《金屬學(xué)與熱處理》(第二版)課后習題答案2

1、第一章習題1作圖表示出立方晶系(1 2 3)、(0 -1 -2)、(4 2 1)等晶面和-1 0 2、-2 1 1、3 4 6等晶向解：面心立方八面體間隙半徑 r=a/2-V 2a/4=0.146a面心立方原子半徑 R=Z2a/4,則a=4R/V2代入上式有R=0.146X4R/ V2=0.414R10已知鐵和銅在室溫下的晶格常數(shù)分別為0.286nm和0.3607nm,求1cm3中鐵和銅的原子數(shù)。解：室溫下Fe為體心立方晶體結(jié)構(gòu)，一個晶胞中含 2個Fe原子，Cu為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，一個晶胞中含有4個Cu原子211cm3=10 nm3令1cm3中含F(xiàn)e的原子數(shù)為N Fe,含Cu的原子數(shù)為N Cu

2、,室溫 下一個Fe的晶胞題解為V Fe, 一個Cu晶胞的體積為V cu,則N Fe=1021/V Fe=1021/(0.286)3=3.5x1018N cu=1021/V cu=1021/(0.3607)3=2.8X101811一個位錯環(huán)能不能各個部分都是螺型位錯或者刃型位錯，試說明 之。解：不能，因為位錯環(huán)上各點的位錯運動方向是不一樣的，而柏 氏矢量的方向是確定的。15有一正方形位錯線，其柏式矢量如圖所示，試指出圖中各段線的 性能，并指出任性位錯額外串排原子面所在的位置。DACBAD、BC段為刃型位錯;DC、AB段為螺型位錯AD段額外半原子面垂直直面向里BC段額外半原子面垂直直面向外第二章習

3、題1證明均勻形核時，形成臨界晶粒的 Gk與其體積V之間的關(guān)系 為 G k = V/2 Gv證明：由均勻形核體系自由能的變化.審-（1）可知，形成半徑為rk的球狀臨界晶粒，自由度變化為4,、AG =Kr. A（j 十 G3 '（ 2）對（2）進行微分處理，有4*d（AG）川一§ 叼"J <f（4nr/（y）血砒血0- 3U;AG x3 + 4ti7;gx2 ,即 b二 U 2 將（3）帶入（1），有AGt=-VAGv+S2 （ 4）V= Hr = 5由于，即3V=gS（ 5）將（5）帶入（4）中，則有3VVAGk=-VAGv+ AG, =AG,tiW丄2如果臨界

4、晶核是邊長為 a的正方形，試求其 Gk和a的關(guān)系 為什么形成立方晶核的 Gk比球形晶 核要大？址明：AG=-VAGv+oS= - aAGa-a上式做徼分處理，WO=-3a2AGv+12a0.貝iJo=-aAGv4因此 AGk=-a；AGv-F占 aAGv 6a-g a5AGv當形成球型晶核時AG=-Kr AG十4陽匸則令巧=口"' +則3 '2AG/ =-nrG 十4打竺二=2血 加7323當形成 立方晶核時AG =AG、4-6a2G * 則有c =勺°°' * 則斗合G = AG + 6aJ魚坐匚=丄/AG4 2 '液態(tài)金屆固匕（

5、7值就固定不變了，所以廳二，則有42口產(chǎn)2幾*代入AG = £ix AGr + 6a厲蟲"1 = +應(yīng)，色G，則AG； =4r/AG, > 乂7AG/ - 7D; AG ,所以AG； >AG3為什么金屬結(jié)晶時一定要有過冷度，影響過冷度的因素是什么，固態(tài)金屬融化時是否會出現(xiàn)過熱，為什么？答：由熱力學(xué)可知，在某種條件下，結(jié)晶能否發(fā)生，取決于固相的自 由度是否低于液相的自由度，即 ？G二GS-GLvO;只有當溫度低于理 論結(jié)晶溫度Tm時，固態(tài)金屬的自由能才低于液態(tài)金屬的自由能， 液態(tài) 金屬才能自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬，因此金屬結(jié)晶時一定要有過 冷度。影響過冷度的因素： 影

