材料科學基礎(chǔ)-第3.4.5次作業(yè)解答

1、三、材料變形、回復與再結(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)。當塑性變形以滑移方式進行時，外應(yīng)力在某一滑移系上的分切應(yīng)力達到臨界值時才能發(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）固溶強化:由于溶質(zhì)原子的加入引起點陣畸變，位錯運動時必須克服溶質(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 度和

2、硬度提高。（4）Orowan機制：位錯繞過機制。當?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)?？梢杂每率蠚鈭F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（其他晶粒仍保持細小）。（7）回復：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

3、are FCC metals more ductile than either HCP or BCC metals?Soluti onBecauseFCC metals have 12 slip systems. HCP metals just have 3 slip systems. Eve n BCC metals have 48 slip systems, FCC metals have 3 slip directi ons on each slip pla ne.3. How do changes in the dislocation density affect the streng

4、th and ductility （i.e. its ability to deform plastically）? Why?Soluti on因為晶體的宏觀塑性變形是通過位錯運動來實現(xiàn)的，而位錯運動時除了受到點陣阻力，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)力可表示為當位錯密度很低時，晶體接近完美晶體，然后隨著位錯密度增大，強度迅速下降。 隨后，晶體中位錯密度增大，導致臨界分切應(yīng)力增大，材料強度增加。4已知平均晶粒直徑為 1mm和0.0625mm的-Fe的屈服強度分別為112.7MPa 和196MPa,問平均晶粒直徑為0.019

5、6mm的-Fe的屈服強度為多少？解：由霍爾-佩奇公式，合金屈服強度與晶粒直徑關(guān)系平均晶粒直徑為0.0196mm的:-Fe的屈服強度為在此處鍵入公式。5試指出Cu和-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陣阻力。（已知Gcu=48.3GPa，G -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滑移面間距 滑移方向上的原子間距Cu點陣阻力 :-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 滑移方向上的原子間距 點陣阻力6今有純Ti、Al、Pb三種鑄錠，試判斷它們在室溫

6、（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的熔點為660°C，BCC結(jié)構(gòu)；Pb的熔點為328°C, FCC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°以

7、上，162°以下，進行軋制。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。&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 860C，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，拉伸實驗結(jié)果 如下表，試計算其抗拉強度 C，屈服強度CQ.2,彈性模量上以及延伸率標距長度（mm）40.040.140.240.440.841.642.444.046.048.050.2載荷