材料科學(xué)模考13頁(yè)

1、材料?？?0. 若將一塊鐵加熱至 850 C,然后快速冷卻到 20C。試計(jì)算處理前后空位數(shù)應(yīng)增加多少倍(設(shè)鐵中形成一摩爾 空位所需要的能量為 104600J )。11. 設(shè)圖1-18所示的立方晶體的滑移面 ABCD平行于晶體的上、下底面。若該滑移面上有一正方形位錯(cuò)環(huán)，女口果位錯(cuò)環(huán)的各段分別與滑移面各邊平行，其柏氏矢量b / AB1) 有人認(rèn)為“此位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)移出晶體后，滑移面上產(chǎn)生的滑移臺(tái)階應(yīng)為4個(gè)b,試問(wèn)這種看法是否正確?為什么？2) 指出位錯(cuò)環(huán)上各段位錯(cuò)線(xiàn)的類(lèi)型，并畫(huà)出位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)出晶體后，滑移方向及滑移量。12. 設(shè)圖1-19所示立方晶體中的滑移面 ABCD平行于晶體的上、下底面。晶體中有一條

2、位錯(cuò)線(xiàn)fed，de段在滑移面上并平行 AB, ef段與滑移面垂直。位錯(cuò)的柏氏矢量b與de平行而與ef垂直。試問(wèn):1) 欲使de段位錯(cuò)在ABCD骨移面上運(yùn)動(dòng)而ef不動(dòng)，應(yīng)對(duì)晶體施加怎樣的應(yīng)力?2)在上述應(yīng)力作用下de位錯(cuò)線(xiàn)如何運(yùn)動(dòng)？晶體外形如何變化?- a11。13. 設(shè)面心立方晶體中的(111)為滑移面，位錯(cuò)滑移后的滑移矢量為問(wèn)此反應(yīng)能否進(jìn)行？為什么？ 寫(xiě)出合成位錯(cuò)的柏氏矢量，并說(shuō)明合成位錯(cuò)的類(lèi)型。1) 在晶胞中畫(huà)出柏氏矢量 b的方向并計(jì)算出其大小。2) 在晶胞中畫(huà)出引起該滑移的刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的位錯(cuò)線(xiàn)方向，并寫(xiě)出此二位錯(cuò)線(xiàn)的晶向指數(shù)。14. 判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行。15.若面心立方晶體中

3、有a -101b=2的單位位錯(cuò)及a121b= 6的不全位錯(cuò)，此二位錯(cuò)相遇產(chǎn)生位錯(cuò)反應(yīng)。a-101a -121a-111;a100 ra101 - a101;1)2632)2 2aaaaa112 111 111;a100 >111 111.3)3264)2 2若已知某晶體中位錯(cuò)密度C67=10 10 cm/cm1)由實(shí)驗(yàn)測(cè)得F-R位錯(cuò)源的平均長(zhǎng)度為10 "cm，求位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)中F-R位錯(cuò)源的數(shù)目。102)計(jì)算具有這種F-R位錯(cuò)源的鎳晶體發(fā)生滑移時(shí)所需要的切應(yīng)力。已知Ni的G =7.9 10 Pa,a = 0.350 nm17. 已知柏氏矢量b=0.25nm,如果對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界的取向差&

4、quot;1。及10°,求晶界上位錯(cuò)之間的距離。從計(jì)算結(jié)果可得到什么結(jié)論？18. 由n個(gè)刃型位錯(cuò)組成亞晶界，其晶界取向差為0.057 °。設(shè)在形成亞晶界之前位錯(cuò)間無(wú)交互作用，試問(wèn)形b48R = D Jt成亞晶界后，畸變能是原來(lái)的多少倍(設(shè)R二10 -，r。=b =10 一；形成亞晶界后，二)？19. 用位錯(cuò)理論證明小角度晶界的晶界能與位向差二的關(guān)系為二orAlnr。式中°和a為常數(shù)。20. 簡(jiǎn)單回答下列各題。1) 空間點(diǎn)陣與晶體點(diǎn)陣有何區(qū)別？2) 金屬的3種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)中，不能作為一種空間點(diǎn)陣的是哪種結(jié)構(gòu)？3) 原子半徑與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)降低時(shí)原子

5、半徑如何變化？4) 在晶體中插入柱狀半原子面時(shí)能否形成位錯(cuò)環(huán)？5) 計(jì)算位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受力的表達(dá)式為=ib，其中是指什么？6) 位錯(cuò)受力后運(yùn)動(dòng)方向處處垂直于位錯(cuò)線(xiàn)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是可變的，晶體作相對(duì)滑動(dòng)的方向應(yīng)是什么 方向？7) 位錯(cuò)線(xiàn)上的割階一般如何形成？8) 界面能最低的界面是什么界面？9) “小角度晶界都是由刃型位錯(cuò)排成墻而構(gòu)成的”這種說(shuō)法對(duì)嗎？10. 1.06 x 10(1)應(yīng)沿滑移面上、下兩部分晶體施加一切應(yīng)力t 0,的方向應(yīng)與de位錯(cuò)線(xiàn)平行。 (2)在上述切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)線(xiàn)de將向左(或右)移動(dòng)，即沿著與位錯(cuò)線(xiàn)de垂直的方向(且在滑移面上)移 動(dòng)。在位錯(cuò)線(xiàn)沿滑移面旋轉(zhuǎn)360°后

