钢带再结晶退火原理
一、钢的冷塑性变形
不经加热在常温下的钢经轧制、拉拔、挤压等工艺，产生不能恢复原形状和尺寸的变形。说明钢所受的加工压力大于钢的弹性极限，引起了钢的塑性变形，这一过程叫钢的冷塑性变形。
1. 组织结构的变化。钢在轧制时，尺寸和外形的变化是内部晶粒变形的总和，在轧制过程中，各个晶粒顺着轧制方面伸长压扁破碎形成纤维状，变形程度很大时，在破碎和拉长的晶粒内部出现了许多极细小的碎块，通常称这种结构为亚结构，这种晶粒称为亚晶粒。
2. 内部应力。在金属材料的冷塑性变形中，各种因素导致变形不均匀，使变形时所施加的能量中有10％～15％的比例以弹性能的形式保留在金属内部。其具体形式就是金属中的弹性畸变和内应力。
3. 冷塑性变形与变形组织。在冷塑性变形中，随着变形程度的增大，各晶粒的取向大致趋于一致，这种由于变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织，叫变形结构。例：带钢经压下率20％左右的冷轧后的晶粒组织被延伸和硬化，抗拉强度高达680mpa以上，而产品标准要求260～350mpa，这样的带钢几乎不能进行任何进一步加工形成，与产品要求完全不符，为此必须适当调整晶粒的结构以恢复所需的塑性，得到标准要求的力学性能和良好的成形性。
二、冷轧钢板的再结晶退火。
经冷塑性变形的金属，加热到再结晶温度以上，经保温后冷却的热处理工艺叫再结晶退火。
冷轧后金属内部组织产生晶粒拉长破碎和晶体缺陷大量存在的现象，有向稳定组织自发转化的趋势，然而在高温下，金属的原子动能小，扩散能力差，扩散速度慢。这种自发倾向无法实现，必须施加推动力，这种推动力就是将带钢加热到一定的温度，使原子能量发生变化。
随着温度升高组织和性能的变化分三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大。
1. 回复。当加热温度升高时，冷变形金属中微观内应力显著降低，但强度硬度变化不大，塑性和韧性稍有上升，显微组织无显著变化，新的晶粒没有出现，这种变化叫回复。例：从室温到400℃，带钢内部的组织无显著变化，轧制过程被拉长的晶粒刚刚获得恢复，尚未形成再结晶。
2. 再结晶。冷变形金属加热到较高温度时，将形成一些与变形晶粒不同的和内部缺陷较少的等轴小晶粒，这些小晶粒不断向周围的变形金属扩大，直到金属的冷变形组织完全消失为止，这一过程称为再结晶。带钢从400℃加热到723℃以下区间就是再结晶形成阶段，因而这个温度区间加热速度必须加以控制。
3. 晶粒长大。再结晶完成后，温度继续升高或延长保温时间，晶粒会继续长大。晶粒长大也是一个自发的过程，它使晶界减少，能量降低，组织变得稳定。
4. 碳的析出。碳钢加热以后冷却时，碳在铁素体内的溶解度随温度的下降而下降。因而不断有饱和碳析出，但析出的速度较慢，如果在300℃左右快速冷却到室温，就有过饱和的碳留在铁素体内，在室温下继续从铁素体中析出，使硬度上升，产生时效硬化。故在320左右必须缓冷，使用碳充分从铁素体内析出。从600℃冷却到320℃所需得时间叫有效冷却时间。为了从高温到常温的时间最短，而使碳尽可能析出，采用先快冷到过时效温度以下，使碳在铁素体内达到过饱和，而在过时效温度内保温，让碳析出，然后再次快速冷却到常温。
三、再结晶退火工艺的选择
1. 再结晶退火温度。冷轧时的变形程度越大，则内应力越高，愈处于不稳定状态，再结晶温度越低；材料的含碳量和磷硫杂质越高，再结晶温度越高；加热速度越快，再结晶温度越高。
2. 过时效温度。过时效温度过高，使二次快冷后的铁素体内的碳过多，材料仍有时效硬
化现象；过时效温度太低，则碳的能量不够，析出的时间太长。一般选用350～450℃，保温20～300s左右，不同的钢种选用不同的温度和时间。
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 )。
