七章 回復(fù)與再結(jié)晶習(xí)題答案(西北工業(yè)大學(xué) 劉智恩).doc

1設(shè)計一種實驗方法，確定在一定溫度( T )下再結(jié)晶形核率N和長大線速度G （若N和G都隨時間而變）。 2金屬鑄件能否通過再結(jié)晶退火來細(xì)化晶粒? 3固態(tài)下無相變的金屬及合金，如不重熔，能否改變其晶粒大小?用什么方法可以改變? 4說明金屬在冷變形、回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長大各階段晶體缺陷的行為與表現(xiàn)，并說明各階段促使這些晶體缺陷運(yùn)動的驅(qū)動力是什么。 5將一鍥型銅片置于間距恒定的兩軋輥間軋制，如圖74所示。(1)   畫出此銅片經(jīng)完全再結(jié)晶后晶粒大小沿片長方向變化的示意圖；(2)   如果在較低溫度退火，何處先發(fā)生再結(jié)晶?為什么? 6圖75示出。黃銅在再結(jié)晶終了的晶粒尺寸和再結(jié)晶前的冷加工量之間的關(guān)系。圖中曲線表明，三種不同的退火溫度對晶粒大小影響不大。這一現(xiàn)象與通常所說的“退火溫度越高，退火后晶粒越大”是否有矛盾?該如何解釋? 7假定再結(jié)晶溫度被定義為在1 h內(nèi)完成95再結(jié)晶的溫度，按阿累尼烏斯(Arrhenius)方程，NN0exp()，GG0exp()可以知道，再結(jié)晶溫度將是G和向的函數(shù)。(1)   確定再結(jié)晶溫度與G0，N0，Qg，Qn的函數(shù)關(guān)系；(2)   說明N0，G0，Qg，Q0的意義及其影響因素。 8為細(xì)化某純鋁件晶粒，將其冷變形5后于650退火1 h，組織反而粗化；增大冷變形量至80，再于650退火1 h，仍然得到粗大晶粒。試分析其原因，指出上述工藝不合理處，并制定一種合理的晶粒細(xì)化工藝。 9冷拉銅導(dǎo)線在用作架空導(dǎo)線時(要求一定的強(qiáng)度)和電燈花導(dǎo)線(要求韌性好)時，應(yīng)分別采用什么樣的最終熱處理工藝才合適? 10            試比較去應(yīng)力退火過程與動態(tài)回復(fù)過程位錯運(yùn)動有何不同。從顯微組織上如何區(qū)分動、靜態(tài)回復(fù)和動、靜態(tài)再結(jié)晶? 11            某低碳鋼零件要求各向同性，但在熱加工后形成比較明顯的帶狀組織。請?zhí)岢鰩追N具體方法來減輕或消除在熱加工中形成帶狀組織的因素。 12            為何金屬材料經(jīng)熱加工后機(jī)械性能較鑄造狀態(tài)為佳? 13            燈泡中的鎢絲在非常高的溫度下工作，故會發(fā)生顯著的晶粒長大。當(dāng)形成橫跨燈絲的大晶粒時，燈絲在某些情況下就變得很脆，并會在因加熱與冷卻時的熱膨脹所造成的應(yīng)力下發(fā)生破斷。試找出一種能延長鎢絲壽命的方法。 14            Fe-Si鋼(Wsi為0.03)中，測量得到MnS粒子的直徑為0.4mm，每1 mm2內(nèi)的粒子數(shù)為2×105個。計算MnS對這種鋼正常熱處理時奧氏體晶粒長大的影響(即計算奧氏體晶粒尺寸)。 15            判斷下列看法是否正確。(1)   采用適當(dāng)?shù)脑俳Y(jié)晶退火，可以細(xì)化金屬鑄件的晶粒。(2)   動態(tài)再結(jié)晶僅發(fā)生在熱變形狀態(tài)，因此，室溫下變形的金屬不會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。(3)   多邊化使分散分布的位錯集中在一起形成位錯墻，因位錯應(yīng)力場的疊加，使點陣畸變增大。(4)   凡是經(jīng)過冷變形后再結(jié)晶退火的金屬，晶粒都可得到細(xì)化。(5)   某鋁合金的再結(jié)晶溫度為320，說明此合金在320以下只能發(fā)生回復(fù)，而在320以上一定發(fā)生再結(jié)晶。(6)   20#鋼的熔點比純鐵的低，故其再結(jié)晶溫度也比純鐵的低。(7)   回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長大三個過程均是形核及核長大過程，其驅(qū)動力均為儲存能。(8)   金屬的變形量越大，越容易出現(xiàn)晶界弓出形核機(jī)制的再結(jié)晶方式。(9)   晶粒正常長大是大晶粒吞食小晶粒，反常長大是小晶粒吞食大晶粒。