金属学与热处理 主讲： 杨慧

此钢板太硬了，压力加工不动了，怎么办呢？

第七章 金属及合金的回复与再结晶 第一节 形变金属与合金在退火过程中的变化 第二节 回复 第三节 再结晶 第四节 晶粒长大 第七章 金属及合金的回复与再结晶 第一节 形变金属与合金在退火过程中的变化 第二节 回复 第三节 再结晶 第四节 晶粒长大 第五节 金属的热加工 3 3

第一节 形变金属与合金在退火过程中的变化 显微组织的变化 1 2 力学性能的变化 3 其他性能的变化

一、显微组织的变化 退火：将金属材料加热到某一规定温度，保温一定时间，然后缓慢冷到室温的一种热处理工艺。 形变金属在退火过程中显微组织变化的三个阶段： 回复 再结晶 晶粒长大 回复、再结晶、晶粒长大过程示意图

二、力学性能的变化 阶段 强度，硬度变化 塑性 内应力 回复 基本不变 基本不变 下降 再结晶 下降 提高 继续下降 晶粒长大 下降？ 下降？ 提高？

三、其他性能的变化 1.密度:在回复阶段不断增加，应力腐蚀倾向减小。 2.电阻：电阻在回复阶段可明显下降。

第二节 回复 概述 1 2 回复退火的应用

一、概述 1.回复：在加热温度较低时，显微组织几乎看不出任何变化， 仅因金属中一些点缺陷迁移而引起的某些晶内的变化 。 2.特点：强度、硬度、塑性等变化不大（力学性能变化不大）， 内应力以及一些物理性能得到改善。

二、回复退火的应用 去应力退火 1.目的：降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变 形、开裂，提高耐蚀性。 2.例如：经深冲工艺制成的黄铜弹壳（将工件加热到 较低温度250～300℃、保温、缓冷的工艺）。

第三节 再结晶 概述 1 2 再结晶晶核的形成与长大 3 再结晶温度及其影响因素 4 再结晶晶粒大小的控制

一、概述 1.再结晶：冷塑性变形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，性能也发 生了明显的变化，并恢复到完全软化的状态的过程。 再结晶过程示意图

2.再结晶与重结晶的异同： 同： 都经历了形核与长大两个阶段 异： 再结晶前后，晶粒的晶格类型不变，成分不变；重结晶发生了晶格类型的变化。

二、再结晶晶核的形成与长大（了解） 1. 亚晶长大形核机制 亚晶粒合并形核 亚晶界移动形核

2.晶界凸出形核机制 晶界凸出形核（变形量较小时<20%） 晶界弓出形核，凸向亚晶粒小的方向 凸出形核

三、再结晶温度及其影响因素 1.再结晶温度：经严重冷变形（变形量>70%）的金属或合金， 在1h内能够完成再结晶的（再结晶体积分数 >95%）最低温度。 高纯金属：T再＝(0.25~0.35)Tm。 经验公式 工业纯金属：T再＝(0.35~0.45)Tm。 合金：T再＝(0.4~0.9)Tm。 单位： K

思考：为什么在冷拔钢丝时，如果总的变形量很大，中间要 穿插几次退火工序，为什么？退火温度应为多少？

2.再结晶退火：将冷变形的金属加热到再结晶温度以上，使 其发生再结晶的处理过程。 ① 温度：经常定为最低再结晶温度以上100—200℃。 ② 目的： 降低硬度、提高塑性，是冷成型操作中不可缺少的工序； 对于某些没有同素异晶转变的金属（如铝、铜）采用冷变形和再结晶退火的方法细化晶粒；

