上海交大材基第五章塑性變形與回復(fù)再結(jié)晶習(xí)題集講解

1、1單晶體的塑性變形銅單晶（a=0.36nm）在112方向加拉伸應(yīng)力，拉伸應(yīng)力為2.5X105Pa,此條件下：（1）取向因子最大的滑移系有哪幾個？（2）計算其分切應(yīng)力多大？解：（1）Cu為F.C.C結(jié)構(gòu)，易滑移面為1,1,1,滑移方向為1,1,0，可以分別求出112方向與這些滑移系之間的兩個夾角，然后得到12個取向因子的值。（這里省略了）通過上述計算得到具體的滑移系（1,-1,1）0,1,1和（-1,1,1）1,0,1為具有最大取向因子滑移系。（2）根據(jù)施密特法則（公式略），cosA=（1,-1,1）*（1,1,2）/（>/3*V6）=72/3cosB=(0,1,1)*(1,1,2)/2*

2、.6=3/2F=、cosAcosB=1.02*105Pa何謂臨界分切應(yīng)力定律？哪些因素影響臨界分切應(yīng)力大小?解：（略）沿密排六方單晶的0001方向分別加拉伸力和壓縮力，說明在這兩種情況下，形變的可能方解：1）滑移：a拉伸的時，當(dāng)c/a>=1.633不會產(chǎn)生?t移，當(dāng)c/a<1.633W可能產(chǎn)生滑移，可產(chǎn)生滑移的是1,1,-2,2<1,1,-2,-3>其他滑移面不能產(chǎn)生滑移；b壓縮的時候結(jié)果和拉伸一樣；n2）學(xué)生：拉伸和壓縮的時候都可能產(chǎn)生學(xué)生變形；3）扭折：拉伸的時候一般不易扭折變形，壓縮的時候可以產(chǎn)生扭折變形。試指出單晶體的Cu與a-Fe中易滑移面的晶面與晶向，并分別

3、求它們的滑移面間距，滑移方向上的原子間距及點陣阻力，已知泊松比為y=0.3,GCu=48300MPa,Ga-Fe=81600MPa.解：體心Fe具有多種類的滑移系，但是滑移方向均相同。滑移面1,1,0面距"a/jE;1,1,2面_®=a/粕;1,2,3面距=a/J14;<1,1,1,>原子距離=av3/2;點陣阻力根據(jù)派一納力公式求得：1, 1, 0: F=153MPa；2G2二w2G 2二d二1 .vexp(- b )=1.vexp-(1.v)b1,1,2:F=3386.4MPa；1,2,3:F=1406MPa；Cu滑移面1,1,1,面距二a/m；滑移方向&l

4、t;1,1,0>,原子間距=a/<2;點陣阻力=90.56MPa。鋁單晶體拉伸時，其力軸為001,一個滑移系的臨界分切應(yīng)力為0.79MN/m2,取向因子COS。COS入=0.41,試問有幾個滑移系可同時產(chǎn)生滑移？開動其中一個滑移系至少要施加多大的拉應(yīng)力？解：Al為F.C.C結(jié)構(gòu)，具滑移系共有1,1,14<1,1,0>3=12個?？梢郧蟮谩?01】與這些滑移系的取向因子。（可以列表列出來如下）滑移系取向因子（取絕對值）滑移面滑移方向(111)01-1|向6=0.4110-176/6=0.411-100(-111)01-1V6/6=0.41101V6/6=0.411100(

5、1-11)011V6/6=0.4110-1V6/6=0.411100(11-1)011V6/6=0.41101V6/6=0.411-100其中，8個滑移系的取向因子不為0,均為*/6=0.41,所以能夠同時產(chǎn)生滑移。其它有4個滑移系，它們的滑移方向的第三個數(shù)字為0,因為取向因子為0,根據(jù)施密特法則，不能產(chǎn)生滑移。開動其中一個滑移系需要施加的拉應(yīng)力，可以根據(jù)施密特法則求得：_2F=0.79/0.41=1.93MN/m2解：（略）無上屈服點E2多晶體和合金的塑性變形退火純Fe,其晶粒尺寸d=1/4mm時，其屈服點（Ts=100MNm-2;d=1/64mm時bs=250MNm-2。d=1/16mm時

