金屬材料成型加工復(fù)習(xí)資料(名詞解釋、簡答、論述)

實(shí)用文檔塑性變形包括晶內(nèi)變形和晶間變形。通過各種位錯運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)的晶內(nèi)一部分相對于另一部分的剪切運(yùn)動就是晶內(nèi)變形，常溫下有滑移和孿生，當(dāng)T>0.5TR時，可能出現(xiàn)晶間變形，高溫時擴(kuò)散機(jī)理起重要作用。孿生。孿生后結(jié)構(gòu)沒有變化，取向發(fā)生了變化，滑移取向不變，一般孿生比滑移困難，所以形變時首先發(fā)生滑移，當(dāng)切變應(yīng)力升高到一定數(shù)值時才發(fā)生孿生，密排六方金屬由于滑移系統(tǒng)少，可能開始就形成孿晶。擴(kuò)散對變形的作用：一方面它對剪切塑性變形機(jī)理可以有很大影響，另一方面擴(kuò)散可以獨(dú)立產(chǎn)生塑性流動。擴(kuò)散變形機(jī)理包括：擴(kuò)散-位錯機(jī)理；溶質(zhì)原子定向溶解機(jī)理；定向空位流機(jī)理。擴(kuò)散-位錯機(jī)理：擴(kuò)散對刃位錯的攀移和螺位錯的割階運(yùn)動產(chǎn)生影響；擴(kuò)散對溶質(zhì)氣團(tuán)對位錯運(yùn)動的限制作用隨溫度的變化而不同。溶質(zhì)原子定向溶解機(jī)理：晶體沒有受力作用時，溶質(zhì)原子在晶體中的分布是隨機(jī)的，無序的，如碳原子在α-Fe,加上彈性應(yīng)力σ（低于屈服應(yīng)力的載荷）時，碳原子通過擴(kuò)散優(yōu)先聚集在受拉棱邊，在晶體點(diǎn)陣的不同方向上產(chǎn)生了溶解碳原子能力的差別，稱之為定向溶解，是可逆過程。定向空位機(jī)理則是由擴(kuò)散引起的不可逆的塑性流動機(jī)理。屈服強(qiáng)度是指金屬抵抗塑性變形的抗力，定量來說是指金屬發(fā)生塑性變形時的臨界應(yīng)力。金屬的實(shí)際屈服強(qiáng)度由開動位錯源所需的應(yīng)力和位錯在運(yùn)動過程中遇到的各種阻力。實(shí)際晶體的切屈服強(qiáng)度=開動位錯源所必須克服的阻力+點(diǎn)陣阻力+位錯應(yīng)力場對運(yùn)動位錯的阻力+位錯切割穿過其滑移面的位錯林所引起的阻力+割階運(yùn)動所引起的阻力。面心立方金屬單晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。1.硬化系數(shù)θ較小，一般認(rèn)為在此階段只有一個滑移系統(tǒng)起作用，強(qiáng)化作用不大，稱位易滑移階段。2.硬化系數(shù)θ最大且大體上是常數(shù)，對于各種面心立方金屬具有相同的數(shù)量級，故稱為線性硬化階段。3.硬化系數(shù)θ隨變形量的增加而逐漸減小，故稱為拋物線強(qiáng)化階段。面心立方金屬形變單晶體的表面現(xiàn)象。1.除了照明特別好（暗場），用光學(xué)顯微鏡一般看不到滑移線。2.光學(xué)顯微鏡在暗場下可以看到滑移線，線長隨應(yīng)變的增加而遞減，電鏡觀察到的單個滑移線比第一階段粗而短3.出現(xiàn)滑移帶，帶中包括許多靠的很近的滑移線，應(yīng)變增加，帶間不在增加新的線，形變集中在原來的帶中，滑移帶端出現(xiàn)了碎化現(xiàn)象。多晶體是通過晶界把取向不同，形狀大小不同，成分結(jié)構(gòu)不同的晶粒結(jié)合在一起的集合體。晶界對塑性變形過程的影響，主要是在溫度較低時晶界阻礙滑移進(jìn)行引起的障礙強(qiáng)化作用和變形連續(xù)性要求晶界附近多系滑移引起的強(qiáng)化作用。溫度對加工硬化的影響a.隨溫度升高可能開動新的滑移系統(tǒng)。b.隨溫度升高可在變形過程中出現(xiàn)回復(fù)和再結(jié)晶現(xiàn)象，引起金屬軟化，減弱加工硬化。c.隨溫度升高可能出現(xiàn)新的塑性變形機(jī)理，使加工硬化減弱。細(xì)化晶粒對金屬材料的力學(xué)性能有何影響？有哪些途徑可以細(xì)化晶粒？影響：細(xì)化晶?？