《材料加工成型原理》思考題參考答案

1、.1、 金屬塑性變形的主要機(jī)制有哪些？單晶體的塑性變形：滑移和孿生；多晶體的塑性變形：晶內(nèi)變形和晶界變形通過各種位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的晶內(nèi)一部分相對(duì)于另一部分的剪切運(yùn)動(dòng)，就是晶內(nèi)變形。剪切運(yùn)動(dòng)有不同的機(jī)理，其中最基本的是滑移、孿生和扭析。其中滑移變形是主要的；而孿生變形是次要的，一般僅起調(diào)節(jié)作用。在T05T熔時(shí)，可能出現(xiàn)晶間變形。這類變形不僅同位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有關(guān)，而且擴(kuò)散機(jī)理起著很重要的作用。擴(kuò)散蠕變機(jī)理又包括擴(kuò)散-位錯(cuò)機(jī)理、溶質(zhì)原子定向溶解機(jī)理、定向空位流機(jī)理。在金屬和合金的塑性變形過程中，常常同時(shí)有幾種機(jī)理起作用。具體的塑性變形過程中各種機(jī)理的具體作用要受許多因素的影響。例如晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、相狀態(tài)

2、、組織、溫度、應(yīng)變量和應(yīng)變速率等因素的影響。在冷態(tài)條件下，由于晶界強(qiáng)度高于晶內(nèi)，多晶體的塑性變形主要是晶內(nèi)變形，晶間變形只起次要作用，而且需要有其它變形機(jī)制相協(xié)調(diào)。變形機(jī)理主要有：晶內(nèi)滑移與孿生、晶界滑移和擴(kuò)散蠕變。熱塑性變形時(shí)，通常的熱塑性變形速度較快，而且高溫下，由于晶界的強(qiáng)度低于晶內(nèi)，使得晶界滑動(dòng)易于進(jìn)行，所以晶粒相互滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)起著尤為重要的作用。溫度越高，原子動(dòng)能和擴(kuò)散能力就越大，擴(kuò)散蠕變既直接為塑性變形作貢獻(xiàn)，也對(duì)晶界滑移其調(diào)節(jié)作用。熱塑性變形的主要機(jī)理是晶內(nèi)滑移。2. 滑移和孿生塑性變形機(jī)制的主要區(qū)別滑移是指在力的作用下晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于晶體的另一部分發(fā)生相對(duì)移動(dòng)

3、或切變，滑移總是沿著原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。孿生是指晶體在切應(yīng)力作用下沿著一定的晶面和一定的晶向發(fā)生均勻切變?；坪蛯\生是單晶體的主要變形機(jī)制，都是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)晶內(nèi)的一部分相對(duì)于另一部分的剪切運(yùn)動(dòng)。但是他們也明顯的區(qū)別，如下：由孿生的變形過程可知，孿生所發(fā)生的切變均勻地波及整個(gè)孿生變形區(qū)，而滑移變形只集中在滑移面上，切變是不均勻的；孿生切變時(shí)原子移動(dòng)的距離不是孿生方向原子間距的整數(shù)倍（而是幾分之一原子間距），而滑移時(shí)原子移動(dòng)的距離是滑移方向原子間距的整數(shù)倍；孿生變形后，孿晶面兩邊晶體位向不同，成鏡像對(duì)稱；而滑移時(shí)，滑移面兩邊晶體位向不變；由于孿生改變了晶體的取向，因此孿晶經(jīng)拋光浸蝕

4、后仍可觀察到，而滑移所造成的臺(tái)階經(jīng)拋光浸蝕后不會(huì)重現(xiàn)；孿生的臨界分切應(yīng)力要比滑移的臨界分切應(yīng)力大得多，常萌發(fā)于滑移受阻引起的局部應(yīng)力集中區(qū)；孿生變形的速度極大，常引起沖擊波，發(fā)出聲響；滑移時(shí)全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，孿生是不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。3. 為何單晶體拉伸時(shí)，其滑移面向著拉伸方向轉(zhuǎn)動(dòng)？如果金屬在單純的切應(yīng)力作用下滑移，則晶體的取向不會(huì)改變。但當(dāng)任意一個(gè)力作用在晶體上時(shí)，總可以分解為沿滑移方向的分切應(yīng)力和垂直于滑移面的分正應(yīng)力。這樣，在晶體發(fā)生滑移的同時(shí)，還將發(fā)生滑移面和滑移方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)榧偃缇w在拉伸時(shí)，不受約束，滑移時(shí)各滑移層就會(huì)一層層滑開，每一層與拉伸方向的夾角不變。但是，在實(shí)際拉伸過程中，夾頭