6、響過冷度的因素：1）金屬的本性， 金屬不同，過冷度大小不同；2）金屬的純度，金屬的純度越高，過冷度越大；3）冷卻速度，冷卻速度越大，過冷度越大。固態(tài)金屬熔化時會出現(xiàn)過熱度。原因：由熱力學(xué)可知，在某種條件下，熔化能否 發(fā)生，取決于液相自 固態(tài)金屬熔化時會出現(xiàn)過熱度。原因： 由度是 否低于固相的自由度，即 ？G = GL-GSvO;只有當溫度高于理論結(jié)晶 溫度Tm時，液態(tài)金屬的自 由能才低于固態(tài)金屬的自由能，固態(tài)金 屬才能自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)金屬，因此金屬熔化時一定要有過熱度。4試比較均勻形核和非均勻形核的異同點。相同點：均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一

7、.不同點：非均勻形核要克服的位壘比均勻形核的小得多，在相變的形核過程通常都是非均勻形核優(yōu)先進行。 核心總是傾向于以使其總 的表面能和應(yīng)變能最小的方式形成，因而析出物的形狀是總應(yīng)變能和 總表面能綜合影響的結(jié)果。5說明晶體成長形狀與溫度梯度的關(guān)系（1）、在正的溫度梯度下生長的界面形態(tài)：光滑界面結(jié)晶的晶體，若無其它因素干擾，大多可以成長為以密 排晶面為表面的晶體，具有規(guī)則的幾何外形。粗糙界面結(jié)構(gòu)的晶體， 在正的溫度梯度下成長時，其界面為平行于熔點等溫面的平直界面， 與散熱方向垂直，從而使之具有平面狀的長大形態(tài)， 可將這種長大方 式叫做平面長大方式。（2）、在負的溫度梯度下生長的界面形態(tài)粗糙界面的晶體

8、在負的溫度梯度下生長成樹枝晶體。主干叫一次晶軸或一次晶枝。其它的叫 二次晶或三次晶。對于光滑界面的物質(zhì)在負的溫度梯度下長大時， 如 果杰克遜因子a不太大時可能生長為樹枝晶，如果杰克遜因子a很大 時，即使在負的溫度梯度下，仍有可能形成規(guī)則形狀的晶體。6簡述三晶區(qū)形成的原因及每個晶區(qū)的性能特點形成原因：1）表層細晶區(qū)：低溫模壁強烈地吸熱和散熱，使靠 近模壁的薄層液體產(chǎn)生極大地過冷，加上型壁可以作為非均勻形核的基底，在此一薄層液體中立即產(chǎn)生大量的晶核， 并同時向各個方向 生長。晶核數(shù)目多，晶核很快彼此相遇，不能繼續(xù)生長，在靠近模 壁處形成薄層很細的等軸晶粒區(qū)。2）柱狀晶區(qū)：模壁溫度升高導(dǎo)致溫度梯度變

9、得平緩； 過冷度小， 不能生成新晶核，但利于細晶區(qū)靠近液 相的某些小晶粒長大；遠離 界面的液態(tài)金屬過熱，不能形核；垂直于模壁方向散熱最快，晶體擇 優(yōu)生長。3）中心等軸晶區(qū)：柱狀晶長到一定程度后，鑄錠中部開始形核 長大-中部液體溫度大致是均勻的，每個晶粒的成長在各方向上接近 一致，形成等軸晶。性能特點：1）表層細晶區(qū)：組織致密，力學(xué)性能好；2） 柱狀晶區(qū)：組織較致密，存在弱面，力學(xué)性能有方向性；3）中心等軸晶區(qū)：各晶粒枝杈搭接牢固，無弱面，力學(xué)性能無 方向性。7為了得到發(fā)達的柱狀晶區(qū)應(yīng)米用什么措施， 為了得到發(fā)達的等軸晶 區(qū)應(yīng)采取什么措施？其基本原理如何？答：為了得到發(fā)達的柱狀晶區(qū)應(yīng)米取的措施：

10、1）控制鑄型的冷卻能力，采用導(dǎo)熱性好與熱容量大的鑄型為了得到發(fā)達的柱狀晶區(qū)應(yīng)采取的措施： 材料，增大鑄型的厚度，降低鑄型的溫度。2）提高 澆注溫度或澆注速度。3）提高熔化溫度。 基本原理：基本原理：1） 鑄型冷卻能力越大，越有利于柱狀晶的生長。2）提高澆注溫度或澆注速度，使溫度梯 度增大，有利于柱狀晶的生長。3）熔化溫度越高， 液態(tài)金屬的過熱度越大，非金屬夾雜物溶解得越多，非均勻形核數(shù)目越少，減少了柱狀晶前沿液體中的形核的可能， 有利于柱狀晶的生 長。為了得到發(fā)達的等軸晶區(qū)應(yīng)米取的措施：為了得到發(fā)達的等軸晶區(qū)應(yīng)采取的措施：1）控制鑄型的冷卻能力，采用導(dǎo)熱性差與熱容 量小的鑄型材 等軸晶區(qū)應(yīng)采取

