2020年 03月 11日 星期三

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《金属学与热处理》(第二版)课后习题答案

作者:永乐国际 来源:永乐国际 日期:2020-03-11 16:05 人气:

  第一章习题 1.作图表示出立方晶系(1 2 3)(0 -1 -2)(4 2 1)等晶面和[-1 0 2]、 作图表示出立方晶系( )( 、 )( 、 )等晶面和 、 作图表示出立方晶系 [-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向 、 8.试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为 r=0.414R 试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为 解:面心立方八面体间隙半径 r=a/2-√2a/4=0.146a 面心立方原子半径 R=√2a/4,则 a=4R/√2,代入上式有 R=0.146X4R/√2=0.414R 10.已知铁和铜在室温下的晶格分别为 0.286nm 和 0.3607nm, 已知铁和铜在室温下的晶格分别为 ,求 1cm3 中铁和铜的原子数。 中铁和铜的原子数。 解:室温下 Fe 为体心立方晶体结构,一个晶胞中含 2 个 Fe 原子,Cu 为面心立方晶体结构, 一个晶胞中含有 4 个 Cu 原子 1cm3=1021nm3 令 1cm3 中含 Fe 的原子数为 N Fe,含 Cu 的原子数为 N Cu,室温 下一个 Fe 的晶胞题解为 V Fe,一个 Cu 晶胞的体积为 V Cu,则 N Fe=1021/V Fe=1021/(0.286)3=3.5x1018 N Cu=1021/V Cu=1021/(0.3607)3=2.8X1018 11.一个位错环能不能各个部分都是螺型位错或者刃型位错,试说明 一个位错环能不能各个部分都是螺型位错或者刃型位错, 一个位错环能不能各个部分都是螺型位错或者刃型位错 之。 解:不能,因为位错环上各点的位错运动方向是不一样的,而柏 氏矢量的方向是确定的。 15.有一正方形位错线,其柏式矢量如图所示,试指出图中各段线的 有一正方形位错线,其柏式矢量如图所示, 有一正方形位错线 性能,并指出任性位错额外串排原子面所在的。 性能,并指出任性位错额外串排原子面所在的。 D b A AD、BC 段为刃型位错; DC、AB 段为螺型位错 AD 段额外半原子面垂直向里 BC 段额外半原子面垂直向外 B C 第二章习题 1.证明均匀形核时,形成临界晶粒的 ΔGk 与其体积 V 之间的关系 证明均匀形核时, 之间的关系 证明均匀形核时 为 ΔG k = V/2△Gv △ 证明:由均匀形核体系能的变化 (1) 可知,形成半径为 rk 的球状临界晶粒,度变化为 (2) 对(2)进行微分处理,有 (3) 将(3)带入(1),有 (4) 由于 ,即 3V=rkS (5) 将(5)带入(4)中,则有 2.如果临界晶核是边长为 a 的正方形,试求其 △Gk 和 a 的关系。 如果临界晶核是边长为 的正方形, 的关系。 核要大? 为什么形成立方晶核的 △Gk 比球形晶 核要大? 3.为什么金属结晶时一定要有过冷度,影响过冷度的因素是什么,固 为什么金属结晶时一定要有过冷度,影响过冷度的因素是什么, 为什么金属结晶时一定要有过冷度 态金属融化时是否会出现过热,为什么? 态金属融化时是否会出现过热,为什么? 答:由热力学可知,在某种条件下,结晶能否发生,取决于固相的自 由度是否低于液相的度,即 ?G =GS-GL0;只有当温度低于理 论结晶温度 Tm 时,固态金属的能才低于液态金属的能, 液态 金属才能自发地转变为固态金属,因此金属结晶时一定要有过 冷度。 影响过冷度的因素: 影响过冷度的因素:1)金属的本性, 金属不同,过冷度大小不同;2)金属的纯度,金属的纯度越高, 过 冷度越大;3)冷却速度,冷却速度越大,过冷度越大。 固态金属熔 化时会出现过热度。