工程材料與熱處理 第4章作業(yè)題參考答案

1、1. 滑移和孿晶的變形機(jī)制有何不同？為什么在一般條件下進(jìn)行塑性變形時(shí)鋅中容易出現(xiàn)孿晶，而純鐵中容易出現(xiàn)滑移帶？ 主要的不同：（1）晶體位向在滑移前后不改變，而在孿生前后晶體位向改變，形成鏡面對(duì)稱關(guān)系。（2）滑移的變形量為滑移方向原子間距的整數(shù)倍，而孿生過(guò)程中的位移量正比于該層至孿晶面的距離。（3）孿生是一部分晶體發(fā)生了均勻的切變，而滑移是不均勻的。 鋅的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方，密排六方金屬滑移系少，所以容易出現(xiàn)孿晶，而純鐵為體心立方結(jié)構(gòu)，滑移系多，所以容易出現(xiàn)滑移帶。 2. 多晶體塑性變形與單晶體塑性變形有何不同？ 多晶體的每一晶?；谱冃蔚囊?guī)律與單晶體相同，但由于多晶體中存在晶界，且各晶體的取向

2、也不相同，多晶體的塑性變形具有以下特點(diǎn)： （1）各晶粒不同同時(shí)變形； （2）各晶粒變形的不均勻性； （3）各變形晶粒相互協(xié)調(diào)。 3. 什么是滑移、滑移線、滑移帶和滑移系？滑移線和滑移帶是如何在金屬表面形成的？列舉金屬中常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)最重要的滑移系，并在其晶胞內(nèi)畫(huà)出一個(gè)滑移系。哪種晶體的塑性最好？哪個(gè)次之？為什么？ 所謂滑移是指在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，滑動(dòng)后原子處于新的穩(wěn)定位置。晶體材料的滑移面與晶體表面的交線稱為滑移線。由數(shù)目不等的滑移線或滑移臺(tái)階組成的條帶稱為滑移帶。一個(gè)滑移面和該面上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。 滑移線是由于晶體的滑移變形

3、使試樣的拋光表面產(chǎn)生高低不一的臺(tái)階所造成的；相互靠近的小臺(tái)階在宏觀上反映的是一個(gè)大臺(tái)階，所以形成了滑移帶。 滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性就越好?；品较?qū)扑鸬淖饔帽然泼娲螅悦嫘牧⒎骄Ц窠饘俦润w心立方晶格金屬的塑性更好。密排六方由于滑移少，塑性最差。 4. 簡(jiǎn)述一次再結(jié)晶與二次再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力，并說(shuō)明如何區(qū)分冷、熱加工。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶后的組織結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是什么？ 一次再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力是冷變形所產(chǎn)生的儲(chǔ)存能的釋放。二次再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力是由于界面能變化引起的。在再結(jié)晶溫度以上的加工變形稱為熱加工，在再結(jié)晶溫度以下的加工過(guò)程稱為冷加工。 也是通過(guò)形成新的大角度晶同樣是形核

4、長(zhǎng)大過(guò)程，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和靜態(tài)再結(jié)晶過(guò)程相似，界及隨后移動(dòng)的方式進(jìn)行的。但動(dòng)態(tài)再結(jié)晶具有反復(fù)形核，有限長(zhǎng)大，晶粒較細(xì)，包含亞晶粒，位錯(cuò)密度較高，強(qiáng)度硬度高等特點(diǎn)。這種組織比靜態(tài)再結(jié)晶組織有較高的強(qiáng)度和硬度。 5. 冷變形金屬在加熱過(guò)程中要發(fā)生哪些變化？簡(jiǎn)要說(shuō)明再結(jié)晶過(guò)程的一般規(guī)律。 發(fā)生：回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大等變化。 經(jīng)冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度時(shí)，發(fā)生再結(jié)晶，新的無(wú)應(yīng)變的晶粒取代原先變形的晶粒，金屬的性能也恢復(fù)到變形前的情況，在變形基體中，重新生成無(wú)畸變的新晶粒。 6. 說(shuō)明金屬在冷塑變形、回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大各階段的微觀組織及力學(xué)性能特點(diǎn)與主要區(qū)別。 金屬在冷塑變形時(shí)的微觀組織：金屬晶