11、的措施 料，增大鑄型的厚度，提高鑄 型的溫度。2）降低澆注溫度或澆注速度。3）降低熔化溫度。基本原理： 基本原理：1）鑄型冷卻能力越小，越有利于中心等 軸晶的生長。2）降低澆注溫度或澆注速度，使溫 度梯度減小，有利 于等軸晶的生長。3）熔化溫度越低，液態(tài)金屬的過熱度越小，非金 屬夾雜物溶解得 越少，非均勻形核數(shù)目越多，增加了柱狀晶前沿液 體中的形核的可能，有利于等軸晶的生長。第三章習題1在正溫度梯度下，為什么純金屬凝固時不能呈樹枝狀生長，而固溶 體合金卻能呈樹枝狀成長？純金屬凝固時，要獲得樹枝狀晶體，必需在負的溫度梯度下；在 正的溫度梯度下，只能以平面狀長大。而固溶體實際凝固時，往往會 產(chǎn)生成

12、分過冷，當成分過冷區(qū)足夠大時，固溶體就會以樹枝狀長大。 2何謂合金平衡相圖，相圖能給出任一條件下的合金顯微組織嗎？合金平衡相圖是研究合金的工具，是研究合金中成分、溫度、組 織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。 其中二元合金相圖表示二元合金相圖表示在平衡狀態(tài)下， 合金的組成 相或組織狀態(tài)與溫度、成分、壓力之間關(guān)系的簡明圖解。平衡狀態(tài)： 合金的成分、質(zhì)量份數(shù)不再隨時間而變化的一種狀態(tài)。合金的極緩慢冷卻可近似認為是平衡狀態(tài)。三元合金相圖是指獨立組分數(shù)為 3的體系，該體系最多可能有四 個自由度，即溫度、壓力和兩個濃度項，用三維空間的立體模型已不 足以表示這種相圖。若維持壓力不變，

13、則自由度最多等于3,其相圖可用立體模型表示。若壓力、溫度同時固定，則自由度最多為2,可用平面圖來表示。通常在平面圖上用等邊三角形 （有時也有用直角坐 標表示的）來表示各組分的濃度。不能，相圖只能給出合金在平衡條件下存在的合金顯微組織 4何謂成分過冷？成分過冷對固溶體結(jié)晶時晶體長大方式和鑄錠組 織有何影響？在固溶體合金凝固時，在正的溫度梯度下，由于固液界面前 沿液相中的成分有所差別，導(dǎo)致固液界面前沿的熔體的溫度低于 實際液相線溫度，從而產(chǎn)生的過冷稱為成分過冷。這種過冷完全是由于界面前沿液相中的成分差別所引起的。溫度梯度增大，成分過冷減小。成分過冷必須具備兩個條件：第一是固液界面前沿溶質(zhì)的富集而引

14、起成分再分配；第二是固液界面前方液相的實際溫度分布，或溫度分布梯度必須達到一定的值。對合金而言，其凝固過程同時伴隨著溶質(zhì)再分配，液體的成分始 終處于變化當中，液體中的溶質(zhì)成分的重新分配改變了相應(yīng)的固液平 衡溫度，這種關(guān)系有合金的平衡相圖所規(guī)定。利用“成分過冷”判斷 合金微觀的生長過程。第四章習題1分析分析3 c=02%,WC=06%,WC=1.2%的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻 到室溫的轉(zhuǎn)變過程。3 c=0.2%: L-L+ 8 - 8y （1495度）-丫 +L- 丫 a + 丫 丫 a （727 度）-a +Fe3C; （丫 =A, a =F;下同）3 c=0.6%: L- y +L- y -