原因:由热力学可知,在某种条件下,熔化能否 发生,取决于液相自 固态金属熔化时会出现过热度。原因: 由度是 否低于固相的度,即 ?G = GL-GS0;只有当温度高于理论结晶 温度 Tm 时,液态金属的自 由能才低于固态金属的能,固态金 属才能自发转变为液态金属,因此金属熔化时一定要有过热度。 4.试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。 试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。 试比较均匀形核和非均匀形核的异同点 相同点:均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径,非均 匀形核的临界形核功也等于三分之一 . 不同点:非均匀形核要克服的位垒比均匀形核的小得多,在相变 的形核过程通常都均匀形核优先进行。 核心总是倾向于以使其总 的表面能和应变能最小的方式形成, 因而析出物的形状是总应变能和 总表面能综合影响的结果。 5.说明晶体成长形状与温度梯度的关系 说明晶体成长形状与温度梯度的关系 (1) 、在正的温度梯度长的界面形态: 光滑界面结晶的晶体,若无其它因素干扰,大多可以成长为以密 排晶面为表面的晶体,具有规则的几何外形。粗糙界面结构的晶体, 在正的温度梯度下成长时,其界面为平行于熔点等温面的平直界面, 与散热方向垂直,从而使之具有平面状的长大形态,可将这种长大方 式叫做平面长大方式。 (2) 、在负的温度梯度长的界面形态粗糙界面的晶体在负的 温度梯度长成树枝晶体。主干叫一次晶轴或一次晶枝。其它的叫 二次晶或三次晶。对于光滑界面的物质在负的温度梯度下长大时,如 果杰克逊因子α不太大时可能生长为树枝晶, 如果杰克逊因子α很大 时,即使在负的温度梯度下,仍有可能形成规则形状的晶体。 6.简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点 简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点 形成原因: 形成原因:1)表层细晶区:低温模壁强烈地吸热和散热,使靠 近模壁的薄层液体产生极大地过冷, 加上型壁可以作为非均匀形核 的基底,在此一薄层液体中立即产生大量的晶核,并同时向各个方向 生长。 晶核数目多,晶核很快彼此相遇,不能继续生长,在靠近模 壁处形成薄层很细的等轴晶粒区。 2) 柱状晶区: 模壁温度升高导致温度梯度变得平缓; 过冷度小, 不能生成新晶核,但利于细晶区靠近液 相的某些小晶粒长大;远离 界面的液态金属过热,不能形核;垂直于模壁方向散热最快,晶体择 优生 长。 3)中心等轴晶区:柱状晶长到一定程度后,铸锭中部开始形核 长大---中部液体温度大致是均匀的, 每个晶粒的成长在各方向上接近 一致,形成等轴晶。 性能特点:1)表层细晶区:组织致密,力学性能好; 性能特点: 2)柱状晶区:组织较致密,存在弱面,力学性 能有方向性; 3)中心等轴晶区:各晶粒枝杈搭接牢固,无弱面,力学性能无 方向性。 7.为了得到发达的柱状晶区应采用什么措施,为了得到发达的等轴晶 为了得到发达的柱状晶区应采用什么措施, 为了得到发达的柱状晶区应采用什么措施 为了得到发达的等轴晶 区应采取什么措施?其基本原理如何? 区应采取什么措施?其基本原理如何? 答:为了得到发达的柱状晶区应采取的措施:1)控制铸型的冷 却能力,采用导热性好与热容量大的铸型 为了得到发达的柱状晶区 应采取的措施: 材料,增大铸型的厚度,降低铸型的温度。2)提高 浇注温度或浇注速度。3)提高熔化温度。 基本原理: 基本原理:1) 铸型冷却能力越大,越有利于柱状晶的生长。2)提高浇注温度或浇 注速度, 使温度梯 度增大, 有利于柱状晶的生长。 3)熔化温度越高, 液态金属的过热度越大,非金属夹杂物溶解得越多, 非均匀形核数 目越少,减少了柱状晶前沿液体中的形核的可能,有利于柱状晶的生 长。 为了得到发达的等轴晶区应采取的措施: 为了得到发达的等轴 晶区应采取的措施:1)控制铸型的冷却能力,采用导热性差与热容 量小的铸型材 等轴晶区应采取的措施 料,增大铸型的厚度,提高铸 型的温度。