梢蕴岣唔g性，有助于防止脆性斷裂發(fā)生，可以降低脆性轉(zhuǎn)化溫度，提高材料使用范圍，在低強(qiáng)度鋼中，利用細(xì)化晶粒來提高屈服強(qiáng)度有明顯效果。細(xì)化途徑：（1）改變結(jié)晶過程中的凝固條件，盡量增加冷卻速度，另一方面調(diào)節(jié)合金成分以提高液體金屬過冷能力，使形核率增加，進(jìn)而獲得細(xì)化的初生晶粒。（2）進(jìn)行塑性變形時嚴(yán)格控制隨后的回復(fù)和再結(jié)晶過程以獲得細(xì)小的晶粒組織。（3）利用固溶體的過飽和分解或粉末燒結(jié)等方法，在合金中產(chǎn)生彌散分布的第二相以控制基體組織的晶粒長大。（4）通過同素異形轉(zhuǎn)變的多次反復(fù)快速加熱冷卻的熱循環(huán)處理來細(xì)化晶粒。固溶強(qiáng)化機(jī)理：固溶強(qiáng)化機(jī)理即溶質(zhì)原子與位錯的相互作用，有四種主要類型。（1）溶質(zhì)原子與位錯的彈性相互作用：溶質(zhì)原子對位錯的釘扎形成氣團(tuán)；由于溶質(zhì)原子的溶入而導(dǎo)致合金彈性模量的變化；因?yàn)槿苜|(zhì)原子與溶劑原子尺寸差異而引起的彈性應(yīng)力場阻礙了位錯運(yùn)動。（2）溶質(zhì)原子與位錯的化學(xué)相互作用：鈴木釘扎。（3）溶質(zhì)原子與位錯的電學(xué)相互作用（4）幾何相互作用。由于溶質(zhì)原子對位錯的釘扎，對于處在低溫變形或較高溫度變形后的體心立方金屬的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，變形材料的外觀、性能將產(chǎn)生什么樣的影響？為什么？應(yīng)力—應(yīng)變曲線上出現(xiàn)上、下屈服點(diǎn)和屈服延伸區(qū)，出現(xiàn)屈服效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)溫度從室溫上升時，出現(xiàn)動態(tài)形變時效，上下屈服點(diǎn)反復(fù)出現(xiàn)，變形材料的外觀出現(xiàn)呂德斯帶缺陷，變形材料引起金屬軟化，使加工硬化減弱解釋什么是屈服效應(yīng)現(xiàn)象？這種效應(yīng)在變形金屬表層上會產(chǎn)生什么缺陷？原因是什么？如何消除？在拉伸曲線上出現(xiàn)上屈服點(diǎn)、下屈服點(diǎn)和屈服延伸區(qū)的現(xiàn)象稱為屈服效應(yīng)。這種效應(yīng)在變形金屬表面上會產(chǎn)生呂德斯帶缺陷，因?yàn)樵谕鈶?yīng)力作用下，某些地方位錯釘扎不牢，它們首先擺脫溶質(zhì)原子的氣團(tuán)開始運(yùn)動位錯源開動。位錯向前運(yùn)動時，在晶界前受阻堆積，產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，再迭加上外應(yīng)力就會使相鄰的晶粒內(nèi)的位錯源開動，位錯得以繼續(xù)傳播下去，這一過程進(jìn)行的很快，所以就形成了不均勻的變形區(qū)，在金屬外觀上反映是一種帶狀的表面粗糙的缺陷。在鋼中加入少量的Al,Ti等強(qiáng)氮、碳化物形成元素，它們同C、N結(jié)合稱化合物把C、N固定住了，使之不能有效的釘扎住位錯，因而消除屈服效應(yīng)現(xiàn)象；或在鋼板沖壓前進(jìn)行小量的預(yù)變形，使被溶質(zhì)原子釘扎的位錯大部分基本擺脫氣團(tuán)包圍，然后加工則不會出現(xiàn)呂德斯帶了。形變時效：把屈服效應(yīng)顯著德金屬材料拉伸到超過屈服延伸區(qū)德變形程度后，去掉載荷，又立即重新加載時，剛開始塑性變形的應(yīng)力仍等于卸載前的應(yīng)力，若卸載后經(jīng)過長時間的停留再重新加載時，則開始塑性變形時的應(yīng)力要高于卸載時的應(yīng)力，并且重新出現(xiàn)了屈服效應(yīng)現(xiàn)象。這即是形變時效現(xiàn)象。形變時效現(xiàn)象的原因：預(yù)先加載時產(chǎn)生塑性變形使位錯擺脫溶質(zhì)原子氣團(tuán)的釘扎，如果卸載時間過長，溶質(zhì)原子有時間通過擴(kuò)散重新包圍位錯形成新的氣團(tuán)，釘扎住位錯，所以再重新加載時又會出現(xiàn)屈服效應(yīng)。