金属材料与热处理-单元2　金属的晶体结构与结晶

单元二

金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构01纯金属的结晶02合金的相结构03本章内容合金的结晶04金属铸锭组织05金属的塑性变形与再结晶06本章内容在外界条件一定时，材料的性能取决于金属材料的化学成分、原子集合体的结构（晶体结构）和内部组织（晶粒组织）。一般来说，构成材料的化学成分不同，材料表现出来的性能也不同；晶体结构不同，材料的性能也不一样。晶粒组织粗大，材料的性能低，晶粒组织细小，材料的性能高。金属材料的性能与其内部结构有着很大的关系。因此，了解金属内部结构与性能之间的关系，对于生产中的选材和确定加工的方法，具有很重要的指导作用。项目概述项目目标了解相的概念以及合金的相结构；03了解金属的晶体结构，熟练掌握单晶、多晶与晶粒、晶体与非晶体、晶格与晶胞概念，了解金属的同素异构转变过程；01掌握纯金属的结晶过程及控制铸件晶粒大小的措施；02项目目标掌握金属塑性变形对金属组织的性能的影响，了解金属的再结晶和热加工；06掌握杠杆定律，匀晶相图、共晶相图和包晶相图的分析方法；04了解金属铸锭的组织、铸锭缺陷以及如何有效的控制铸锭组织；05一切物质都是由原子组成，根据内部原子的聚集状态不同，固态物质可分为晶体和非晶体两类。在晶体中如食盐、雪花、各种金属制品等，原子按一定的规律周期性排列，晶体具有固定的熔点（如铜的熔点为1083℃），且在不同方向上具有不同的性能，即晶体表现各向异性。而非晶体（如玻璃、松香、沥青等）的内部原子则是无规则地堆积在一起的，最多是局部的短程有序。与晶体不同，非晶体没有固定的凝固点和熔点，而是一个温度范围，且子非晶体各个方向上的原子聚集密度大致相同，即表现出各向同性。虽然晶体和非晶体有着本质上的差别，但在一定条件下，非晶体和晶体相互转化。例如，玻璃高温加热后可形成晶态玻璃，而金属经极速冷却后可制成非晶金属。一、晶体与非晶体原子通过结合键可构成分子，原子之间或分子之间也靠结合键聚结成固体状态。结合键可分为化学键和物理键两大类。化学键即主价键，它包括金属键、离子键和共价键；物理键即次价键，也称范德华力。此外，还有一种称为氢键，其性质介于化学键和范德华力之间。金属元素区别于其他元素的共性在于原子内部最外层电子数不多于三个，这个特点决定了金属原子间的结合键为金属键，金属的许多特性也因此得以解释。例如，自由电子在一定电位差下运动构成优良的导电性。另外，在金属一端受热，该处的正离子的振动会加强，表现为温度升高，它们的能量经过自由电子的碰撞将温度传到整块金属，金属表现出良好的导热性。二、金属原子的结合及其特性为了便于描述和理解晶体中原子在三维空间排列的规律性，可把晶体中的原子近似看成是刚性的球体，如图2-1（a）所示，用一些假想的几何线条连接各个原子的中心，构成一空间结构如图2-1（b）所示的三维空间格架。这种表示晶体中原子排列形式的三维空间格架叫空间点阵或晶格。根据晶体中原子排列的规律性和周期性的特点，我们可以从晶格中取出一个能完全代表晶格结构特征的最基本的几何单元，这种基本单元叫晶胞，如图2-1（c）所示。晶胞的各棱边长a、b、c叫作晶格常数；晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示，称为轴间夹角。三、晶格与晶胞具有体心立方晶格的金属有α-Fe、Cr、W、V等14种。金属晶体结构类型很多，绝大多数都具有比较简单的晶体结构，其中最型的有以下三种：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。在已知的80多种金属元素中，大部分金属的晶体结构分别属于这三种类型。很显然晶格类型不同，即指晶体结构不同。1.体心立方晶格体心立方晶格的晶胞如图2-2所示。晶胞的三棱边长度相等，即a=b=c，三个轴之间的夹角均为90°，构成一立方体，如图2-2（b）所示。立方体的8个顶角和立方体中心各排列一个原子，立方体中心的原子完全属于该晶胞，而每个顶角上的原子为相邻的8个晶胞所共有。故体心立方晶格的致密度K（晶胞内所有原子的体积和整个晶胞的体积的比值）为四、常见金属晶格类型2.面心立方晶格面心立方晶格的晶胞如图2-3