5、體在外力作用下，隨著變形量的增加，晶粒外形由原先的等軸晶粒逐漸改變?yōu)檠刈冃畏较虮焕L(zhǎng)或壓扁的晶粒。當(dāng)變形量很大時(shí)，各晶粒被拉成纖維狀，稱之為纖維組織，位錯(cuò)密度也會(huì)增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化，產(chǎn)生變形織構(gòu)。 力學(xué)性能特點(diǎn)：產(chǎn)生加工硬化，產(chǎn)生各向異性，還會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 回復(fù)：回復(fù)對(duì)材料的組織形態(tài)影響不大，對(duì)力學(xué)性能的影響也不大。回復(fù)過(guò)程中主要是全部消除變形引起的宏觀應(yīng)力，微觀應(yīng)力也可以大部分得以消除。 再結(jié)晶：新的無(wú)應(yīng)變的晶粒取代原先變形的晶粒，金屬的性能也恢復(fù)到變形前的情況，在變形基體中，重新生成無(wú)畸變的新的晶粒。 晶粒長(zhǎng)大：（1）正常長(zhǎng)大，再結(jié)晶剛剛完成，得到細(xì)小的無(wú)畸變等軸晶粒，當(dāng)升高溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)

6、間時(shí)，晶粒仍可繼續(xù)長(zhǎng)大，晶粒均勻連續(xù)的生長(zhǎng)。 (2)異常長(zhǎng)大：形成粗大的晶粒及非常不均勻的組織?？棙?gòu)明顯，產(chǎn)生各向異性；優(yōu)化磁導(dǎo)率；晶粒大小不均勻，性能不均勻，降低強(qiáng)度和塑性、韌性；晶粒粗大，提高表面粗糙度。 7. 冷加工塑性變形金屬進(jìn)行再結(jié)晶退火前后的組織和性能有何變化？ 金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，組織發(fā)生顯著變化。首先在形變大的部位（晶界、滑移帶、孿晶等）形成等軸晶粒的核，然后這些晶核依靠消除原來(lái)伸長(zhǎng)的晶粒而長(zhǎng)大，最后原來(lái)變形的晶粒完全被新的晶粒所代替，這一過(guò)程為再結(jié)晶。由于金屬通過(guò)再結(jié)晶獲得新的等軸晶粒，因而消除了冷加工顯微組織、加工硬化和殘余應(yīng)力，使金屬又重新恢復(fù)到冷塑性變形以前的狀態(tài)

7、。 8. 已知金屬W、Fe、Pb、Sn的熔點(diǎn)分別為3380、1538、327、232，試分析說(shuō)明W和Fe在1100下的加工，Pb和Sn在20下的加工各為何種加工？ 實(shí)驗(yàn)證明，工業(yè)純金屬的熔點(diǎn)與最低再結(jié)晶溫度之間有如下關(guān)系： T再=（0.350.4）T熔（K） W的再結(jié)晶溫度為1188，所以在1100的加工為冷加工；Fe的再結(jié)晶溫度為451，所以在1100的加工為熱加工。 鉛的熔點(diǎn)327C，鉛的再結(jié)晶溫度（327273.15）0.4258K = -33C；所以鉛在20度是熱加工。 錫的熔點(diǎn)232C， 銅的再結(jié)晶溫度=（232+273.15）0.4=202K=-71C;所以錫在20度是冷加工 說(shuō)明

