材料科學(xué)基礎(chǔ)-第3.4.5次作業(yè)解答

1、.三、材料變形、回復(fù)與再結(jié)晶1.名詞解釋（1）臨界分切應(yīng)力:是材料常數(shù)，與晶體取向無關(guān)。當(dāng)塑性變形以滑移方式進(jìn)行時，外應(yīng)力在某一滑移系上的分切應(yīng)力達(dá)到臨界值時才能發(fā)生滑移，這一極限分切應(yīng)力稱為臨界分切應(yīng)力。大小取決于位錯在滑移面上運(yùn)動時所受的阻力。（2）孿生:晶體在切應(yīng)力作用下，沿一定晶面和一定晶向局部區(qū)域的各個晶面相對于其鄰面產(chǎn)生切變，變形后形成的孿生區(qū)域內(nèi)，晶體結(jié)構(gòu)與母體相同，但晶體取向發(fā)生變化，與母體呈鏡面對稱，構(gòu)成孿晶，其對稱面稱為孿晶界。（3）固溶強(qiáng)化:由于溶質(zhì)原子的加入引起點(diǎn)陣畸變，位錯運(yùn)動時必須克服溶質(zhì)原子產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)立場，阻力比純金屬大，增大了晶體滑移阻力，使固溶體合金的強(qiáng)度和硬

2、度提高。（4）Orowan機(jī)制:位錯繞過機(jī)制。當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ颖然w硬，位錯不能切割粒子滑移時，受到粒子阻擋而彎曲形成包圍粒子的位錯環(huán)，其余部分位錯線在線張力作用下迅速被拉直并繼續(xù)滑移。（5）應(yīng)變時效:退火狀態(tài)的試樣拉伸超過屈服點(diǎn)卸載馬上再加載，不發(fā)生屈服現(xiàn)象。放置一段時間后再加載，屈服現(xiàn)象重新出現(xiàn)。可以用柯氏氣團(tuán)解釋。（6）二次再結(jié)晶:異常晶粒長大。再結(jié)晶完成后的金屬繼續(xù)加熱超過某一溫度，少數(shù)晶?？赡芡蝗划惓ｉL大的現(xiàn)象（其他晶粒仍保持細(xì)?。＃?）回復(fù)：冷變形金屬在退火時發(fā)生組織性能變化的早期階段，時新的無畸變晶粒出現(xiàn)前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段，隨溫度和時間變化。2.Why are FCC

3、 metals more ductile than either HCP or BCC metals?SolutionBecause FCC metals have 12 slip systems. HCP metals just have 3 slip systems. Even BCC metals have 48 slip systems, FCC metals have 3 slip directions on each slip plane.3.How do changes in the dislocation density affect the strength and duct

4、ility (i.e. its ability to deform plastically)? Why?Solution因?yàn)榫w的宏觀塑性變形是通過位錯運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，而位錯運(yùn)動時除了受到點(diǎn)陣阻力，還會受到其他位錯的作用力，包括應(yīng)力場和交割。所以臨界分切應(yīng)力和位錯密度的平方根成正比，純金屬的臨界分切應(yīng)力可表示為c=0+Gb12當(dāng)位錯密度很低時，晶體接近完美晶體，然后隨著位錯密度增大，強(qiáng)度迅速下降。隨后，晶體中位錯密度增大，導(dǎo)致臨界分切應(yīng)力增大，材料強(qiáng)度增加。4.已知平均晶粒直徑為1mm和0.0625mm的a-Fe的屈服強(qiáng)度分別為112.7MPa和196MPa,問平均晶粒直徑為0.0196mm的a

5、-Fe的屈服強(qiáng)度為多少？解：由霍爾-佩奇公式，合金屈服強(qiáng)度與晶粒直徑關(guān)系:s=0+kd-12 112.7=0+k*1-12 196=0+k*0.0625-12084.93333 k27.76667平均晶粒直徑為0.0196mm的a-Fe的屈服強(qiáng)度為在此處鍵入公式。s=0+kd-12=27.76667-84.93333*0.0196-12283.2871Pa5.試指出Cu和a-Fe兩晶體易滑移的晶面和晶向，并求出他們的滑移面間距，滑移方向上的原子間距及點(diǎn)陣阻力。（已知GCu=48.3GPa，Ga-Fe =81.6GPa，v=0.3） 解：Cu為FCC結(jié)構(gòu)。易滑移的晶面為111，晶向<110

6、>滑移面間距aCu=ah2+k2+l2=3a3滑移方向上的原子間距bCu=au2+v2+w2=2a2Cu點(diǎn)陣阻力Cu=2G1-exp-2a1-b=2*48.31-0.3exp-2*3.14*3a31-0.3*2a2=90.91MPaa-Fe為BCC結(jié)構(gòu).易滑移的晶面為110112123，晶向<111>，晶面為110時滑移面間距aFe=ah2+k2+l2=2a2滑移方向上的原子間距bFe=au2+v2+w2=3a2點(diǎn)陣阻力Fe=2G1-exp-2a1-b=2*81.61-0.3exp-2*3.14*2a21-0.3*3a2=153.59MPa6.今有純Ti、Al、Pb三種鑄錠，

7、試判斷它們在室溫（20°C）軋制的難易順序。是否可以連續(xù)軋制？如果不能，應(yīng)采取什么措施才能使之軋制成薄板？（已知Ti的熔點(diǎn)1672°C，在883°C以下為HCP結(jié)構(gòu)，883°C以上為BCC結(jié)構(gòu)；Al的熔點(diǎn)為660°C，BCC結(jié)構(gòu)；Pb的熔點(diǎn)為328°C，F(xiàn)CC結(jié)構(gòu)。）解：室溫（20°C）下，Ti為HCP結(jié)構(gòu)，Al為BCC結(jié)構(gòu)，Pb為FCC結(jié)構(gòu)。軋制為塑性變形，根據(jù)三種結(jié)構(gòu)滑移系的不同(FCC結(jié)構(gòu)塑性最好，BCC結(jié)構(gòu)次之，HCP結(jié)構(gòu)最難)，三種鑄錠軋制由難到易為Ti，Al，Pb。不可以連續(xù)軋制。應(yīng)將Ti加熱到883°

8、以上，162°以下，進(jìn)行軋制。Al，Pb在室溫下軋制。7.簡述一次再結(jié)晶與二次再結(jié)晶的驅(qū)動力。如何區(qū)分冷、熱加工？動態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶后組織結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是什么？解一次再結(jié)晶的驅(qū)動力:變形金屬經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲存能。二次再結(jié)晶的驅(qū)動力：界面能降低晶粒尺寸差別。冷加工:低于再結(jié)晶溫度的加工。熱加工:高于再結(jié)晶溫度的加工。動態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶后組織結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別：動態(tài)再結(jié)晶得到的晶粒更細(xì)。8.某工廠用一冷拉鋼絲繩將一大型鋼件吊入熱處理爐內(nèi)，由于一時疏忽，未將鋼繩取出，而是隨同工件一起加熱至860，保溫時間到了，打開爐門，欲吊出工件時，鋼絲繩發(fā)生斷裂，試分析原因解：高溫和拉力使鋼繩發(fā)生蠕變。原子活動能力提高，位錯滑移更為容易，塑性變形越來越大，在晶界處形成微孔和裂紋，最后斷裂。9.有一截面為10mm´10mm的鎳基合金試樣，其長度為40mm，拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表，試計算其抗拉強(qiáng)度sb，屈服強(qiáng)度s0.2，彈性模量