6、，在晶體表面沿柏氏矢量方向產(chǎn)生寬度為一個(gè)b的臺(tái)階。 倍。11. (1)這種看法不正確。在位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)移出晶體后，滑移面上、下兩部分晶體相對(duì)移動(dòng)的距離是由其柏氏矢量決定的。位錯(cuò)環(huán)的柏氏矢量為b，故其相對(duì)滑移了一個(gè) b的距離。A'B'為右螺型位錯(cuò)，C'D'為左螺型位錯(cuò)；B'C'為正刃型位錯(cuò)，D'A'為負(fù)刃型位錯(cuò)。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)移出晶體后 滑移方向及滑移量如附圖2.3所示。2.3位錯(cuò)環(huán)移出冊(cè)俸后引握的滑佛a寸2b 1 10|b | a13. (1)2，其大小為2，其方向見(jiàn)附圖2.4所示。(2)位錯(cuò)線(xiàn)方向及指數(shù)如附圖2.4所示。14. (1)能。

7、幾何條件：刀a11 1 b前=刀b后=3;能量條件：刀(2) 不能。能量條件：刀(3) 不能。幾何條件：刀b前2 = E b后2，兩邊能量相等。b 前=a/b557，刀 b 后=a/b11 - 1，不能滿(mǎn)足。不能。能量條件：刀3 2aEb 后2= 2即反應(yīng)后能量升高。2 2 1 2aaE b 前=3>E b 后=315. (1)能夠進(jìn)行。因?yàn)榧葷M(mǎn)足幾何條件:a -111E b前=刀b后=3,又滿(mǎn)足能量條件:a 111(2) b合=3;該位錯(cuò)為弗蘭克不全位錯(cuò)。=10101011個(gè)/ cm。56個(gè)原子間距，此時(shí)位錯(cuò)密度太大,16. (1)假設(shè)晶體中位錯(cuò)線(xiàn)互相纏結(jié)、互相釘扎，則可能存在的位錯(cuò)源

8、數(shù)目(2) t Ni = 1.95 X 1。7 Pa。17. 當(dāng) 0 = 1°, D= 14 nm ; 0 = 10°, D= 1.4 nm 時(shí)，即位錯(cuò)之間僅有 說(shuō)明當(dāng)0角較大時(shí)，該模型已不適用?；兡苁窃瓉?lái)的0.75倍(說(shuō)明形成亞晶界后，位錯(cuò)能量降低)。附2.5界廊結(jié)枸曲童圖18. 設(shè)小角度晶界的結(jié)構(gòu)由刃型位錯(cuò)排列而成，位錯(cuò)間距為D。晶界的能量丫由位錯(cuò)的能量E構(gòu)成，設(shè)I為位錯(cuò)El Ey =線(xiàn)的長(zhǎng)度，由附圖2.5可知，Dl DGb 2 REIn E中心由位錯(cuò)的能量計(jì)算可知,4. （1 I ）r°取R= D (超過(guò)D的地方，應(yīng)力場(chǎng)相互抵消 )，r。= b和0 = b

9、/D代入上式可得: Gb2 inb 4 二（1>.；）DE中心 bIn -o v（A In v）4 二（1 v b式中Gb4 二（1Gb19. (1)晶體點(diǎn)陣也稱(chēng)晶體結(jié)構(gòu)，是指原子的具體排列；而空間點(diǎn)陣則是忽略了原子的體積，而把它們抽象為純 幾何點(diǎn)。(2) 密排六方結(jié)構(gòu)。(3) 原子半徑發(fā)生收縮。這是因?yàn)樵右M量保持自己所占的體積不變或少變?cè)铀俭w積 "=原子的體積(4/3 n宀間隙體積，當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)減小時(shí)，即發(fā)生間隙體積的增加，若要維持上述方程的平衡，則原子半徑必然發(fā)生收縮。(4) 不能。因?yàn)槲诲e(cuò)環(huán)是通過(guò)環(huán)內(nèi)晶體發(fā)生滑移、環(huán)外晶體不滑移才能形成。(5) 外力在滑移面