2)降低浇注温度或浇注速度。3)降低熔化温度。 基本原理: 基本原理:1)铸型冷却能力越小,越有利于中心等 轴晶的生长。2)降低浇注温度或浇注速度,使温 度梯度减小,有利 于等轴晶的生长。3)熔化温度越低,液态金属的过热度越小,非金 属夹杂物溶解得 越少,非均匀形核数目越多,增加了柱状晶前沿液 体中的形核的可能,有利于等轴晶的生长。 第三章习题 1.在正温度梯度下,为什么纯金属凝固时不能呈树枝状生长,而固溶 在正温度梯度下,为什么纯金属凝固时不能呈树枝状生长,而固溶 在正温度梯度下 体合金却能呈树枝状成长? 体合金却能呈树枝状成长? 纯金属凝固时,要获得树枝状晶体,必需在负的温度梯度下;在 正的温度梯度下,只能以平面状长大。而固溶体实际凝固时,往往会 产生成分过冷,当成分过冷区足够大时,固溶体就会以树枝状长大。 2.何谓合金平衡相图,相图能给出任一条件下的合金显微组织吗? 何谓合金平衡相图,相图能给出任一条件下的合金显微组织吗? 何谓合金平衡相图 合金平衡相图是研究合金的工具,是研究合金中成分、温度、组 织和性能之间关系的理论基础,也是制定各种热加工工艺的依据。 其中二元合金相图表示二元合金相图表示在平衡状态下, 合金的组成 相或组织状态与温度、成分、压力之间关系的简明图解。平衡状态: 合金的成分、质量份数不再随时间而变化的一种状态。 合金的极缓 慢冷却可近似认为是平衡状态。 三元合金相图是指组分数为 3 的体系, 该体系最多可能有四 个度,即温度、压力和两个浓度项,用三维空间的立体模型已不 足以表示这种相图。若维持压力不变,则度最多等于 3,其相图 可用立体模型表示。若压力、温度同时固定,则度最多为 2,可 用平面图来表示。通常在平面图上用等边三角形(有时也有用直角坐 标表示的)来表示各组分的浓度。 不能,相图只能给出合金在平衡条件下存在的合金显微组织 4.何谓成分过冷?成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组 何谓成分过冷? 何谓成分过冷 织有何影响? 织有何影响? 在固溶体合金凝固时,在正的温度梯度下,由于固液界面前 沿液相中的成分有所差别,导致固液界面前沿的熔体的温度低于 实际液相线温度,从而产生的过冷称为成分过冷。 这种过冷完全是由于界面前沿液相中的成分差别所引起的。 温度 梯度增大,成分过冷减小。 成分过冷必须具备两个条件:第一 是固~液界面前沿溶质的富集而引起成分再分配; 第二是固~液界面前 方液相的实际温度分布,或温度分布梯度必须达到一定的值。 对合金而言,其凝固过程同时伴随着溶质再分配,液体的成分始 终处于变化当中, 液体中的溶质成分的重新分配改变了相应的固液平 衡温度,这种关系有合金的平衡相图所。利用“成分过冷”判断 合金微观的生长过程。 第四章习题 1.分析分析 分析分析ωc=0.2%,wc=0.6%,wc=1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却 分析分析 的铁碳合金从液态平衡冷却 到室温的转变过程。 到室温的转变过程。 ωc=0.2%: L---L+δ---δ→γ(1495 度)---γ+L---γ----α+γ----γ →α(727 度)---α+Fe3C; (γ=A,α=F;下同) ωc=0.6%: L---γ+L---γ----α+γ----γ→α(727 度)---α+Fe3C; ωc=1.2%: L---γ+L---γ----Fe3C+γ----γ→α(727 度)---α +Fe3C; 室温下相组成物的相对含量: ωc=0.2%,渗碳体相对含量=(0.2-0.02)/6.67 %,余量铁素体 ωc=0.6%,渗碳体相对含量=(0.6-0.02)/6.67 %,余量铁素体 ωc=1.2% 渗碳体相对含量=(1.2-0.02)/6.67 %,余量铁素体 室温下组织组成物的相对含量: ωc=0.2%,珠光体相对含量=(0.2-0.02)/0.77%,余量铁素体 ωc=0.6%,珠光体相对含量=(0.6-0.02)/0.77 %,余量铁素体 ωc=1.2%,渗碳体相对含量=(1.2-0.77)/6.67 %,余量珠光体 2.