溫度足夠高時，在變形過程中就可能產(chǎn)生時效稱動態(tài)形變時效。散強(qiáng)化機(jī)理用粉末冶金方法，將細(xì)小高熔點(diǎn)的金屬氧化物、氮化物、炭化物等強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)加入合金中來進(jìn)行強(qiáng)化的方法稱為彌散強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化合金的特點(diǎn)：（1）強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)和基體金屬都被研制成微細(xì)的粉末，然后通過機(jī)械混合，壓制燒結(jié)而成，沒有沉淀析出過程，因此也沒有各階段的區(qū)別；（2）第二相在基體中一般溶解度很曉，熱穩(wěn)定性耗。（3）第二相與基體沒共格關(guān)系。（4）沒有向沉淀強(qiáng)化合金那樣要求隨溫度降低固溶體溶解度要降低的限制，理論上可以設(shè)計大量的彌散合金系列。影響塑性的因素金屬自然性質(zhì)（組織結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分），變形溫度，應(yīng)變速率，應(yīng)力狀態(tài)，不均勻變形其它因素（變形狀態(tài)、尺寸、周圍介質(zhì)等）等都對塑性有影響。鋼在塑性變形時變形溫度的變化對其塑性和力學(xué)性能有什么影響？如圖所示，碳鋼的塑性隨溫度的變化可能有四個脆性區(qū)，三個塑性較好的區(qū)域。在區(qū)域Ⅰ中，一般塑性極低，到-200度時幾乎完全喪失掉塑性。區(qū)域Ⅱ位于200~400動態(tài)形時效產(chǎn)生的藍(lán)脆區(qū)。區(qū)域Ⅲ位于800~950范圍內(nèi)，這是紅脆區(qū)（熱脆區(qū)），區(qū)域Ⅳ，在這個溫度區(qū)加熱，金屬可能過熱或過燒，削弱了晶界的強(qiáng)度。冷變形使金屬材料的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能發(fā)生什么變化？在實(shí)際生產(chǎn)中采用冷變形有何意義？物理化學(xué)性能有何變化金屬材料冷變形后，組織結(jié)構(gòu)上的變化：晶粒被拉長，形成了纖維組織，夾雜和第二相質(zhì)點(diǎn)成帶狀或點(diǎn)鏈狀分布，也可能產(chǎn)生形變織構(gòu)，產(chǎn)生各種裂紋，位錯密度增加，產(chǎn)生胞狀結(jié)構(gòu)，點(diǎn)缺陷核層錯等晶體缺陷增多，自由能增大。力學(xué)性能的變化體現(xiàn)在：冷加工后，金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)（比例極限，彈性極限，屈服極限，強(qiáng)度極限，硬度）增加，塑性指標(biāo)（面縮率，延伸率等）降低，韌性也降低了，還可能隨著變形程度的增加二產(chǎn)生力學(xué)性能的方向性。生產(chǎn)上經(jīng)常利用冷加工能提高材料的強(qiáng)度，通過加工硬化來強(qiáng)化金屬材料。物理、化學(xué)性能也發(fā)生明顯變化：密度降低，導(dǎo)熱、導(dǎo)電導(dǎo)磁性能降低，化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性降低，溶解性增加。回復(fù)處理使冷變形后金屬材料的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能發(fā)生哪些變化？這種變化有何實(shí)際意義？回復(fù)過程中，金屬會釋放出冷塑性變形過程中所貯能量的一部分，殘余內(nèi)應(yīng)力會降低或消除，電阻率、硬度、強(qiáng)度會降低，密度、塑性、韌性等會提高，能夠保持良好的形變強(qiáng)化的效果?；貜?fù)溫度較低時，由于塑性變形所產(chǎn)生的過量空位會消失，機(jī)械性能變化不大，電阻率有較大程度降低?