10、的滑移方向上的分切應(yīng)力。(6) 始終是柏氏矢量方向。(7) 位錯(cuò)的交割。(8) 共格界面。(9) 否，扭轉(zhuǎn)晶界就由交叉的同號(hào)螺型位錯(cuò)構(gòu)成。1鋅單晶體試樣的截面積A= 78.5 mmz，經(jīng)拉伸試驗(yàn)測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)如表6-1所示。試回答下列問(wèn)題：(1) 根據(jù)表6-1中每一種拉伸條件的數(shù)據(jù)求出臨界分切應(yīng)力T k,分析有無(wú)規(guī)律。(2) 求各屈服載荷下的取向因子，作出取向因子和屈服應(yīng)力的關(guān)系曲線(xiàn)，說(shuō)明取向因子對(duì)屈服應(yīng)力的影響。表6-1鋅單晶體拉伸試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)屈服載荷/ N620252184148174273525U /(°)8372.56248.530.517.65入/(°)25.52

11、63466374.882.52 低碳鋼的屈服點(diǎn)與晶粒直徑d的關(guān)系如表6-2中的數(shù)據(jù)所示，d與，是否符合霍爾配奇公式 ？試用最小二乘法求出霍爾一配奇公式中的常數(shù)。表6-2低碳鋼屈服極限與晶粒直徑d/ Mm400501052d s/(kPa)86121180242345a1 10 3 .拉伸銅單晶體時(shí)，若拉力軸的方向?yàn)?01 , d = 106Pa。求(111)面上柏氏矢量b= 2的螺型位錯(cuò)線(xiàn)上所受的力(aCu = 0.36nm)。4 給出位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系式。說(shuō)明為什么晶體滑移通常發(fā)生在原子最密排的晶面和晶向。5對(duì)于面心立方晶體來(lái)說(shuō)，一般要有5個(gè)獨(dú)立的滑移系才能進(jìn)行滑移。這種結(jié)論

12、是否正確？請(qǐng)說(shuō)明原因及此結(jié)論適用的條件。6 .什么是單滑移、多滑移、交滑移？三者滑移線(xiàn)的形貌各有何特征?7. 已知純銅的111 .(1)臨界分切應(yīng)力n及取向因子數(shù)據(jù)如附表2.3所示。 10 滑移系的臨界切應(yīng)力 rc為1 MPa，問(wèn)；(1) 要使(1 11)面上產(chǎn)生101)方向的滑移，則在001方向上應(yīng)施加多大的應(yīng)力？(2) 要使(111)面上產(chǎn)生110方向的滑移呢？8 .證明體心立方金屬產(chǎn)生孿生變形時(shí)，孿晶面沿孿生方向的切應(yīng)變?yōu)?.707。9 .試比較晶體滑移和孿生變形的異同點(diǎn)。10. 用金相分析如何區(qū)分“滑移帶”、“機(jī)械孿晶”、“退火孿晶”。11. 試用位錯(cuò)理論解釋低碳鋼的屈服。舉例說(shuō)明呂德

13、斯帶對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響及防止辦法。12. 纖維組織及織構(gòu)是怎樣形成的？它們有何不同？對(duì)金屬的性能有什么影響 ？13. 簡(jiǎn)要分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、固熔強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化在本質(zhì)上有何異同。14. 鎢絲中氣泡密度(單位面積內(nèi)的氣泡個(gè)數(shù) )由100個(gè)/cm2增至400個(gè)/cm2時(shí)，拉伸強(qiáng)度可以提高 1倍左右，這是因?yàn)闅馀菘梢宰璧K位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。試分析氣泡阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的機(jī)制和確定切應(yīng)力的增值?r。15. 陶瓷晶體塑性變形有何特點(diǎn) ？16. 為什么陶瓷實(shí)際的抗拉強(qiáng)度低于理論的屈服強(qiáng)度，而陶瓷的壓縮強(qiáng)度總是高于抗拉17. 強(qiáng)度？18. 已知燒結(jié)氧化鋁的孔隙度為5%時(shí)，其彈性模量為 370 GPa若另一燒結(jié)氧化鋁的彈性

14、模量為270 GPa試求其孔隙度。19. 為什么高聚物在冷拉過(guò)程中細(xì)頸截面積保持基本不變？將已冷拉高聚物加熱到它的玻理化轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)，冷拉中產(chǎn)生的形變是否能回復(fù)？以上數(shù)據(jù)表明，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合臨界分切應(yīng)力定律T k(T m o20. 銀紋與裂紋有什么區(qū)別 ？ 1屈服應(yīng)力t s與取向因子，m之間的關(guān)系如附圖2.17所示。6. 單滑移是指只有一個(gè)滑移系進(jìn)行滑移?；凭€(xiàn)呈一系列彼此平行的直線(xiàn)。這是因?yàn)閱位苾H有一組多滑移 是指有兩組或兩組以上的不同滑移系同時(shí)或交替地進(jìn)行滑移。它們的滑移線(xiàn)或者平行，或者相交成一定角度。這是因?yàn)橐欢ǖ木w結(jié)構(gòu)中具有一定的滑移系，而這些滑移系的滑移面之間及滑移方向之間都交滑