分析ωc=3.5%、ωc=4.7%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过 分析ω 分析 、 的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过 画出冷却曲线和组织转变示意图, 并计算室温下的组织组成物和 程, 画出冷却曲线和组织转变示意图, 并计算室温下的组织组成物和 相组成物。 相组成物。 解:下图表示ωc=3.5%%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程: 下图表示ωc=4.7%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程: 3.计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。 计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。 计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量 答:铁碳合金中二次渗碳体即 Fe3CⅡ的最大可能含量产生在 2.11%C 的铁碳合金中,因此 (Fe3CⅡ)max=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)x100%=22.64% 三次渗碳体即 Fe3CⅢ的可能最大含量在 0.0218%C 的铁碳合金 中,因此 (Fe3CⅢ)max(0.0218-0.006)/(6.69-0.006)x100%=0.24% 分别计算莱氏体晶渗碳体、 4.分别计算莱氏体晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体的含量。 分别计算莱氏体晶渗碳体 二次渗碳体、共析渗碳体的含量。 解:在莱氏体中, Fe3C 共晶%=(4.3-2.11)/(6.69-2.11)*100%=47.8% Fe3CⅡ%=[(6.69-4.3)/(6.69-2.11)]*[(2.11-0.77)/(6.690.77)]*100%=11.8% Fe3C 共析%=[(6.69-4.3)/(6.69-2.11)-11.8%]*[(0.77-0.0218)/ (6.69-0.0218)]*100%=4.53% 5.为了区分两种弄混的钢,工人分别将 A、B 两块碳素钢试样加热至 为了区分两种弄混的钢, 为了区分两种弄混的钢 、 两块碳素钢试样加热至 850 ℃保温后缓冷, 金相组织分别为: A 试样的先共析铁素体面积 保温后缓冷, 金相组织分别为: 试样的先共析铁素体面积 为 41.6%, , 珠光体面积为 58.4%;B 试样的二次渗碳体面积为 7.3%, ; , ; 设铁素体和渗碳体的密度相同,铁素体的含 铁素体的含碳 珠光体面积为 92.7%; 设铁素体和渗碳体的密度相同 铁素体的含碳 量为零, 量为零, 求 A、B 两种碳素钢的含碳量。 、 两种碳素钢的含碳量。 解:这两个试样处理后都是得到的平衡态组织,首先判断 A 试 样为亚共析钢,根据相图杠杆原理列出方程如下:(0.77-X)/(0.77- 0.0218)=41.6% 这样得到 X=45.0%,大概是 45 钢的成分范围。 同理 B 试样为过共析钢(6.69-X)/(6.69-0.77)=92.7%;X=1.2%,大 概是 T12 钢的范围,当然相应地还可以利用杠杆的另外一端来求了。 6.利用 Fe-FeC3 相图说明铁碳合金的成分、组织和性能的关系。 利用 相图说明铁碳合金的成分、组织和性能的关系。 从相组成物的情况来看, 铁碳合金在室温下的平衡组织均由铁素 体和渗碳体组成,当碳质量分数为零时,合金全部由铁素体所组成, 随着碳质量分数的增加,铁素体的量呈直线%时降 为零,相反渗碳体则由零增至 100%。 