14．Fe-Si钢(Wsi为0.03)中，测量得到MnS粒子的直径为0.4mm，每1 mm2内的粒子数为2×105个。计算MnS对这种钢正常热处理时奥氏体晶粒长大的影响(即计算奥氏体晶粒尺寸)。 15判断下列看法是否正确。
(1) 采用适当的再结晶退火，可以细化金属铸件的晶粒。
(2) 动态再结晶仅发生在热变形状态，因此，室温下变形的金属不会发生动态再结晶。
(3) 多边化使分散分布的位错集中在一起形成位错墙，因位错应力场的叠加，使点阵畸变增大。
(4) 凡是经过冷变形后再结晶退火的金属，晶粒都可得到细化。 (5) 某铝合金的再结晶温度为320℃，说明此合金在320℃以下只能发生回复，而在320℃以上一定发生再结晶。
(6) 20#钢的熔点比纯铁的低，故其再结晶温度也比纯铁的低。 (7) 回复、再结晶及晶粒长大三个过程均是形核及核长大过程，其驱动力均为储存能。
(8) 金属的变形量越大，越容易出现晶界弓出形核机制的再结晶方式。
(9) 晶粒正常长大是大晶粒吞食小晶粒，反常长大是小晶粒吞食大晶粒。
(10)合金中的第二相粒子一般可阻碍再结晶，但促进晶粒长大。 (11)再结晶织构是再结晶过程中被保留下来的变形织构。
(12)当变形量较大、变形较均匀时，再结晶后晶粒易发生正常长大，反之易发生反常长大。
(13)再结晶是形核—长大过程，所以也是一个相变过程。答案 1.可用金相法求再结晶形核率N和长大线速度G。具体操作： (1) 测定N：把一批经大变形量变形后的试样加热到一定温度(丁)后保温，每隔一定时间t，取出一个试样淬火，把做成的金相样品在显微镜下观察，数得再结晶核心的个数N，得到一组数据(数个)后作N—t图，在N—t曲线上每点的斜率便为此材料在温度丁下保温不同时间时的再结晶形核率N。
(2) 测定G：将(1)中淬火后的一组试样进行金相观察，量每个试样(代表不同保温时间)中最大晶核的线尺寸D，作D—t图，在D—t曲线上每点的斜率便为了温度下保温不同时间时的长大线速度G。 2.再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料，其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。再结晶退火的温度较低，一般都在临界点以下。若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力(如冷变形储存能等)，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。
3. 能。可经过冷变形而后进行再结晶退火的方法。 4.答案如附表2.5所示
附表2.5 冷变形金属加热时晶体缺陷的行为
缺陷表现、物理变化 晶体缺陷的行为 缺陷运动驱动力 冷加工变形时主要的形变方式是切应力作用 滑移，由于滑移，晶体中空位和位错密度增加，位错分布不均匀 回复 空位扩散、集聚或消失；位错密弹性畸变能 度降低，位错相互作用重新分布(多边化) 再结晶 毗邻低位错密度区晶界向高位错形变储存能 密度的晶粒扩张。位错密度减少，能量降低，成为低畸变或无畸变区 晶粒长弯曲界面向其曲率中心方向移晶粒长大前后总的大 动。微量杂质原子偏聚在晶界区界面能差，而界面移域，对晶界移动起拖曳作用。这动的驱动力是界面与杂质吸附在位错中组成柯氏气曲率 团阻碍位错运动相似，影响了晶界的活动性 5. (1)铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化示意图如附图2.22所示。由于铜片宽度不同，退火后晶粒大小也不同。最窄的一端基本无变形，退火后仍保持原始晶粒尺寸；在较宽处，处于临界变
形范围，再结晶后晶粒粗大；随宽度增大，变形度增大，退火后晶粒变细，最后达到稳定值。在最宽处，变形量很大，在局部地区形成变形织构，退火后形成异常大晶粒。(2)变形越大，冷变形储存能越高，越容易再结晶。因此，在较低温度退火，在较宽处先发生再结晶。 6.再结晶终了的晶粒尺寸是指再结晶刚完成但未发生长大时的晶粒尺寸。若以再结晶晶粒中心点之间的平均距离d表征再结晶的晶粒大
Gd?k[]4N 小，则d与再结形核率N及长大线速度之间有如下近似关系：N?N0exp(?QnQ)， G?G0exp(?n)RTRT且由于
1Qn与Qg几乎相等，故退火温
度对G／N比值的影响微弱，即晶粒大小是退火温度的弱函数。故图中曲线中再结晶终了的晶粒尺寸与退火温度关系不大。再结晶完成以后，若继续保温，会发生晶粒长大的过程。对这一过程而言，退火温度越高，(保温时间相同时)退火后晶粒越大。这是因为晶粒长大过程是通过大角度晶界的移动来进行的。温度越高，晶界移动的激活能就越低，晶界平均迁移率就越高，晶粒长大速率就越快，在相同保温时间下，退火后的晶粒越粗大，这与前段的分析并不矛盾。
8. 前种工艺，由于铝件变形处于临界变形度下，故退火时可形成个别再结晶核心，最终晶粒极为粗大，而后种工艺，是由于进行再结晶退火时的温度选择不合理（温度过高），若按T再＝0.4T熔估算，则T
再
＝100℃，故再结晶温度不超过200℃为宜。由于采用630℃退火1 h，
故晶粒仍然粗大。综上分析，在80％变形量条件下，采用150℃退火1 h，则可使其晶粒细化。
9.前者采用去应力退火(低温退火)；后者采用再结晶退火(高温退火)。
10.去应力退火过程中，位错通过攀移和滑移重新排列，从高能态转变为低能态；动态回复过程中，则是通过螺位错的交滑移和刃位错的攀移，使异号位错相互抵消，保持位错增殖率与位错消失率之间的动态平衡。从显微组织上观察，静态回复时可见到清晰的亚晶界，静态再结晶时形成等轴晶粒；而动态回复时形成胞状亚结构，动态再结晶时等轴晶中又形成位错缠结胞，比静态再结晶晶粒要细。 11.一是不在两相区变形；二是减少夹杂元素含量；三是采用高温扩散退火，消除元素偏析。对已出现带状组织的材料，在单相区加热、正火处理，则可予以消除或改善。
12. 金属材料在热加工过程中经历了动态变形和动态回复及再结晶过程，柱状晶区和粗等轴晶区消失了，代之以较细小的等轴晶粒；原铸锭中许多分散缩孔、微裂纹等由于机械焊合作用而消失，显微偏析也由于压缩和扩散得到一定程度的减弱，故使材料的致密性和力学性能(特别是塑性、韧性)提高。
13. 可以在钨丝中形成弥散、颗粒状的第二相(如ThO2)以限制晶粒长大。因为若ThO2的体积分数为θ，半径为r时，晶粒的极限尺寸
R?4r3?(1?cos?) (α为接触角)；若选择合适的θ和r，使R尽可能小，
即晶粒不再长大。由于晶粒细化将使灯丝脆性大大下降而不易破断，从而有效地延长其寿命。
材料科学基础经典习题及答案
