材料科學(xué)基礎(chǔ)教案.doc

緒 論一、什么是材料?世界萬(wàn)物，凡于我有用者，皆謂之材料。材料是具有一定性能，可以用來制作器件、構(gòu)件、工具、裝置等物品的物質(zhì)。材料存在于我們的周圍，與我們的生活、我們的生命息息相關(guān)。材料是人類文明、社會(huì)進(jìn)步、科技發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。什么是材料科學(xué)？材料科學(xué)是一門以固體材料為研究對(duì)象，以固體物理、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)、冶金、化工為理論基礎(chǔ)的邊緣交叉基礎(chǔ)應(yīng)用學(xué)科，它運(yùn)用電子顯微鏡、X-射線衍射、熱譜、電子離子探針等各種精密儀器和技術(shù)，探討材料的組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝和加工使用過程與其機(jī)械、物理、化學(xué)性能之間的規(guī)律的一門基礎(chǔ)應(yīng)用學(xué)科，是研究材料共性的一門學(xué)科。 二、材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容材料科學(xué)基礎(chǔ)課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)的重要的學(xué)科基礎(chǔ)課之一，主要介紹材料科學(xué)中的共性規(guī)律，即材料的組成-形成（工藝）條件-結(jié)構(gòu)-性能-材料用途之間相互關(guān)系及制約規(guī)律。內(nèi)容主要包括：材料的結(jié)構(gòu)與缺陷，材料的凝固與相圖，塑變與再結(jié)晶，擴(kuò)散與固態(tài)相變及有關(guān)金屬材料，無(wú)機(jī)非金屬材料，高分子材料，復(fù)合材料及功能材料的基礎(chǔ)知識(shí)。 三、材料分類:1 按化學(xué)組成（或基本組成）分類金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料（聚合物）、復(fù)合材料2 根據(jù)材料的性能分類材料可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。3 按服役的領(lǐng)域來分類材料可分為信息材料、航空航天材料、能源材料、生物醫(yī)用材料等。4 材料按結(jié)晶狀態(tài)分類材料可分為多晶材料、單晶材料、非晶態(tài)材料。第1章 材料的結(jié)構(gòu) 教學(xué)目的：了解材料的結(jié)合方式，掌握晶向指數(shù)和晶面指數(shù)，掌握最基本的三種晶體結(jié)構(gòu)教學(xué)重點(diǎn)：晶向指數(shù)、晶面指數(shù)、典型的三種晶體結(jié)構(gòu)教學(xué)難點(diǎn)：典型的三種晶體結(jié)構(gòu)教學(xué)課時(shí)：4學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：1.1 材料的結(jié)合方式化學(xué)鍵：質(zhì)點(diǎn)間的作用力共價(jià)鍵：共用電子對(duì)所產(chǎn)生的力；離子鍵：兩種離子間的靜電力；金屬鍵：屬正離子與自由電子之間的力。 圖1-1：共價(jià)鍵 圖1-2：離子鍵 1.2 晶體學(xué)基礎(chǔ)1.2.1 晶體與非晶體原子排列方式：無(wú)序 短程有序 長(zhǎng)程有序 圖1-5 原子排列方式一、空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣：用以描述晶體中原子（離子或分子）排列規(guī)律的空間格架，簡(jiǎn)稱為點(diǎn)陣或晶格。晶胞：從晶格中選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元。質(zhì)點(diǎn)：晶格中各個(gè)幾何點(diǎn)。 選擇晶胞的原則：對(duì)稱最好、棱角最多、 直角最多、 體積最小晶胞的表征：X-Y-Z a-b-c -二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 在晶體中，任意兩個(gè)原子之間連線所指的方向稱為晶向。所有相互平行的晶向，都具有相同的晶向指數(shù)u v w。原子排列相同但空間位向不同的所有晶向稱為晶向族。 在晶體中，由一系列原子所組成的平面稱為晶面（h k l）。所有相互平行的晶面都具有相同的晶面指數(shù)。原子排列情況完全相同,但空間的位向不同的所有晶面均屬于一個(gè)晶面族。 圖1-12 （110）晶面族晶帶：相交或平行于某直線的所有晶面.晶面間距：晶面組中兩個(gè)晶面的垂直距離。晶帶定理： hu + kv+ lw = 0 當(dāng)某一晶向與某一晶面垂直時(shí)，其晶面指數(shù)和晶面指數(shù)必須相等（u=h, v=k, w=l）。如：100 (100)1.3 材料的晶體結(jié)構(gòu)一、典型金屬的晶體結(jié)構(gòu) 圖1-13 體心立方晶胞示意圖 圖1-14 面心立方結(jié)構(gòu)示意圖 圖1-15 密排六方結(jié)構(gòu)示意圖二、原子個(gè)數(shù)、半徑 配位數(shù)、 致密度 圖1-16 體心立方結(jié)構(gòu)密排面原子數(shù)：n=2；原子半徑：r= ；配位數(shù)：8；致密度：0.68 圖1-17 面心立方結(jié)構(gòu)密排面 圖1-18 密排六方結(jié)構(gòu)密排面面心立方：原子數(shù)：n=4；原子半徑：r= ；配位數(shù)：12；致密度：0.74密排六方：原子數(shù)：n=6；原子半徑：r=a/2；配位數(shù)：12；致密度：0.74三、晶體結(jié)構(gòu)中的間隙 圖1-19 體心立方四面體、八面體間隙 圖1-20 面心立方四面體、八面體間隙四、共價(jià)晶體的晶體結(jié)構(gòu) 第IVA族元素，配位數(shù)為4； 第VA族元素，配位數(shù)為3；第VIA族元素，配位數(shù)為2.五、離子晶體的晶體結(jié)構(gòu)（NaCl） NaCl型結(jié)構(gòu)，屬面心立方點(diǎn)陣，負(fù)離子占陣點(diǎn)位置，正離子占八面體位置，配位數(shù)為6.六、合金相結(jié)構(gòu) 合金：由兩種或兩種以上金屬元素，或金屬元素與非金屬元素，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成，并具有金屬特性的物質(zhì)。 