思考题： 常用碳钢的再结晶退火温度为多少？能否超过727 ℃？

3.影响再结晶温度的因素： ① 金属的预变形度：金属的预变形度越大，再结晶温度就越低。

3.影响再结晶温度的因素 ① 金属的预变形度：金属的预变形度越大，再结晶温度就越低。 ② 金属的纯度： ③ 加热速度和保温时间： ④ 原始晶粒大小：

案例：铝板弹孔照片，其晶粒大小为何呈现如图所示样貌？ 22

四、再结晶晶粒大小的控制 1.变形程度 变形度很小时，晶粒度仍保持原样； 变形度在2%~10%时，再结晶后的晶粒特别粗大。此范围的 变形度称为临界变形度，生产上应避免在此范围内变形。 当变形大于临界变形度后，随着变形的增加，晶粒就越细 小均匀。 当变形度大于90%以上时，某些金属还会出现晶粒的异常 长大。

案例解释：

② 原始晶粒尺寸：形变量一定时，原始晶粒尺寸越细小， 再结晶后晶粒越细小； ③ 合金元素及杂质：细化晶粒； ④ 变形温度：变形温度越高，再结晶后晶粒尺寸越大； ⑤ 退火温度：再结晶退火温度越高，再结晶后晶粒尺寸越大；

第四节 晶粒长大 晶粒的正常长大 1 2 晶粒的反常长大 3 再结晶全图

一、晶粒的正常长大 正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长大。

特点： ① 晶界趋于平直 ② 晶界夹角趋于120℃ ③ 二维坐标中晶粒边数趋于6

影响晶粒长大的因素 ① 温度 ② 杂质及合金元素 ③ 第二相质点 ④ 相邻晶粒的位向差

二、晶粒的反常长大 晶粒的反常长大：经严重冷变形的金属，在较高温度退火时， 由少数晶粒优先长大，逐渐吞食周围的大 量小晶粒而形成的粗大晶粒的过程。 二次再结晶过程示意图

三、再结晶全图 再结晶全图：再结晶后的晶粒大小与变形程度及退火温 度之间的关系的空间图形。

第五节 金属的热加工（自学） 金属的热加工与冷加工 1 2 动态回复与动态再结晶 3 热加工后的组织与性能

一、金属的热加工与冷加工：掌握 热加工：再结晶温度以上的加工过程。 冷加工：再结晶温度以下的加工过程。 动静态再结晶示意图

二、动态回复与动态再结晶：了解 1. 动态回复：层错能较高的金属易动态回复，动态回复过 程中不发生再结晶。 2.动态再结晶：层错能较低的金属易动态再结晶。

三、热加工后的组织与性能：掌握 1. 改善铸锭组织 气泡焊合、破碎碳化物、细化晶粒、降低偏析。提高强度、塑性、韧性。 1. 改善铸锭组织 气泡焊合、破碎碳化物、细化晶粒、降低偏析。提高强度、塑性、韧性。 2. 形成纤维组织（流线） 组织：枝晶、偏析、夹杂物沿变形方向呈纤维状分布。 性能：各向异性。沿流线方向塑性和韧性提高明显。

形成带状组织 ① 形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。 ② 影响：各向异性。类似于流线组织。 ③ 消除：避免在两相区变形，采用高 温扩散退火或正火。

本章小结 1.名词：回复、再结晶 2.掌握回复退火和再结晶退火的应用； 3.掌握再结晶退火后晶粒大小的控制； 本章小结 1.名词：回复、再结晶 2.掌握回复退火和再结晶退火的应用； 3.掌握再结晶退火后晶粒大小的控制；

1、指出下列名词的主要区别：个人作业 ⑴ 弹性变形与塑性变形 　　　⑵ （一次）再结晶与二次再结晶 　　　⑶ 热加工与冷加工 2、再结晶退火前后组织和性能有何变化？ 3、金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒，为什么？（小组作业） 思考题

4、用冷拔紫铜管通过冷弯的方法制造机器上的输油管，为了避免开裂，弯前应进行什么热处理？（小组作业） 5、在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一端时间再进行弯折，铅板又象最初一样柔软，这是什么原因？ （小组作业） 6、用冷拔钢丝缠绕的螺旋弹簧，经低温回火后，其弹力要比未经回火的好，这是为什么？ 7、在冷拔钢丝时，如果总的变形量很大，则中间需穿插几次退火工序，这是为什么？中间退火温度应选多高？ （小组作业）