15、a + 丫丫 a （727 度）-a +Fe3C;3 c=1.2%: L 丫 +L 丫 Fe3C+ 丫 丫 a （727 度）a +Fe3C;室溫下相組成物的相對含量：3 c=0.2%，滲碳體相對含量=（0.2-0.02）/6.67 %，余量鐵素體3 c=0.6%，滲碳體相對含量=（0.6-0.02）/6.67 %，余量鐵素體3 c=1.2%滲碳體相對含量=（1.2-0.02）/6.67 %，余量鐵素體室溫下組織組成物的相對含量：3 c=0.2%，珠光體相對含量=（0.2-0.02）/0.77%,余量鐵素體3 c=0.6%，珠光體相對含量=(0.6-0.02)/0.77 %，余量鐵素體3 c=

16、1.2%,滲碳體相對含量=(1.2-0.77)/6.67 %，余量珠光體2分析3 c=3.5%、3 c=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過 程，畫出冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變示意圖，并計算室溫下的組織組成物和相組成物。液相氐解：下圖表示3 c=3.5%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過程:下圖表示3 c=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過程:3計算鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體最大可能含量。答：鐵碳合金中二次滲碳體即FesCn的最大可能含量產(chǎn)生在2.11%C的鐵碳合金中，因此(FesCn) max二(2.11-0.77) / (6.69-0.77) x100%=22.64%三次滲碳體

17、即FqC皿的可能最大含量在0.0218%C的鐵碳合金中， 因此(FqC皿)max (0.0218-0.006) / (6.69-0.006) x100%=0.24%4分別計算萊氏體中共晶滲碳體、二次滲碳體、共析滲碳體的含量。解：在萊氏體中，F(xiàn)e3C 共晶%= (4.3-2.11) / (6.69-2.11) *100%=47.8%FesCn %= (6.69-4.3) / (6.69-2.11) * (2.11-0.77) /(6.69-0.77) *100%=11.8%Fe3C 共析%= (6.69-4.3) / (6.69-2.11) -11.8%* (0.77-0.0218) /(6.6

18、9-0.0218) *100%=4.53%5為了區(qū)分兩種弄混的鋼，工人分別將 A、B兩塊碳素鋼試樣加熱至850 C保溫后緩冷，金相組織分別為：A試樣的先共析鐵素體面積 為41.6%，珠光體面積為58.4% ; B試樣的二次滲碳體面積為 7.3% , 珠光體面積為92.7% ;設(shè)鐵素體和滲碳體的密度相同，鐵素體的含碳 量為零， 求A、B兩種碳素鋼的含碳量。解：這兩個試樣處理后都是得到的平衡態(tài)組織，首先判斷A試樣為亞共析鋼，根據(jù)相圖杠桿原理列出方程如下:(0.77-X)/(0.77-0.0218)=41.6% 這樣得到 X=45.0%，大概是 45 鋼的 成分范圍。同理 B 試樣為過共析鋼(6.6

19、9-X)/(6.69-0.77)=92.7%; X=1.2%,大 概是T12鋼的范圍，當然相應(yīng)地還可以利用杠桿的另外一端來求了。 6利用Fe-FeC3相圖說明鐵碳合金的成分、組織和性能的關(guān)系。從相組成物的情況來看，鐵碳合金在室溫下的平衡組織均由鐵素 體和滲碳體組成，當碳質(zhì)量分數(shù)為零時，合金全部由鐵素體所組成， 隨著碳質(zhì)量分數(shù)的增加，鐵素體的量呈直線下降，到wc為6.69%時降為零，相反滲碳體則由零增至100%碳質(zhì)量分數(shù)的變化不僅引起鐵素體和滲碳體相對量的變化， 而且 兩相相互組合的形態(tài)即合金的組織也將發(fā)生變化，這是由于成分的變 化引起不同性質(zhì)的結(jié)晶過程，從而使相發(fā)生變化的結(jié)果，由圖 3-35

20、可見，隨碳質(zhì)量分數(shù)的增加，鐵碳合金的組織變化順序為：Ft F+FoQt F+P P P+ FesCuT P+ FesCu+LeT LeLe+ Fe3。wcv0.0218%時的合金組織全部為鐵素體，wc=0.77%時全部為珠光 體，wc=4.3%時全部為萊氏體，wc=6.69%時全部為滲碳體，在上述碳質(zhì) 量分數(shù)之間則為組織組成物的混合物；而且，同一種組成相，由于生 成條件不同，雖然相的本質(zhì)未變，但其形態(tài)會有很大的差異。如滲碳 體，當wcv0.0218%時，三次滲碳體從鐵素體中析出，沿晶界呈小片 狀分布；經(jīng)共析反應(yīng)生成的共析滲碳體與鐵素體呈交替層片狀分布； 從奧氏體中析出的二次滲體則以網(wǎng)狀分布于奧