合金相分類：固溶體和化合物1. 固溶體 溶質(zhì)原子完全溶于固態(tài)溶劑中，并能保持溶劑元素的晶格類型所形成的合金。 固溶強(qiáng)化由于形成固溶體而使金屬?gòu)?qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象。固溶體分類：置換固溶體、間隙固溶體（r0.1nm） 圖1-21 C原子溶于Fe中占位 圖1-22 無(wú)限固溶體中兩組元原子置換示意圖2.中間相（金屬間化合物） 中間相：超過溶解度形成的新相。 間隙相和間隙化合物：過渡族金屬（M）非金屬（X） Rx/Rm0.59 間隙化合物 第2章 晶體缺陷教學(xué)目的： 熟練掌握晶體缺陷的類型，以便解決實(shí)際問題。教學(xué)重點(diǎn)：線缺陷（位錯(cuò)）教學(xué)難點(diǎn)：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、伯氏矢量教學(xué)課時(shí)：4學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：2.1 點(diǎn)缺陷1.空位（肖脫基空位）離位原子跑到晶體表面或晶界；2.間隙原子（弗侖克爾空位）離位原子位于晶格間隙位置。3. 置換原子 離位原子占據(jù)另一原子的位置。 由于空位存在，將使空位周圍出現(xiàn)一個(gè)涉及幾個(gè)原子的彈性畸變區(qū)晶格畸變。點(diǎn)缺陷對(duì)金屬性能的影響：電阻增大、提高金屬屈服強(qiáng)度、加速金屬擴(kuò)散、體積膨脹。2.2 線缺陷一、位錯(cuò)模型的提出背景 完整晶體塑性變形滑移的模型金屬晶體的理論強(qiáng)度理論強(qiáng)度比實(shí)測(cè)強(qiáng)度高出幾個(gè)數(shù)量級(jí) 晶體缺陷的設(shè)想 線缺陷（位錯(cuò)）的模型 以位錯(cuò)滑移模型計(jì)算出的晶體強(qiáng)度，與實(shí)測(cè)值基本相符。刃型位錯(cuò)的滑移 滑移的可能性（滑移系統(tǒng)）：在最密排晶面（稱為滑移面）的最密排晶向（稱為滑移方向）上進(jìn)行圖2-1 單晶試棒在拉伸應(yīng)力作用下的變化（宏觀）二、位錯(cuò)的基本類型 晶體在不同的應(yīng)力狀態(tài)下，其滑移方式不同。根據(jù)原子的滑移方向和位錯(cuò)線取向的幾何特征不同，位錯(cuò)分為刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)。1.刃型位錯(cuò) 形成及定義 ：晶體在大于屈服值的切應(yīng)力t作用下，以ABCD面為滑移面發(fā)生滑移。EF是晶體已滑移部分和未滑移部分的交線，猶如砍入晶體的一把刀的刀刃，即刃型位錯(cuò)。 幾何特征：位錯(cuò)線與原子滑移方向相垂直；滑移面上部位錯(cuò)線周圍原子受壓應(yīng)力作用，原子間距小于正常晶格間距；滑移面下部位錯(cuò)線周圍原子受張應(yīng)力作用，原子間距大于正常晶格間距。分類：正刃位錯(cuò)， “” ；負(fù)刃位錯(cuò)， “T” 。符號(hào)中水平線代表滑移面，垂直線代表半個(gè)原子面。 圖2-2 刃型位錯(cuò)示意圖 圖2-3 螺位錯(cuò)形成示意圖2. 螺型位錯(cuò)形成及定義：晶體在外加切應(yīng)力作用下，沿ABCD面滑移，圖中EF線為已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的分界處。由于位錯(cuò)線周圍的一組原子面形成了一個(gè)連續(xù)的螺旋形坡面，故稱為螺位錯(cuò)。幾何特征：位錯(cuò)線與原子滑移方向相平行；位錯(cuò)線周圍原子的配置是螺旋狀的。分類：有左、右旋之分，分別以符號(hào)“”和“”表示。其中小圓點(diǎn)代表與該點(diǎn)垂直的位錯(cuò)，旋轉(zhuǎn)箭頭表示螺旋的旋轉(zhuǎn)方向。它們之間符合左手、右手螺旋定則。3.混合位錯(cuò)在外力t作用下，兩部分之間發(fā)生相對(duì)滑移，在晶體內(nèi)部已滑移和未滑移部分的交線既不垂直也不平行滑移方向（伯氏矢量b），這樣的位錯(cuò)稱為混合位錯(cuò)。位錯(cuò)線上任意一點(diǎn)，經(jīng)矢量分解后，可分解為刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)分量。晶體中位錯(cuò)線的形狀可以是任意的，但位錯(cuò)線上各點(diǎn)的伯氏矢量相同，只是各點(diǎn)的刃型、螺型分量不同而已。三、位錯(cuò)的伯格斯矢量及位錯(cuò)的性質(zhì) 伯格斯矢量：晶體中有位錯(cuò)存在時(shí)，滑移面一側(cè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于另一側(cè)質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移或畸變。性質(zhì)：大小表征了位錯(cuò)的單位滑移距離，方向與滑移方向一致。 確定伯格斯矢量的步驟：（1）對(duì)于給定點(diǎn)的位錯(cuò)，人為規(guī)定位錯(cuò)線的方向；（2） 用右手螺旋定則確定伯格斯回路方向；（3）按照上圖所示的規(guī)律走回路，最后封閉回路的矢量即要求的伯氏矢量。圖2-4 簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)中，圍繞刃位錯(cuò)的伯格斯回路 四、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 位錯(cuò)的滑移：指位錯(cuò)在外力作用下，在滑移面上的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致永久形變。位錯(cuò)的攀移：指在熱缺陷的作用下，位錯(cuò)在垂直滑移方向的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致空位或間隙原子的增值或減少。圖2-5 （a）正刃位錯(cuò)滑移方向與外力方向相圖（b）負(fù)刃位錯(cuò)滑移方向與外力方向相反位錯(cuò)的攀移 位錯(cuò)的攀移指在熱缺陷或外力作用下，位錯(cuò)線在垂直其滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果導(dǎo)致晶體中空位或間隙質(zhì)點(diǎn)的增殖或減少。刃位錯(cuò)除了滑移外，還可進(jìn)行攀移運(yùn)動(dòng)。 攀移的實(shí)質(zhì)是多余半原子面的伸長(zhǎng)或縮短。