将金属或合金加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却），的热处理工艺叫做退火。 退火的实质是将钢加热到奥氏体化后进行珠光体转变，退火后的组织是接近平衡后的组织。 退火的目的： （1）降低钢的硬度，提高塑性，便于机加工和冷变形加工； （2）均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，改善钢的性能或为淬火作组织准备； （3）消除内应力和加工硬化，以防变形和开裂。 退火和正火主要用于预备热处理，对于受力不大、性能要求不高的零件，退火和正火也可作为最终热处理。 退火方法的分类 常用的退火方法，按加热温度分为： 临界温度（Ac1或Ac3）以上的相变重结晶退火：完全退火、扩散退火、不
完全退火、球化退火。 临界温度（Ac1或Ac3）以下的退火：再结晶退火、去应力退火。 七类退火方式 1、完全退火 工艺：将钢加热到Ac3以上20~30℃，保温一段时间后缓慢冷却（随炉）以获得接近平衡组织的热处理工艺（完全奥氏体化）。 完全退火主要用于亚共析钢（wc=0.3~0.6%），一般是中碳钢及低、中碳合金钢铸件、锻件及热轧型材，有时也用于它们的焊接件。低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工；过共析钢加热至Accm以上奥氏体状态缓慢冷却退火时，Fe3CⅡ会以网状沿晶界析出，使钢的强度、硬度、塑性和韧性显著降低，给最终热处理留下隐患。 目的：细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性。亚共析钢完全退火后的组织为F+P。 实际生产中，为提高生产率，退火冷却至500℃左右即出炉空冷。 2、等温退火 完全退火需要的时间长，尤其是过冷奥氏体化比较稳定的合金钢。如将奥氏
1、一块单相多晶体包含。 A．不同化学成分的几部分晶体B．相同化学成分，不同结构的几部分晶体C．相同化学成分，相同结构，不同位向的几部分晶体 2、在立方系中点阵常数通常指。 A．最近的原子间距B．晶胞棱边的长度 3、每一个面心立方晶胞中有八面体间隙m个，四面体间隙n个，其中。 A．m=4，n=8B．m=13，n=8C．m=1，n=4 4、原子排列最密的一族晶面其面间距。 A．最小B．最大 5、晶体中存在许多点缺陷，例如 A．被激发的电子B．空位C．沉淀相粒子 6、金属中通常存在着溶质原子或杂质原子，它们的存在。 A．总是使晶格常数增大B．总是使晶格常数减小C．可能使晶格常数增大，也可能使晶格常数减小 7、金属中点缺陷的存在使电阻。 A．增大B．减小C．不受影响 8、空位在过程中起重要作用。
A．形变孪晶的形成B．自扩散C．交滑移 9、金属的自扩散的激活能应等于。 A．空位的形成能与迁移激活能的总和B．空位的形成能C．空位的迁移能 10、位错线上的割阶一般通过形成 A．位错的交割B．交滑移C．孪生 一、名词解释 沉淀硬化、细晶强化、孪生、扭折、第一类残余应力、第二类残余应力、、回复、再结晶、多边形化、临界变形量、冷加工、热加工、动态回复、动态再结晶 沉淀硬化：在金属的过饱和固溶体中形成溶质原子偏聚区和由之脱出微粒弥散分布于基体中导致硬化。 细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法。 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 扭折：在滑移受阻、孪生不利的条件下，晶体所做的不均匀塑性变形和适应外力作用，是位错汇集引起协调性的形变。 按残余应力作用范围不同，可分为宏观残余应力和微观残余应力等两大类，其中宏观残余应力称为第一类残余应力（由整个物体变形不均匀引起），微观残余应力称为第二类残余应力（由晶粒变形不均匀引起）。 储存能：在塑性变形中外力所作的功除大部分转化为热之外，由于金属内部的形变不均匀及点阵畸变，尚有一小部分以畸变能的形式储存在形变金属内部，这部分能量叫做储存能。