金属材料热处理复习资料1.docx

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金属材料热处理复习资料1

一、名词解释

《金属学与热处理》的基本要求

第一部分材料结构的基本知识

1、基本概念：

金属键、离子键、共价键、氢键、范德瓦尔斯键、晶体、结晶、凝固、单晶体、多晶体、晶体的各相异性、伪各向同性、组织。

2、原子核外电子排列的基本规律。

3、原子（分子）间的结合键及其本质。

第二部分材料中的晶体结构

1、晶体学基础

（1）基本概念：

晶胞、简单晶胞、复合晶胞。

（2）晶胞的选取原则及表示方法。

（3）晶向指数的求取方法。

（4）晶面指数的求取方法。

（5）晶向（晶面）族中包含的具体晶向（晶面）。

2、纯金属的晶体结构

（1）基本概念：

密排面、密排方向、配位数、致密度、同素异构转变。

（2）面心立方、体心立方、密排六方三种常见晶体的晶胞结构特点、密排面、密排方向、晶格常数与原子半径、晶胞中原子数、配位数、致密度、八面体间隙、四面体间隙。

（3）面向立方结构与密排六方结构的异同性比较。

（4）常见金属的晶体结构类型。

3、离子晶体结构

（1）基本概念：

离子晶体的配位数、负离子配位多面体。

（2）鲍林关于离子晶体结构的三大规则。

第三部分晶体缺陷

1、基本概念：

空位、间隙原子、刃型位错、螺型位错、全位错（单位位错）、不全位错、扩展位错。

2、点缺陷的平衡特性。

3、位错的柏氏矢量及其表示方法。

k

4、位错线及其特点。

5、位错的基本类型及其特点。

6、位错滑移（攀移）的基本规律。

7、刃（螺）型位错的应力场。

8、位错反应的条件。

9、面向立方晶体中的肖克莱不全位错及其形成过程。

10、常见的面缺陷。

11、小角度晶界的本质。

12、润湿现象及其本质。

第四部分纯金属的结晶

1、基本概念：

过冷度、均匀形核、非均匀形核、形核率、偏析、夹杂、缩孔、缩松。

2、液态金属的结构特点。

3、液态金属结晶的热力学条件。

4、液态金属结晶的微观过程。

5、均匀形核时临界晶核尺寸及其求法。

6、粗糙（光滑）型界面晶体的生长规律。

7、减小晶粒尺寸的常用方法。

8、铸锭的三种典型组织及其形成。

9、常见铸造缺陷及其形成原因。

第五部分二元合金的相结构与结晶

1、合金的相结构

（1）基本概念：

合金、组元、相、固溶体、置换固溶体、间隙固溶体、有限固溶体、无限固溶体、固溶强化。

（2）固溶体及其主要特点。

（3）中间相及其主要类型。

2、二元合金相图

（1）基本概念：

相图、匀晶反应、共晶反应、共析反应、包晶反应、共晶体、成分过冷、

（2）吉布斯（Gibbs）相律及其应用。

（3）用热分析法建立二元相图。

（4）杠杆定律及其灵活应用。

（5）匀晶（共晶）相图的基本结构、典型合金的平衡结晶过程、室温组织组成（相组成）及其相对含量。

（6）成分过冷的形成及其对晶体生长的影响。

（7）相图与性能的关系。

第六部分铁碳合金

1、基本概念：

奥氏体（A）、铁素体（F）、渗碳体、一次（二次、三次）渗碳体、珠光体、莱氏体

2、Fe-Fe3C平衡相图、三相平衡反应、典型成分铁碳合金的平衡结晶过程、室温组织组成（相组成）及其相对含量。

3、含碳量对铁碳合金平衡组织、力学性能的影响规律。

第七部分三元相图

1、基本概念：

化学位。

2、多相体系中的相平衡条件。

3、二元系统的相平衡的公切线法则。

4、三元相图中浓度平面的等边三角形表示方法。

5、三元匀晶、具有两相共晶反应的三元系相图、具有四相平衡共晶反应的三元系相图的结构。

6、相区接触法则及其应用。

7、投影图及其在合金结晶过程分析中的应用。

第八部分材料的变形和断裂

1、基本概念：

弹性变形、塑性变形、屈服、加工硬化、再结晶、冷加工（变形）、热加工（变形）、晶体的滑移、孪生、滑移系、单滑移、多滑移、交滑移、柯垂尔气团、再结晶。

2、金属受外力后变形和断裂的一般过程。

3、滑移变形与孪晶变形的比较。

4、单晶体滑移的施密特定律。

5、晶体进行交滑移的过程。

6、多晶体塑性变形的主要特点。

7、洛麦尔-柯垂尔锁的形成过程及其对晶体塑性变形的影响。

8、F-R源进行位错增殖的机制。

9、双交滑移进行位错增殖的机制。

10、低碳钢中的柯垂尔气团及其对低碳钢塑性变形的影响。

11、金属经冷塑性变形后组织和性能的变化规律。

12、金属热变形及对组织与性能的影响。

第九部分扩散

1、基本概念：

扩散、上坡扩散、反应扩散、柯肯达尔效应、

2、元素在固体金属进行扩散的条件。

3、菲克第一定律。

4、菲克第二定律的数学推导。

5、扩散的驱动力。

第十部分金属材料的热处理原理

1、基本概念：

固态相变、共格界面、奥氏体的晶粒度、奥氏体的本质晶粒度、奥氏体实际晶粒度、奥氏体的起始晶粒度、普通片状珠光体、索氏体、屈氏体、粒状珠光体、珠光体的片间距、马氏体、马氏体的正方度、K-S关系、贝氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体、钢的临界冷却速度、淬火、回火、回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体、钢的回火脆性。