15、移是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的滑移面沿共同的滑移方向同時(shí)或交替地滑移。它們的滑移線(xiàn)通常為折線(xiàn)或波紋狀。只是螺位 錯(cuò)在不同的滑移面上反復(fù)“擴(kuò)展”的結(jié)果。10. 滑移帶一般不穿越晶界。如果沒(méi)有多滑移時(shí)，以平行直線(xiàn)和波紋線(xiàn)出現(xiàn)，如附圖2.19(a)，它可以通過(guò)拋光而去除。機(jī)械孿晶也在晶粒內(nèi)，因?yàn)樗诨齐y以進(jìn)行時(shí)發(fā)生，而當(dāng)孿生使晶體轉(zhuǎn)動(dòng)后，又可使晶體滑移。所以一般 孿晶區(qū)域不大，如附圖 2. 19(b)所示。孿晶與基體位向不同，不能通過(guò)拋光去除。退火孿晶以大條塊形態(tài)分布于晶內(nèi)，孿晶界面平直，一般在金相磨面上分布比較均勻，如附圖2o 19(c)所示,且不能通過(guò)拋光去除。11. 低碳鋼的屈服現(xiàn)象可用位錯(cuò)理論說(shuō)明

16、。由于低碳鋼是以鐵素體為基的合金，鐵素體中的碳(氮)原子與位錯(cuò)交互作用，總是趨于聚集在位錯(cuò)線(xiàn)受拉應(yīng)力的部位以降低體系的畸變能，形成柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起“釘 扌作用，致使 T s升高。而位錯(cuò)一旦掙脫氣團(tuán)的釘扎，便可在較小的應(yīng)力下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)拉伸曲線(xiàn)上又 會(huì)出現(xiàn)下屈服點(diǎn)。已經(jīng)屈服的試樣，卸載后立即重新加載拉伸時(shí)，由于位錯(cuò)已脫出氣團(tuán)的釘扎，故不出現(xiàn)屈 服點(diǎn)。但若卸載后，放置較長(zhǎng)時(shí)間或稍經(jīng)加熱后，再進(jìn)行拉伸時(shí)，由于熔質(zhì)原子已通過(guò)熱擴(kuò)散又重新聚集到 位錯(cuò)線(xiàn)周?chē)纬蓺鈭F(tuán)，故屈服現(xiàn)象又會(huì)重新出現(xiàn)。呂德斯帶會(huì)使低碳薄鋼板在沖壓成型時(shí)使工件表面粗糙不平。其解決辦法，可根據(jù)應(yīng)變時(shí)效原理，將鋼板在沖壓之前先進(jìn)行一道微

17、量冷軋 (如1 %2%的壓下量)工序，使屈服點(diǎn)消除，隨后進(jìn)行沖壓成型， 也可向 鋼中加入少量Ti , A1及C, N等形成化合物，以消除屈服點(diǎn)。12. 材料經(jīng)冷加工后，除使紊亂取向的多晶材料變成有擇優(yōu)取向的材料外，還使材料中的不熔雜質(zhì)、第二相和各種缺陷發(fā)生變形。由于晶粒、雜質(zhì)、第二相、缺陷等都沿著金屬的主變形方向被拉長(zhǎng)成纖維狀，故稱(chēng)為纖維組織。一般來(lái)說(shuō)，纖維組織使金屬縱向（纖維方向）強(qiáng)度高于橫向強(qiáng)度。這是因?yàn)樵跈M斷面上雜質(zhì)、第二相、缺陷等脆性、低強(qiáng)度“組元”的截面面積小，而在縱斷面上截面面積大。當(dāng)零件承受較大載荷或承 受沖擊和交變載荷時(shí)，這種各向異性就可能引起很大的危險(xiǎn)。金屬在冷加工以后，各晶

18、粒的位向就有一定的關(guān)系。如某些晶面或晶向彼此平行，且都平行于零件的某 一外部參考方向，這樣一種位向分布就稱(chēng)為擇優(yōu)取向或簡(jiǎn)稱(chēng)為織構(gòu)。形成織構(gòu)的原因并不限于冷加工，而這里主要是指形變織構(gòu)。無(wú)論從位向還是從性能看，有織構(gòu)的多晶 材料都介于單晶體和完全紊亂取向的多晶體之間。由于織構(gòu)引起金屬各向異性，在很多情況下給金屬加工帶 來(lái)不便，如冷軋鎂板會(huì)產(chǎn)生 （0001）1120織構(gòu)，若進(jìn)一步加工很容易開(kāi)裂；深沖金屬杯的制耳，金屬的熱循 環(huán)生長(zhǎng)等。但有些情況下也有其有利的一面。13.加工硬化是由于位錯(cuò)塞積、纏結(jié)及其相互作用，阻止了位錯(cuò)的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)， 流變應(yīng)力二d =Gb.、。細(xì)晶強(qiáng)化是由于晶界上的原子排列不規(guī)則