回复：经冷塑性变形的金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前（即再结晶之前）的微观结构变化过程。 再结晶：经冷变形的金属在一定温度下加热时，通过新的等轴晶粒形成并逐步取代变形晶粒的过程。 多边形化：指回复过程中油位错重新分布而形成确定的亚晶结构过程。 临界变形量：需要超过某个最小的形变量才能发生再结晶，这最少的形变量就称为临界变形量。 冷加工：在再结晶温度以下的加工过程；在没有回复和在接近的条件下进行的塑性变形加工。热加工：在再结晶温度以上的加工过程；在再结晶过程得到充分进行的条件下进行的塑性变形加工。 动态回复：热加工时由于温度很高，金属在变形的同时发生回复，同时发生加工硬化和软化两个相反的过程。这种在热变形时由于温度和外力联合作用下发生的回复过程 动态再结晶：是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。 二、问答题
再结晶 冷变形后的金属加热到一定温度后，在原来的变形组织中产生无畸变的新晶粒，而且性能恢复到变形以前的完全 软化状态，这个过程称为再结晶，其驱动力为冷变形时所产生的储能。 一、再结晶的形核与长大 1．形核（1）亚晶粒粗化的形核机制——一般发生在冷变形度大时 A.亚晶合并形核，适于高层错能金属 B.亚晶粒长大形核，适于低层错能金属通过亚晶合并和亚晶长大，使亚晶界与基体间的取向差增大，直至形成大 角度晶界，便成为再结晶的核心。 （2）原有晶界弓出的形核机制——一般发生在形变较小的金属中 2．长大 形核之后，无畸变核心与周围畸变的旧晶粒之间的应变能差是核心长大的驱动力，当各个新晶粒彼此接触，原来 变形的旧晶粒全部消失时，再结晶过程即告完成。 二、再结晶动力学 1．恒温动力学曲线
冷轧60%的含Si3.25钢的等温再结晶 （1）具有S形特征，存在孕育期 （2）再结晶速率开始时很小，然后逐渐加快，再结晶体积分数约为0.5时，速度达到最大值，随后逐渐减慢 （3）温度越高，转变速度越快。 2．Johnson-Mehl（约翰逊—梅厄）方程 已再结晶体积分数 N：形核速度 G：长大速度 退火保温时间3．Avrami（阿弗瑞米）方程： ：已再结晶体积分数k n：系数 t：退火保温时间 阿弗瑞米方程较约翰逊—梅厄方程更为适用。 三、影响再结晶速率与再结晶温度的主要因素 通常把再结晶温度定义为经过严重冷变形的金属（ε>70%），加热1小时，再结晶体积占到总体积的95%的温度。 另外，有的文献把保温30~60min，开始发生再结晶或完成50%再结晶的温度定义为再结晶温度，因此，引用再结晶 温度时，必须注意它的具体条件。 对于工业纯金属，其起始再结晶温度与熔点之间存在下列关系：T再=（0.3~0.4）T熔 1．退火温度
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 （若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。图中曲线表明，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合适? 10．试比较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较明显的带状组织。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。
