金屬學(xué)與熱處理課后習(xí)題答案

金屬學(xué)與熱處理課后習(xí)題答案第六章TheponywasrevisedinJanuary2023第 六 章 金 屬 及 合 金 的 塑 性 變 形 和 斷 裂鋅單晶體試樣截面積A=，經(jīng)拉伸試驗(yàn)測定的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：184148174273525屈服載荷/N620252φ角〔°〕83621765λ角〔°〕26384663τk〔Mpa〕cosλcosφσs〔Mpa〕依據(jù)以上數(shù)據(jù)求出臨界分切應(yīng)力τk并填入上表子對屈服應(yīng)力的影響。答：cosφcosλ，σs/截面積當(dāng)載荷與法線夾角φ為鈍角時，則按φ的補(bǔ)角做余弦計(jì)算。cosφcosλ稱作取向因子，由表中σscosφcosλ的數(shù)值可以看出，隨著取向因子的最大值是φ、λ45σs時，cosφcosλ0，則無論τkσs無窮大，表示晶體在此狀況下根本無法滑移，這種取向稱為硬取向。畫出銅晶體的一個晶胞，在晶胞上指出：發(fā)生滑移的一個滑移面在這一晶面上發(fā)生滑移的一個方向滑移面上的原子密度與{001}等其他晶面相比有何差異答：解答此題首先要知道銅在室溫時的晶體構(gòu)造是面心立方。格中的密排面是{111}晶面。{111}晶面中的密排方向<110>晶向。a2，{001}a2a。假定有一銅單晶體，其外表恰好平行于晶體的〔001〕晶面，假設(shè)在[001]晶向施加應(yīng)在外表上可能看到的滑移線形貌。答：1000距。相接近的一組小臺階在宏觀上反映的就是一個大臺階，即滑移帶。所以晶體外表上的滑移線形貌是臺階高度約為1000個原子間距的一個個小臺階。答：多晶體的塑性變形過程：生塑性變形，只有那些取向最有利的晶粒隨著外力的增加最先發(fā)生塑性變形。運(yùn)動著的位錯不能夠越過晶界，滑移不能進(jìn)展到相鄰晶粒中，于是位錯在晶界處受阻，形成位錯的平面塞積群。塑性變形。使越來越多的晶粒參與塑性變形。應(yīng)力集中所引起，并造成肯定的宏觀塑性變形效果。各個晶粒間及晶粒內(nèi)的變形都是不均勻的。晶粒越細(xì)強(qiáng)度越高、塑性越好的緣由：強(qiáng)度：由多晶體的塑性變形過程可知，多數(shù)晶粒的塑性變形是由先塑性變形晶粒中的位錯平面塞積群引起的應(yīng)力集中于外加載荷相疊加而引起的。由位錯運(yùn)動理論可以得知，位錯塞積群在障礙處產(chǎn)生的應(yīng)力集中與位錯數(shù)目有關(guān)，位錯數(shù)目越多，造成的應(yīng)力集中越大，而位錯數(shù)目與位錯源到障礙物的距離成正比。所以晶粒越小，位錯源到障礙物〔晶界〕的距離越短，位錯數(shù)目越少，造成的應(yīng)力集中越小，此時假設(shè)要是相鄰晶粒發(fā)生塑性變形，則需要較大的外加載荷，也就是抵抗塑性變形的力量月強(qiáng)，強(qiáng)度越高。塑性：由多晶體的塑性變形過程可知，多晶體的塑性變形具有不均勻性。晶粒越細(xì)，各晶粒間或晶粒內(nèi)部與晶界處的應(yīng)變相差越小，變形較均勻，相對來說因不均勻變形產(chǎn)生應(yīng)力集中引起開裂的機(jī)率較小，這就有可能在斷裂前承受較大的塑性變形量，可以得到較高的伸長率和斷面收縮率。韌性：由于細(xì)晶粒的變形較均勻，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中裂紋，而且晶粒越細(xì)晶界面積越大，對裂紋擴(kuò)展的阻力越大，因此在斷裂過程中可以吸取更多的能量，表現(xiàn)出較高的韌性。杯底部消滅裂紋，這是為什么？答：裂紋緣由：1、低碳鋼板冷沖時，各局部的塑性變形是不均勻的，在口杯局內(nèi)在宏觀內(nèi)應(yīng)力。性，由此產(chǎn)生較大的其次類內(nèi)應(yīng)力。變形不均勻造成的內(nèi)應(yīng)力相疊加，超過了鋼板的斷裂強(qiáng)度，消滅裂紋。答：滑移定義：晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一局部相對于另一局部沿某些晶面〔滑移面〕和晶向〔滑移方向〕發(fā)生滑動的現(xiàn)象。本質(zhì)：滑移并不是晶體的一局部相對于另一局部作整體的剛性移動，而是位錯在切應(yīng)力的作用下沿著滑移面上的滑移方向逐步移動的結(jié)果。孿生定義：晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一局部沿肯定的晶面〔孿生面〕和肯定的晶向〕相對于另一局部晶體做均勻地切變；在切變區(qū)域內(nèi)，與孿生面平行的的每層晶的過程稱為孿生。