19、，且雜質(zhì)和缺陷多，能量較高，阻礙位錯(cuò)的通過(guò),且晶粒細(xì)小時(shí)，變形均勻，應(yīng)力集中小，裂紋不易萌生和傳播。固熔強(qiáng)化是由于位錯(cuò)與熔質(zhì)原子交互作用，即柯氏氣團(tuán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。彌散強(qiáng)化是由于位錯(cuò)繞過(guò)、切過(guò)第二相粒子，需要增加額外的能量（如表面能或錯(cuò)排能）；同時(shí)，粒子周?chē)膹椥詰?yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。14.氣泡阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的機(jī)制是由于位錯(cuò)通過(guò)氣泡時(shí)，切割氣泡，增加了氣泡一金屬間界面的面積，因 此需要增加外切應(yīng)力做功，即提高了金屬鎢的強(qiáng)度。設(shè)位錯(cuò)的柏氏矢量為 b，氣泡半徑為r，則位錯(cuò)切割氣泡后增加的氣泡一金屬間界面面積為A= 2rb。設(shè)氣泡一金屬的比界面能為d，則界面能增值為 2rb。若位錯(cuò)切割

20、一個(gè)氣泡的切應(yīng)力增值為？ t ',則應(yīng)力所做功為？ T ' bo所以 2rb d =? t ' b,即：2r d =? t '當(dāng)氣泡密度為n時(shí)，則切應(yīng)力總增值：？ t =n? t ' =2nr d可見(jiàn)，切應(yīng)力增值與氣泡密度成正比。15.作為一類(lèi)材料，陶瓷是比較脆的。晶態(tài)陶瓷缺乏塑性是由于其離子鍵和共價(jià)鍵造成的。在共價(jià)鍵鍵合的陶瓷中，原子之間的鍵合是特定的并具有方向性，如附圖2.20（a）所示。當(dāng)位錯(cuò)以水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須破壞這種特殊的原子鍵合，而共價(jià)鍵的結(jié)合力是很強(qiáng)的，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有很高的點(diǎn)陣阻力 （即派一納力）。因此，以共價(jià)鍵鍵合的陶瓷，不論是單晶體還是多

21、晶體，都是脆的?；旧鲜请x子鍵鍵合的陶瓷，它的變形就不一樣。具有離子鍵的單晶體，如氧化鐵和氯化鈉，在室溫受壓應(yīng)力作用時(shí)可以進(jìn)行相當(dāng)多的塑性變形，但是具有離子鍵的多晶陶瓷則是脆的，并在晶界形成裂紋。 這是因?yàn)榭梢赃M(jìn)行變形的離子晶體，如附圖2.20（b）所示，當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一個(gè)原子間距時(shí)，同號(hào)離子的巨大斥力，使位錯(cuò)難以運(yùn)動(dòng)；但位錯(cuò)如果沿45°方向而不是水平方向運(yùn)動(dòng)，則在滑移過(guò)程中相鄰晶面始終由庫(kù)侖力保持相吸，因而具有相當(dāng)好的塑性。但是多晶陶瓷變形時(shí)，相鄰晶粒必須協(xié)調(diào)地改變形狀，由于滑移系統(tǒng)較少 而難以實(shí)現(xiàn)，結(jié)果在晶界產(chǎn)生開(kāi)裂，最終導(dǎo)致脆性斷裂。16.這是由于陶瓷粉末燒結(jié)時(shí)存在難以避免的顯微空

22、隙。在冷卻或熱循環(huán)時(shí)由熱應(yīng)力產(chǎn)生了顯微裂紋,由于腐蝕所造成的表面裂紋，使得陶瓷晶體與金屬不同，具有先天性微裂紋。在裂紋尖端，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，按照彈性力學(xué)估算，裂紋尖端的最大應(yīng)力已達(dá)到理論斷裂強(qiáng)度或理論屈服強(qiáng)度（因?yàn)樘沾删w中可動(dòng)位錯(cuò)很少，而位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)又很困難，故一旦達(dá)到屈服強(qiáng)度就斷裂了）。反過(guò)來(lái)，也可以計(jì)算當(dāng)裂紋尖端的最大應(yīng)力等于理論屈服強(qiáng)度時(shí)，晶體斷裂的名義應(yīng)力，它和實(shí)際得出的抗拉強(qiáng)度極為接近。陶瓷的壓縮強(qiáng)度一 般為抗拉強(qiáng)度的15倍左右。這是因?yàn)樵诶鞎r(shí)當(dāng)裂紋一達(dá)到臨界尺寸就失穩(wěn)擴(kuò)展而斷裂；而壓縮時(shí)裂紋或 者閉合或者呈穩(wěn)態(tài)地緩慢擴(kuò)展，并轉(zhuǎn)向平行于壓縮軸。即在拉伸時(shí)，陶瓷的抗拉強(qiáng)度是由晶體