所示，也是一个立方体，立方体边长为a。在立方体的8

个顶角和6

个面中心各排列一个原子，每个面上的原子同时属于相邻两个晶胞，每个顶角上的原子为相邻的8个晶胞所共有。故面心立方晶格的致密度K为四、常见金属晶格类型大部分金属只有一种晶体结构，有些金属如铁、钛、钴、镍等具有两种或几种晶体结构。这类金属在加热或冷却的过程中，晶体结构会随温度变化发生变化，金属的这种现象，称为同素异构转变。金属由同素异构转变的得到的不同晶格类型的晶体称为同素异构体。铁是这类金属的典型代表，在固态下，铁随温度变化可发生两次同素异构转变，形成三种同素异构体。纯铁的冷却曲线和结构变化如图2-5

所示。铁在912℃以下时是体心立方晶格，称为α-Fe；当加热到912℃时发生同素异构转变，由体心立方晶格α-Fe

转变成面心立方晶格，称为γ-Fe；当加热到1

394℃时再次发生同素异构转变，由面心立方晶格γ-Fe

体心立方晶格α-Fe

又转变成体心立方晶格，称为δ-Fe。由于不同的晶体结构致密性不同，故当金属发生同素异构转变时，金属的体积将发生突然变化。图2-6

是纯铁加热时的膨胀曲线。三种同素异构体中，α-Fe

和δ-Fe

同属体心立方结构，致密度小于面心立方结构的γ-Fe，故温度加热到912℃时，由α-Fe

转变γ-Fe，纯铁致密度增大，体积减小；温度到达1

394℃时，由γ-Fe

转变为δ-Fe，致密度减小，纯铁体积膨胀增大。五、金属的同素异构转变五、金属的同素异构转变1.单晶体与多晶体单晶体是指在一定容积内只含有一颗晶粒（外形不规则的小晶体）的晶体，晶体内部的晶格位向完全一致。这种晶体只有采用特殊的方法才能够获得。结构材料很少采用单晶体，实际金属是由许多晶格位向不同的晶粒组成的多晶体。晶粒内部，晶格位向基本一致，而相邻的晶粒晶格位向有所不同。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界，有无晶界存在，是单晶体与多晶体的一个区别。由于金属是多晶体结构，实际测得的金属性能是各个位向不同的晶粒的平均性能，使金属显示各向同性。六、实际金属的晶体结构金属自液态冷却转变为固态的过程称为凝固，凝固后的固态金属通常是晶体，故这一转变过程称为结晶。所有通过冶炼和铸造得到的金属材料，都要经过由液态转变为固态的结晶过程。研究金属结晶过程的基本规律，对改善金属材料的组织和性能，都具有重要的意义。一、纯金属的冷却曲线和过冷现象将纯金属放入干坩埚2中，通过电炉1加热使金属熔化成液态，将热电阻4插入金属液中测量温度并在坐标图上记录(图2-12)，让液态金属缓慢均匀冷却至完全凝固，每隔一段时间测量一次温度，并在坐标图上记录，得到如图2-13所示的纯金属的冷却曲线。从图2-13可知：（1）纯金属液的温度随时间的增加而逐渐下降。（2）当冷却到T1时，金属的温度随着时间的增加却稳定不变。在这段时间内，液态金属开始凝固释放热量，弥补了金属对外散发的热量，即这段时间金属正在结晶，我们把金属结晶过程中释放的热量叫作结晶潜热。T1称为实际结晶温度。（3）结晶结束后，由于金属继续散热，固态金属的温度随时间的增加而逐渐下降。（4）过冷现象。金属的熔点称为理论结晶温度，用T0表示。金属的实际结晶温度T1总是低于理论结晶温度T0的现象，称为过冷现象。它们的温度差ΔT=T0－T1，称为过冷度，过冷度恒大于零。一、纯金属的冷却曲线和过冷现象过冷度的大小与金属的种类、纯度以及冷却速度有关，可以在很大的范围内变化。对于化学成分完全相同的金属，冷却速度越大，过冷度也越大；反之亦然。液态金属的纯度低，过冷度小。二、纯金属的结晶过程二、纯金属的结晶过程由于晶胞的顶角和棱边处的散热性好，缺陷多，液体原子容易固定，晶粒在棱边和顶角处就优先长大，以此类推得到的晶体称为树枝状晶体，简称为枝晶，如图2-17