6、，根據(jù)霍爾配奇公式求其（rs為多少？畫出fcc單晶體金屬的T-S曲線示意圖，它將單晶體塑性變形分為幾個階段？并用位錯理論進行解釋。解：（略）單相合金的冷塑性變形與純金屬的室溫塑性變形相比，有何特點。（純：滑移系，扭轉(zhuǎn)，位錯運動，臨界切應(yīng)力。單相：還出現(xiàn)固溶強化，應(yīng)變時效，屈服。）解：單相合金除了有純金屬的基本特別之外還有固溶強化，應(yīng)變?nèi)招ВF(xiàn)象.具體書上有詳細(xì)解釋。試結(jié)合金屬單晶體、多晶體、單相合金及復(fù)相合金，總結(jié)塑性變形過程中的強化機制。解：1,加工硬化；2,固溶強化；3,細(xì)晶強化；4,彌散強化四種強化方式，書上有詳細(xì)的介紹。試解釋典型的面心立方單晶體的加工硬化曲線，并比較與多晶體加工硬

7、化曲線的差別。解：（略）圖中所示低碳鋼的三條拉伸曲線，（1）初始塑性變形，（2）去載后立即再行加載，（3）去載后時效后再加載。試回答下列三個問題：1解釋圖示三曲線的屈服現(xiàn)象及（2）,（3）中屈服點上升的原因。2屈服現(xiàn)象對提高金屬強度有何實際意義。3屈服現(xiàn)象對沖壓制件表面質(zhì)量有何不利影響。解：（供參考）（1）由于溶質(zhì)原子的存在，形成Contrell氣團，抵消了位錯應(yīng)力，使位錯能量降低不易運動，即釘扎效應(yīng)，若使位錯開啟須加大力度，形成上屈服點，而一旦掙脫后，運動又變得更容易，出現(xiàn)下屈服點；（2）中位錯掙脫了釘扎效應(yīng)，故無屈服點；卸載后放置較長時間而于時效效應(yīng)又可以形成氣團，這樣（3）中又出現(xiàn)了屈服

8、現(xiàn)象.（2）提高了材料的強度，超越上屈服點，出現(xiàn)加工硬化，提高了強度。（3）屈服改變晶粒取向，滑移系形變方向轉(zhuǎn)動，出現(xiàn)形變織構(gòu)，造成各向異性，這樣工件表面凹凸不平。第3:回復(fù)再結(jié)晶1 .假定將再結(jié)晶溫度定義為退火1小時內(nèi)完成轉(zhuǎn)變量達95%的溫度，已知獲得95%轉(zhuǎn)變量所需要的時間取 加二練&肛 U ）分別為在結(jié)晶的形核率和長大線速度:2.85_NG314中，得:t0.952.85_NG31% r 2.85 T4|lNoG3expQn 3Qg(0.1)a）根據(jù)上述方程導(dǎo)出再結(jié)晶溫度Tr與G。、N。、Qg及Qn的函數(shù)關(guān)系;b）說明下列因素是怎樣影響Go、No、Qg及Qn的：1）預(yù)變形度；2）

9、原始晶粒度；3）金屬純度。c）說明上述三因素是怎樣影響再結(jié)晶溫度的。解：a）將結(jié)晶形核率N和長大線速度G代入公式to950.95又據(jù)題意，to.95=1h,T=Tr,代入（1.1）式，得至U：2.85ILng3142 2.85NoG：1%fQn + 3Qg)exp4kT(0.2)從而:Tr = -Qn 3Qgk In2.85(0.3)NoG32 .工業(yè)純鋁在室溫下經(jīng)大變形量軋制成帶材后，測得室溫力學(xué)性能為冷加工態(tài)的性能。查表得知工業(yè)純鋁的T再=150C,但若將上述工業(yè)純鋁薄帶加熱至100C,保溫16天后冷至室溫再測其強度，發(fā)現(xiàn)明顯降低，請解釋其原因。解：（略）3 .已知H70黃銅（30%Zn）