螺位錯(cuò)沒有多余半原子面，故無(wú)攀移運(yùn)動(dòng)。 2.3 面缺陷 面缺陷是將材料分成若干區(qū)域的邊界，如表面、晶界、界面、層錯(cuò)、孿晶面等。一、晶界（位錯(cuò)界面）（一）、小角度晶界 晶界的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與相鄰晶粒的取向差有關(guān)，當(dāng)取向差小于1015o時(shí)，稱為小角度晶界。 根據(jù)形成晶界時(shí)的操作不同，晶界分為傾斜晶界和扭轉(zhuǎn)晶界，如下圖所示。圖2-6 傾斜晶界與扭轉(zhuǎn)晶界示意圖 圖2-7是簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)晶體中界面為（100）面的傾斜晶界在（001）面上的投影，其兩側(cè)晶體的位向差為，相當(dāng)于相鄰晶粒繞001軸反向各自旋轉(zhuǎn)/2而成。幾何特征是相鄰兩晶粒相對(duì)于晶界作旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸在晶界內(nèi)并與位錯(cuò)線平行。為了填補(bǔ)相鄰兩個(gè)晶粒取向之間的偏差，使原子的排列盡可能接近原來的完整晶格，每隔幾行就插入一片原子。 圖2-7 簡(jiǎn)單立方晶體中的對(duì)稱傾斜晶界（二）、大角度晶界實(shí)驗(yàn)研究（如場(chǎng)離子顯微鏡觀察）表明，大角度晶界兩側(cè)晶粒的取向差較大，但其過渡區(qū)卻很窄（僅有幾個(gè)埃），其中原子排列在多數(shù)情況下很不規(guī)則，少數(shù)情況下有一定的規(guī)律性，因此很難用位錯(cuò)模型來描述。一般大角度晶界的界面能大致在0.50.6J/m2左右，與相鄰晶粒的取向差無(wú)關(guān)。但也有些特殊取向的大角度晶界的界面能比其它任意取向的大角度晶界的界面能低，為了解釋這些特殊晶界的性質(zhì)，提出了大角度晶界的重合位置點(diǎn)陣（coincidence site lattice 即CSL）模型，O點(diǎn)陣模型，DSC點(diǎn)陣模型等。二、堆積層錯(cuò) 堆垛層錯(cuò)(簡(jiǎn)稱層錯(cuò)),就是指正常堆垛順序中引入不正常順序堆垛的原子面而產(chǎn)生的一類面缺陷。 以面心立方結(jié)構(gòu)為例,當(dāng)正常層序中抽走一原子層, 相應(yīng)位置出現(xiàn)一個(gè)逆順序堆層ABCACABC稱抽出型(或內(nèi)稟)層錯(cuò)；如果正常層序中插入一原子層，如圖2-20(b)所示，相應(yīng)位置出現(xiàn)兩個(gè)逆順序堆層ABCACBCAB稱插入型(或外稟)層錯(cuò)。這種結(jié)構(gòu)變化，并不改變層錯(cuò)處原子最近鄰的關(guān)系(包括配位數(shù)、鍵長(zhǎng)、鍵角)，只改變次鄰近關(guān)系，幾乎不產(chǎn)生畸變，所引起的畸變能很小。因而，層錯(cuò)是一種低能量的界面。三、反映孿晶界面 面心立方結(jié)構(gòu)的晶體中的正常堆垛方式是六方密排面作的完全順順序堆垛（或與此等價(jià)，作完全逆順序堆垛）。如果從某一層起全部變?yōu)槟鏁r(shí)針堆垛，例如，則這一原子面成為一個(gè)反映面，兩側(cè)晶體以此面成鏡面對(duì)稱（見圖2-8）。這兩部分晶體成孿晶關(guān)系，由于兩者具有反映關(guān)系，稱反映孿晶，該晶面稱孿晶界面。 圖2-8 孿晶示意圖沿著孿晶界面，孿晶的兩部分完全密合，最近鄰關(guān)系不發(fā)生任何改變，只有次近鄰關(guān)系才有變化，引入的原子錯(cuò)排很小，稱共格孿晶界面。孿晶界面的能量約為層錯(cuò)能之半。第3章 純金屬的凝固教學(xué)目的： 了解純金屬的凝固過程，掌握其均勻形核規(guī)律，熟練結(jié)晶理論的實(shí)際應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)：形核規(guī)律 教學(xué)難點(diǎn)：結(jié)晶的熱力學(xué)條件教學(xué)課時(shí)：4學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：3.1 純金屬的結(jié)晶過程一、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu) 液態(tài)結(jié)構(gòu)的最重要特征是原子排列為長(zhǎng)程無(wú)序，短程有序，并且短程有序原子集團(tuán)不是固定不變的，它是一種此消彼長(zhǎng)，瞬息萬(wàn)變，尺寸不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為結(jié)構(gòu)起伏，這有別于晶體的長(zhǎng)程有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。二、純金屬的結(jié)晶過程 液態(tài)金屬的結(jié)晶過程是一個(gè)形核及核長(zhǎng)大的過程。當(dāng)液態(tài)金屬緩慢冷卻到結(jié)晶溫度以下，經(jīng)過一定時(shí)間，開始出現(xiàn)晶核。由晶核長(zhǎng)成的小晶體稱為晶粒；晶粒之間的界面稱為晶界。3.2 結(jié)晶的熱力學(xué)條件 圖3-1 自由能隨溫度變化示意圖 圖3-2 能量起伏在交點(diǎn)處液、固兩相的自由能相等，故兩相處于平衡而共存，此溫度即為理論凝固溫度，也就是晶體的熔點(diǎn)Tm.在此兩相共存溫度，既不能完全結(jié)晶，也不能完全熔化，要發(fā)生結(jié)晶則體系必須降至低于Tm溫度，而發(fā)生熔化則必須高于Tm。在一定溫度下，從一相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌嗟淖杂赡茏兓癁?式中，T=Tm-T，是熔點(diǎn)Tm與實(shí)際凝固溫度T之差。 由上式可知，要使 Gv0，必須使 T0，即 TTm，故T稱為過冷度。晶體凝固的熱力學(xué)條件表明，實(shí)際凝固溫度應(yīng)低于熔點(diǎn)Tm，即需要有過冷度。 3.3 形核規(guī)律 形核方式有均勻形核和非均勻形核兩種。一、均勻形核 均勻形核是指在母相中自發(fā)形成新相結(jié)晶核心的過程。 能量起伏指系統(tǒng)中各微小體積所具有的能量短暫偏離其平均能量的現(xiàn)象。小結(jié)1）不是所有瞬間出現(xiàn)的新相區(qū)都能穩(wěn)定存在和長(zhǎng)大的。顆粒半徑比r*小的核胚是不穩(wěn)定的，因?yàn)樗叽缧?dǎo)致自由焓的增加；只有顆粒半徑大于r*的核胚才是穩(wěn)定的，因?yàn)榫Ш说拈L(zhǎng)大導(dǎo)致自由焓的減小。