所示。散热方向三、晶粒大小及控制措施晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒大小称为晶粒度，可以用单位体积内晶粒数目来表示，数目越多，晶粒越小。为了测量方便，通常用晶粒的平均面积或晶粒的平均直径来表示晶粒的大小。在常温下，细晶粒金属与粗晶粒金属相比，具有较高的强度、硬度、塑性和韧性。晶粒细化的方法为提高金属的力学性能，必须控制结晶后晶粒的大小，尽量细化晶粒。金属结晶时每个晶粒都是由一个晶核长大而成的，其晶粒度取决于形核率和长大速度。根据形核和长大规律，工业上常用的细化晶粒的方法有加大冷却速度以增加过冷度、变质处理和振动处理。纯金属虽然也有很好的导电、导热性能，在一些领域得到了一定的应用，但纯金属强度、硬度等力学性能较低，在应用上会受到一定限制。因此，工业上广泛应用的是合金，而不是纯金属。一、基本概念合金所谓合金就是由两种或两种以上的金属元素（或金属元素与非金属元素）经过冶炼、烧结或用其他方法组合而成的具有金属特性的物质。合金不仅具有较好的综合机械性能，而且价格比纯金属低廉，故应用更为广泛。给定组元按不同比例可以配制一系列不同成分的合金，构成一个合金系。组元组成合金最基本的、独立的单元称为组元。由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金，以此类推。相合金中的相是指具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态，并以界面相互分开的、均匀的组成部分。固态下只有一个相的合金称为单相合金，由两个或两个以上相组成的合金称为多相合金。4.组织合金的相可以以不同数量、形状、大小和分布方式组合，构成在显微镜下观察到的不同组织。所谓组织，指的是肉眼或显微镜观察到的不同组成相的形状、尺寸、分布和各相之间的组合状态。二、固溶体一组元（溶剂）保留自己的晶格类型，另外的组元（溶质）以原子形式进入其中形成的相称为固溶体。按照溶质原子在溶剂晶格中的配置情况即所占位置的不同，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两类，如图2-18所示。1.置换固溶体置换固溶体是指溶质原子占据了部分溶剂原子晶格中的某些结点位置而形成的固溶体，如图2-18（a）所示。置换固溶体通常是溶质原子任意分布的无序固溶体；在一定条件下少数合金（如Cu-Au

合金）的溶质原子会以一定的比例按一定规律分布在溶剂晶格结点上，这种固溶体称为有序固溶体（或称超结构）。金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体，但固溶能力相差悬殊。根据溶质原子在溶剂中的溶解能力，置换固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体。通常固溶体的溶解度是有限的，这类固溶体称为有限固溶体；而不存在极限浓度限制的固溶体为无限固溶体，也称为连续固溶体，这类固溶体中各组元可按任意比例相互溶解。大量试验表明，大多数合金只能有限固溶，只有两组元的晶格类型相同，原子半径相差很小，原子结构相同时，才可以无限互溶，形成无限固溶体。此外，固溶度还与温度有关，温度越高，固溶度越大。2.间隙固溶体