5、是固定的，這樣在拉伸過程中滑移面就會(huì)朝著與拉伸軸平行的方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以使拉伸軸和滑移方向的夾角不斷變小。4. 何謂加工硬化和幾何硬化？并舉例說明之。金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象。又稱冷作硬化。產(chǎn)生原因是，金屬在塑性變形時(shí)，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié)，使晶粒拉長(zhǎng)、破碎和纖維化，金屬內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應(yīng)力等。加工硬化給金屬件的進(jìn)一步加工帶來困難。如在冷軋鋼板的過程中會(huì)愈軋愈硬以致軋不動(dòng)，因而需在加工過程中安排中間退火，通過加熱消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表層脆而硬，從而加速刀具磨損、增大切削力等。但有利的一面是，它可提高金屬的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，

6、特別是對(duì)于那些不能以熱處理方法提高強(qiáng)度的純金屬和某些合金尤為重要。如冷拉高強(qiáng)度鋼絲和冷卷彈簧等，就是利用冷加工變形來提高其強(qiáng)度和彈性極限。在塑性變形過程中，由于滑移使晶體的位向不斷地改變，如果原來晶體的位向是處于軟取向，經(jīng)滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)后，取向因子變小，變形抗力增大，使滑移變得困難，產(chǎn)生硬化效果，這種現(xiàn)象稱為幾何硬化5. 單晶體與多晶體的加工硬化有何不同？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。多晶體的塑性變形是許多單晶體塑性變形的集合。但是，由于組成多晶體的各個(gè)晶粒取向不同，由于存在著晶界及晶粒大小有差別，使得多晶體的塑性變形和強(qiáng)化有許多不同于單晶體的特點(diǎn)

7、。（1）晶界在塑性變形中的作用：a總變形量相同時(shí)，在多晶體內(nèi)，不僅各晶粒所承受的實(shí)際變形量不同，而且每個(gè)晶粒內(nèi)部各處的實(shí)際變形程度也不一致。b在晶粒邊界處變形程度都比晶粒內(nèi)部小，這既表明晶界處較難變形；也顯示出晶界在促進(jìn)變形的不均勻分布上起很大作用。晶界對(duì)塑性變形過程的影響，主要是在溫度較低時(shí)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。(2) 多晶體變形的不均勻性: 多晶體由于存在著晶界及晶界兩側(cè)晶粒取向有差別，多晶體的塑性變形有著很大的不均勻性。 當(dāng)外力作用于多晶體時(shí)，由于晶粒取向不同，作用于各晶粒的滑移系統(tǒng)上分切應(yīng)力不同，因而各個(gè)晶粒變形不一樣。在單個(gè)

8、晶粒內(nèi)，晶界附近難于變形，一般來說，晶界變形要低于晶粒中心區(qū)域。大小不同晶粒相比，細(xì)晶粒強(qiáng)化作用大。由于細(xì)晶組織中晶界占的比例要大于粗晶組織中的晶界，細(xì)晶組織的硬度普遍高于粗晶組織的硬度。6.影響金屬應(yīng)力-應(yīng)變曲線的因素有哪些？如何影響？1）點(diǎn)陣類型和金屬種類。體心立方金屬的硬化速率大體相同，它們比任何面心立方金屬的硬化效果差（原因是滑移系多）。但不同面心立方晶體的硬化速率差別卻比較大（可能是因?yàn)閷渝e(cuò)能不同）。2）變形溫度與應(yīng)變速率。溫度升高使硬化速率降低，對(duì)應(yīng)于一定變形程度的屈服應(yīng)力值也減小。其原因：1）隨溫度升高，可能開動(dòng)新的滑移系統(tǒng)；2）隨著溫度升高，可在變形過程中出現(xiàn)回復(fù)和再結(jié)晶的現(xiàn)象