顆粒半徑等于r*時(shí)，晶核的長(zhǎng)大趨勢(shì)等于消失趨勢(shì)，這樣的晶核稱為臨界晶核， r*稱為臨界晶核半徑。2）Gr*是描述相變發(fā)生時(shí)形成臨界晶核所必須克服的勢(shì)壘，這一數(shù)值越低，成核過程越容易，故均勻形核必須過冷，過冷度越大形核驅(qū)動(dòng)力越大。形核率受兩個(gè)矛盾因素控制： 過冷度； 原子的擴(kuò)散 過冷度增大，有利于形核，但導(dǎo)致原子從液相向晶胚擴(kuò)散速率降低，不利于形核。 圖3-3 成核速度與溫度關(guān)系圖 圖3-4 非均勻成核示意圖P：受活化能影響的成核率因子；D：受原點(diǎn)擴(kuò)散影響的成核率因子。從圖中可見，曲線P隨T增加而下降，溫度增加，相變活化能增大，對(duì)晶核形成不利；而曲線D隨T增加而增加，溫度升高，擴(kuò)散速度加快，對(duì)晶核的形成有利。這兩個(gè)因素在同時(shí)影響著晶核形成速率。因此IT曲線(如圖所示)必然出現(xiàn)一個(gè)最大值，在低溫階段，擴(kuò)散控制了晶核形成過程，故曲線上升；在高溫階段，相變勢(shì)壘控制了過程，故曲線下降。二、非均勻形核 多數(shù)相變是不均勻成核，即成核在異相的容，器界面、異體物質(zhì)(雜質(zhì)顆粒)上、內(nèi)部氣泡等處進(jìn)行。液體-固體界面非均態(tài)核的生成不均勻成核的臨界半徑非均態(tài)核化勢(shì)壘 ：討論： 與均勻形核相比較，不均勻成核的相變活化能多一個(gè)與接觸角有關(guān)的系數(shù)f()1）當(dāng)接觸角=0(指在有液相存在時(shí)，固體被晶體完全潤(rùn)濕)，cos=l，f()=0，Gh*=0，不存在核化勢(shì)壘；2）=90，cos0時(shí)，核化勢(shì)壘降低一半；3）=180，異相完全不被潤(rùn)濕時(shí)，cos=-1，兩式相同?？梢?，接觸角越小的非均勻核化劑，越有利于核的生成。也就是說，當(dāng)晶核和核化劑有相似的原子排列時(shí)，穿過界面有強(qiáng)烈的吸引力，這將給成核提供最有利的條件。這個(gè)結(jié)論得到部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持。但是，也有實(shí)驗(yàn)表明，原子配置幾乎相同的晶格并沒有使不均勻成核有所加強(qiáng)。這說明我們對(duì)不均勻成核的認(rèn)識(shí)還不夠。3.4 長(zhǎng)大規(guī)律 一、液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)光滑界面是指界面處固液兩相是截然分開的，又稱小平面界面。 粗糙界面是指微觀上高低不平，存在厚度為幾個(gè)原子間距的過渡層的液-固界面。二、晶核的長(zhǎng)大機(jī)制晶核長(zhǎng)大需要過冷度，長(zhǎng)大所需的界面過冷度稱為動(dòng)態(tài)過冷度，1）具有粗糙界面的物質(zhì)長(zhǎng)大機(jī)制（垂直長(zhǎng)大）2）具有光滑界面的物質(zhì)長(zhǎng)大機(jī)制 界面上反復(fù)形成二維晶核機(jī)制； 依靠晶體缺陷長(zhǎng)大。三、純金屬的生長(zhǎng)狀態(tài) 1. 在正的溫度梯度下側(cè)向擴(kuò)展 2. 在負(fù)的溫度梯度下樹枝狀生長(zhǎng)3.5 結(jié)晶理論的實(shí)際應(yīng)用一、結(jié)晶強(qiáng)化 結(jié)晶強(qiáng)化通過細(xì)化晶粒來提高材料強(qiáng)度的方法。 細(xì)化晶粒的方法：提高過冷度；變質(zhì)處理；震動(dòng)、攪拌。二、定向凝固技術(shù) 通過單向散熱，使凝固從鑄件一端開始，沿陡峭的溫度梯度方向逐步發(fā)生，獲取方向性柱狀晶或?qū)悠瑺罟簿У囊环N凝固技術(shù)。 方法：下降功率法、快速逐步凝固法三、單晶體的制備 制取單晶體的基本原則：保證液體結(jié)晶時(shí)只形成一個(gè)晶核 。 方法：垂直提拉法、尖端形核法四、急冷凝固技術(shù) 通過這個(gè)技術(shù)，能制備出非晶態(tài)合金、微晶合金、準(zhǔn)晶態(tài)合金。方法：模冷技術(shù)、霧化技術(shù)、表面快熱技術(shù)。五、合金制取方法非晶態(tài)合金：金屬不通過結(jié)晶過程而凝固成保留液體短程有序的結(jié)構(gòu)。微晶合金：利用急冷技術(shù)獲得晶粒尺寸達(dá)微米和納米的超細(xì)晶粒合金材料。準(zhǔn)晶合金：晶體物質(zhì)的點(diǎn)陣具有周期性和對(duì)稱性（長(zhǎng)程有序）第4章 二元相圖教學(xué)目的： 掌握二元相圖的基本類型教學(xué)重點(diǎn)：Fe-Fe3C二元合金相圖 教學(xué)難點(diǎn)：分析不同成分下Fe-Fe3C二元合金的組織組成和相組成。教學(xué)課時(shí)：4學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：4.1 相圖的基本知識(shí)一、相圖的表示方法 二元相圖的橫坐標(biāo)表示成分，縱坐標(biāo)表示溫度。如果體系由A，B兩組元組成，橫坐標(biāo)一端為組元A，而另一端表示組元B，那么體系中任意兩組元不同配比的成分均可在橫坐標(biāo)上找到相應(yīng)的點(diǎn)。 二元相圖中的成分按現(xiàn)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有兩種表示方法： 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（）和摩爾分?jǐn)?shù)（x） 杠桿定律：不同條件下相的成分及其相對(duì)量可用杠桿定理求得。1）確定兩平衡相的成分 如圖（a）所示，水平線與液相線L的交點(diǎn)即為相的成分。2）確定兩平衡相的相對(duì)量 設(shè)試驗(yàn)合金重量為1，液、固相重量分別為QL、QS ，則 QL+QS =1； 圖4-1 杠桿定律 設(shè)液、固相含Ni濃度分別為x1、x2，x為試驗(yàn)合金中的平均含Ni量(%)，則可得:用圖中線段來表示，即為:二、相圖的建立 二元相圖是根據(jù)各種成分材料的臨界點(diǎn)繪制的，臨界點(diǎn)表示物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生本質(zhì)變化的相變點(diǎn)。 圖4-2 Cu-Ni二元相圖圖中給出純銅(Ni)為30，50，70的Cu-Ni合金及純Ni的冷卻曲線。