒，性能恢复到冷加工前的软化状态的过程。

三者的区别与联系：结晶发生相变，重结晶发生固态相变过程，再结晶没有。

但它们全部都有形核与核长大的过程。

结晶发生的驱动力是液固两相的界面能差，重结晶的驱动力为新旧两相的自由能差，而再结晶为储存能。

再结晶后强度硬度下降而塑性和韧性提高，重结晶后材料的强度、塑性、韧性都会改善。

9. 户外用的架空铜导线（有一定的强度）和户内电灯用花线，在加工之后可否采用相同的最终热处理工艺？为什么？答：不能采用相同工艺。

户外架空导线要求一定强度，一般用回复退火消除应力同时保留一定强度，户内花线需要易于变形和高的导电性能，可以采用再结晶退火使之软化，获得高的导电性能。

10. 有人将工业纯铝在室温下进行大变形量轧制，制得一批薄片试样，所测得的室温强度sσ表明试样呈冷加工状态；然后将其他试样加热到100℃放置12天，再冷却后测得其室温强度比s σ明显降低。

试验者差得工业纯铝的再结晶温度R T 为150℃，所以排除了发生再结晶的可能性。

请解释上述现象，并说明如何证明你的设想。

答：将大变形量轧制后的工业纯铝加热到100℃、保温12d 后其室温强度明显下降的可能原因是由于工业纯铝已经发生了再结晶过程。

试验者查得的TR ＝150℃，是指在1h 内完成再结晶的温度。

而金属在大量冷变形后，即使在较低于TR 的退火温度，只要保温足够的时间，同样可以发生再结晶。

所以，工业纯铝变形后在100℃加热、保温12d 完全有可能已完成再结晶过程。

证明上述设想：观察薄片试样的金相组织，如果是等轴晶粒，则可确认完成再结晶。

11. 就你所学知识讨论：在某一基体金属材料（如纯铜）引入弥散分布颗粒后，其塑性变形、再结晶过程以及强度所发生的变化。

答：在单相纯铜中引入弥散分布第二相颗粒后，其塑性变形、再结晶过程和强度都会发生一系列变化：1）对塑性变形过程，由于颗粒的引入，导致塑性变形的位错运动受阻，可能在颗粒附近塞积（普通颗粒），也可能切过颗粒（颗粒非常小）；2）在再结晶过程中，如果颗粒尺寸较大，则会起到促进再结晶作用，如果颗粒尺寸很小，则会起到阻碍再结晶的作用；3）由于弥散颗粒对位错有阻碍作用，因此可以使得材料得到强化。

其强化效果受颗粒的尺寸、分布、种类以及基体的结合有关，颗粒尺寸越细、含量越高，其强化效果越好。

12. 概述冷形变金属加热时发生再结晶的条件、形核机制、过程及再结晶的作用。

答：冷形变金属的变形量必须大于临界变形量后，并在再结晶温度以上加热时才能发生再结晶。

其再结晶的机制是通过形成无畸变的新晶核和该晶核的长大，来降低形变时造成的晶体缺陷的增加和储存能的升高；具体形核机制有亚晶合并、亚晶长大和原晶界突出三种。

再结晶的作用是消除加工硬化和残余内应力，使变形金属的性能恢复到变形前的水平，显微组织发生彻底改变；而且通过正确控制再结晶的加热温度和保温时间，还可达到细化晶粒的目的。

13. 简要分析静态回复与静态再结晶对冷形变加工金属材料的作用。

答：1）静态回复由于加热温度较低或保温时间较短，可使冷形变后产生加工硬化的金属材料的点缺陷密度大大降低，电阻率有所下降，第一类内应力大部分得到消除，但基本上保留了冷形变所产生的加工硬化效果，所以在实际生产中对要保留冷形变硬化效果的金属材料，常采用回复处理。

2）静态再结晶由于加热温度较高或保温时间较长，可使冷形变后产生加工硬化的金属材料通过对形核和长大重新软化，即组织和性能基本上恢复到冷形变前的状态，所以在实际生产中，对进行大量冷形变的金属材料，可用再结晶退火作为中间工艺，以便保证能继续进行冷形变加工。

另外也可以通过再结晶退火进行细化晶粒。

14. 解释冷变形金属加热时回复、再结晶的过程及特点。

答：冷变形金属加热时，各自特点如下：1） 回复过程的特征：回复过程组织不发生变化，仍保持变形状态伸长的晶粒；回复过程使变形引起的宏观一类应力全部消除，微观二类应力大部分消除；回复过程中一般力学性质性能变化不大，硬度、强度仅稍有降低，塑形稍有提高，某些物理性能有较大变化，电阻率显著降低，密度增大；变形储能在回复阶段部分释放。

2） 再结晶过程的特征：组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒；力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前的状态；变形储能在再结晶过程中全部释放，三类应力（点阵畸变）清除，位错密度降低；3） 晶粒长大过程的特征：晶粒长大；引起一些性能变化，如强度、塑性、韧性下降；伴随晶粒长大，还发生其他结构上的变化，如再结晶织构。

15. 公式Γ=P a D 2的物理意义是什么？试比较间隙扩散和置换扩散两者的D 表达式的区别。

答：公式表明：扩散系数D 与两个晶面的垂直距离a 、溶质原子从一个晶面跳向另一个晶面的概率P 、原子跳动频率Γ成正比。

对间隙扩散：KT E D D oe /∆-=，其中，E ∆为溶质原子发生跳动时所需的额外内能。

对置换扩散：KT E E D D v oe /)(∆+∆-=，其中，E ∆为原子跳动激活能，v E ∆空位形成能。

16. 何为本征扩散和非本征扩散？并讨论两者之间的区别。

答：本征扩散：是指空位来源于晶体的本征热缺陷而引起的迁移现象。

本征扩散的活化能是有空位形成能和质点迁移能两部分组成，高温时以本征扩散为主。

非本征扩散：是由不等价杂质离子的掺杂造成空位，由此而引起的迁移现象。

非本征扩散的活化能只包含质点迁移能，低温时以非本征扩散为主。

17. 置换扩散和间隙扩散的扩散系数有何不同？答：间隙扩散系数与空位浓度无关，而置换扩散系数与空位浓度有关。

一般地，空隙扩散系数大于置换扩散系数。

18. 上坡扩散：溶质原子向浓度梯度相反方向迁移，即从低浓度区流向高浓度区19. 解释常用的扩散机制。

有两种激活能分别为mol kJ E /7.831=和mol kJ E /82512=的扩散，观察温度从25℃升高到600℃时对这两种扩散的影响，并对结果做出评述。

答：常用的扩散机制有空位机制和间隙机制。

两种激活能分别为mol kJ E /7.831=和mol kJ E /82512=的扩散在温度从25℃升高到600℃时，由)ex p(0Rt Q D D -=得：当温度从298K 提高到873K 时，扩散速率D 分别提高9106.4⨯和28105.9⨯倍，显示出温度对扩散速率的重要影响。

激活能越大，扩散速率对温度的敏感性越大。

20. 举例说明材料的基本强化形式有哪些，并说明其中三种的强化机制。