21、氏體的晶界；共晶滲碳體與奧氏體相關(guān)形成，在萊氏體中為連續(xù)的基體，比較粗大，有時呈魚骨狀；從液相中直接析出的一次滲碳體呈規(guī)則的長條狀。可見，成* 廠i*&WftK A a u « «過建害a錚鐵對鐵碳合金的性能產(chǎn)生很大的影響分的變化，不僅引起相的相對量的變化，而且引起組織的變化，從而OXQlt0.77l-ll須*!申W « A M氏殊4ft fMW*S tl M « it 建害 口 ！鐵1）切削加工性能鋼中碳質(zhì)量分數(shù)對切削加工性能有一定的影響。 低碳鋼的平衡結(jié) 晶組織中鐵素體較多，塑性、韌性很好，切削加工時產(chǎn)生的切削熱較 尢容易黏刀，而且切屑不易折

22、斷，影響表面粗糙度，因此，切削加 工性能不好；高碳鋼中滲碳體較多，硬度較高，嚴重磨損刀具，切削 性能也不好；中碳鋼中鐵素體與滲碳體的比例適當， 硬度與塑性也比 較適中，切削加工性能較好。一般說來，鋼的硬度在 170250HBW寸 切削加工性能較好。2）壓力加工性能金屬壓力加工性能的好壞主要與金屬的鍛造性有關(guān)。 金屬的鍛造 性是指金屬在壓力加工時能改變形狀而不產(chǎn)生裂紋的性能。鋼的鍛造 性主要與碳質(zhì)量分數(shù)及組織有關(guān)，低碳鋼的鍛造性較好，隨著碳質(zhì)量 分數(shù)的增加，鍛造性逐漸變差。由于奧氏體具有良好的塑性，易于塑 性變形，鋼加熱到高溫獲得單相奧氏體組織時可具有良好的鍛造性。 白口鑄鐵無論在低溫或高溫，其

23、組織都是以硬而脆的滲碳體為基體， 鍛造性很差，不允許進行壓力加工。3）鑄造性能隨著碳質(zhì)量分數(shù)的增加，鋼的結(jié)晶溫度間隔增大，先結(jié)晶形成的 樹枝晶阻礙未結(jié)晶液體的流動，流動性變差。鑄鐵的流動性要好于鋼， 隨碳質(zhì)量分數(shù)的增加，亞共晶白口鐵的結(jié)晶溫度間隔縮小， 流動性隨 之提咼；過共晶白口鐵的流動性則隨之降低； 共晶白口鐵的結(jié)晶溫度 最低，又是在恒溫下結(jié)晶，流動性最好。碳質(zhì)量分數(shù)對鋼的收縮性也 有影響，一般說來，當澆注溫度一定時，隨著碳質(zhì)量分數(shù)的增加，鋼 液溫度與液相線溫度差增加，液態(tài)收縮增大；同時，碳質(zhì)量分數(shù)增加， 鋼的凝固溫度范圍變寬，凝固收縮增大，出現(xiàn)縮孔等鑄造缺陷的傾向 增大。此外，鋼在結(jié)晶時

24、的成分偏析也隨碳質(zhì)量分數(shù)的增加而增大。 7.Fe-FeC3相圖有哪些應(yīng)用，又有哪些局限性答：鐵一滲碳體相圖的應(yīng)用：1）在鋼鐵選材方法的應(yīng)用；2）在鑄造工藝方法的應(yīng)用；3） 在熱鍛、熱軋、熱鍛工藝方法的應(yīng)用；4）在熱處理工藝方法的應(yīng)用。滲碳體相圖的局限性：1）只反映平衡相，而非組織；2）只反映鐵二元合金中相的平衡；3）不能用來分析非平衡條件下的問題第五章習題1試在A、B、c成分三角形中，標出注下列合金的位置:1)3 c = 10% ,3 c = 10% ,其余為A ；2)3 c=20%,3 c=15% ,其余為A ；3)3 c=30% ,3 c = 15% ,其余為A ；4)3 c=20% ,3