2、金属材料的热处理及其主要目的。

3、固态相变的主要特点、基本类型。

4、片状珠光体加热向奥氏体转变的基本过程。

5、影响奥氏体晶粒大小的因素。

6、片状珠光体和粒状珠光体的性能特点。

7、合金元素对奥氏体→珠光体转变的影响。

8、珠光体片间距与性能的关系。

9、马氏体转变的主要特点。

10、板条马氏体、片状马氏体的显微组织形态、亚结构、性能。

11、上贝氏体、下贝氏体的显微组织形态、亚结构、性能。

12、过冷奥氏体等温转变及其影响因素。

13、过冷奥氏体连续冷却转变图。

14、钢的临界冷却速度及其主要影响因素。

15、回火及其主要目的。

16、淬火钢回火时的主要转变内容。

17、钢中合金元素对回火转变的影响规律

18、低温回火脆性、高温回火脆性及其主要特点。

二、填空

1、结晶与凝固的最根本的区别是。

2、菲克第一扩散定律的数学表达式是，菲克第二扩散定律的数

学表达式是。

3、铸锭典型组织通常由三个晶区组成，从表面至中心依次分别是晶区、

晶区和晶区。

4、含碳0.77%的共析碳钢加热到750℃、充分保温后的组织是奥氏体；含碳0.20%

的亚共析碳钢加热到750℃、充分保温后的组织是；含碳1.40%

的过共析碳钢加热到750℃、充分保温后的组织是。

5、在金相显微镜下观察，上贝氏体呈羽毛状下贝氏体则呈状，其

中具有较高的综合机械性能。

6、原子间的结合键可分为和二次键，二次键分为和。

其中具有普遍性。

7、面心立方晶体结构的密排面是面、密排方向是方向。

8、位错的运动包括和两种方式。

9、淬火钢回火时，随着回火温度的升高，依次可发生、、

和四个过程。

10、过冷奥氏体是指奥氏体。

等

温转变时，过冷奥氏体稳定性越高，其向珠光体（贝氏体）转变的孕育期就

越、向马氏体转变时的开始温度（Ms）就越。

11、晶体与非晶体结构上的最根本的区别是。

12、α-Fe的一个晶胞内的原子数为，而γ-Fe的一个晶胞内的原子数为。

发生由α-Fe向γ-Fe的转变时,其体积。

13、金相试样的制备一般包括取样、镶嵌、、、等主要步骤。

14、三元相图中，与四相平衡平面（区）相接触的三相区共有个，与四相平衡平面（区）相接触的两相区共有个。

15、变形金属最低再结晶温度与其熔点的关系是。

16、碳钢奥氏体→马氏体转变的K-S关系是。

17、再结晶与相变重结晶的本质区别是。

18、在金相显微镜下观察，下贝氏体呈而上贝氏体则呈。

19、板条状马氏体与透镜片状马氏体具有不同的亚结构，前者主要为而后者主要为。

19、纯铜的晶体结构为，一个晶胞内的原子数为，密排面为。

密排方向为。

20、刃型位错的柏氏矢量与其位错线，螺型位错的柏氏矢量与其位错线，不论刃型位错还是螺型位错，滑移时位错线均沿与位错线本身的方向运动，而晶体的滑移方向则与柏氏矢量方向。