由圖可見，純組元Cu和Ni的冷卻曲線相似，都有一個(gè)水平臺(tái)，表示其凝固在恒溫下進(jìn)行，凝固溫度分別為1083和1452。其他3條二元合金曲線不出現(xiàn)水平臺(tái)，而為二次轉(zhuǎn)折，溫度較高的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（臨界點(diǎn)）表示凝固的開始溫度，而溫度較低的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)凝固的終結(jié)溫度。這說明3個(gè)合金的凝固與純金屬不同，是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。將這些與臨界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度和成分分別標(biāo)在二元相圖的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)上，每個(gè)臨界點(diǎn)在二元相圖中對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn)，再將凝固的開始溫度點(diǎn)和終結(jié)溫度點(diǎn)分別連接起來，就得到圖 (b)所示的 Cu-Ni二元相圖。三、相平衡與相律1.相平衡條件 在指定的溫度核壓力下，若多相體系的各相中每一組元的濃度均不隨時(shí)間而變，則體系達(dá)到相平衡。2.相律 相律是表示在平衡條件下，系統(tǒng)的自由度數(shù)、組元數(shù)核平衡相數(shù)之間的關(guān)系式。 f=c-p+2 式中： f 系統(tǒng)的自由度數(shù)； c 組元數(shù)； p 平衡相數(shù)四、二元相圖的幾何規(guī)律 1) 相圖中所有的線條都代表發(fā)生相轉(zhuǎn)變的溫度和平衡相的成分，所以相界線是相平衡的體現(xiàn)，平衡相成分必須沿著相界線隨溫度而變化。 2) 兩個(gè)單相區(qū)之間必定有一個(gè)由該兩相組成的兩相區(qū)把它們分開，而不能以一條線接界。兩個(gè)兩相區(qū)必須以單相區(qū)或三相水平線隔開。 3) 二元相圖中的三相平衡必為一條水平線，表示恒溫反應(yīng)。在這條水平線上存在3個(gè)表示平衡相的成分點(diǎn)，其中兩點(diǎn)應(yīng)在水平線的兩端，另一點(diǎn)在端點(diǎn)之間。水平線的上下方分別與3個(gè)兩相區(qū)相接。 4) 當(dāng)兩相區(qū)與單相區(qū)的分界線與三相等溫線相交，則分界線的延長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)人另一兩相區(qū)內(nèi)，而不會(huì)進(jìn)人單相區(qū)內(nèi)。4.2 二元相圖的基本類型一、勻晶相圖 在液態(tài)和固態(tài)兩組元都能無(wú)限互溶的相圖稱為勻晶相圖.二元合金系Cu-Ni、Au-Ag、Fe-Cr、Fe-Ni、W-Mo等具有這類相圖。1.Cu-Ni相圖分析 液相線曲線Al1B； 固相線曲線Aa4B； A為Cu的熔點(diǎn)（1083）； B為Ni的熔點(diǎn)（1452）2.兩種凝固狀態(tài) 平衡凝固凝固過程中每個(gè)階段都能達(dá)到平衡。 特點(diǎn)：凝固過程及其緩慢，晶粒內(nèi)組元分配均勻。 非平衡凝固偏離平衡條件下進(jìn)行的凝固過程。 特點(diǎn)：凝固過程較快或極快，組織心部含高熔點(diǎn)的組元多，晶粒內(nèi)成分不均勻。3.成分偏析 實(shí)際生產(chǎn)條件下為非平衡結(jié)晶，因此，先后結(jié)晶的部分成分會(huì)不相同。 晶內(nèi)偏析：一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。 區(qū)域偏析：由于不平衡冷卻造成宏觀區(qū)域成分不一致。二、共晶相圖 二組元在液態(tài)無(wú)限互溶，而在固態(tài)僅有限互溶且發(fā)生共晶反應(yīng)。1.相圖分析 濃度為E的L相在共晶反應(yīng)線時(shí)的溫度會(huì)同時(shí)結(jié)晶出兩相的混合物，其產(chǎn)物稱為共晶組織。2合金的結(jié)晶過程及組織 分析： 相組成； 組織組成物 三、包晶相圖 包晶相圖：Le+acgbd包晶偏析 由于包晶轉(zhuǎn)變不能充分進(jìn)行而產(chǎn)生的化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。4.3 二元相圖的分析與應(yīng)用1二元相圖的分析步驟 1）若有穩(wěn)定化合物，則將其看作一獨(dú)立組元，把相圖分幾個(gè)部分分析。 2）相區(qū)接觸法則： 二元相圖中，相鄰相區(qū)中的相數(shù)只相差一個(gè)（點(diǎn)接觸除外）。分析時(shí)首先熟悉單相區(qū)中的相，再根據(jù)相區(qū)接觸法則辨別其它相區(qū)。 3）找出與三相共存水平線點(diǎn)接觸的三個(gè)單相區(qū)，確定三相平衡轉(zhuǎn)變的性質(zhì)和反應(yīng)式。 4）在兩相平衡區(qū)，可應(yīng)用杠桿定律求出各相的相對(duì)量。2相圖的應(yīng)用 相圖反映了合金的成分與組成相之間的關(guān)系，而組成相的本質(zhì)及其相對(duì)含量與合金力學(xué)性能、物理化學(xué)性能密切相關(guān)。 相圖反映了合金的結(jié)晶特性。 在某種程度上可根據(jù)相圖來判斷合金力學(xué)性能、物理化學(xué)性能及合金的鑄造性能。如圖所示 相圖也是制定熱處理和熱變形工藝的重要依據(jù)。4.4 鐵碳相圖和鐵碳合金 鐵碳合金： 是以鐵和碳為基本組元的合金。一般含碳量0.02182.11%的稱為鋼，含碳量大于2.11%的稱為鑄鐵。一、鐵碳合金中的基本相1鐵素體 鐵素體是碳在-Fe中的固溶體，用符號(hào)“F”表示。碳在鐵中的最大固溶度為0.0218%。2奧氏體 奧氏體是碳在-Fe中的固溶體，用符號(hào)“A”表示。高溫奧氏體的顯微組織如圖所示。在1148時(shí)有最大溶解度2.11%C，727時(shí)可固溶0.77%C。3滲碳體滲碳體是鐵和碳的化合物，含碳量為6.67%，用Fe3C表示。4.純鐵二、鐵碳合金相圖的組成 鐵碳合金相圖是研究鋼鐵材料的成分、相和組織的變化規(guī)律以及與性能之間關(guān)系的重要工具。鐵碳合金相圖如圖所示。（一）三條水平線： HJB線發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，溫度為1495，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為奧氏體。