再结晶 中文名称：再结晶 英文名称：recrystallization 定义：指经冷塑性变形的金属超过一定温度加热时，通过形核长 大形成等轴无畸变新晶粒的过程。 应用学科：机械工程（一级学科）；机械工程(2)_热处理（二 级学科）；机械工程(2)一般热处理名词（三级学科） 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 再结晶：当退火温度足够高、时间足够长时，在变形金属或合金的显微组织中，产生无应变的新晶粒──再结晶核心。新晶粒不断长大，直至原来的变形组织完全消失,金属或合金的性能也发生显著变化,这一过程称为再结晶。过程的驱动力也是来自残存的形变贮能（见图1）。与金属中的固态相变[1]类似，再结晶也有转变孕育期，但再结晶前后，金属的点阵类型无变化。 再结晶核心一般通过两种形式产生。其一是原晶界的某一段突然弓出，深入至畸变大的相邻晶粒，在推进的这部分中形变贮能完全消失，形成新晶核。其二是通过晶界或亚晶界合并，生成一无应变的小区──再结晶核心。四周则由大角度边界将它与形变且已回复了的基体分开。大角度边界迁移时，核心长大。核心朝取向差大的形变晶粒长大，故再结晶过程具有方向性特征。再
结晶后的显微组织呈等轴状晶粒，以保持较低的界面能。开始生成新晶粒的温度称为开始再结晶温度，显微组织全部被新晶粒所占据的温度称为终了再结晶温度或完全再结晶温度。再结晶过程所占温度范围受合金成分、形变程度、原始晶粒度、退火温度等因素的影响。实际应用中，常用开始再结晶温度和终了再结晶温度的算术平均值作为衡量金属或合金性能热稳定水平的参量，称为再结晶温度。 动态再结晶：· · ·随着变形量的增加，位错密度继续增加，内部储存能也继续增加。当变形量达到一定程度时，将使奥氏体发生另一种转变—动态再结晶。·动态再结晶的发生与发展，使更多的位错消失，奥氏体的变形抗力下降，直到奥氏体全部发生了动态再结晶，应力达到了稳定值。 静态再结晶： 金属在热加工后，由于形变使晶粒内部存在形变储存能，使系统处于不稳定的高能状态，因此在变形随后的等温保持过程中，以变形储存能为驱动力，通过热活化过程再结晶成核和长大而再生成新的晶粒组织，使系统由高能状态转变为较稳定的低能状态，这个自发的过程就是静态再结晶。
钢带再结晶退火原理 一、钢的冷塑性变形 不经加热在常温下的钢经轧制、拉拔、挤压等工艺，产生不能恢复原形状和尺寸的变形。说明钢所受的加工压力大于钢的弹性极限，引起了钢的塑性变形，这一过程叫钢的冷塑性变形。 1. 组织结构的变化。钢在轧制时，尺寸和外形的变化是内部晶粒变形的总和，在轧制过程中，各个晶粒顺着轧制方面伸长压扁破碎形成纤维状，变形程度很大时，在破碎和拉长的晶粒内部出现了许多极细小的碎块，通常称这种结构为亚结构，这种晶粒称为亚晶粒。 2. 内部应力。在金属材料的冷塑性变形中，各种因素导致变形不均匀，使变形时所施加的能量中有10％～15％的比例以弹性能的形式保留在金属内部。其具体形式就是金属中的弹性畸变和内应力。 3. 冷塑性变形与变形组织。在冷塑性变形中，随着变形程度的增大，各晶粒的取向大致趋于一致，这种由于变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织，叫变形结构。例：带钢经压下率20％左右的冷轧后的晶粒组织被延伸和硬化，抗拉强度高达680mpa以上，而产品标准要求260～350mpa，这样的带钢几乎不能进行任何进一步加工形成，与产品要求完全不符，为此必须适当调整晶粒的结构以恢复所需的塑性，得到标准要求的力学性能和良好的成形性。 二、冷轧钢板的再结晶退火。 经冷塑性变形的金属，加热到再结晶温度以上，经保温后冷却的热处理工艺叫再结晶退火。 冷轧后金属内部组织产生晶粒拉长破碎和晶体缺陷大量存在的现象，有向稳定组织自发转化的趋势，然而在高温下，金属的原子动能小，扩散能力差，扩散速度慢。这种自发倾向无法实现，必须施加推动力，这种推动力就是将带钢加热到一定的温度，使原子能量发生变化。 随着温度升高组织和性能的变化分三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大。 1. 回复。当加热温度升高时，冷变形金属中微观内应力显著降低，但强度硬度变化不大，塑性和韧性稍有上升，显微组织无显著变化，新的晶粒没有出现，这种变化叫回复。例：从室温到400℃，带钢内部的组织无显著变化，轧制过程被拉长的晶粒刚刚获得恢复，尚未形成再结晶。 2. 再结晶。