21、钢中奥氏体化一般包括、、和

四个主要过程。

22、三元相图中，与四相平衡平面（区）相接触的两相区共有个，其与四相平衡平面的接触为接触。

23、钢在常温下的变形加工为，而铅在常温下的变形加工为。

24、在金相显微镜下观察，下贝氏体呈状而上贝氏体则呈状，其

中具有较高的综合机械性能

25、根据晶体缺陷的几何特性，可分为、和三类。

26、纯铁在固态下有两种晶体结构,分别为立方结构，称为α-Fe（δ-Fe）和立方结构，称为γ-Fe。

当发生由α-Fe向γ-Fe的转变时,其体积，该转变称为转变。

27、体心立方晶体结构的密排面是面，密排方向是方向。

28、点缺陷主要有、和等。

29、金属中常见的三种晶体结构是、和立方结构。

30、材料中的一次键包括、和三种。

31、面心立方晶体结构的密排面是面，密排方向是方向。

32、钢中塑性变形的主要方式有和。

33、扩散的本质驱动力是。

34、固态相变时新、旧相的相界面按其结构特点可分为界面、　　界面和界面。

其中界面的界面能最高。

35、等温淬火工艺是为了得到　组织。

36、低碳钢淬火一般得到马氏体，而高碳钢淬火得到　马氏体。

37、钢的奥氏体化过程一般分为奥氏体晶核的形成及长大、和等阶段。

37、钢的晶粒度通常分为级，其中级最粗，级最细。

38、钢中典型回火组织有回火马氏体、和。

39、钢中常见贝氏体类型的组织有和，其中具有很高的强度和韧性，生产中广泛应用。

40、下贝氏体具有优良的机械性能，一般采用的方法获得。

41、根据过冷奥氏体转变温度的不同,过冷奥氏体转变可分为、、和三种类型。

42、按“每个点阵周围环境相同”的要求，总共有种空间点阵，分属大晶系。

43、依据产生畸变的空间尺寸，可将晶体缺陷分为、和。

44、金属中常见的三种晶体结构为、和。

45、一般情况下，铸锭组织包括、和三种典型晶粒。

三、判断对错

1、凡含有氢元素的分子都存在氢键，所以氢键具有普遍性。

（）

2、凡提高过冷奥氏体稳定性的因素都必将推迟其分解（增大珠光体、

3、贝氏体转变的孕育期，降低马氏体转变的Ms点）。

（）

4、相同奥氏体化条件下，同一钢种的CCT曲线必定位于其TTT曲线的右下方。

（）

5、凡纯金属的结晶必定在一恒定温度下进行，凡合金的结晶必定在一温度范围

内完成。

（）

6、马氏体的含碳量越高，则其硬度越高。

（）

7、凡在常温下对金属材料进行的塑性加工均为冷加工。

（）

8、淬火钢回火时，随着回火温度的逐渐升高，钢的强度硬度不断下降而塑性韧性则不断升高。

（）

9、凡间隙固溶体必是有限固溶体。

（）

10、只要温度高于绝对零度，平衡时晶体中必定存在点缺陷。

（）

11、凡合金元素溶入奥氏体中必能提高过冷奥氏体的稳定性、降低Ms点。

（）

12、固溶体的强度和硬度比形成该固溶体的溶剂的强度和硬度高。

（）

13、金属结晶时，过冷度越大则晶粒越细小。

（）

14、铸铁件也可以采用再结晶的方法来细化晶粒。

（）

15、淬火钢回火时，随着回火温度的逐渐升高，钢的强度硬度不断下降而塑性韧性

则不断升高。

（）