碳质量分数的变化不仅引起铁素体和渗碳体相对量的变化, 而且 两相相互组合的形态即合金的组织也将发生变化, 这是由于成分的变 化引起不同性质的结晶过程,从而使相发生变化的结果,由图 3-35 可见,随碳质量分数的增加,铁碳合金的组织变化顺序为: F→F+Fe3CⅢ→F+P→P→P+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ+Le→Le→Le+ Fe3C Ⅰ wc0.0218%时的合金组织全部为铁素体,wc=0.77%时全部为珠光 体,wc=4.3%时全部为莱氏体,wc=6.69%时全部为渗碳体,在上述碳质 量分数之间则为组织组成物的混合物;而且,同一种组成相,由于生 成条件不同,虽然相的本质未变,但其形态会有很大的差异。如渗碳 体,当 wc0.0218% 时,三次渗碳体从铁素体中析出,沿晶界呈小片 状分布;经共析反应生成的共析渗碳体与铁素体呈交替层片状分布; 从奥氏体中析出的二次渗体则以网状分布于奥氏体的晶界; 共晶渗碳 体与奥氏体相关形成,在莱氏体中为连续的基体,比较粗大,有时呈 鱼骨状;从液相中直接析出的一次渗碳体呈规则的长条状。可见,成 分的变化,不仅引起相的相对量的变化,而且引起组织的变化,从而 对铁碳合金的性能产生很大的影响。 1)切削加工性能 钢中碳质量分数对切削加工性能有一定的影响。 低碳钢的平衡结 晶组织中铁素体较多,塑性、韧性很好,切削加工时产生的切削热较 大,容易黏刀,而且切屑不易折断,影响表面粗糙度,因此,切削加 工性能不好;高碳钢中渗碳体较多,硬度较高,严重磨损刀具,切削 性能也不好;中碳钢中铁素体与渗碳体的比例适当,硬度与塑性也比 较适中,切削加工性能较好。一般说来,钢的硬度在 170~250HBW 时 切削加工性能较好。 2)压力加工性能 金属压力加工性能的好坏主要与金属的锻造性有关。 金属的锻造 性是指金属在压力加工时能改变形状而不产生裂纹的性能。 钢的锻造 性主要与碳质量分数及组织有关,低碳钢的锻造性较好,随着碳质量 分数的增加,锻造性逐渐变差。由于奥氏体具有良好的塑性,易于塑 性变形,钢加热到高温获得单相奥氏体组织时可具有良好的锻造性。 白口铸铁无论在低温或高温,其组织都是以硬而脆的渗碳体为基体, 锻造性很差,不允许进行压力加工。 3)铸造性能 随着碳质量分数的增加,钢的结晶温度间隔增大,先结晶形成的 树枝晶阻碍未结晶液体的流动, 流动性变差。 铸铁的流动性要好于钢, 随碳质量分数的增加,亚共晶白口铁的结晶温度间隔缩小,流动性随 之提高;过共晶白口铁的流动性则随之降低;共晶白口铁的结晶温度 最低,又是在恒温下结晶,流动性最好。碳质量分数对钢的收缩性也 有影响,一般说来,当浇注温度一定时,随着碳质量分数的增加,钢 液温度与液相线温度差增加, 液态收缩增大; 同时, 碳质量分数增加, 钢的凝固温度范围变宽,凝固收缩增大,出现缩孔等铸造缺陷的倾向 增大。此外,钢在结晶时的成分偏析也随碳质量分数的增加而增大。 7.Fe-FeC3 相图有哪些应用,又有哪些局限性 相图有哪些应用, 答:铁—渗碳体相图的应用: 1)在钢铁选材方法的应用; 2)在铸造工艺方法的应用; 3)在热锻、热轧、热锻工艺方法的应用 ; 4)在热处理工艺方法的应用。 渗碳体相图的局限性 : 1)只反映平衡相,而非组织; 2)只反映铁 二元合金中相的平衡; 3)不能用来分析非平衡条件下的问题 第五章习题 1.试在 A、B、C 成分三角形中,标出注下列合金的: 试在 、 、 成分三角形中,标出注下列合金的: 1)ωC=10%,ωC=10%,其余为 A; ) , , ; 2)ωC=20%,ωC=15%,其余为 A; ) , , ; 3)ωC=30%,ωC=15%,其余为 A; ) , , ; 4)ωC=20%,ωC=30%,其余为 A; ) , , ; 5)ωC=40%,A 和 B 组元的质量比为 1:4; ) , ; 6)ωA=30%,A 和 B 组元的质量比为 2:3; ) , ; 解: 设合金含 B 组元为 WB, C 组元为 WC, WB/WC=2/3 6) 含 则 WB+WC=1?30% 可求 WB=42%,WC=28%。 2.