9、；3）隨著溫度升高，可能出現(xiàn)新的塑性變形機(jī)理。應(yīng)變速率對(duì)加工硬化的影響具有雙重性，包含時(shí)間和溫度兩個(gè)因素。由于應(yīng)變速率升高，軟化機(jī)理來不及進(jìn)行而引起屈服應(yīng)力升高的應(yīng)變速率效應(yīng)；在變形過程中由于應(yīng)變速率很高(如同絕熱過程中形變熱來不及散失)，塑性功轉(zhuǎn)化成形變熱而提高了變形物體溫度，產(chǎn)生使屈服應(yīng)力降低的溫度效應(yīng)，規(guī)律較復(fù)雜。高溫區(qū)(完全軟化區(qū))應(yīng)變速率效應(yīng)影響最大。在這個(gè)溫度區(qū)間，塑性變形機(jī)理基本是擴(kuò)散機(jī)理、晶間滑動(dòng)機(jī)理。 過渡區(qū)的應(yīng)變速率效應(yīng)居中。在這個(gè)溫度區(qū)有回復(fù)和再結(jié)晶軟化機(jī)理作用。 低溫區(qū)效應(yīng)影響最小，在此溫度區(qū)間起控制作用的變形機(jī)理為切變機(jī)理。 3）晶粒大小。多晶體的屈服應(yīng)力高于單晶體，

10、多晶體中細(xì)晶粒組織高于粗晶粒。晶粒越細(xì)小，斷裂前的變形量越大，即塑性越高。4）反向加載。金屬經(jīng)預(yù)先的塑性變形后，反向加載時(shí)會(huì)使得它的屈服應(yīng)力降低，即包辛格效應(yīng)。7.實(shí)際晶體的屈服強(qiáng)度取決于什么？塑性變形的實(shí)質(zhì)？金屬的理論屈服強(qiáng)度來源于金屬的原子間的結(jié)合力，它是金屬原子間結(jié)合力大小的反映。而實(shí)際晶體中存在各種晶體缺陷，如位錯(cuò)的存在，位錯(cuò)易運(yùn)動(dòng)，因而不能充分發(fā)揮出原子間結(jié)合力的作用，所以金屬實(shí)際屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)低于理論值。實(shí)際晶體的屈服強(qiáng)度取決于產(chǎn)生一定切變量的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需要的應(yīng)力，它包括開動(dòng)位錯(cuò)源所需的應(yīng)力和位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過程中遇到的各種阻力（點(diǎn)陣阻力、位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的阻力、位錯(cuò)切割穿過其滑移面的位

11、錯(cuò)林所引起的阻力、割階運(yùn)動(dòng)所引起的阻力）。在實(shí)際金屬中，通過塑性加工、合金化、熱處理等工藝手段所引起的屈服強(qiáng)度的變化，主要是通過改變這些阻力來實(shí)現(xiàn)的。塑性變形的實(shí)質(zhì)是：晶體內(nèi)部產(chǎn)生滑移的結(jié)果。在比理論值低得多的切應(yīng)力作用下，處于高能位的原子容易從一個(gè)相對(duì)平衡的位置上移動(dòng)到另一個(gè)位置上，形成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)晶體的塑性變形。8.晶粒細(xì)化途徑有哪些？研究晶粒細(xì)化的重要性如何？控制過冷度；變質(zhì)處理；振動(dòng)、攪動(dòng)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，嚴(yán)格控制隨后的回復(fù)和再