；貜?fù)溫度稍高一些時同一個滑移面上的異號位錯匯聚而合并消失，降低位錯密度，回復(fù)溫度較高時，不但同一個滑移面上的異號位錯可以匯聚抵消，而且不同滑移面上的位錯也易于攀移和交滑移從而互相抵消或重新排列成一種能量較低的結(jié)構(gòu)，隨著溫度越高，形成多邊形化組織或亞晶?；貜?fù)退火在生產(chǎn)中的實(shí)際意義主要是用于去內(nèi)應(yīng)力退火，使冷加工的金屬件在基本保持加工硬化的條件下降低其內(nèi)應(yīng)力，避免變形和開裂，改善耐蝕性。結(jié)晶和晶粒長大的組織性能變化和意義。再結(jié)晶從形成無畸變的晶核開始，逐漸長大成位錯密度很低的等軸晶粒，當(dāng)變形基體全部消耗完即進(jìn)入晶粒長大階段。再結(jié)晶蝕消除加工硬化的重要軟化手段，再結(jié)晶還是控制晶粒大小、形態(tài)、均勻程度獲得或避免晶粒擇優(yōu)取向的重要手段。熱變形的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：（1）變形抗力低，能耗少；（2）熱加工時在加工硬化的同時也存在回復(fù)和再結(jié)晶的軟化過程，使塑性變形容易進(jìn)行；（3）不易產(chǎn)生織構(gòu)；（4）不需要中間退火，簡化生產(chǎn)工序，降低成本；（5）通過控制熱加工過程，改變金屬材料的組織結(jié)構(gòu)以滿足性能需要。不足：（1）對過薄或過細(xì)的工件由于散熱快，保持熱加工溫度困難；（2）熱加工后工件表面不如冷加工生產(chǎn)的光潔，尺寸也不如冷加工的精確；（3）熱加工后產(chǎn)品組織、性能不如冷加工的均勻；（4）熱加工金屬材料的強(qiáng)度比冷加工低；（5）某些金屬材料不適合熱加工。加工變形后的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。（1）改造鑄態(tài)組織（2）細(xì)化晶粒和破碎夾雜物（3）熱變形中形成纖維組織（4）形成帶狀組織（5）形成網(wǎng)狀組織金屬在熱變形過程中的特點(diǎn)。熱變形最的特點(diǎn)是加工硬化與軟化同時進(jìn)行，熱加工過程中的回復(fù)和再結(jié)晶一般可分五種形態(tài)：動態(tài)回復(fù)、動態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶及亞動態(tài)再結(jié)晶。（1奧氏體熱加工過程中的組織結(jié)構(gòu)變化（2）奧氏體在熱加工間隔時間內(nèi)及熱加工后發(fā)生的變化（3）回復(fù)與再結(jié)晶的速率及再結(jié)晶后的晶粒大小請分析靜態(tài)再結(jié)晶、亞動態(tài)再結(jié)晶和動態(tài)再結(jié)晶所發(fā)生的條件，形成的晶粒結(jié)構(gòu)及對消除變形金屬的加工硬化各有什么特點(diǎn)。靜態(tài)再結(jié)晶：只有當(dāng)變形量大于靜態(tài)再結(jié)晶臨界變形量，小于動態(tài)再結(jié)晶的臨界變形量時，在熱加工后的間隙時間內(nèi)才可能發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，形成新的低位錯密度的再結(jié)晶晶粒，熱加工產(chǎn)生的加工硬化可全部消除。亞動態(tài)再結(jié)晶：發(fā)生在熱加工后的間隙時間內(nèi)，大于，利用奧氏體已經(jīng)形成的動態(tài)再結(jié)晶核心，但還沒有進(jìn)行動態(tài)再結(jié)晶的核心作為自己的核心，可以全部消除加工硬化。動態(tài)再結(jié)晶：當(dāng)變形量大于時才能發(fā)生，富集了新的位錯，仍有較高的位錯密度或亞晶，仍然存在著一定的加工硬化，不能消除全部的加工硬化。織構(gòu)：塑性變形后晶面及晶向優(yōu)先平行于某個方向或某個平面的現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向，具有擇優(yōu)取向的金屬多晶體組織就叫織構(gòu)?？棙?gòu)度：某種織構(gòu)組分的晶粒數(shù)與總晶粒數(shù)的百分比，或某種織構(gòu)組分的晶體體積與總晶體體積的百分比，大者為強(qiáng)織構(gòu)或主織構(gòu)，小者為次織構(gòu)或弱織構(gòu)。