溶质原子嵌入溶剂晶格中各结点之间的间隙所形成的固溶体为间隙固溶体，如图2-18（b）所示。实践证明只有当溶质原子半径与溶剂原子半径之比r质/r剂＜0.59时，才可能形成间隙固溶体，两者大小相当时则易形成置换固溶体。无论是置换固溶体，还是间隙固溶体，溶质原子的溶入必然导致溶剂晶格的畸变，增加位错运动的阻力，提高合金的强度和硬度，这就是典型的固溶强化现象。只要能适当控制固溶体中溶质的含量，固溶体能在显著提高金属材料的强度、硬度的同时，仍能保持良好的塑性和韧性。可见固溶强化是金属材料，特别是有色金属材料的主要强化手段之一。在物理性能方面，随着溶质原子浓度的增加，固溶体的电阻率下降，电阻升高，电阻温度系数减小。因此工业上应用的精密电阻或电热材料，如铁铬铝电阻丝等都广泛采用单相固溶体合金。三、金属化合物金属化合物是合金组元间发生相互作用而生成的具有金属特性的一种新相，又称中间相，金属化合物的熔点一般较高，性能硬且脆。当金属化合物在固溶体上弥散分布时能阻碍位错的运动，使合金的强度、硬度耐磨性等得到很大的提高，但同时也降低了合金的塑性和韧性，这就是所谓的弥散强化现象。金属化合物是各类合金钢、硬质合金及其他有色金属的重要组成相。相比纯金属，合金的凝固过程趋于复杂，合金的结晶在遵守结晶的基本规律的基础上，具有的特点主要包括两方面：一方面合金的结晶基本上是在一定温度范围内完成的，而不是在恒温下进行的。在一个合金系中，不同成分的合金的结晶温度的起止点是不同的。合金的组织不仅随成分的不同而不同，还会随温度的变化而发生变化。显然，仅用简单的冷却曲线已经无法清楚地表达合金的结晶过程，因此我们引入了相图的概念。相图是指合金系在平衡条件（等温、等压、等容）下，合金的状态与成分、温度与相之间相互关系的图形。一、二元合金相图的建立二元合金相图可以看成是由合金系中若干不同成分的合金的冷却曲线合并而成的，通常用热分析法建立。现以Ni-Cu二元合金为例说明合金相图的建立方法与步骤。配置若干组成分不同的Ni-Cu合金并将其熔化。图2-19（a）给出的是100%Ni、80%Ni+20%Cu、60%Ni+40%Cu、40%Ni+60%Cu、20%Ni+80%Cu以及100%Cu的冷却曲线。由图2-19（a）可见，合金的凝固是在一定温度范围内进行的，温度较高的转折点（临界点）表示结晶的开始温度，而温度较低的转折点对应的是结晶的终结温度。二、杠杆定律

二元合金相图中，为了方便称呼，往往在各自区域写上相应的相符号或组织状态符号，并给曲线标上字母。如图2-20所示，液相线上方是液相区，合金是液体状态，用L表示。固相线的下方是固相区，合金是固溶状态，用α表示。液相线与固相线之间是结晶状态，用L+α表示。液相区和固相区中都只有一个相，属于单相区。而由液相线和固相线围成的那个相区属于双相区。

结晶过程中的合金，液相成分和固相成分随着温度的下降分别沿液相线和固相线变化。在给定的温度下，作一条平行于横轴的直线，与相应的相线交点所对应的化学成分就是相应相的化学成分。固液两相的相对含量可用杠杆定律来确定。三、匀晶相图