12、結(jié)晶過程已獲得細(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(zhǎng)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)出來來細(xì)化晶粒。重要性：晶粒大小對(duì)金屬的力學(xué)性能有很大的影響，在常溫下，金屬晶粒越細(xì)小，強(qiáng)度和硬度則越高，同時(shí)塑性韌性也越好。(但對(duì)于在高溫工作的金屬材料，晶粒過于細(xì)小性能反而不好，一般希望得到適中的晶粒尺寸。)9.金屬和合金的強(qiáng)化有哪些類型？固溶強(qiáng)化：融入固溶體中的原子造成晶格畸變，晶格畸變?cè)龃罅宋诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使塑性變形更加困難，從而使合金固溶體的強(qiáng)度與硬度增加。沉淀強(qiáng)化：通過過飽和固溶體的時(shí)效處理而沉淀析出并

13、產(chǎn)生強(qiáng)化的稱為沉淀強(qiáng)化或時(shí)效強(qiáng)化。多屬可變形粒子。彌散強(qiáng)化：第二相微粒是借粉末冶金方法加入而起強(qiáng)化作用的。屬于不可變形粒子。形變強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化10.為何金屬不均勻變形后耐蝕性能降低？由于變形的不均勻分布使物體內(nèi)產(chǎn)生附加應(yīng)力，若變形后物體的溫度較低不足以消除此附加應(yīng)力時(shí)，則在物體內(nèi)將存有殘余應(yīng)力，從而使物體的力學(xué)性能下降。同時(shí)，由于變形體內(nèi)各處的變形不同，其再結(jié)晶后各處的晶粒大小也不同，各晶粒，組織之間存儲(chǔ)的變形能量不均勻，導(dǎo)致腐蝕過程中各個(gè)位置的化學(xué)勢(shì)不同，化學(xué)勢(shì)梯度更有利于腐蝕的進(jìn)行。金屬構(gòu)件通常在應(yīng)力與環(huán)境介質(zhì)的共同作用下使用，導(dǎo)致金屬材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂，它往往是低應(yīng)力脆斷，是一種“災(zāi)難

14、性的腐蝕”。11.在其它條件一定時(shí)，變形程度的變化對(duì)不均勻變形有何影響？在其他條件一定時(shí)，變形程度和金屬的不均勻變形是正相關(guān)的。變形程度不同，金屬塑性變形之后保留在金屬內(nèi)的變形功不同，由此導(dǎo)致金屬內(nèi)部的殘余應(yīng)力不同。殘余應(yīng)力可分為三類：第一類，宏觀內(nèi)應(yīng)力，是由于金屬工件或者材料各部分的不均勻變形所引起的；第二類，微觀內(nèi)應(yīng)力，它是金屬經(jīng)冷塑性變形后，由于晶粒或者亞晶粒變形不均勻引起的；第三類，點(diǎn)陣畸變，塑性變形使金屬內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯(cuò)和空位，使點(diǎn)陣中的一部分原子偏離其平衡位置，造成點(diǎn)陣畸變。其他條件一定的情況下，變形程度的增加會(huì)增加這三類殘余應(yīng)力的值，而它們又直接的影響到金屬的不均勻變形的程度。

15、12.殘余應(yīng)力的測(cè)定方法有哪些？如何減小或消除殘余應(yīng)力？(1).研究金屬物體內(nèi)殘余應(yīng)力的主要方法是機(jī)械法、化學(xué)法和X射線法。(1)機(jī)械法：在機(jī)械法中一般是將所研究的對(duì)象截取一段適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，然后用車削、洗削、鉆孔、膛孔等機(jī)械加工方法，來逐層地去除具體對(duì)稱狀殘余應(yīng)力的物件上的某些部分，由于平衡態(tài)的破壞，物體留下部分將產(chǎn)生一定的變形來適應(yīng)，可以根據(jù)此變形數(shù)值計(jì)算出各個(gè)層的應(yīng)力，然后做出某軸上殘余應(yīng)力的大小及分布。用此方法可測(cè)定棒材、管材等類物體內(nèi)的殘余應(yīng)力,測(cè)得是第一類殘余應(yīng)力。 (2)化學(xué)法：化學(xué)法是定性研究殘余應(yīng)力的一種方法。此方法是將試樣浸入到適當(dāng)?shù)娜芤褐?測(cè)量出自開始侵蝕到發(fā)現(xiàn)裂紋的經(jīng)過時(shí)間