16、凡有限固溶体必是置换固溶体。

（）

17、晶体中形成肖克来空位比形成弗兰克空位容易。

（）

18、凡合金元素溶入奥氏体中必能提高过冷奥氏体的稳定性、降低Ms点。

（）

19、点缺陷和位错都是平衡缺陷。

（）

20、即使在正温度梯度下，纯金属结晶时也一定会产生树枝状生长。

（）

21、位错线是晶体中未滑移区与已滑移区的边界。

（）

22、螺型位错不仅能滑移而且能攀移。

（）

23、对金属而言，增大过冷度，可获得较细小的晶粒。

（）

24、二元合金中共晶反应、匀晶反应、包晶反应都是三相平衡反应（）

25、一次、二次、三次渗碳体具有不同的组织形态，但都为同一个相。

（）

26、在绝对温度以上，晶体中总是存在着一定浓度的点缺陷。

（）

27、间隙固溶体一定是有限固溶体。

（）

28、刃型位错的位错线一定是一条直线。

（）

29、对二元合金而言，处于二相平衡共存时，两平衡相的浓度只取

决于平衡共存温度而与合金的成分无关。

（）

30、一般情况下，金属材料无各向异性，是因为其为多晶体。

（）

31、二元合金中三相平衡反应在一恒定温度下进行。

（）

32、只有螺旋位错才可以进行交滑移，韧性位错不能发生交滑移。

（）

33、二次再结晶就是在一次再结晶的基础上重新产生新的晶核并长大。

（）

34、应变能和界面能均是固态相变的阻力。

（）

35、凡是使C曲线右移的合金元素,均提高钢的淬透性。

（）

36、片状珠光体、索氏体和屈氏体都是由片状铁素体与片状渗碳体组成的。

（）

37、高温回火脆性是可逆回火脆性。

（）

38、菲克第二定律是在dc/dt=0的条件下适用的。

（）

39、金属塑性变形时因物体各部分不均匀变形引起的内应力叫微观内应力（）

40、本质细晶粒钢在任何情况下均可获得细晶粒组织。

（）

41、塑性变形后的金属在回火阶段，仍然保持伸长的纤维状组织特征。

（）

42、金属的变形度越小，再结晶开始温度越高。

（）

43、马氏体是碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体。

（）

44、钢件的热处理可以在固态下进行,也可以在液态下进行。

（）

45、点缺陷是平衡缺陷，而位措是非平衡缺陷。

（）

46、在正温度梯度下，合金结晶时一定会产生树枝状生长。

（）

47、刃型位错不仅能滑移而且能攀移。

（）

48、在液态金属中，凡是小于临界晶核半径的晶胚都不能成为晶核。

（）

49、固溶体的结晶在一温度范围内进行，二元合金的三相平衡反应在恒温下进行。

（）

50、点缺陷是平衡缺陷，而位措也是平衡缺陷。

（）

51、在正温度梯度下，纯金属结晶时也会产生树枝状生长。

（）

52、均质形核比非均质形核所需的过冷度要小得多。

（）

53、具有共晶相图的合金系中的任一成分合金平衡组织中一定包含有共晶。

（）

54、奥氏体、铁素体、珠光体、莱氏体都是碳溶解在铁中的固溶体，只不过是铁的晶体结构不同罢了。

（）

55、

固溶体的结晶在一温度范围内进行，二元合金的三相平衡反应在恒温下进行。