屈服準(zhǔn)則：描述不同應(yīng)力狀態(tài)下變形體內(nèi)某點(diǎn)由彈性狀態(tài)進(jìn)入并使塑性變形狀態(tài)繼續(xù)進(jìn)行所必須遵守的條件，又稱塑性條件或屈服條件。塑性變形時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有何特點(diǎn)？在塑性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系使非線性的，應(yīng)變不能由應(yīng)力唯一確定，而是與變形歷史有關(guān)，這使由于隨著變形的發(fā)生與發(fā)展，材料原有的組織和性能也隨之發(fā)生變化，而且塑性變形是永久變形，每一微小階段的塑性變形所導(dǎo)致的組織和性能變化都要保留下來，并影響下一階段的變形過程，因此，各個微小變形階段的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系都是不同的。常用的兩個屈服準(zhǔn)則有何區(qū)別？（1）在兩個屈服準(zhǔn)則中，拉伸屈服應(yīng)力與剪切屈服應(yīng)力具有固定的關(guān)系，即屈雷斯加屈服準(zhǔn)則和米塞斯屈服準(zhǔn)則（2）屈雷斯加屈服準(zhǔn)則中的最大切應(yīng)力是用最大和最小主應(yīng)力來表示的，而主應(yīng)力是與坐標(biāo)的選擇無關(guān)的，米塞斯屈服準(zhǔn)則則是用應(yīng)力偏張量的第二不變量來表示的，因此，兩種屈服準(zhǔn)則均與坐標(biāo)的選擇無關(guān)（3）在屈雷斯加屈服準(zhǔn)則中，只考慮了最大和最小主應(yīng)力對屈服有影響，沒有考慮中間主應(yīng)力對屈服的影響，而米塞斯屈服準(zhǔn)則由于考慮了中間主應(yīng)力對屈服的影響，因此與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的吻合程度比屈雷斯加屈服準(zhǔn)則的好；（4）在主應(yīng)力空間中，屈雷斯加屈服準(zhǔn)則為一與三個坐標(biāo)軸等傾斜的六棱柱面，在π平面上為一正六邊形，稱為屈雷斯加六邊形，米塞斯屈服準(zhǔn)則在主應(yīng)力空間為一與三個坐標(biāo)軸等傾斜的圓柱面，在π平面上為一個圓，稱為米塞斯圓（5）在主應(yīng)力順序已知時，屈雷斯加屈服準(zhǔn)則是主應(yīng)力分量的線性函數(shù)，使用起來非常方便，在工程設(shè)計中常被采用，而米塞斯屈服準(zhǔn)則顯得復(fù)雜，但是，當(dāng)不知道主應(yīng)力順序時，屈雷斯加屈服準(zhǔn)則為六次方程，顯然比米塞斯屈服準(zhǔn)則復(fù)雜的多。常用的屈服準(zhǔn)則有哪兩種？在什么狀態(tài)下兩個屈服準(zhǔn)則相同？在什么狀態(tài)下差別較大？屈雷斯加和米塞斯屈服準(zhǔn)則，兩個準(zhǔn)則在單向應(yīng)力狀態(tài)下相同，在純剪切應(yīng)力狀態(tài)下差別最大凝固時間？簡述一種計算凝固時間的方法？鑄件的凝固時間是指從液態(tài)金屬充滿鑄型后至凝固完畢所需要的時間。平方根定律計算法：鑄型單位面積在t時間內(nèi)鑄件凝固厚度為：鑄造合金的收縮？它主要經(jīng)歷幾個階段？鑄件在液態(tài)、凝固態(tài)和固態(tài)的冷卻過程中所發(fā)生的體積減小現(xiàn)象稱為收縮，它要經(jīng)歷液態(tài)收縮階段、凝固收縮階段、固態(tài)收縮階段。減小鑄造應(yīng)力的措施有哪些？(1)選擇彈性模量和收縮系數(shù)小的合金材料（2）減小砂型的緊實(shí)度或在型砂中加入適量的木屑、焦碳，在鑄件厚實(shí)部分放置冷鐵或和蓄熱系數(shù)大的型砂，或進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，將型殼在澆注前預(yù)熱到600~900度（3）內(nèi)澆口和冒口的位置應(yīng)有利鑄件各部分溫度的均勻分布及阻力最小的要求。（4）鑄件壁厚差要盡可能的小，厚薄壁連接處要