在成分三角形中标注 P (ωA=70%、ωB=20%、ωC=10%) 在成分三角形中标注 ;Q 、 、 ) ; ;N( (ωA=30%、ωB=50%、ωC=20%) (ωA=30%、ωB=10%、 、 、 ) ; 、 、 ωC=60%)合金的,然后将 5kgP 合金、5kgQ 合金和 10kgN 合 )合金的, 合金、 金熔合在一起, 的成分如何? 金熔合在一起,试问新合金 的成分如何? 解:设新合金的成分为 ω新 A、ω新 B、 ω新 C ,则有 ω新 A =(5×ωPA +5×ωQA +10×ωNA)/(5+5+10)=(5×70%+5×30%+10 ×30%)/20=40.0% ; ω新 B =(5×ωPA +5×ωQA +10×ωNA )/(5+5+10)=(5×20%+5×50%+10 ×10%)/20=22.5% ; ω新 C =(5×ωPA +5×ωQA +10×ωNA )/(5+5+10)=(5×10%+5×20%+10 ×60%)/20=37.5%; 所以,新合金的成分为:ω新 A =40.0%、ω新 B =22.5%、ω新 C =37.5%。 第六习题 第六习题 1. 载 荷/N φ角 /(°) λ角 /(°) τk cosλcos φ 620 83 25.5 8.688× 105 0.110 252 72.5 26 2.132× 106 0.270 184 62 3 2.922× 106 0.370 148 48.5 46 3.633× 106 0.460 174 30.5 63 3.088× 106 0.391 273 176 74.8 525 5 82.5 -0.262 0.130 计算方法τk=σs·cosλcosφ=F/A cosλcosφ 4. 试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、塑性越 试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、 好的原因是什么? 好的原因是什么? 答:由 Hall-Petch 公式可知,强度σs 与晶粒直径平方根的 倒数 d v2 呈线性关系。 在多晶体中,滑移能否从先塑性变形的晶粒 转移到相邻晶粒主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞 积群所 产生的应力集中能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源,使其开动起 来,从而进行协调性的多滑移。 由τ=nτ0 知,塞积位错数目 n 越大, 应力集中τ越大。位错数目 n 与引起塞积的晶界到位错源的距离成正 比。晶粒越大,应力集中越大,晶粒小,应力集中小,在同样外加应 力下,小晶粒需要在较大的外加应 力下才能使相邻晶粒发生塑性变 形。 在同样变形量下,晶粒细小,变形能分散在更多晶粒内进行, 晶粒内部和晶界附近应变度相差较小,引 起的应力集中减小,材料 在断裂前能承受较大变形量,故具有较大的延伸率和断面收缩率。另 外,晶粒 细小,晶界就曲折,不利于裂纹,在断裂过程中可吸 收更多能量,表现出较高的韧性。 6.滑移和孪生有何区别,试比较它们在塑性变形过程的作用。 滑移和孪生有何区别,试比较它们在塑性变形过程的作用。 滑移和孪生有何区别 答:区别: 1)滑移:一部分晶体沿滑移面相对于另一部分晶体作切变,切 变时原子移动的距离是滑移方向原 区别: 区别 子间距的整数倍; 孪生:一部分晶体沿孪生面相对于另一部分晶体作切变,切变时原子 移动的距离不是 孪生方向原子间距的整数倍; 2)滑移:滑移面两边晶体的位向不变;孪生:孪生面两边的晶 体的位向不 同,成镜面对称; 3)滑移:滑移所造成的台阶经抛光后,即使再浸蚀也不会重现; 孪生:由于孪生改变 了晶体取向,因此孪生经抛光和浸蚀后仍能重 现; 4)滑移:滑移是一种不均匀的切变,它只集中在某些 晶面上大 量的进行,而各滑移带之间的晶体并未发生滑移;孪生:孪生是一种 均匀的切变,即在切变区 内与孪生面平行的每一层原子面均相对于 其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离。 