（）

三、分析

1、试根据等温转变图确定奥氏体分别按图中

不同方式冷却到室温的组织：

（1）冷却方式①的室温组织。

（2）冷却方式②的室温组织。

（3）冷却方式③的室温组织。

（4）冷却方式④的室温组织。

（5）冷却方式⑤的室温组织。

1、淬火钢的最大硬度与碳含量的关系如图所示，其中曲线1为钢高于Ac3（Acm）淬火的硬度、曲线2为钢高于Ac1淬火的硬度、曲线3为钢高于Ac3（Acm）淬火马氏体的硬度、曲线γR为钢高于Ac3（Acm）淬火后钢中残余奥氏体的量。

试分析：

（1）高于AC1淬火时，碳含量对钢的硬度的影响规律。

（2）高于AC3（Acm）淬火时，碳含量对淬火

马氏体硬度的影响规律。

（3）高于AC3淬火时，碳含量对钢中残余奥氏体量的影响规律。

（4）解释“为何高于AC3（Acm）淬火、当碳含量超过0.8左右时，随着碳含量的增加，钢的硬度不断下降。

”这一现象。

（5）根据以上结果，你认为过共析钢淬火，温度应怎样选择？

3、试应用柯垂尔气团理论分析图8-25的实验结果。

4、下图为某钢的CCT图，指出图中分别按（a）、（b）、（c）冷却速度冷却至室温后的组织组成。

四、问题

1、简要叙述F-D位错源的位错增殖过程。

2、试从主要缺陷类型、金相组织形态、机械性能特点、形成条件比较钢中常

见的两种马氏体（板条马氏体和片状马氏体）的不同点。

3、均匀形核时若临界晶核为a的正方体，试求出其△Gk和a的关系。

4、在立方晶胞中画出（

）晶面和[

]晶向。

5、何为相区接触法则，试利用相区接触法则分析三元合金相图中四相区（面）周

围各相区（三相区、两相区和单相区）的个数及其与四相区（面）的接触情况。

6、试从形成条件、金相组织特征、组织组成物、机械性能比较上贝氏体与

下贝氏体的差异。

7、指出A-B-C三元共晶投影图中的液相面，分析成分

为n1合金的结晶过程，指出其室温组织。

8、简叙固溶体结晶时的成分过冷形成原因及其对晶体生长形态的影响。

9、何为交滑移？

简叙其滑移过程。

10、计算体心立方、面心立方晶胞中的原子数、致密度和配位数。

11、简要叙述钢中马氏体转变的主要特点。

12、简要叙述金属经冷塑性变形后组织、性能的变化。

13、在立方晶胞中画出（

）晶面和[

]晶向。

14、简要叙述淬火钢回火时的主要组织转变。

15、从马氏体的形成条件、组织形态、亚结构和性能四方面比较板条状马氏体和透镜片状马氏体。

16、在立方晶胞中画出（

）晶面和[

]晶向。

17、分析铸锭三种典型晶区的特点及其形成原因。

18、若均匀形核时临界晶核为一半径为r的球体，试求出其△Gk和a的关系。

19、在立方晶胞中画出（

）晶面和[

]晶向。

20、何谓成分过冷？

简要分析其产生的原因。

21、在立方晶胞中画出（

）晶面和[

2]晶向。

22、试述共析钢奥氏体的形成过程。

23、试画出第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类四相平衡平面并写出相对应的四相平衡反应式。