在固态和液态下均能无限互溶的二组元构成的相图为匀晶相图，绝大多数的二元相图都包括匀晶转变部分。匀晶相图是最简单的二元合金相图，只有两个单相区L及α，一个两相区L＋α，如图2-21所示。Cu-Ni，An-Ag，An-Pt等合金具有这类相图。三、匀晶相图

合金的结晶过程和纯金属一样，也包括形核与长大两个阶段。合金的结晶是在一定的温度范围内进行的，由于液、固两相的成分随温度下降不断地发生变化，因此，结晶过程依赖于两组元原子的扩散。若结晶过程中有充分时间进行组元间的扩散，以达到平衡相的成分，这个过程称为平衡结晶。需要着重指出的是，在每一温度下，平衡结晶实质包括三个过程：液相内的扩散过程；固相的继续长大；固相内的扩散过程。

平衡结晶得到的固溶体晶粒内的成分是均匀一致的。如果结晶是在不平衡的条件下（如冷却速度较快）进行的，则会出现先析出的α晶体的成分来不及扩散，就被另一成分析出的α晶体包围，造成晶粒内部化学成分不均匀的枝晶偏析现象，这个过程叫作非平衡结晶过程。

枝晶偏析是非平衡凝固的产物，在热力学上是不稳定的，通过“均匀化退火”或称“扩散退火”，即在固相线以下较高的温度（要确保不能出现液相，否则会使合金“过烧”）经过长时间的保温使原子扩散充分，使之转变为平衡组织。四、共晶相图

在液态相互溶解的两组元，在一定温度一定成分下同时结晶出两种固相，这种转变叫作共晶转变。具有共晶转变的相图叫作共晶相图。结晶出的两种固相只能部分互溶，甚至完全不溶，其混合物称为共晶组织或共晶体，发生共晶转变的温度称为共晶温度，它比各组元的熔点都低。图2-22所示的Pb-Sn合金相图是一个典型的二元共晶相图，具有这种相图的还有Pb-Sn系、Al-Si系、Ag-Cu系等。五、包晶相图

已结晶的固相与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变称为包晶转变，具有包晶转变的相图叫包晶相图。发生包晶转变时的温度称为包晶温度。组成包晶相图的两组元，在液态时可无限互溶，而在固态时只能部分互溶。具有包晶转变的二元合金有Cu-Zn、Ag-Sn、Pt-Ag等。

图2-23所示为Pb-Sn合金相图，图中ACB是液相线，APDB是固相线，PE是Ag在Pt为基的α固溶体的溶解度曲线，DF是Pt在Ag为基的b固溶体的溶解度曲线。共三个单相区：液相L、固相α和固相β，此外还有3个两相区，即L+α、L+β和α+β。水平线PDC是一条三相（L、α、β）共存线，成分在PC范围内的合金在该温度都将发生包晶转变，包晶转变反应式如下：

铸锭组织包括晶粒大小、形状和取向，合金元素和杂质分布以及铸锭中的缺陷（缩孔、气孔、夹杂物等）。铸件的铸态组织影响其机械性能，铸锭的铸态组织影响着其后续的加工性能以及成品的使用性能。因此了解铸件或铸锭的铸态组织是十分必要的。一、铸锭的组织1.表面细晶区（激冷带）表面金属液与铸模接触，迅速冷却为一薄层细小等轴晶粒，组织致密，杂质少，机械性能好，但厚度太小，没有多大实际意义。2.柱状晶区形成细晶区时，金属遇冷收缩，模壁迅速升温而膨胀，细晶区与模壁之间形成一空气层，向外散热能力下降，再加上结晶潜热的释放，造成靠近固液界面的液体前沿过冷度减小，形成新晶核的可能性不大。由于铸模在高度方向上的尺寸是大于截面尺寸的，并且铸模侧面到中心温差较大，只有在垂直模壁的方向上散热条件相对好些，因此，枝晶沿此方向生长，最后形成柱状晶粒。一、铸锭的组织