(10) 合金中的第二相粒子一般可阻礙再結(jié)晶，但促進(jìn)晶粒長大。(11) 再結(jié)晶織構(gòu)是再結(jié)晶過程中被保留下來的變形織構(gòu)。(12) 當(dāng)變形量較大、變形較均勻時，再結(jié)晶后晶粒易發(fā)生正常長大，反之易發(fā)生反常長大。(13) 再結(jié)晶是形核長大過程，所以也是一個相變過程。<<<<返回   察看答案 >>>>    返回課程網(wǎng)站>>>>    進(jìn)入討論區(qū)>>>>本站點的版權(quán)和所有權(quán)屬于王永欣 有關(guān)此站點的問題請向主講教師發(fā)郵件請用1024×768的分辨率瀏覽本站所有頁面 答案1.         可用金相法求再結(jié)晶形核率N和長大線速度G。具體操作：(1)    測定N：把一批經(jīng)大變形量變形后的試樣加熱到一定溫度(丁)后保溫，每隔一定時間t，取出一個試樣淬火，把做成的金相樣品在顯微鏡下觀察，數(shù)得再結(jié)晶核心的個數(shù)N，得到一組數(shù)據(jù)(數(shù)個)后作Nt圖，在Nt曲線上每點的斜率便為此材料在溫度丁下保溫不同時間時的再結(jié)晶形核率N。(2)    測定G：將(1)中淬火后的一組試樣進(jìn)行金相觀察，量每個試樣(代表不同保溫時間)中最大晶核的線尺寸D，作Dt圖，在Dt曲線上每點的斜率便為了溫度下保溫不同時間時的長大線速度G。 2.         再結(jié)晶退火必須用于經(jīng)冷塑性變形加工的材料，其目的是改善冷變形后材料的組織和性能。再結(jié)晶退火的溫度較低，一般都在臨界點以下。若對鑄件采用再結(jié)晶退火，其組織不會發(fā)生相變，也沒有形成新晶核的驅(qū)動力(如冷變形儲存能等)，所以不會形成新晶粒，也就不能細(xì)化晶粒。 3.         能?？山?jīng)過冷變形而后進(jìn)行再結(jié)晶退火的方法。 4.         答案如附表2.5所示。 附表2.5  冷變形金屬加熱時晶體缺陷的行為缺陷表現(xiàn)、物理變化晶體缺陷的行為缺陷運(yùn)動驅(qū)動力 冷加工變形時主要的形變方式是滑移，由于滑移，晶體中空位和位錯密度增加，位錯分布不均勻切應(yīng)力作用回復(fù)空位擴(kuò)散、集聚或消失；位錯密度降低，位錯相互作用重新分布(多邊化)彈性畸變能再結(jié)晶毗鄰低位錯密度區(qū)晶界向高位錯密度的晶粒擴(kuò)張。位錯密度減少，能量降低，成為低畸變或無畸變區(qū)形變儲存能晶粒長大彎曲界面向其曲率中心方向移動。微量雜質(zhì)原子偏聚在晶界區(qū)域，對晶界移動起拖曳作用。這與雜質(zhì)吸附在位錯中組成柯氏氣團(tuán)阻礙位錯運(yùn)動相似，影響了晶界的活動性晶粒長大前后總的界面能差，而界面移動的驅(qū)動力是界面曲率 5.         (1)銅片經(jīng)完全再結(jié)晶后晶粒大小沿片長方向變化示意圖如附圖2.22所示。由于銅片寬度不同，退火后晶粒大小也不同。最窄的一端基本無變形，退火后仍保持原始晶粒尺寸；在較寬處，處于臨界變形范圍，再結(jié)晶后晶粒粗大；隨寬度增大，變形度增大，退火后晶粒變細(xì)，最后達(dá)到穩(wěn)定值。在最寬處，變形量很大，在局部地區(qū)形成變形織構(gòu)，退火后形成異常大晶粒。(2)變形越大，冷變形儲存能越高，越容易再結(jié)晶。因此，在較低溫度退火，在較寬處先發(fā)生再結(jié)晶。 6.         再結(jié)晶終了的晶粒尺寸是指再結(jié)晶剛完成但未發(fā)生長大時的晶粒尺寸。若以再結(jié)晶晶粒中心點之間的平均距離d表征再結(jié)晶的晶粒大小，則d與再結(jié)晶形核率N及長大線速度之間有如下近似關(guān)系：且由于Qn與Qg幾乎相等，故退火溫度對GN比值的影響微弱，即晶粒大小是退火溫度的弱函數(shù)。故圖中曲線中再結(jié)晶終了的晶粒尺寸與退火溫度關(guān)系不大。再結(jié)晶完成以后，若繼續(xù)保溫，會發(fā)生晶粒長大的過程。對這一過程而言，退火溫度越高，(保溫時間相同時)退火后晶粒越大。這是因為晶粒長大過程是通過大角度晶界的移動來進(jìn)行的。溫度越高，晶界移動的激活能就越低，晶界平均遷移率就越高，晶粒長大速率就越快，在相同保溫時間下，退火后的晶粒越粗大，這與前段的分析并不矛盾。 8.         