24、比较高温回火脆性和低温回火脆性的异同。

25、指出体心立方晶胞中原子的密排面和密排方向，并求其原子半径与晶格常数之间的关系。

26、试求珠光体中铁素体和渗碳体的相对含量。

27、试分析含0.20%C的铁碳合金自奥氏体区平衡冷却至室温时组织转变过程，指出其室温组织组成及相组成，并求其相对量。

28、在立方晶胞中画出（

）晶面和[212]晶向。

29、试述晶胞的选取方法及原则。

30、指出面心立方晶胞中原子的密排面和密排方向，并求其原子半径与晶格常数之间的关系。

31、试分析含1.2%C的铁碳合金自奥氏体区平衡冷却至室温时组织转变过程，指出其室温组织组成及相组成，并求其相对量。

32、元素序号为26、29号元素是什么元素，其核外电子如何排列的？

33、简述氢键的本质、什么情况下容易形成氢键？

34、在立方晶胞中画出（

）晶面和[112]晶向。

35、判断下列位错反应能否进行：

（1）

；

（2）

；

（3）

；

（4）

36、画出Fe-FeC3相图，写出共晶、共析两个三相平衡反应，分析含碳1.4的铁碳合金自单相奥氏体区平衡冷却至室温的组织转变过程，指出其室温的组织组成和相组成，并计算其相对含量。

37、画出Fe-FeC3相图，写出共晶、共析三相平衡反应，并回答：

（1）什么是二次渗碳体；

（2）何种成分的铁碳合金平衡组织中含二次渗碳体最多？

为多少？

38、画出铜的一个晶胞，在晶胞上指出：

（1）发生滑移的一个晶面；

（2）在这个晶面上发生滑移的一个方向；

（3）指出滑移面上的原子密度与[001]晶面的差别；

（4）指出沿滑移方向的原子间距，其与其它方向相比有和差别？

39、做过的作业题！

40、《材料科学基础》名词解释复试资料

1、晶体

原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。

2、中间相

两组元A和B组成合金时，除了形成以A为基或以B为基的固溶体外，还可能形成晶体

结构与A，B两组元均不相同的新相。

由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常

把这些相称为中间相。

3、亚稳相

亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或

动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。

4、配位数

晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。

5、再结晶

冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而

性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶。

（指出现无畸变的

等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）

6、伪共晶

非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由

非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。

7、交滑移

当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑

移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。

8、过时效

铝合金经固溶处理后，在加热保温过程中将先后析出GP区，θ”，θ’，和θ。

在开始

保温阶段，随保温时间延长，硬度强度上升，当保温时间过长，将析出θ’，这时材料的硬

度强度将下降，这种现象称为过时效。

9、形变强化

金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变

强化。

10、固溶强化

由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。

11、弥散强化

许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种

材料的强度往往会增加，称为弥散强化。

12、不全位错

柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。

13、扩展位错

通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。

14、螺型位错

位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。

15、包晶转变

在二元相图中，包晶转变就是已结晶的固相与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变。

16、共晶转变

由一个液相生成两个不同固相的转变。

17、共析转变

由一种固相分解得到其他两个不同固相的转变。

18、上坡扩散

溶质原子从低浓度向高浓度处扩散的过程称为上坡扩散。

表明扩散的驱动力是化学位梯

度而非浓度梯度。

19、间隙扩散

这是原子扩散的一种机制，对于间隙原子来说，由于其尺寸较小，处于晶格间隙中，在

扩散时，间隙原子从一个间隙位置跳到相邻的另一个间隙位置，形成原子的移动。

20、成分过冷

界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷。

21、一级相变

凡新旧两相的化学位相等，化学位的一次偏导不相等的相变。

22、二级相变：

从相变热力学上讲，相变前后两相的自由能（焓）相等，自由能（焓）的一阶偏导数相

等，但二阶偏导数不等的相变称为二级相变，如磁性转变，有序-无序转变，常导-超导转变

等。

23、共格相界

如果两相界面上的所有原子均成一一对应的完全匹配关系,即界面上的原子同时处于两

相晶格的结点上,为相邻两晶体所共有,这种相界就称为共格相界。

24、调幅分解

过饱和固溶体在一定温度下分解成结构相同、成分不同的两个相的过程。

25、回火脆性

淬火钢在回火过程中，一般情况下随回火温度的提高，其塑性、韧性提高，但在特定的

回火温度范围内，反而形成韧性下降的现象称为回火脆性。

对于钢铁材料存在第一类和第二

类回火脆性。

他们的温度范围、影响因素和特征不同。

26、再结晶退火

所谓再结晶退火工艺，一般是指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保