七章 回復與再結(jié)晶習題答案(西北工業(yè)大學 劉智恩).doc

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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、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7—4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7—5示出?！S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，N＝N0exp()，G＝G0exp()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化工藝。 ? 9．冷拉銅導線在用作架空導線時(要求一定的強度)和電燈花導線(要求韌性好)時，應分別采用什么樣的最終熱處理工藝才合適? ? 10．??????????? 試比較去應力退火過程與動態(tài)回復過程位錯運動有何不同。從顯微組織上如何區(qū)分動、靜態(tài)回復和動、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?shù)脑俳Y(jié)晶退火，可以細化金屬鑄件的晶粒。 (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，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、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N—t圖，在N—t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D—t圖，在D—t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，也就不能細化晶粒。 ? 3.???????? 能?？山?jīng)過冷變形而后進行再結(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 切應力作用 回復 空位擴散、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阻礙位錯運動相似，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，最后達到穩(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G／N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，則可使其晶粒細化。 ? 9.???????? 前者采用去應力退火(低溫退火)；后者采用再結(jié)晶退火(高溫退火)。 ? 10.???? 去應力退火過程中，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。 ? 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，代之以較細小的等軸晶粒；原鑄錠中許多分散縮孔、微裂紋等由于機械焊合作用而消失，顯微偏析也由于壓縮和擴散得到一定程度的減弱，故使材料的致密性和力學性能(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的體積分數(shù)為φ，半徑為r時，晶粒的極限尺寸?(α為接觸角)；若選擇合適的φ和r，使R盡可能小，即晶粒不再長大。由于晶粒細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?shù)脑俳Y(jié)晶退火細化晶粒。 (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WC＝0.002)，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。