当铸模表面和中心温差过大且无新晶核生成，柱状晶可以长到铸锭中心，甚至与对面的柱状晶相连接，形成穿晶，如图2-25所示。此时第三层晶粒组织便不存在。相反之下，柱状层也有可能不存在。3.中心等轴晶区随柱状晶发展，越靠近铸锭中心，散热越困难，剩余液体温度趋于均匀，加上杂质的作用，即使液体在过冷度很小的条件下也开始结晶，直到与柱状晶接触完成结晶为止。由于此时散热不具有方向性，等轴晶区的晶粒在各个方向上的尺寸接近均等，呈颗粒状分布，且粗大，组织比较疏松。二、铸锭组织控制

不同晶区具有不同的性能，如柱状晶组织致密，性能具有方向性；细晶区晶粒细小，机械性能好等。在不同的凝固条件下，设法使性能好的晶区尽可能大，不利的晶区尽量减少，直至消失，是非常有意义的。铸锭组织中柱状晶对性能的影响占主要地位，了解影响柱状晶生长的因素是很有必要的。

铸造温度低，冷却速度慢，有利于保持截面温度的均匀性，促进等轴晶的形成，适用于钢铁铸件的组织。由于柱状晶的接触面常有非金属杂质或低熔点杂质，为了避免在热轧、锻造时开裂，对于熔点高和杂质多的金属，不宜生成柱状晶。

铸态金属材料往往存在晶粒粗大不均、不致密等缺陷，所以大多数金属材料在冶炼浇铸后，都要经过轧制、冷拔、锻造、冲压等塑性加工，使金属产生各种塑性变形，得到所需的外形尺寸，并改善金属材料的组织和性能，从而提高金属材料的机械性能。因此研究金属的塑性变形规律对于改进加工工艺、提高生产率、提高产品的质量、合理使用材料等都具有重要的指导意义。塑性变形方式主要有：滑移、孪生、扭折、晶界滑动和扩散性蠕变等。一、单晶体的塑性变形

如图2-26（a）所示，对单晶体进行拉伸，晶体受到的外力P在晶体内的某一晶面分解为两种应力。一个是垂直于该晶面的应力，即正应力σ，另一个是平行于该晶面的应力，即切应力τ。在正应力作用下，弹性范围内，晶体被拉长，撤力后，晶体又恢复原状，增大正应力，则晶体被拉断，图2-26（b）所示；而切应力作用下，晶格在弹性扭曲之后，进一步伸长变形，造成滑移，如图2-26（c）所示。通过大量的滑移面的滑移，最终宏观上表现为试样被拉长，同时滑移面发生转动和扭曲，如图2-26（d）。滑移虽然是在切应力作用下发生的，但实际上取决于滑移面内滑移方向上的分切应力的大小。只有当分切应力大于某一临界值时才能滑移，该临界值即为临界分切应力，用符号τk表示。二、多晶体的塑性变形

工业中实际使用的金属大多是多晶体，室温下多晶体塑性变形的基本方式也是滑移和孪生。由于多晶体是由许多形状、大小、位向各不相同的晶粒组成的，并且多晶体内存在大量晶界，从而使多晶体的塑性变形比单晶体复杂得多。