23、中的最大裂紋 尺寸決定的，而壓縮強(qiáng)度是由裂紋的平均尺寸決定的。18. 玻璃態(tài)高聚物在 TbTg之間或部分結(jié)晶高聚物在 TgTm之間的典型拉伸應(yīng)力一應(yīng)變曲線(xiàn)表明，過(guò)了屈服點(diǎn)之后，材料開(kāi)始在局部地區(qū) （如應(yīng)力集中處）出現(xiàn)頸縮，再繼續(xù)變形時(shí)，其變形不是集中在原頸縮處， 使得該處愈拉愈細(xì)，而是頸縮區(qū)擴(kuò)大，不斷沿著試樣長(zhǎng)度方向延伸，直到整個(gè)試樣的截面尺寸都均勻減小。 在這一段變形過(guò)程中應(yīng)力幾乎不變，如附圖2.21所示。在開(kāi)始出現(xiàn)頸縮后，繼續(xù)變形時(shí)頸縮沿整個(gè)試樣擴(kuò)大，這說(shuō)明原頸縮處出現(xiàn)了加工硬化。X射線(xiàn)證明,高聚物中的大分子無(wú)論是呈無(wú)定形態(tài)還是呈結(jié)晶態(tài)，隨著變形程度的增加， 都逐漸發(fā)生了沿外力方向的定向排

24、列。由于鍵的方向性（主要是共價(jià)鍵）在產(chǎn)生定向排列之后，產(chǎn)生了應(yīng)變硬化。把已冷拉高聚物的試樣加熱到Tg以上，形變基本上全能回復(fù)。這說(shuō)明非晶態(tài)高聚物冷拉中產(chǎn)生的形變屬高彈性形變范疇。部分結(jié)晶高聚物冷拉后殘留的形變中大部分必須升溫至丁-附近時(shí)才能回復(fù)。這是因?yàn)椴糠纸Y(jié)晶高聚物的冷拉中伴隨著晶片的排列與取向，而取向的晶片在Tm以下是熱力學(xué)穩(wěn)定的。19. 銀紋不同于裂紋。裂紋的兩個(gè)張開(kāi)面之間完全是空的，而銀紋面之間由高度取向的纖維束和空穴組 成，仍具有一定的強(qiáng)度。銀紋的形成是由于材料在張應(yīng)力作用下局部屈服和冷拉造成。1. 設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方法，確定在一定溫度（T ）下再結(jié)晶形核率 N和長(zhǎng)大線(xiàn)速度 G （若N和

25、G都隨時(shí)間而變）。2 金屬鑄件能否通過(guò)再結(jié)晶退火來(lái)細(xì)化晶粒？3 .固態(tài)下無(wú)相變的金屬及合金，如不重熔，能否改變其晶粒大小？用什么方法可以改變？4 說(shuō)明金屬在冷變形、回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大各階段晶體缺陷的行為與表現(xiàn)，并說(shuō)明各階段促使這些晶體缺陷運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是什么。5 將一鍥型銅片置于間距恒定的兩軋輥間軋制，如圖74所示。（1）畫(huà)出此銅片經(jīng)完全再結(jié)晶后晶粒大小沿片長(zhǎng)方向變化的示意圖；（2）如果在較低溫度退火，何處先發(fā)生再結(jié)晶？為什么？6圖75示出。一黃銅在再結(jié)晶終了的晶粒尺寸和再結(jié)晶前的冷加工量之間的關(guān)系。圖中曲線(xiàn)表明，三種不同 的退火溫度對(duì)晶粒大小影響不大。這一現(xiàn)象與通常所說(shuō)的“退火溫度越高，退

26、火后晶粒越大”是否有矛盾 該如何解釋?zhuān)? .假定再結(jié)晶溫度被定義為在1 h內(nèi)完成95%再結(jié)晶的溫度，按阿累尼烏斯(Arrhenius)方程，N= N)exp(RT ),G= Gexp( RT )可以知道，再結(jié)晶溫度將是 G和向的函數(shù)。(1) 確定再結(jié)晶溫度與 G , N , Qg, Q的函數(shù)關(guān)系；(2) 說(shuō)明N), G, Qg, Q的意義及其影響因素。8. 為細(xì)化某純鋁件晶粒，將其冷變形5%后于650C退火1 h,組織反而粗化；增大冷變形量至80%,再于650C退火1 h，仍然得到粗大晶粒。試分析其原因，指出上述工藝不合理處，并制定一種合理的晶粒細(xì)化工藝。9冷拉銅導(dǎo)線(xiàn)在用作架空導(dǎo)線(xiàn)時(shí)(要求一定