16、,按此經(jīng)過的時(shí)間來判斷殘余應(yīng)力的大小。(3)X射線法：在X射線法中可包括有勞埃法和德拜法。在勞埃法中可根據(jù)干擾斑點(diǎn)形狀的變化來定性地確定殘余應(yīng)力。用德拜法可以定量地測(cè)出所存在的殘余應(yīng)力。該種方法可以測(cè)得三類應(yīng)力。 (2).減小或消除殘余應(yīng)力的方法有：1).變形后進(jìn)行熱處理，例如工件的回火和退火處理屬之。實(shí)踐證明，第一種殘余應(yīng)力用低溫回火方法就可以大為減少；第二殘余應(yīng)力在稍低于再結(jié)晶溫度下可以完全消除；而第三種殘余應(yīng)力，只有經(jīng)過再結(jié)晶使晶格完成恢復(fù)到原來的形狀后才能消除。采用加熱到一定溫度的熱處理方法，是徹底消除殘余應(yīng)力的唯一方法，但究竟采用哪種熱處理方式，這要看實(shí)用的目的而定。2).變形后進(jìn)行

17、機(jī)械處理，這種方法的實(shí)質(zhì)是在物體表面上附加一些表面變形，使之產(chǎn)生附加應(yīng)力以抵消原有的殘余應(yīng)力或者盡量減小其數(shù)值。顯然，采用這種方法只有當(dāng)物體表層存在有殘余拉應(yīng)力時(shí)才有效。因?yàn)楦鶕?jù)以前所講的附加應(yīng)力產(chǎn)生的原因可知，用機(jī)械法會(huì)使物體表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。事實(shí)上當(dāng)表面層具有殘余拉應(yīng)力是更危險(xiǎn)，所以這類方法還是有很大實(shí)際意義的。造成附加表面變形以減輕或者消除表面殘余拉應(yīng)力的具體方法有：利用滾桶使工件彼此相碰；用噴丸法打擊工件表面；用木槌敲打表面；表面碾壓；表面拉拔等。13. 影響金屬塑性的因素有哪些？舉例說明應(yīng)力狀態(tài)對(duì)金屬塑性的影響？1) 化學(xué)成分的影響 同一種金屬，純度愈高，變形抗力愈小。合金元素對(duì)變形抗

18、力的影響，主要取決于合金元素的原子與基體原子間相互作用特性、原子體積的大小以及合金原子在基體中的分布情況。合金元素引起基體點(diǎn)陣畸變程度愈大，變形抗力也越大。2) 組織的影響 1.相組成的影響 單相組織（純金屬或固溶體）比多相組織塑性好。2.晶粒度 細(xì)晶組織比粗晶組織塑性好。3.鑄造組織 粗大的柱狀晶粒和偏析、夾雜、氣泡、疏松等缺陷，故塑性低3) 變形溫度的影響 總趨勢(shì)是：隨著溫度的升高，塑性增加，但這種增加并非簡(jiǎn)單的線性上升，低溫、中溫、高溫脆性區(qū)4) 應(yīng)變速率的影響 影響方式：1.使得金屬的真實(shí)應(yīng)力升高，這是由于塑性變形的機(jī)理比較復(fù)雜，需要一定的時(shí)間來進(jìn)行。而斷裂抗力卻變化不大，隨著應(yīng)變速率

19、的增加，金屬就會(huì)較早的達(dá)到斷裂階段；2.因應(yīng)變速率增加，沒有足夠時(shí)間回復(fù)或再結(jié)晶，因而軟化過程不充分而使塑性降低；3.增加應(yīng)變速率會(huì)使溫度效應(yīng)增大和金屬溫度升高，促進(jìn)變形過程中位錯(cuò)的重新調(diào)整，有利于異號(hào)位錯(cuò)的合并和位錯(cuò)密度的降低；若為熱變形，可促進(jìn)回復(fù)和再結(jié)晶，促進(jìn)微裂紋的修復(fù)。5) 應(yīng)力狀態(tài)的影響 應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性起作用的是其應(yīng)力球張量（靜水壓力張量）部分，它反映了質(zhì)點(diǎn)三向均勻受壓（或受拉）的程度。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)三向均勻受壓時(shí)，應(yīng)力球張量為靜水壓力。當(dāng)靜水壓力越大，也即在主應(yīng)力狀態(tài)下壓應(yīng)力個(gè)數(shù)越多、數(shù)值越大時(shí)，金屬的塑性越好。在平占上拔長(zhǎng)合金鋼時(shí)，容易在毛坯心部產(chǎn)生裂紋，改用V形占后，由于工具側(cè)面壓力