25、 c=30% ,其余為A ；5) 3 c=40% , A和B組元的質(zhì)量比為1:4;6) 3 a=30% , A和B組元的質(zhì)量比為2:3;解：6)設(shè)合金含B組元為WB，含C組元為WC,貝卩WB/WC=2/3WB+WC=1?30% 可求 WB=42% , WC=28%。2在成分三角形中標注 P (3 A=70%、3 B=20%、3 C=10% ); Q(3 A=30%、3 B=50%、3 C=20% ); N(3 A=30%、3 B=10%、3 C=60% )合金的位置，然后將 5kgP合金、5kgQ合金和10kgN合金熔合在一起，試問新合金 的成分如何？解：設(shè)新合金的成分為 3新A、3新B、3新

26、C ,則有3 新A =(5 X 3 PA +5X 3 Qa +10X 3 Na)/(5+5+10)=(5 x 70%+5X 30%+10X 30%)/20=40.0% ;3 新 B =(5 x 3 PA +5 x 3 Qa +10 X 3 Na )/(5+5+10)=(5 x 20%+5 x50%+10X 10%)/20=22.5% ;3 新 C =(5 x 3 PA +5 X3 Qa +10 x 3 Na )/(5+5+10)=(5 x 10%+5 x20%+10X 60%)/20=37.5%;所以，新合金的成分為：3新A =40.0%、3新B =22.5%、3新C =37.5%。第六習題1

27、.屈服載荷/N620252184148174273525u角/ (°)8372.56248.530.51765入角/ (°)25.5263466374.882.5T k8.688X1052.132X1062.922X1063.633X1063.088X106cos 入 co,u；0.1100.2700.3700.4600.391-0.2620.130計算方法 t k= c s cos 入 cu=F/A cos 入 cos4試用多晶體的塑性變形過程說明金屬晶粒越細強度越高、塑性越 好的原因是什么？答：由Hall-Petch公式可知，屈服強度c s與晶粒直徑平方根的 倒數(shù)d v

28、2呈線性關(guān)系。 在多晶體中，滑移能否從先塑性變形的晶粒 轉(zhuǎn)移到相鄰晶粒主要取決于在已滑移晶粒晶界附近的位錯塞積群所產(chǎn)生的應(yīng)力集中能否激發(fā)相鄰晶?；葡抵械奈诲e源，使其開動起 來，從而進行協(xié)調(diào)性的多滑移。由t二rr知，塞積位錯數(shù)目n越大,應(yīng)力集中二越大。位錯數(shù)目n與引起塞積的晶界到位錯源的距離成正 比。晶粒越大，應(yīng)力集中越大，晶粒小，應(yīng)力集中小，在同樣外加應(yīng) 力下，小晶粒需要在較大的外加應(yīng) 力下才能使相鄰晶粒發(fā)生塑性變 形。在同樣變形量下，晶粒細小，變形能分散在更多晶粒內(nèi)進行， 晶粒內(nèi)部和晶界附近應(yīng)變度相差較小，引 起的應(yīng)力集中減小，材料 在斷裂前能承受較大變形量，故具有較大的延伸率和斷面收縮率

29、。 另 外，晶粒 細小，晶界就曲折，不利于裂紋傳播，在斷裂過程中可吸 收更多能量，表現(xiàn)出較高的韌性。6滑移和孿生有何區(qū)別，試比較它們在塑性變形過程的作用。答：區(qū)別：1）滑移：一部分晶體沿滑移面相對于另一部分晶體作切變，切變時原子移動的距離是滑移方向原 區(qū)別：區(qū)別 子間距的整數(shù)倍； 孿生：一部分晶體沿孿生面相對于另一部分晶體作切變，切變時原子移動的距離不是 孿生方向原子間距的整數(shù)倍；2）滑移：滑移面兩邊晶體的位向不變；孿生：孿生面兩邊的晶 體的位向不同，成鏡面對稱；3）滑移：滑移所造成的臺階經(jīng)拋光后，即使再浸蝕也不會重現(xiàn)； 孿生：由于孿生改變 了晶體取向，因此孿生經(jīng)拋光和浸蝕后仍能重 現(xiàn)；4）滑

30、移：滑移是一種不均勻的切變，它只集中在某些 晶面上大 量的進行，而各滑移帶之間的晶體并未發(fā)生滑移；孿生：孿生是一種 均勻的切變，即在切變區(qū) 內(nèi)與孿生面平行的每一層原子面均相對于 其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離。作用：晶體塑性變形過程主要依靠滑移機制來完成的；孿生對 塑性變形的貢獻比滑移小得多，但孿生改變了部分晶體的空間取向， 使原來處于不利取向的滑移系轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌挠欣∠颍ぐl(fā)晶體滑移。7.試述金屬塑性變形后組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系， 闡明加工硬化在 機械零構(gòu)件生產(chǎn)和服役過程中的重要 試述金屬塑性變形后組織結(jié)構(gòu) 與性能之間的關(guān)系，意義。答：關(guān)系：隨著塑性變形程度的增加，位錯密度不斷增大，位