作用:晶体塑性变形过程主要依靠滑移机制来完成的;孪生对 塑性变形的贡献比滑移小得多, 但孪生改 变了部分晶体的空间取向, 使原来处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向,激发晶体滑移。 7.试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系,阐明加工硬化在 试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系, 试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系 阐明加工硬化在 机械零构件生产和服役过程中的重要 试述金属塑性变形后组织结构 与性能之间的关系, 意义。 与性能之间的关系, 意义。 答:关系: 随着塑性变形程度的增加,位错密度不断增大,位错运动阻力增 加,金属的强度、硬度增加,而 关系: 关系 塑性、韧性下降。 重要意义:1)提高金属材料的强度; 2)是某些工件或半成品能够加工成形的重要因素; 3)提高零件或 构件在使用过程中的安全性。 8.金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力?研究这部分残 金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力? 金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力 留内应力有什么实际意义? 留内应力有什么实际意义? 金属材料经塑性变形后为什么会保留残 留内应力?研究这部分残留内应力有什么实际意义? 留内应力?研究这部分残留内应力有什么实际意义? 答: 内应力存在的原因 1)塑性变形使金属工件或材料各部分的变形不均匀,导致宏观 变形不均匀; 2)塑性变形使晶粒或亚晶粒变形不均匀,导致微观内应力; 3)塑性变形使金属内部产生大量的位错或空位,使点阵中的一 部分原子偏离其平衡,导致点阵畸变 内应力。 实际意义:可以控制材料或工件的变形、开裂、应力腐蚀;可以 利用残留应力提高工件的使用寿命。 9.何谓脆性断裂和塑性断裂,若在材料中存在裂纹时,试述裂纹对脆 何谓脆性断裂和塑性断裂,若在材料中存在裂纹时,试述裂纹对脆 何谓脆性断裂和塑性断裂 性材料和塑性材料断裂过程中的影响。 性材料和塑性材料断裂过程中的影响。 答: 塑性断裂又称为延性断裂, 断裂前发生大量的宏观塑性变形, 断裂时承受的工程应力大于材料的强度。 在塑性和韧性好的金属 中,通常以穿晶方式发生塑性断裂,在断口附近会观察到大龄的塑性 变形痕迹,如缩颈。 金属脆性断裂过程中,极少或没有宏观塑性变形,但在局部区域 任然存在着一定的微观塑性变形。 断裂时承受的工程应力通常不超过 材料的强度,甚至低于按宏观强度理论确定的许用应力,因此又 称为低应力断裂。 在塑性材料中,断裂是胃口形成、扩大和连接的过程,在打的应 力作用下,基体金属产生塑性变形后,在基体和非金属夹杂物、析出 相粒子周围产生应力集中, 使界面拉开, 或使异相颗粒折断形成微孔。 微孔扩大和链接也是基体金属塑性变形的结果。 当微孔扩大到一定的 程度,相邻微孔见的金属产生较大的塑性变形后就发生微观塑性失 稳,就像宏观实验产生缩颈一样,此时微孔将迅速扩大,直至细缩成 一线,最后由于金属与金属件的连线太少,不足以承载而发生断裂。 脆性材料中,由于断裂前既无宏观塑性变形,又无其他预兆,并 且一旦开裂后,裂纹扩展迅速,造成整体断裂或河大的裂口,有时还 产生很多碎片,容易导致严重事故。 10.何谓断裂韧度,它在机械设计中有何作用? 何谓断裂韧度,它在机械设计中有何作用? 何谓断裂韧度 答:在弹塑性条件下,当应力场强度因子增大到某一临界值,裂 纹便失稳扩展而导致材料断裂, 这个临界或失稳扩展的应力场强度因 子即断裂韧度。它反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆断的能力, 是材料的力学性能指标。 第七章习题 第七章习题 1.