27、的強(qiáng)度)和電燈花導(dǎo)線(xiàn)(要求韌性好)時(shí)，應(yīng)分別采用什么樣的最終熱處理工藝才合適?10. 試比較去應(yīng)力退火過(guò)程與動(dòng)態(tài)回復(fù)過(guò)程位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有何不同。從顯微組織上如何區(qū)分動(dòng)、靜態(tài)回復(fù)和動(dòng)、靜態(tài)再結(jié)晶？11. 某低碳鋼零件要求各向同性，但在熱加工后形成比較明顯的帶狀組織。請(qǐng)?zhí)岢鰩追N具體方法來(lái)減輕 或消除在熱加工中形成帶狀組織的因素。12. 為何金屬材料經(jīng)熱加工后機(jī)械性能較鑄造狀態(tài)為佳？13. 燈泡中的鎢絲在非常高的溫度下工作，故會(huì)發(fā)生顯著的晶粒長(zhǎng)大。當(dāng)形成橫跨燈絲的大晶粒時(shí)，燈 絲在某些情況下就變得很脆，并會(huì)在因加熱與冷卻時(shí)的熱膨脹所造成的應(yīng)力下發(fā)生破斷。試找出一種能延長(zhǎng) 鎢絲壽命的方法。2514. Fe-

28、Si鋼(Wsi為0.03)中，測(cè)量得到 MnS粒子的直徑為 0.4每1 mm內(nèi)的粒子數(shù)為2X 10個(gè)。計(jì)算MnS對(duì)這種鋼正常熱處理時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響(即計(jì)算奧氏體晶粒尺寸)。15. 判斷下列看法是否正確。(1) 采用適當(dāng)?shù)脑俳Y(jié)晶退火，可以細(xì)化金屬鑄件的晶粒。(2) 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶僅發(fā)生在熱變形狀態(tài)，因此，室溫下變形的金屬不會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。(3) 多邊化使分散分布的位錯(cuò)集中在一起形成位錯(cuò)墻，因位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的疊加，使點(diǎn)陣畸變?cè)龃蟆?4) 凡是經(jīng)過(guò)冷變形后再結(jié)晶退火的金屬，晶粒都可得到細(xì)化。(5) 某鋁合金的再結(jié)晶溫度為320C，說(shuō)明此合金在 320C以下只能發(fā)生回復(fù)，而在320 C以上一定發(fā)生再結(jié)

29、晶。(6) 20#鋼的熔點(diǎn)比純鐵的低，故其再結(jié)晶溫度也比純鐵的低。(7) 回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過(guò)程均是形核及核長(zhǎng)大過(guò)程，其驅(qū)動(dòng)力均為儲(chǔ)存能。(8) 金屬的變形量越大，越容易出現(xiàn)晶界弓出形核機(jī)制的再結(jié)晶方式。(9) 晶粒正常長(zhǎng)大是大晶粒吞食小晶粒，反常長(zhǎng)大是小晶粒吞食大晶粒。(10) 合金中的第二相粒子一般可阻礙再結(jié)晶，但促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大。(11) 再結(jié)晶織構(gòu)是再結(jié)晶過(guò)程中被保留下來(lái)的變形織構(gòu)。(12) 當(dāng)變形量較大、變形較均勻時(shí)，再結(jié)晶后晶粒易發(fā)生正常長(zhǎng)大，反之易發(fā)生反常長(zhǎng)大。(13) 再結(jié)晶是形核一長(zhǎng)大過(guò)程，所以也是一個(gè)相變過(guò)程。1. 可用金相法求再結(jié)晶形核率N和長(zhǎng)大線(xiàn)速度 G具體操作：(

30、1) 測(cè)定N:把一批經(jīng)大變形量變形后的試樣加熱到一定溫度(丁)后保溫，每隔一定時(shí)間t，取出一個(gè)試樣淬火，把做成的金相樣品在顯微鏡下觀察，數(shù)得再結(jié)晶核心的個(gè)數(shù) N,得到一組數(shù)據(jù)(數(shù)個(gè))后作N-1圖,在N t曲線(xiàn)上每點(diǎn)的斜率便為此材料在溫度丁下保溫不同時(shí)間時(shí)的再結(jié)晶形核率No(2) 測(cè)定G:將(1)中淬火后的一組試樣進(jìn)行金相觀察，量每個(gè)試樣(代表不同保溫時(shí)間)中最大晶核的線(xiàn)尺寸D,作D t圖，在D-1曲線(xiàn)上每點(diǎn)的斜率便為了溫度下保溫不同時(shí)間時(shí)的長(zhǎng)大線(xiàn)速度G2. 再結(jié)晶退火必須用于經(jīng)冷塑性變形加工的材料，其目的是改善冷變形后材料的組織和性能。再結(jié)晶退火的溫度較低，一般都在臨界點(diǎn)以下。若對(duì)鑄件采用再結(jié)