20、的作用，減小了毛坯心部的拉應(yīng)力，從而可以避免裂紋的產(chǎn)生。對(duì)于某些塑性差的有色合金用擠壓方法進(jìn)行成形仍不能避免開裂，可采用加反壓力的擠壓或包套擠壓，進(jìn)一步提高靜水壓力。6) 不連續(xù)變形的影響 在不連續(xù)變形（或多次分散變形）的情況下，金屬的塑性亦能得到提高，特別是低塑性金屬熱變形時(shí)更為明顯。7) 尺寸（體積）因素的影響 尺寸越大，塑性越低；但當(dāng)變形體的尺寸（體積）達(dá)到某一臨界值時(shí)，塑性將不再隨體積的增大而降低。14.金屬冷加工、熱加工和溫加工變形各有何優(yōu)缺點(diǎn)？冷加工則指在低于再結(jié)晶溫度下使金屬產(chǎn)生塑性變形的加工工藝，如冷軋、冷拔、冷鍛、冷擠壓、沖壓等。冷加工在使金屬成形的同時(shí)，通過加工硬化提高了金

21、屬的強(qiáng)度和硬度。金屬冷加工的優(yōu)點(diǎn)和限制：1.在強(qiáng)化金屬的同時(shí)可以獲得所需的形狀；2. 可以獲得很好的尺寸公差和表面粗糙度3. 便宜4. 有些金屬只能進(jìn)行有限程度的冷加工，因?yàn)樗鼈冊(cè)谑覝叵卤憩F(xiàn)為脆性5. 冷加工削弱了延展性、導(dǎo)電性和耐腐蝕性。但因冷加工而導(dǎo)致的導(dǎo)電性減小的程度小于其他強(qiáng)化 加工的影響，所以冷加工也被用來強(qiáng)化導(dǎo)電材料，如銅絲6. 如果各向異性的特性和殘余應(yīng)力控制得當(dāng)?shù)脑?，它們也?huì)帶來好處。如果控制不當(dāng)，就會(huì)大大削弱材料性能7. 由于冷加工的效果會(huì)在高溫下降低甚至消失，所以對(duì)于那些工作在高溫環(huán)境下的部件來說，不適用冷加工強(qiáng)化熱加工變形的優(yōu)點(diǎn)：1) 金屬熱變形時(shí)，變形抗力低，能耗少。高

22、溫時(shí)原子運(yùn)動(dòng)及熱振動(dòng)增強(qiáng)，擴(kuò)散和溶解加速，臨界切應(yīng)力降低；滑移系統(tǒng)增多，變形更為協(xié)調(diào)；加工硬化因完全再結(jié)晶而被消除。2) 金屬熱變形時(shí)，塑性升高，產(chǎn)生斷裂的傾向減小。由于完全再結(jié)晶使加工硬化消除，在斷裂與愈合的過程中使愈合加速。3) 與冷加工相比較，熱加工變形一般不易產(chǎn)生織構(gòu)。在高溫下發(fā)生滑移的系統(tǒng)較多，滑移面和滑移方向不斷發(fā)生變化。4) 在生產(chǎn)過程中，不需要像冷加工那樣的中間退火，從而可使生產(chǎn)工序簡(jiǎn)化，生產(chǎn)效率提高。5) 熱加工變形可引起組織性能的變化，以滿足對(duì)產(chǎn)品某些組織與性能的要求。熱加工變形的不足：1) 對(duì)薄或細(xì)的軋件，由于散熱較快，在生產(chǎn)中保持熱加工的溫度條件比較困難。因此，生產(chǎn)薄的