用冷拔铜丝制成导线,冷拔之后应如何处理,为什么? 用冷拔铜丝制成导线,冷拔之后应如何处理,为什么? 用冷拔铜丝制成导线 答:冷拔之后应该进行退火处理。因为冷拔是在再结晶温度以下 进行加工,因此会引起加工硬化,所以要通过回复再结晶,使金属的 强度和硬度下降,提高其塑性。 2.一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后,试画出界面上的显微组织 一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后,试画出界面上的显微组织 一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后 示意图。 示意图。 P195 3.已知 Fe、 3399℃ 1538℃ 1083℃ 3.已知 W、Fe、Cu 的熔点分别为 3399℃、1538℃和 1083℃,试估算 其再结晶温度。 其再结晶温度。 解:T 再=σTm,其中σ=0.35~0.4,取σ =0.4,则 W、Fe、Cu 的 再结晶温度分别为 3399℃×0.4=1 359.6℃、1538℃×0.4=615.2℃和 1083℃×0.4=433.2℃ P200 说明以下概念的本质区别: 4.说明以下概念的本质区别: 说明以下概念的本质区别 1)一次再结晶和二次再结晶; )一次再结晶和二次再结晶; 2)再结晶时晶核长大和再结晶后晶粒长大。 )再结晶时晶核长大和再结晶后晶粒长大。 解:1)再结晶:冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时 间后, 在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒─位错密度显著降 低,性能也发生显著变化,并恢复到冷变形前的水平,这个过程称为 再结晶。 正常的晶粒应是均匀的、连续的。但在某些情况下,晶粒的长大 是不均匀的、连续的。这种不正常的晶粒长大称为晶粒的反常长大或 二次再结晶。 再结晶晶核的长大:再结晶完成后,再结晶晶核形成后,旧的畸 变晶粒消失,全部被新的无畸变取代,此即为再结晶晶核的长大,长 大后的晶粒大小为再结晶初始晶粒。 再结晶后晶粒长大:再结晶阶段刚刚结束时,得到的是无畸变的 等轴的再结晶初始晶粒,随着加热温度的提高或保温时间的延长,晶 粒之间就会互相吞并并长大,这一现象称之为晶粒长大。P199-200 P203 何谓临界变形度,在工业生产中有何意义。 6.何谓临界变形度,在工业生产中有何意义。 何谓临界变形度 再结晶后的晶粒大小与冷变形时的变形程度有一定关系, 在某个 变形程度时再结晶后得到的晶粒特别粗大, 对应的冷变形程度称为临 界变形度 粗大的晶粒对金属的力学性能十分不利,故在压力加工时,应当 避免在临界变形程度范围内进行加工, 以免再结晶后产生粗晶。 此外, 在锻造零件时,如锻造工艺或锻模设计不当,局部区域的变形量可能 在临界变形度范围内,则退火后造成局部粗晶区,使零件在这些部位 遭到。P202-203 一块纯锡板被枪弹击穿, 7.一块纯锡板被枪弹击穿,经再结晶退火后,大孔周围的晶粒大小有 一块纯锡板被枪弹击穿 经再结晶退火后,大孔周围的晶粒大小有 何特征,并说明原因。 何特征,并说明原因。 答:晶粒异常长大,因为受子弹击穿后,大孔周围产生了较大的 变形度,由于变形度对再结晶晶粒大小有着重大影响,而且在受击穿 空洞的周围其变形度呈现梯度变化, 因此当变形度达到某一数值的时 候,就会得到特别粗大的晶粒了。 P206 10.金属材料在热加工时为了获得较小的晶粒组织,应该注意什么问 金属材料在热加工时为了获得较小的晶粒组织, 金属材料在热加工时为了获得较小的晶粒组织 题? 答:应该注意其变形度避开金属材料的临界变形度;提高再结晶 退火温度;尽量使原始晶粒尺寸较细;一般采用含有较多合金元素或 的金属材料,这样不仅增加变形金属的储存能,还能阻碍晶界的 运动,从而起到细化晶粒的作用。



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