31、錯運動阻力增 加，金屬的強度、硬度增加，而 關(guān)系：關(guān)系 塑性、韌性下降。重要意義：1）提高金屬材料的強度；2）是某些工件或半成品能夠加工成形的重要因素；3）提高零件或 構(gòu)件在使用過程中的安全性。8金屬材料經(jīng)塑性變形后為什么會保留殘留內(nèi)應(yīng)力？研究這部分殘 留內(nèi)應(yīng)力有什么實際意義？ 金屬材料經(jīng)塑性變形后為什么會保留殘 留內(nèi)應(yīng)力？研究這部分殘留內(nèi)應(yīng)力有什么實際意義？答：殘余內(nèi)應(yīng)力存在的原因1）塑性變形使金屬工件或材料各部分的變形不均勻，導(dǎo)致宏觀 變形不均勻；2）塑性變形使晶?；騺喚ЯＷ冃尾痪鶆?，導(dǎo)致微觀內(nèi)應(yīng)力；3）塑性變形使金屬內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯或空位，使點陣中的一 部分原子偏離其平衡位置，導(dǎo)致點陣

32、畸變 內(nèi)應(yīng)力。實際意義：可以控制材料或工件的變形、開裂、應(yīng)力腐蝕；可以 利用殘留應(yīng)力提高工件的使用壽命。9何謂脆性斷裂和塑性斷裂，若在材料中存在裂紋時，試述裂紋對脆 性材料和塑性材料斷裂過程中的影響。答：塑性斷裂又稱為延性斷裂，斷裂前發(fā)生大量的宏觀塑性變形， 斷裂時承受的工程應(yīng)力大于材料的屈服強度。 在塑性和韌性好的金屬 中，通常以穿晶方式發(fā)生塑性斷裂，在斷口附近會觀察到大齡的塑性 變形痕跡，如縮頸。金屬脆性斷裂過程中，極少或沒有宏觀塑性變形，但在局部區(qū)域 任然存在著一定的微觀塑性變形。斷裂時承受的工程應(yīng)力通常不超過 材料的屈服強度，甚至低于按宏觀強度理論確定的許用應(yīng)力，因此又 稱為低應(yīng)力斷裂

33、。在塑性材料中，斷裂是胃口形成、擴大和連接的過程， 在打的應(yīng) 力作用下，基體金屬產(chǎn)生塑性變形后，在基體和非金屬夾雜物、析出 相粒子周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，使界面拉開，或使異相顆粒折斷形成微孔。 微孔擴大和鏈接也是基體金屬塑性變形的結(jié)果。當微孔擴大到一定的 程度，相鄰微孔見的金屬產(chǎn)生較大的塑性變形后就發(fā)生微觀塑性失 穩(wěn)，就像宏觀實驗產(chǎn)生縮頸一樣，此時微孔將迅速擴大，直至細縮成 一線，最后由于金屬與金屬件的連線太少，不足以承載而發(fā)生斷裂。脆性材料中，由于斷裂前既無宏觀塑性變形，又無其他預(yù)兆， 并 且一旦開裂后，裂紋擴展迅速，造成整體斷裂或河大的裂口，有時還 產(chǎn)生很多碎片，容易導(dǎo)致嚴重事故。10何謂斷裂韌度，它在機械設(shè)計中有何作用?答：在彈塑性條件下，當應(yīng)力場強度因子增大到某一臨界值，裂紋便失穩(wěn)擴展而導(dǎo)致材料斷裂，這個臨界或失穩(wěn)擴展的應(yīng)力場強度因 子即斷裂韌度。它反映了材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展即抵抗脆斷的能力, 是材料的力學(xué)性能指標。第七章習題1用冷拔銅絲制成導(dǎo)線，冷拔之后應(yīng)如何處理，為什么？答：冷拔之后應(yīng)該進行退火處理。因為冷拔是在再結(jié)晶溫度以下 進行加工，因此會引起加工硬化，所以要通過回復(fù)再結(jié)晶，使金屬的 強度和硬度下降，提高其塑性。2塊厚純金屬板經(jīng)