23、或細(xì)的金屬材料一般仍采用冷加工方法。2) 熱加工后軋件的表面不如冷加工生產(chǎn)的尺寸精確和光潔。因?yàn)闊彳埣砻嫔裳趸ず屠鋮s時(shí)有收縮。3) 熱加工后產(chǎn)品的組織及性能不如冷加工時(shí)均勻。因?yàn)闊峒庸そY(jié)束時(shí)，各處的溫度難以均勻一致，溫度偏高處的晶粒尺寸要大一些。4) 從提高材料的強(qiáng)度來看，熱加工不及冷加工，因?yàn)闊峒庸r(shí)由于溫度的作用使金屬軟化。溫加工：一是改善金屬材料的加工性能，二是改善產(chǎn)品的使用性能。應(yīng)避開藍(lán)脆區(qū)。溫加工：介于兩者之間，其變形抗力比冷加工低，因此能量消耗少，節(jié)約成本，而且隨著溫度的升高，可以使得不能冷加工的一些金屬變形；它通過強(qiáng)烈的塑性變形和不斷動(dòng)態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶（再結(jié)晶并非充分進(jìn)行，晶

24、粒未完全長(zhǎng)大）雙重作用下，使材料晶粒得到細(xì)化15.鑄態(tài)組織金屬熱加工變形后，其強(qiáng)度和塑性有何變化？熱加工變形可認(rèn)為是加工硬化和再結(jié)晶兩個(gè)過程的相互重疊。在此過程中由于再結(jié)晶能充分進(jìn)行和在變形時(shí)靠三向壓應(yīng)力狀態(tài)等因素的作用，可以使金屬產(chǎn)生如下的變化：（1）鑄態(tài)金屬組織中的縮孔、疏松、空隙、氣泡等缺陷得到壓密或焊合。金屬在變形中由于加工硬化所造成的不致密現(xiàn)象，也隨著再結(jié)晶的進(jìn)行而恢復(fù)，塑性得到提升。（2）在熱加工變形中可使晶粒細(xì)化和夾雜物破碎，有更多障礙阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)度提高。（3）形成纖維組織也是熱加工變形的一個(gè)重要特征。鑄態(tài)金屬在熱加工變形中形成的纖維組織與金屬在冷加工變形中由于晶粒被拉長(zhǎng)所形

25、成的纖維組織不同。前者是由于鑄態(tài)組織中晶界上的非溶物質(zhì)的拉長(zhǎng)所造成。由于纖維組織的出現(xiàn)，使變形金屬在縱向和橫向具有不同的力學(xué)性能。在流線方向的強(qiáng)度和塑性都提高。在生產(chǎn)實(shí)際中為利用纖維組織使金屬具有方向性這一特點(diǎn)，可設(shè)法使纖維組織所形成的流線在工件內(nèi)有更為適宜的分布。（4）金屬在熱變形過程中產(chǎn)生帶狀組織 復(fù)相合金中的各個(gè)相，在熱加工時(shí)沿著變形方向交替地呈帶狀分布，這種組織稱為帶狀組織。帶狀組織不僅降低金屬的強(qiáng)度 ，而且還降低塑性和沖擊韌性，對(duì)性能極為不利。輕微的帶狀組織可以通過正火來消除。5)形成網(wǎng)狀組織 ，對(duì)強(qiáng)度和塑性都減弱。16.在冷加工和熱加工變形過程中，形成的纖維組織有何不同？如何消除？