10、在400c的恒溫下完成再結(jié)晶需要1小時，而在390c完成再結(jié)晶需要2小時，試計算在420c恒溫下完成再結(jié)晶需要多少時間？.,1fQ：,兩不同恒定溫度產(chǎn)生再結(jié)晶時,解：由再結(jié)晶時間與激活能之間的關(guān)系1=A'expl-tIRTJ存在如下關(guān)系耳.(1.4)和(1.5)表不成指數(shù)表達式為:可得:lnt2(0.8)代入數(shù)據(jù)，可求得：t3=0.26 hour。4.設(shè)有1cm3黃銅，在700c退火，原始晶粒直徑為2.16M10-3cm,黃銅的界面能為0.5J/m2, 由量熱計測得保溫2小時共放出熱量 0.035J,求保溫2小時后的晶粒尺寸。解：由題意得保溫兩小時所放出的熱量是因為熱結(jié)晶后,晶粒長大導(dǎo)

11、致晶界面積減小而釋放能量，由定量金相原理，單位體積晶界面積S與截面上的晶粒的直徑 d之間存在如下關(guān)系:(0.9)因此:c c 11Q = 2 - -«d2)(0.10)從而:1d2=1Q（0.11）1Qd1一2代入數(shù)據(jù)，可以求得d2=8.9x10-3cm。5.設(shè)冷變形后位錯密度為1012/cm2的金屬中存在著加熱時不發(fā)生聚集長大的第二相微粒,其體積分?jǐn)?shù)f=1%,半徑為1 Jr問這種第二相微粒的存在能否完全阻止此金屬加熱時0.5J/m2）。再結(jié)晶(已知G=105MPa,b=0.3nm,比界面能解：再結(jié)晶的驅(qū)動力可由下式求得：22IF=GbpPo:Gb:(0.12)其中P為再結(jié)晶前的位錯

12、密度，P0為在再結(jié)晶后的位錯密度。再結(jié)晶阻力：l3fFr-(0.13)2r代入數(shù)據(jù)(注意計算時所有物理量的單位都要換算成SI制)，求得驅(qū)動力F=9X107N/m,Fr=7.5X103N/m。驅(qū)動力F遠(yuǎn)大于阻力Fr,因此第二相粒子的存在并不能完全阻止再結(jié)晶的發(fā)生。第4次：動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶1 .簡述一次再結(jié)晶與二次再結(jié)晶的驅(qū)動力，并如何區(qū)分冷、熱加工？動態(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？解：（略）2 .試述提高金屬塑性的措施？簡述理由。解：（略）3 .為什么金屬材料經(jīng)熱加工后機械性能較鑄造態(tài)好。（消除缺陷，流線，組織細(xì)化。）解：（略）4 .總結(jié)層錯能在位錯運動和冷、熱加工中所起的作

13、用。解：（略）5 .卜面是在不同溫底下保溫晶粒長大實驗所測得的數(shù)據(jù).如果忽略了晶粒開始長大時的乂寸，向晶粒界移動速度是古和驅(qū)動力成E比,求出晶界遷移的激活能5保溫時間山0.250.512平均4751.11.52.13.0晶粒5001.6223.24.5尺寸6002.83.95.57.S6503.34.76.69.4解：1、由再結(jié)晶晶粒大小和溫度之間的關(guān)系：_QmD：-D0=keRTt（0.14）如果忽略了初始晶粒大小，則（1.14）可表示為：_QmD：=keRTt（0.15）一般情況下，晶界移動速度v和晶粒大小存在如下關(guān)系：一一一2b，、v=mp=m-（0.16）對（1.15）式等式兩邊同時去

14、對數(shù)，有：Qe2lnDt=mInkInt（0.17）RT擬合可以得到：T/K748.15773.15873.15923.15-Qm+lnkRT-11.007-10.51-9.2629-9.0446可以得到如下方程:Qm+lnk = 11.007 748.15RQm+lnk = 10.51 773.15RQm+lnk =9.2629 873.15RQm + lnk = 9.0446k 923.15R(0.18)便可以求得Qm。2、作出lnt1/T圖，可以求得 A和B的值。lnt-1/Ty = 17026x - 27.0371/T由線性擬合可以得到：A=-27.037,B=17026。6.高純度銅經(jīng)冷加后，式屈服強度提高4倍，經(jīng)不同溫度再結(jié)晶退火，獲得50%再結(jié)晶的時間才和退火溫度的關(guān)系如下：溫度產(chǎn)C5080no140170時間F1.47X2.8X1.02X5.93X5.07X10s10后io-103io-它們符合Inf=/+更關(guān)系。！卬以和日為常數(shù)，丁是熱力學(xué)溫度。T上述材料制成電器元件分別在100及140口C下匚作，若零件設(shè)il時耍求強度為完全