前種工藝，由于鋁件變形處于臨界變形度下，故退火時可形成個別再結(jié)晶核心，最終晶粒極為粗大，而后種工藝，是由于進(jìn)行再結(jié)晶退火時的溫度選擇不合理（溫度過高），若按T再0.4T熔估算，則T再100，故再結(jié)晶溫度不超過200為宜。由于采用630退火1 h，故晶粒仍然粗大。綜上分析，在80變形量條件下，采用150退火1 h，則可使其晶粒細(xì)化。 9.         前者采用去應(yīng)力退火(低溫退火)；后者采用再結(jié)晶退火(高溫退火)。 10.     去應(yīng)力退火過程中，位錯通過攀移和滑移重新排列，從高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軕B(tài)；動態(tài)回復(fù)過程中，則是通過螺位錯的交滑移和刃位錯的攀移，使異號位錯相互抵消，保持位錯增殖率與位錯消失率之間的動態(tài)平衡。從顯微組織上觀察，靜態(tài)回復(fù)時可見到清晰的亞晶界，靜態(tài)再結(jié)晶時形成等軸晶粒；而動態(tài)回復(fù)時形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，動態(tài)再結(jié)晶時等軸晶中又形成位錯纏結(jié)胞，比靜態(tài)再結(jié)晶晶粒要細(xì)。 11.     一是不在兩相區(qū)變形；二是減少夾雜元素含量；三是采用高溫擴(kuò)散退火，消除元素偏析。對已出現(xiàn)帶狀組織的材料，在單相區(qū)加熱、正火處理，則可予以消除或改善。 12.     金屬材料在熱加工過程中經(jīng)歷了動態(tài)變形和動態(tài)回復(fù)及再結(jié)晶過程，柱狀晶區(qū)和粗等軸晶區(qū)消失了，代之以較細(xì)小的等軸晶粒；原鑄錠中許多分散縮孔、微裂紋等由于機(jī)械焊合作用而消失，顯微偏析也由于壓縮和擴(kuò)散得到一定程度的減弱，故使材料的致密性和力學(xué)性能(特別是塑性、韌性)提高。 13.     可以在鎢絲中形成彌散、顆粒狀的第二相(如ThO2)以限制晶粒長大。因為若ThO2的體積分?jǐn)?shù)為，半徑為r時，晶粒的極限尺寸 (為接觸角)；若選擇合適的和r，使R盡可能小，即晶粒不再長大。由于晶粒細(xì)化將使燈絲脆性大大下降而不易破斷，從而有效地延長其壽命。 15(1)不對。對于冷變形(較大變形量)后的金屬，才能通過適當(dāng)?shù)脑俳Y(jié)晶退火細(xì)化晶粒。(2)      不對。有些金屬的再結(jié)晶溫度低于室溫，因此在室溫下的變形也是熱變形，也會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。(3)  不對。多邊化過程中，空位濃度下降、位錯重新組合，致使異號位錯互相抵消，位錯密度下降，使點陣畸變減輕。(4)  不對。如果在臨界變形度下變形的金屬，再結(jié)晶退火后，晶粒反而粗化。(5)  不對。再結(jié)晶不是相變。因此，它可以在一個較寬的溫度范圍內(nèi)變化。(6)  不對。微量熔質(zhì)原子的存在(20#鋼中WC0.002)，會阻礙金屬的再結(jié)晶，從而提高其再結(jié)晶溫度。(7)  不對。只有再結(jié)晶過程才是形核及核長大過程，其驅(qū)動力是儲存能。(8)  不對。金屬的冷變形度較小時，相鄰晶粒中才易于出現(xiàn)變形不均勻的情況，即位錯密度不同，越容易出現(xiàn)晶界弓出形核機(jī)制。(9)  不對。晶粒正常長大，是在界面曲率作用下發(fā)生的均勻長大；反常長大才是大晶粒吞食小晶粒的不均勻長大。(10)  不對。合金中的第二相粒子一般可阻礙再結(jié)晶，也會阻止晶粒長大。(11)  不對。再結(jié)晶織構(gòu)是冷變形金屬在再結(jié)晶(一次，二次)過程中形成的織構(gòu)。它是在形變織構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的，有兩種情況，一是保持原有形變織構(gòu)，二是原有形變織構(gòu)消失，而代之以新的再結(jié)晶織構(gòu)。(12)  不對。正常晶粒長大是在再結(jié)晶完成后繼續(xù)加熱或保溫過程中，晶粒發(fā)生均勻長大的過程，而反常晶粒長大是在一定條件下(即再結(jié)晶后的晶粒穩(wěn)定、存在少數(shù)有利長大的晶粒和高溫加熱)，繼晶粒正常長大后發(fā)生的晶粒不均勻長大過程。(13)  不對。再結(jié)晶雖然是形核長大過程，但晶體點陣類型并未改變，故不是相變過程。