即： LB +H rJ ECF線發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，溫度為1148，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物,稱為萊氏體，用符號(hào) “Le”表示。 LC rE+Fe3C PSK線發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，溫度為727，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，稱為珠光體，以符號(hào)“P”表示。 rSP+ Fe3C（二）四條重要固態(tài)轉(zhuǎn)變線 GS線（A3 ）：冷卻時(shí)不同成分的奧氏體開始析出鐵素體F的溫度線，也是加熱時(shí)F轉(zhuǎn)變?yōu)锳的溫度線。 ES線（Acm）：碳在A中的溶解度線。 PG和PQ線：碳在鐵素體F中的溶解度線。 MO線（A2）：為鐵素體磁性轉(zhuǎn)變溫度（770）。（三）典型鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程及其組織 1.鐵碳合金相圖上的各種合金，一般分為三類： 1）工業(yè)純鐵（0.0218% C ），室溫組織為固溶體； 2）鋼（0.02182.11C）， 根據(jù)室溫組織不同，分為： 亞共析鋼（0.0218% 0.77C） 共析鋼（0.77C） 過共析鋼（0.77 2.11%C） 3）白口鑄鐵（2.116.69C），根據(jù)室溫的不同，分為 亞共晶白口鑄鐵（2.11% 4.3%C） 共晶白口鑄鐵（4.3 C） 過共晶白口鑄鐵（4.3 6.69%C）2共析鋼（0.77C） 室溫組織：珠光體3.亞共析鋼（0.02180.77C） 由示意圖分析可知，亞共析鋼結(jié)晶過程的基本反應(yīng)為勻晶反應(yīng)+包晶反應(yīng)+固溶體轉(zhuǎn)變反應(yīng)+共析反應(yīng)，室溫組織為鐵素體+珠光體。 4.過共析鋼（0.77%2.11%C） 由示意圖分析可知，過共析鋼結(jié)晶過程的基本反應(yīng)為勻晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)，室溫組織為珠光體+二次滲碳體。5.共晶白口鑄鐵（4.3%C） 由示意圖分析可知，共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程的基本反應(yīng)為共晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)，室溫組織為珠光體+滲碳體，是低溫萊氏體，用符號(hào)“Le”表示。6.亞共晶白口鑄鐵 由示意圖分析可知，共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程的基本反應(yīng)為勻晶反應(yīng)+共晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)，室溫組織為珠光體+二次滲碳體+低溫萊氏體。7.過共晶白口鑄鐵 由示意圖分析可知，過晶白口鑄鐵結(jié)晶過程的基本反應(yīng)為勻晶反應(yīng)+共晶反應(yīng)+二次析出反應(yīng)+共析反應(yīng)，室溫組織為一次滲碳體+低溫萊氏體。第5章 三元相圖教學(xué)目的： 掌握幾種簡(jiǎn)單的三元相圖教學(xué)重點(diǎn)：三元相圖的截面圖表示法 教學(xué)難點(diǎn)：分析濃度三角形的相組成、組織組成物 教學(xué)課時(shí)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：5.1 三元相圖的成分表示法一、等邊濃度三角形表示法 1）濃度三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，表示三個(gè)純組元（A,B,C）；2）位于濃度三角形邊上的合金，都是二元合金；3） 濃度三角形內(nèi)任意一點(diǎn)的合金都是三元合金。過該點(diǎn)分別作平行于三邊的平行線在三條邊上的截距，則表示其組元含量。4）位于通過濃度三角形某一頂點(diǎn)的直線上的合金（CP），其所含另外兩個(gè)組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比是常數(shù)； XA / XB = PB / AP5）平行于濃度三角形某一邊的直線上的合金(cd)，含該線所對(duì)頂點(diǎn)組元的濃度相等。 C%= Bc 5.2 三元系平衡轉(zhuǎn)變的定量法則一、直線定律 直線法則：成分為c點(diǎn)的三元合金在某一溫度下由，兩相組成，和相的成分分別為a和b，則c的位置一定在a、b的連線上。 二、重心定律 成分為M的三元合金在某一溫度下,分解成D、E、F三個(gè)相,則M的成分點(diǎn)必定位于DEF的重心（質(zhì)量重心，而不是幾何重心）位置上，且M的質(zhì)量與三個(gè)相的質(zhì)量有一定關(guān)系。5.3 三元?jiǎng)蚓鄨D 三元系中任意兩組元都可以無(wú)限固溶，形成無(wú)限固溶體。 A1B1C1dL液相面；A1B1C1dS固相面 圖5-5 三元?jiǎng)蚓鄨D 圖5-6 等溫截面圖圖5- 7變溫截面圖5.4 三元共晶相圖一、組元在固態(tài)下互不溶，具有共晶轉(zhuǎn)變的相圖1.相圖分析 三個(gè)液面；三個(gè)共晶轉(zhuǎn)變溝線；四個(gè)單相區(qū)；三個(gè)兩相區(qū)；四個(gè)三項(xiàng)區(qū)；一個(gè)四相區(qū) 圖5-8三元共晶相圖 圖5-9 四相平衡轉(zhuǎn)變區(qū)第6章 固體材料的變形與斷裂教學(xué)目的： 了解單晶體的塑性變形機(jī)制、掌握多晶體的塑性變形機(jī)制教學(xué)重點(diǎn)： 多晶體的塑性變形機(jī)制教學(xué)難點(diǎn)：滑移的臨界分切應(yīng)力 教學(xué)課時(shí)：4學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：6.1 彈性變形彈性模量：原子間結(jié)合力的反映和度量。 變形可逆； 應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系。6.2 單晶體的塑性變形 常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生、扭折。一、滑移 1.滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對(duì)位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。 