冷变形金属加热到较高温度时，将形成一些与变形晶粒不同的和内部缺陷较少的等轴小晶粒，这些小晶粒不断向周围的变形金属扩大，直到金属的冷变形组织完全消失为止，这一过程称为再结晶。带钢从400℃加热到723℃以下区间就是再结晶形成阶段，因而这个温度区间加热速度必须加以控制。 3. 晶粒长大。再结晶完成后，温度继续升高或延长保温时间，晶粒会继续长大。晶粒长大也是一个自发的过程，它使晶界减少，能量降低，组织变得稳定。 4. 碳的析出。碳钢加热以后冷却时，碳在铁素体内的溶解度随温度的下降而下降。因而不断有饱和碳析出，但析出的速度较慢，如果在300℃左右快速冷却到室温，就有过饱和的碳留在铁素体内，在室温下继续从铁素体中析出，使硬度上升，产生时效硬化。故在320左右必须缓冷，使用碳充分从铁素体内析出。从600℃冷却到320℃所需得时间叫有效冷却时间。为了从高温到常温的时间最短，而使碳尽可能析出，采用先快冷到过时效温度以下，使碳在铁素体内达到过饱和，而在过时效温度内保温，让碳析出，然后再次快速冷却到常温。 三、再结晶退火工艺的选择 1. 再结晶退火温度。冷轧时的变形程度越大，则内应力越高，愈处于不稳定状态，再结晶温度越低；材料的含碳量和磷硫杂质越高，再结晶温度越高；加热速度越快，再结晶温度越高。 2. 过时效温度。过时效温度过高，使二次快冷后的铁素体内的碳过多，材料仍有时效硬
钢带的再结晶退火原理 一、钢的冷塑性变形 不经加热在常温下的钢经轧制、拉拔、挤压等工艺，产生不能恢复原形状和尺寸的变形。说明钢所受的加工压力大于钢的弹性极限，引起了钢的塑性变形，这一过程叫钢的冷塑性变形。 1. 组织结构的变化。钢在轧制时，尺寸和外形的变化是内部晶粒变形的总和，在轧制过程中，各个晶粒顺着轧制方面伸长压扁破碎形成纤维状，变形程度很大时，在破碎和拉长的晶粒内部出现了许多极细小的碎块，通常称这种结构为亚结构，这种晶粒称为亚晶粒。 2. 内部应力。在金属材料的冷塑性变形中，各种因素导致变形不均匀，使变形时所施加的能量中有10％～15％的比例以弹性能的形式保留在金属内部。其具体形式就是金属中的弹性畸变和内应力。 3. 冷塑性变形与变形组织。在冷塑性变形中，随着变形程度的增大，各晶粒的取向大致趋于一致，这种由于变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织，叫变形结构。例：带钢经压下率20％左右的冷轧后的晶粒组织被延伸和硬化，抗拉强度高达680mpa以上，而产品标准要求260～350mpa，这样的带钢几乎不能进行任何进一步加工形成，与产品要求完全不符，为此必须适当调整晶粒的结构以恢复所需的塑性，得到标准要求的力学性能和良好的成形性。 二、冷轧钢板的再结晶退火。 经冷塑性变形的金属，加热到再结晶温度以上，经保温后冷却的热处理工艺叫再结晶退火。
冷轧后金属内部组织产生晶粒拉长破碎和晶体缺陷大量存在的现象，有向稳定组织自发转化的趋势，然而在常温下，金属的原子动能小，扩散能力差，扩散速度慢。这种自发倾向无法实现，必须施加推动力，这种推动力就是将带钢加热到一定的温度，使原子能量发生变化。 随着温度升高，组织和性能的变化分三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大。 1. 回复。当加热温度升高时，冷变形金属中微观内应力显著降低，但强度硬度变化不大，塑性和韧性稍有上升，显微组织无显著变化，新的晶粒没有出现，这种变化叫回复。例：从室温到400℃，带钢内部的组织无显著变化，轧制过程被拉长的晶粒刚刚获得恢复，尚未形成再结晶。 2. 再结晶。冷变形金属加热到较高温度时，将形成一些与变形晶粒不同的和内部缺陷较少的等轴小晶粒，这些小晶粒不断向周围的变形金属扩大，直到金属的冷变形组织完全消失为止，这一过程称为再结晶。带钢从400℃加热到723℃以下区间就是再结晶形成阶段，因而这个温度区间加热速度必须加以控制。 3. 晶粒长大。再结晶完成后，温度继续升高或延长保温时间，晶粒会继续长大。晶粒长大也是一个自发的过程，它使晶界减少，能量降低，组织变得稳定。 4. 碳的析出。碳钢加热以后冷却时，碳在铁素体内的溶解度随温度的下降而下降。因而不断有饱和碳析出，但析出的速度较慢，如果在