8、下列現(xiàn)象產(chǎn)生的原因： 9.(1)晶界處滑移的阻力大。 (2)實(shí)際測(cè)得的晶體滑移所需的臨界切應(yīng)力比剛性滑移理論的計(jì)算值小得多。 (3)熱加工比冷加工塑性變形來(lái)得容易。 （1）晶界上原子排列較亂，點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重，雜質(zhì)原子也容易在晶界偏聚，而且晶界兩側(cè)的晶粒取向不同，滑移方向和滑移面互不一致，因此晶界處滑移的阻力大。 （2）理論計(jì)算是假定滑移面兩側(cè)原子發(fā)生整體移動(dòng)，其臨界分切應(yīng)力值大，但實(shí)際晶體滑移是位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)、并不需整排原子一齊移動(dòng)，而僅位錯(cuò)附近少數(shù)原子作短距離移動(dòng)，故而所需要的臨界分切應(yīng)力要小得多。 （3）因?yàn)闊峒庸ね瑫r(shí)進(jìn)行加工硬化和回復(fù)再結(jié)晶軟化兩個(gè)相反的過(guò)程，冷加工只有加工硬化，所以隨變形量提

9、高，塑性變形變得困難。 10. 熱加工對(duì)金屬組織和性能有何影響？金屬在熱加工（如鍛造）時(shí)為什么變形阻力??？ (1)改善鑄錠組織。消除空洞、細(xì)化晶粒、降低偏析；提高強(qiáng)度、塑性、韌性。 (2) 形成纖維組織(流線)。第二相或夾雜物沿變形方向呈纖維狀分布, 沿流線方向比垂直于流線方向的力學(xué)性能好 熱加工沒(méi)有加工硬化現(xiàn)象，或者說(shuō)加工硬化被隨時(shí)消除了，所以變形阻力小。 11. 什么叫加工硬化，它給生產(chǎn)帶來(lái)哪些好處和困難？ 隨著冷變形程度的增加，金屬材料強(qiáng)度和硬度指標(biāo)都有所提高，但塑性、韌性有所下降的現(xiàn)象叫做加工硬化。 加工硬化給金屬件的進(jìn)一步加工帶來(lái)困難。如在冷軋鋼板的過(guò)程中會(huì)愈軋愈硬以致軋不動(dòng)，因而需

10、在加工過(guò)程中安排中間退火，通過(guò)加熱消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表層脆而硬，從而加速刀具磨損、增大切削力等。 好處：（1）它可提高金屬的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，特別是對(duì)于那些不能以熱處理方法提高強(qiáng)度的純金屬和某些合金尤為重要。如冷拉高強(qiáng)度鋼絲和冷卷彈簧等，就是利用冷加工變形來(lái)提高其強(qiáng)度和彈性極限。又如坦克和拖拉機(jī)的履帶、破碎機(jī)的顎板以及鐵路的道岔等也是利用加工硬化來(lái)提高其硬度和耐磨性的。 （2）金屬的冷成型加工的保證。金屬的冷成型正是利用了材料的加工硬化特性，使塑性變形均勻地分布于整個(gè)工件上，而不致于集中在某些局部而導(dǎo)致最終斷裂。 （3）提高構(gòu)件的安全性。構(gòu)件在使用過(guò)程中，往往不可避免地會(huì)

11、使某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中和過(guò)載現(xiàn)象，在這種情況下，由于金屬能加工硬化，使局部過(guò)載部位在產(chǎn)生少量塑性變形之后，提高了屈服強(qiáng)度并與所承受的應(yīng)力達(dá)到平衡，變形就不會(huì)繼續(xù)發(fā)展，從而在一定程度上提高了構(gòu)件的安全性。 12. 選擇題 (1) 純金屬的最低再結(jié)晶溫度可用下式計(jì)算（B） ?)C4T()T(C?0.)K(?0.4T(TK) B A、 再熔再熔?273)(T.?K(T)04C? C、再熔塑性變形后的金屬再加熱時(shí)發(fā)生的再結(jié)晶過(guò)程是一個(gè)新晶粒代替舊晶粒的過(guò)程，這種新(2) 晶粒的晶格類型是（D） A、面心立方晶格B、體心立方晶格C、密排六方晶格D、與變形前的金屬相同E、形成新晶型 (3) 加工硬化使金屬的（A） A、強(qiáng)度增大，塑性降低B、強(qiáng)度增大，塑性增