2. 滑移的表象學(xué)光鏡下滑移帶（無(wú)重復(fù)性）；電鏡下滑移線圖6-3 滑移帶和滑移線示意圖3. 滑移的晶體學(xué) （1）幾何要素滑移面 （密排面）、滑移方向（密排方向） 圖6-4 三種常見金屬晶體結(jié)構(gòu)的滑移系（2）滑移系 滑移系：一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向的組合。 滑移系的個(gè)數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）（每個(gè)面上所具有的滑移方向的個(gè)數(shù)） 滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系： 一般滑移系越多，塑性越好；與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)有關(guān)； 與同時(shí)開動(dòng)滑移系數(shù)目有關(guān)（臨界分切應(yīng)力）。 金屬塑性比較： 面心立方金屬 體心立方金屬 密排六方金屬3）滑移的臨界分切應(yīng)力（tc） tc：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應(yīng)力。 外力在滑移方向上的分解。 tcsscosjcosl ss的取值：j或l90時(shí)，ss；j，l45時(shí)，ss最小，晶體易滑移。 4.滑移時(shí)的晶體轉(zhuǎn)動(dòng)（1）位向和晶面的變化 拉伸時(shí),滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向；壓縮時(shí)，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。 幾何硬化：j，l遠(yuǎn)離45，滑移變得困難；（2）取向因子的變化 幾何軟化；j，l接近45，滑移變得容易。5.多滑移（1）滑移的分類 多滑移：在多個(gè)（2）滑移系上同時(shí)或交替進(jìn)行的滑移。 （2）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向與力軸夾角分別相等的一組滑移系。6. 交滑移 （1）交滑移：晶體在兩個(gè)或多個(gè)不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。 （2）機(jī)制 螺位錯(cuò)的交滑移：螺位錯(cuò)從一個(gè)滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面的過程； 螺位錯(cuò)的雙交滑移：交滑移后的螺位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過程。 圖6-6 螺位錯(cuò)xy的交滑移7.滑移的表面痕跡 單滑移：?jiǎn)我环较虻幕茙В?多滑移：相互交叉的滑移帶； 交滑移：波紋狀的滑移帶。二、孿生 （1）孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取向的鏡面對(duì)稱關(guān)系。 （2）孿生的晶體學(xué) 孿生面 A1111；孿生方向 A1 圖6-8 面心立方晶體的孿晶變形（3）孿生變形的特點(diǎn) 滑移 孿生 相同點(diǎn) 1 切變；2 沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；3 不改變結(jié)構(gòu)。 不同點(diǎn) 晶體位向 不改變（對(duì)拋光面觀察無(wú)重現(xiàn)性）。 改變，形成鏡面對(duì)稱關(guān)系（對(duì)拋光面觀察有重現(xiàn)性） 位移量 滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，較大。 小于孿生方向上的原子間距，較小。 對(duì)塑變的貢獻(xiàn) 很大，總變形量大。 有限，總變形量小。 變形應(yīng)力 有一定的臨界分切壓力 所需臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)高于滑移 變形條件 一般先發(fā)生滑移 滑移困難時(shí)發(fā)生 變形機(jī)制 全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果 分位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果 6.3 多晶體的塑性變形1.晶粒之間變形的傳播 位錯(cuò)在晶界塞積應(yīng)力集中相鄰晶粒位錯(cuò)源開動(dòng)相鄰晶粒變形塑變 2.晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性 （1）原因：各晶粒之間變形具有非同時(shí)性。 （2）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會(huì)導(dǎo)致晶體分裂） （3）條件：獨(dú)立滑移系5個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變化）3.晶界對(duì)變形的阻礙作用 （1）晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。 （2）晶界對(duì)變形的影響:滑移、孿生多終止于晶界,極少穿過。 （3）晶粒大小與性能的關(guān)系 a 晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高(細(xì)晶強(qiáng)化：由下列霍爾配奇公式可知) ss=s0+kd-1/2 原因：晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大。b 晶粒越細(xì)，塑韌性提高 晶粒越多，變形均勻性提高,由應(yīng)力集中導(dǎo)致的開裂機(jī)會(huì)減少，可承受更大的變 形量，表現(xiàn)出高塑性。 細(xì)晶粒材料中，應(yīng)力集中小，裂紋不易萌生；晶界多，裂紋不易傳播，在斷裂過程中可吸收較多能量,表現(xiàn)出高韌性。6.4 塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響一、對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響1 形成纖維組織2 形成形變織構(gòu) 形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu) 取向的組織。 絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。3 形成位錯(cuò)胞 變形量位錯(cuò)纏結(jié)位錯(cuò)胞（大量位錯(cuò)纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低。） 圖6-9 工業(yè)用鋼強(qiáng)烈冷變形后的顯微組織a )Mn13 200 b）高碳鋼20000二、對(duì)性能的影響 1 對(duì)力學(xué)性能的影響（加工硬化） （1）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。圖6-10 鋼絲冷變形后的力學(xué)性能變化2 對(duì)物理、化學(xué)性能的影響 導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降； 結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快； 化學(xué)活性提高，腐蝕加快。三、 殘余應(yīng)力（約占變形功的10） 第一類殘余應(yīng)力（s）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個(gè)物體變形不均勻引起。 分類 第二類殘余應(yīng)力（s）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒變形不均勻引起。 第三類殘余應(yīng)力（s）：點(diǎn)陣畸變，由位錯(cuò)、空位等引起。（80-90%）弊：引起變形、開裂，如黃銅彈殼的腐蝕開裂。 消除：去應(yīng)力退火。6.6 斷裂 斷裂的形式：脆斷、 韌斷 微觀斷裂形式：純剪切斷裂、微孔聚集型斷裂、解理斷裂。第7章 回復(fù)與再結(jié)晶教學(xué)目的： 掌握合金在退火過程中的變化教學(xué)重點(diǎn)：回復(fù)動(dòng)力學(xué)、再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)教學(xué)難點(diǎn)：再結(jié)晶的形核長(zhǎng)大機(jī)制教學(xué)課時(shí)：4學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：7.1 形變金屬及合金在退火過程中的變化一、回復(fù)與再結(jié)晶 回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無(wú)可見變化，但其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過程。 再結(jié)晶：冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，變形組織內(nèi)部新的無(wú)畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過程。二、顯微組織變化（示意圖） 回復(fù)階段：顯微組織仍為纖維狀，無(wú)可見變化； 再結(jié)晶階段：變形晶粒通過形核長(zhǎng)大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o(wú)畸變的等軸晶粒。 晶粒長(zhǎng)大階段：晶界移動(dòng)、晶粒粗化，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的形狀和尺寸。三、性能變化 1.力學(xué)性能（示意圖） 回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高。 再結(jié)晶階段：強(qiáng)度、硬度明顯下降，塑性明顯提高。 晶粒長(zhǎng)大階段：強(qiáng)度、硬度繼續(xù)下降,塑性繼續(xù)提高。 2.物理性能 密度：在回復(fù)階段變化不大，在再結(jié)晶階段急劇升高； 電阻：電阻在回復(fù)階段可明顯下降。四、儲(chǔ)存能變化 1.儲(chǔ)存能：存在于冷變形金屬內(nèi)部的一小部分（10變形功。彈性應(yīng)變能（312） 2.存在形式 位錯(cuò)（8090） 驅(qū)動(dòng)力 點(diǎn)缺陷3.儲(chǔ)存能的釋放：原子活動(dòng)能力提高，遷移至平衡位置，儲(chǔ)存能得以釋放。五、內(nèi)應(yīng)力變化 回復(fù)階段：大部分或全部消除第一類內(nèi)應(yīng)力，部分消除第二、三類內(nèi)應(yīng)力； 再結(jié)晶階段：內(nèi)應(yīng)力可完全消除。7.2 回復(fù)一、回復(fù)機(jī)理 1.低溫回復(fù)（0.10.3Tm） 點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng) 2 中溫回復(fù) （0.30.5Tm） 位錯(cuò)滑移 3 高溫回復(fù)（0.5Tm）位錯(cuò)攀移（滑移） 位錯(cuò)垂直排列（亞晶界） 多邊化（亞晶粒） 彈性畸變能降低。二、回復(fù)動(dòng)力學(xué)（示意圖）1.加工硬化殘留率與退火溫度和時(shí)間的關(guān)系 ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT) x0 原始加工硬化殘留率； x退火時(shí)加工硬化殘留率； c0比例常數(shù)； t加熱時(shí)間； T加熱溫度。2.動(dòng)力學(xué)曲線特點(diǎn) （1）沒有孕育期； （2）開始變化快，隨后變慢；（3）長(zhǎng)時(shí)間處理后，性能趨于一平衡值。三、回復(fù)退火的應(yīng)用 1.回復(fù)機(jī)制與性能的關(guān)系 內(nèi)應(yīng)力降低:彈性應(yīng)變基本消除; 硬度、強(qiáng)度下降不多：位錯(cuò)密度降低不明顯，亞晶較細(xì)； 電阻率明顯下降：空位減少，位錯(cuò)應(yīng)變能降低。 2.去應(yīng)力退火 降低應(yīng)力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開裂，提高耐蝕性。7.3 再結(jié)晶一、再結(jié)晶的形核1.形核 亞晶長(zhǎng)大形核機(jī)制 （變形量較大時(shí)） 亞晶合并形核；亞晶界移動(dòng)(長(zhǎng)大)形核(吞并其它亞晶或變形部分) 凸出形核 晶核伸向小位錯(cuò)胞晶粒(畸變能較高區(qū)域)