31、晶退火，其組織不會(huì)發(fā)生相變，也沒(méi)有形成新晶核的 驅(qū)動(dòng)力(如冷變形儲(chǔ)存能等)，所以不會(huì)形成新晶粒，也就不能細(xì)化晶粒。3. 能?？山?jīng)過(guò)冷變形而后進(jìn)行再結(jié)晶退火的方法。4. 答案如附表2.5所示。附表2.5冷變形金屬加熱時(shí)晶體缺陷的行為缺陷表現(xiàn)、 物理變化晶體缺陷的行為缺陷運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力冷加工變形時(shí)主要的形變方式是滑移，由于滑 移，晶體中空位和位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)分布不 均勻切應(yīng)力作用回復(fù)空位擴(kuò)散、集聚或消失；位錯(cuò)密度降低，位錯(cuò) 相互作用重新分布(多邊化)彈性畸變能再結(jié)晶毗鄰低位錯(cuò)密度區(qū)晶界向高位錯(cuò)密度的晶粒擴(kuò) 張。位錯(cuò)密度減少，能量降低，成為低畸變或 無(wú)畸變區(qū)形變儲(chǔ)存能晶粒長(zhǎng)大彎曲界面向其曲率中心方向移

32、動(dòng)。微量雜質(zhì)原 子偏聚在晶界區(qū)域，對(duì)晶界移動(dòng)起拖曳作用。這與雜質(zhì)吸附在位錯(cuò)中組成柯氏氣團(tuán)阻礙位錯(cuò) 運(yùn)動(dòng)相似，影響了晶界的活動(dòng)性晶粒長(zhǎng)大前后總的界面能差， 而界面移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是界面 曲率5. (1)銅片經(jīng)完全再結(jié)晶后晶粒大小沿片長(zhǎng)方向變化示意圖如附圖2.22所示。由于銅片寬度不同，退火后晶粒大小也不同。最窄的一端基本無(wú)變形，退火后仍保持原始晶粒尺寸；在較寬處，處于臨界變形范圍，再結(jié)晶后晶粒粗大；隨寬度增大，變形度增大，退火后晶粒變細(xì)，最后達(dá)到穩(wěn)定值。在最寬處，變形量很大, 在局部地區(qū)形成變形織構(gòu)，退火后形成異常大晶粒。（2）變形越大，冷變形儲(chǔ)存能越高，越容易再結(jié)晶。因此，在較低溫度退火，在較寬處

33、先發(fā)生再結(jié)晶。6. 再結(jié)晶終了的晶粒尺寸是指再結(jié)晶剛完成但未發(fā)生長(zhǎng)大時(shí)的晶粒尺寸。若以再結(jié)晶晶粒中心點(diǎn)之間的平均距離d表征再結(jié)晶的晶粒大小，則 d與再結(jié)晶形核率 N及長(zhǎng)大線(xiàn)速度之間有如下近似關(guān)系:G二 kN14=N 0 exp(RT），=G o exp(RT由于Qn與Qg幾乎相等，故退火溫度對(duì) G/N比值的影響微弱，即晶粒大小是退火溫度的弱函數(shù)。故圖中曲 線(xiàn)中再結(jié)晶終了的晶粒尺寸與退火溫度關(guān)系不大。再結(jié)晶完成以后，若繼續(xù)保溫，會(huì)發(fā)生晶粒長(zhǎng)大的過(guò)程。對(duì)這一過(guò)程而言，退火溫度越高，（保溫時(shí)間相同時(shí)）退火后晶粒越大。這是因?yàn)榫ЯｉL(zhǎng)大過(guò)程是通過(guò)大角度晶界的移動(dòng)來(lái)進(jìn)行的。溫度越高，晶界移動(dòng)的激 活能就越

34、低，晶界平均遷移率就越高，晶粒長(zhǎng)大速率就越快，在相同保溫時(shí)間下，退火后的晶粒越粗大，這 與前段的分析并不矛盾。8. 前種工藝，由于鋁件變形處于臨界變形度下，故退火時(shí)可形成個(gè)別再結(jié)晶核心，最終晶粒極為粗大，而后種工藝，是由于進(jìn)行再結(jié)晶退火時(shí)的溫度選擇不合理（溫度過(guò)高），若按T再=0.4T熔估算，則T再=100C,故再結(jié)晶溫度不超過(guò) 200C為宜。由于采用 630 C退火1 h，故晶粒仍然粗大。綜上分析，在80%變形量條件下，采用 150 C退火1 h，則可使其晶粒細(xì)化。9. 前者采用去應(yīng)力退火（低溫退火）；后者采用再結(jié)晶退火（高溫退火）。10. 去應(yīng)力退火過(guò)程中，位錯(cuò)通過(guò)攀移和滑移重新排列，從高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軕B(tài)；動(dòng)態(tài)回復(fù)過(guò)程中，則是通過(guò) 螺位錯(cuò)的交滑移和刃位錯(cuò)的攀移，使異號(hào)位錯(cuò)相互抵消，保持位錯(cuò)增殖率與位錯(cuò)消失率之間的動(dòng)態(tài)平衡。從顯微組織上觀察