冷轧钢板的再结晶退火 再结晶退火是将经冷塑性变形的金属加热到再结晶温度以上、"7" 以下，经保温后 冷却的热处理工艺。钢材经过冷轧变形后，金属内部组织产生晶粒拉长、晶粒破碎和晶体缺陷大量存在现象，导致金属内部自由能升高，处于不稳定状态，具有自发地恢复到比较完整、规则和自由能低的稳定平衡状态的趋势。这是经过冷塑性变形的金属在随后的热 处理过程中能够发生组织和性能变化的内在因素。然而在室温下，金属的原子动能小，扩散能力差，扩散速度小，这种自发倾向无法实现，必须施加推动力。这种推动力就是将钢加热到一定温度，使原子获得足够的扩散动能，才能消除晶格畸变，使组织和性能发生变化。随着加热温度的升高，组织和性能的变化可经过, 个阶段，即回复、再结晶、晶粒长大，如图" % # 所示。 一、回复 当加热温度不高时冷变形金属中微观内应力显著降低，强度、硬度变化不大，塑性和 韧性稍有上升，显微组织无显著变化，新的晶粒没有出现，这种变化过程称为回复。在回复阶段，冷变形金属中的主要变化是空位和位错的移动，位错的重新排列，以及由空位、位错与晶体内界面的相互作用造成的空位和位错数目的减少。位错的运动，使得在晶粒中 原来杂乱分散的位错集中起来，相互结合并按某种规律排列起来，因而在变形晶粒中形成许多小晶粒。这些小晶粒之间的位向差很小，一般不大于!&，彼此间以亚晶界分开，内部结构接近完整状态，称为回复亚晶。在回复阶段，位错密度及亚结构尺寸无明显改变，因而金属的力学性能变化不大。 二、再结晶 冷变形金属加热到较高温度时，将形成一些位向与变形晶粒不同的和内部缺陷较少 的等轴小晶粒，这些小晶粒不断向周围的变形金属扩展长大，直到金属的冷变形组织完全消失为止，这一过程称为金属的再结晶。再结晶后冷变形金属强度和硬度显著下降，塑性和韧性大大提高，内应力完全消除，加工硬化消除。图! " # 表示冷变形金属在加热时力学性能的变化。 冷变形金属的再结晶过程一般是通过形核和长大过程完成的。有人认为再结晶核心 首先在变形晶粒畸变大的地方形成，这些晶核逐渐长大，直到相互接触为止，每个晶核都形成一个等轴晶粒。然而理论计算得到的形核的激活能很大，不可能依靠热起伏获得。 后来有人提出亚晶粒长大的形核理论，即位相差很小的亚晶粒可逐渐合并长大，当它和基体形成大角度晶界时，就能作为再结晶的核心，通过大角度晶界的移动来实现进一步长大。此外当相邻两晶粒由于变形不均匀而畸变能产生差异时，如果其中畸变能较低的晶 粒中亚晶粒长大可以降低另一晶粒的畸变能，则这一亚晶粒将直接长大成为再结晶的核心。至于亚晶粒究竟如何长大，至今有待进一步研究。 实践证明，当变形组织中存在着尺寸较大的夹杂物或第二相粒子时，由于它们的相界 面处晶格畸变较大，因而再结晶核心优先在夹杂物或第二相粒子的表面上形成。已经形 成的再结晶核心，将通过晶核与基体间界面的推移过程，不断向其周围的变形晶粒中扩展长大，直到变形组织完全消失，再结晶过程即告结束。 能够进行再结晶的最低温度称为金属的再结晶温度。应特别指出的是，再结晶时新 旧晶粒的晶格结构和成分完全相同，所以再结晶不是相变过程，没有恒定的转变温度，这是再结晶与重结晶的根本区别。再结晶过程的原动力主要是变形晶粒的畸变能，它的发 展必须通过金属内部原子的扩散移动来完成，因此再结晶过程能否进行主要取决于金属 中畸变能的高低和金属原子扩散过程能否充分进行。具体说再结晶温度与下列情况有 关： （!）预先的变形程度。变形程度越大，金属畸变能越高，向低能量状态变化的倾向也 就越大，因此再结晶温度低。冷轧薄板厚度不大于!"#$$ 时，压下率大，再结晶温度低，因而在退火时温度也较低；而厚的钢板压下率较小，再结晶温度相对提高了，退火温度相
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?