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材料科学基础简答题㈤

1、冷变形金属加热时组织变化

回复阶段：显微组织几乎看不出变化，晶粒仍保持伸长的纤维状；

再结晶阶段：变形的晶粒内部开始出现新的小晶粒，随着时间的延长，新晶粒不断出现并长大，这个过程一直进行到塑性变形后的纤维状晶粒完全变为新的等轴晶粒；

晶粒长大阶段：新的晶粒逐步相互吞并而长大，晶粒长大到一个较为稳定的尺寸。

2、变形金属加热时储存能及内应力的变化

加热进程中，原子具备了足够活动能力，将向能量较低的平衡位置迁移，内应力得以松驰，储存能逐渐释放出来。回复阶段第一类内应力可以大部分或全部得以消除，第二类或第三类内应力只能消除一部分，经再结晶后，内应力可完全消除。

3、机械性能变化

回复阶段，硬度、强度略有下降，塑性有所提高，但变化很小。再结晶阶段硬度与强度显著下降，塑性大大提高。推知：回复阶段位错密度减小有限，再结晶阶段位错密度显著下降。

4、其它性能变化

回复、再结晶时电阻变化都较显著。加热温度升高，电阻不断下降。（原因电阻与点缺陷有关，点缺陷引起的晶格畸变使电子产生散射，比位错散射作用强烈。可知回复阶段点缺陷密度显著降低，金属密度不断增加，应力腐蚀倾向减小。

亚晶粒尺寸，回复阶段的前期，变化不大，后期，接近再结晶温度时，亚晶粒尺寸显著增大。

5、回复过程的特征

回复过程中组织不发生变化，仍保持变形状态伸长的晶粒；

回复过程中使变形引起的宏观第一应力全部消除，微观第二应力部分消除；

回复过程中一般力学性能变化不大，强度、硬度仅稍有降低，塑性稍有提高，某些物理性能有较大的变化，电阻率显著降低，密度增大；

变形储能在回复阶段部分释放。

6、回复过程的机制

回复过程分为：低温回复、中温回复、高温回复

低温回复（0.1～0.3TmK）：与与空位变化有关，变形中，形成过饱和的空位，低温回复时过饱和的空位消失，空位的消失是由于空位与位错、晶界、间隙原子以及空位本身结合、交互作用的结果。空位消失，物理性能如电阻率显著降低，密度增大，而对力学性能影响不大。

中温回复（0.3～0.5TmK）：中温回复涉及异号位错的对消和位错密度的变化。同一滑移面上的异号位错在热激活作用下，相互吸引，会聚而消失。不在同一滑移面上的异号刃型位错则通过空位凝聚消除半原子面或空位逃逸制造半原子面而消失。密排六方单晶体力学性能回复大，而对面心或体心立方回复时力学性能回复小。

高温回复（0.5TmK）：主要机制是多边形化。因原始变形状态位错组态不同，多边形化分为稳定多边形化和再结晶前多边形化。

稳定多边形化在同号刃型位错沿滑移面上塞积而导致点阵弯曲的晶体中发生，回复过程中发生位错的运动和重排，位错由沿滑移面的水平排列转变为沿垂直滑移面的排列，形成位错壁，组成亚晶界，亚晶界将弯曲变形晶体分割成具有低界面曲率、小角位向差的小晶块，即形成亚晶。稳定多边形化驱动力是来自位错应变能的降低。

稳定多边形化的过程分三个阶段：

①单个位错的攀移和滑移，形成亚晶界。

②亚晶界合并形成Y结点，是多边形化的进一步发展。亚晶界的合并通过位错的滑移和攀移。

③Y结点移动，亚晶长大，完成多边形化。

再结晶前多边形化是在变形后具有位错胞结构的晶体中发生，变形后位错分布不是均匀的，而是塞积在位错胞壁，当加热发生多边形化过程时，通过螺位错的交叉滑移和刃位错的攀移，引起位错的重新分布和部分消失以及位错胞壁的平直化，形成具有相当高曲率较平直的亚晶界。

小变形下不形成位错胞结构，发生稳定多边形化；大变形下，形成位错胞结构，回复中发生再结晶前多边形化。稳定多边形化结构稳定，亚晶界不易迁移，不能成为再结晶的核心，并且释放储能，降低驱动力阻碍以后的再结晶。而再结晶前多边形化所形成的亚晶，具有高的迁移率，因而可成为再结晶核心而促进再结晶过程。

有利于多边形化过程的因素：较高的温度（易于原子扩散和位的攀移）、高的金属的纯度和高的层错能。

7、再结晶过程的特征

1）组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒；

2）力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前状态；

3）变形储能在再结晶过程中全部释放。三类应力消除，位错密度降低。

8、再结晶过程机制

再结晶过程新晶粒的形成是通过生核和核心长大两个基本过程。

1)晶界凸出形核

当预先变形量较小时,再结晶是在原晶界处生核。多晶体的变形具有不均匀性，不同晶粒的变形不同，变形大的晶粒具有高的位错密度，变形小的晶粒位错密度低。不同变形程度和位错密度的两个晶粒被晶界所分开，在一定能量条件下，局部毗邻低位错密度区的晶界AB段，可以扩张至高位错密度的晶粒，晶界扫过区域，位错密度头小，能量降低，成为低畸变或无畸变区，经一定时间，晶界扫过形成的低畸变区达到一定尺寸，即成为稳定的再结晶核心。

形成再结晶核心的条件是：当晶界扩展时能量可以降低。晶界弓出