外力作用下，晶体内各晶粒滑移次序和变形量随晶粒位向和晶界数目的不同而不同。晶粒中的各个晶粒并不是同时发生塑性变形的，分切应力大的滑移系，首先发生滑移，到达晶界时，由于晶界处原子排列不规则，阻碍了位错的运动，并在晶界附近堆积，与此同时，位错运动还受到邻近不同位向的晶粒的阻碍。随着外力的增加，位错进一步堆积，最终致使邻近晶粒中位错开始，变形便从一批晶粒传递到另一批晶粒。单位体积内的晶粒越细小，晶粒的数目就越多，晶界就越多，不同位向的晶粒也越多，受到的塑性变形抗力越大，表现出较好的塑性和韧性。因此要尽可能的细化晶粒，提高材料的强度、硬度、塑性和韧性。三、塑性变形对金属组织和性能的影响1.塑性变形对组织结构的影响（1）塑性变形还会使晶体内部晶粒破碎，形成位向不同的小晶块，即亚结构。在亚结构的边界上聚集着许多位错，随变形程度增大，亚结构进一步细化，位错密度增加，进一步增加了滑移的阻力。（2）金属塑性变形时，外形发生变化的同时，内部晶粒形状也发生了很大的变化。通常是晶粒沿变形方向压扁或拉长。原来没有变形的晶粒，经过加工变形后，晶粒形状逐渐发生变化。随着变形方式和变形量的不同，晶粒形状的变化也不一样，如在轧制时，单个晶粒沿着变形方向逐渐伸长，变形量越大，晶粒伸长的程度也越显著。（3）多晶体在塑性变形时也伴随有晶体的转动，变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒会逐渐取向趋于一致。这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织叫作变形织构。变形织构有丝织构和板织构两种类型。三、塑性变形对金属组织和性能的影响2.塑性变形对金属性能的影响（1）加工硬化。位错运动时产生的固定割阶、位错缠结等障碍引起的变形抗力增大，使塑性变形困难，即金属的强度和硬度随变形量增大而增加，塑性和韧性则下降，金属的这一现象即为加工硬化或形变强化。加工硬化可以提高金属的强度，是强化金属的重要手段，尤其对那些不能用热处理强化的金属材料显得更为重要。加工硬化也是某些工件或半成品能够加工成形的重要因素。另一方面，加工硬化使金属塑性降低，使进一步的冷塑变形困难，进一步变形需要更大的动力。有时由于塑性过低，继续变形会导致金属开裂，可以通过中间热处理来消除加工硬化，但这样做会增加成本。（2）使金属产生某些物理和化学性能变化。经过冷塑性变形的金属，物理性能和化学性能也发生变化。比如导热系数下降，导电性能和电阻温度系数下降。变形后由于晶体缺陷（位错和空位）的增加，是扩散速度的加大。此外，金属处于高能状态，原子活动能力加强，金属更易腐蚀。（3）残余应力。金属在塑性变形时，外力所做的功大部分转化为热能，使金属温度升高，随后散失掉，但尚有一小部分（约10%）保留在金属内部，形成残余应力和晶格畸变。按残余应力作用范围的不同，分为三类：第一类内应力（宏观残余应力）、第二类内应力（微观残余应力）、第三类内应力（晶格畸变）四、回复与再结晶

温度较高时，原子有活动能力，形变后处于高能不稳定状态的金属开始向稳定状态转变，随着温度的升高，金属的结构和性能都有所变化，这种变化分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。1.回复图2-27中，当温度低于在T1时，属于回复阶段。在这一过程中，主要是各种点缺陷进行各种形式的迁移、中和，使点缺陷密度明显降低，晶格畸变程度大为减轻，从而使内应力有所降低，但晶粒外形尚无明显变化，位错密度降低很少，力学性能变化不大，冷变形强化状态基本保留。回复退火正是利用这一点得以进行的。四、回复与再结晶2.再结晶图2-27中，从T1升到T2的阶段属于再结晶阶段。T1温度时，形变组织的晶粒内部出现少数的新晶粒的形核，并逐渐长大，温度到达T2后，形变组织消失，晶粒全部变为等轴晶粒，性能发生了明显变化。再结晶过程首先是在晶粒碎化最严重的地方产生新晶核，然后晶核吞并旧晶核而长大，直到旧晶核完全被新晶核代替为止。再结晶后的晶粒内部晶格畸变消失，位错密度减小，金属的强度、硬度显著下降，塑性显著上升，使变形金属的组织和性能基本上恢复到变形前的状态。3.晶粒长大再结晶结束后得到的是无