26、熱變形中形成纖維組織與冷加工變形中由于晶粒被拉長(zhǎng)而形成的纖維組織不同。前者是由于金屬鑄態(tài)結(jié)晶時(shí)所產(chǎn)生的枝晶偏析，在熱變形中保留下來，并隨著變形而延伸形成的“纖維”。由晶粒伸長(zhǎng)而形成的纖維組織可用退火消除，但夾雜物或碳化物集聚區(qū)因變形伸長(zhǎng)而成的帶狀組織，雖經(jīng)過高溫退火也常常不能完全消除。在熱加工過程中，鑄態(tài)金屬的粗大枝晶偏析、非金屬夾雜物及第二相 都將隨組織變形方向伸長(zhǎng)，在宏觀試樣上呈現(xiàn)一條條細(xì)線，叫做纖維組織。熱加工中的纖維組織一般只能在變形時(shí)通過不斷地改變變形的方向來避免，很難用退火的方法去消除。當(dāng)夾雜物（或晶間夾雜層）數(shù)量不多時(shí)，可用長(zhǎng)時(shí)高溫退火的方法，依靠成分的均勻化和組織不均勻處的消失

27、來去除。在個(gè)別情況下，當(dāng)這些晶間夾雜物能溶解或凝聚時(shí)，纖維組織也可以被消除。顯著的纖維組織也能引起分層，使變形金屬得到層狀或板狀的斷口，消除的方法是鑄造時(shí)細(xì)化晶粒。17.冷變形過程中形成的亞晶和熱變形過程中形成的亞晶有何區(qū)別？冷變形過程中的亞晶是指金屬冷變形后，其各個(gè)晶粒被分割成許多單個(gè)的小區(qū)域，這些小區(qū)域的邊界上存有大量位錯(cuò)組成的位錯(cuò)纏結(jié)。而這些區(qū)域的內(nèi)部位錯(cuò)密度很低，晶格的畸變很小。變形量越大，晶塊的尺寸越小。其形成的原因可認(rèn)為是變形發(fā)展的不均勻和復(fù)雜滑移以及孿生變形等的交互作用，而使晶粒逐漸被分割成許多不同方塊的晶塊。熱變形過程中的亞晶是指隨著回復(fù)過程的進(jìn)一步發(fā)展，胞壁中的位錯(cuò)逐漸形成低

28、能態(tài)的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，胞壁變得比較清晰而成為亞晶界，接著這些亞晶界通過遷移而逐漸長(zhǎng)大，亞晶粒內(nèi)的位錯(cuò)密度則進(jìn)一步下降?；貜?fù)溫度越低，變形度越大，則回復(fù)后的亞晶粒尺寸越小。18.動(dòng)態(tài)軟化機(jī)制和靜態(tài)軟化機(jī)制的有何區(qū)別？靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是熱變形終止后，利用余熱進(jìn)行的回復(fù)和再結(jié)晶。動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是指在形變過程中和形變同時(shí)發(fā)生的回復(fù)和再結(jié)晶。當(dāng)塑性變形量小時(shí)，隨著變形量增加，流變應(yīng)力逐漸增大，直到達(dá)到最大值。位錯(cuò)密度不斷增加，造成了材料的加工硬化。但變形是在高溫下進(jìn)行，加工硬化加劇的同時(shí)，變形中所產(chǎn)生的位錯(cuò)能夠在加工過程中通過交滑移和攀移運(yùn)動(dòng)，使部分位錯(cuò)消失，當(dāng)位錯(cuò)重新排列發(fā)展到一定程度時(shí)，形成了清晰的亞晶界。結(jié)構(gòu)上的這些變化都使得材料軟化，由于這是在熱加工過程中發(fā)生的，故稱為動(dòng)態(tài)軟化。這種動(dòng)態(tài)軟化是回復(fù)產(chǎn)生的，所以它是一種動(dòng)態(tài)回復(fù)。動(dòng)態(tài)回復(fù)是金屬在熱變形中發(fā)生的一種軟化過程。動(dòng)態(tài)回復(fù)是通過位錯(cuò)的攀移、交滑移和位錯(cuò)從結(jié)點(diǎn)的脫釘來實(shí)現(xiàn)。亞晶的出現(xiàn)標(biāo)志著已經(jīng)發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶也是金屬在熱變形中發(fā)生的一種軟化過程，其軟化作用遠(yuǎn)大于動(dòng)態(tài)回復(fù)。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是通過動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的晶核形成及其長(zhǎng)大來完成的。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的晶粒是由具有低位錯(cuò)密度的再結(jié)晶剛