滑移在塑性變形過程中的作用：在常溫順低溫下金屬的塑性變形主要通過滑移方式進(jìn)展。很小的切應(yīng)力就可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動。孿生在塑性變形過程中的作用：孿生對塑性變形的奉獻(xiàn)比滑移要小。下，晶體才進(jìn)展孿生變形。量孿晶時，可以促進(jìn)塑性變形。和服役過程中的重要意義。答：金屬塑性變形后組織構(gòu)造與性能之間的關(guān)系：織，使金屬的力學(xué)性能呈方向性。2、金屬塑性變形后，晶體中的亞構(gòu)造得到細(xì)化，形成大量的胞狀亞構(gòu)造。位錯密度增塑性、韌性降低。向而趨于彼此全都，產(chǎn)生形變織構(gòu)。金屬性能表現(xiàn)為各向異性。能和導(dǎo)熱性能略為下降。內(nèi)能增加，化學(xué)性提高，耐腐蝕性能降低。加工硬化在機(jī)械零件生產(chǎn)和服役過程中的重要意義：加工硬化：金屬在塑性變形過程中，隨著變形程度的增加，金屬的硬度、強(qiáng)度增加，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。又稱形變強(qiáng)化。緣由：隨著塑性變形的進(jìn)展，位錯密度不斷增大，位錯在運(yùn)動時的相互交割加劇，產(chǎn)生位錯割階和位錯纏結(jié)等障礙，使位錯運(yùn)動的阻力增大，造成晶體的塑性變形抗力增大。在零件生產(chǎn)中的意義：加工硬化保證其不被拉斷。在零件使用過程中的意義：度的增加而自行停頓，從而提高零件的安全性。需要指出的是：加工硬化現(xiàn)象也會給零件生產(chǎn)和使用帶來一些不利因素備功率，增加能源動力的消耗。2、金屬經(jīng)加工硬化后，塑性大為降低，在使用過程中，假設(shè)連續(xù)變形簡潔導(dǎo)致開裂。答：殘留內(nèi)應(yīng)力的形成緣由：〔約占10%〕保存在金屬內(nèi)部，形成殘留內(nèi)應(yīng)力。主要分為以下三類：〔第一類內(nèi)應(yīng)力〕：它是由于金屬材料各局部的不均勻變形引起的，是整個物體范圍內(nèi)處于平衡的力?！财浯晤悆?nèi)應(yīng)力〕：它是由于晶粒或亞晶粒不均勻變形而引起的，是在晶粒或亞晶粒范圍內(nèi)處于平衡的力?！驳谌悆?nèi)應(yīng)力〕：它是由于塑性變形使金屬內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯和空位，不多的原子群范圍內(nèi)保持平衡的力。爭論這局部內(nèi)應(yīng)力的意義：形、開裂和產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，降低材料的力學(xué)性能。用壽命有利。的使用壽命。斷裂過程的影響。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(qiáng)度。脆性斷裂：又稱為低應(yīng)力斷裂，斷裂前極少有或沒有宏觀塑性變形，但在局部區(qū)域仍存在肯定的微觀塑性變形，斷裂時承受的工程應(yīng)力通常不超過材料的屈服強(qiáng)度，甚至低于按宏觀強(qiáng)度理論確定的許用應(yīng)力。裂紋對材料斷裂的影響：集中。材料發(fā)生斷裂。裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，直至斷裂。此時整個裂紋界面的平均應(yīng)力σcσ，也就是說含裂紋特征。答：應(yīng)力強(qiáng)度因子：材料中不行避開的存在裂紋，當(dāng)含有裂紋的材料受外加應(yīng)力σ作用時，裂紋尖端應(yīng)力場的各應(yīng)力重量中均有一個共同因子K〔K=σ√πa，a為裂紋長度的一I I半〕，KI

表示裂紋尖端應(yīng)力場的強(qiáng)弱，簡稱應(yīng)力強(qiáng)度因子。斷裂韌度：當(dāng)外加應(yīng)力到達(dá)臨界值σc時，裂紋開頭失穩(wěn)擴(kuò)展，引起斷裂，相應(yīng)地K值增I加到臨界值K，這個臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子K稱為材料的斷裂韌度，可以通過試驗(yàn)測得。c c平面應(yīng)變斷裂韌度：對同一材料來說，Kc

取決于材料的厚度：隨著厚度的增加，Kc

單調(diào)減

稱為平面應(yīng)變斷裂韌度。Ic Ic在機(jī)械設(shè)計(jì)中的功用：1、確定構(gòu)件的安全性。依據(jù)探傷測定構(gòu)件中的