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(wú)關(guān)。當(dāng)塑性變形以滑移方式進(jìn)行時(shí)，外應(yīng)力在某一滑移系上的分切應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)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(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)時(shí)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(gè)晶面相對(duì)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(duì)稱，構(gòu)成孿晶，其對(duì)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(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)必須克服溶質(zhì)原 子產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)立場(chǎng)，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

2、硬度提高。（4）Orowan機(jī)制：位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制。當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ颖然w硬，位錯(cuò)不能切割粒子 滑移時(shí)，受到粒子阻擋而彎曲形成包圍粒子的位錯(cuò)環(huán),其余部分位錯(cuò)線在線張力 作用下迅速被拉直并繼續(xù)滑移。（5）應(yīng)變時(shí)效:退火狀態(tài)的試樣拉伸超過(guò)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(shí)間后再加載，屈服現(xiàn)象重新出現(xiàn)?？梢杂每率蠚鈭F(tuán)解釋。（6）二次再結(jié)晶：異常晶粒長(zhǎng)大。再結(jié)晶完成后的金屬繼續(xù)加熱超過(guò)某一溫度， 少數(shù)晶粒可能突然異常長(zhǎng)大的現(xiàn)象（其他晶粒仍保持細(xì)小）。（7）回復(fù)：冷變形金屬在退火時(shí)發(fā)生組織性能變化的早期階段，時(shí)新的無(wú)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(shí)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?yàn)榫w的宏觀塑性變形是通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)除了受到點(diǎn)陣阻力，還會(huì)受到其他位錯(cuò)的作用力，包括應(yīng)力場(chǎng)和交割。所以臨界分切應(yīng)力和位錯(cuò)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(dāng)位錯(cuò)密度很低時(shí)，晶體接近完美晶體，然后隨著位錯(cuò)密度增大，強(qiáng)度迅速下降。 隨后，晶體中位錯(cuò)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-Fe的屈服強(qiáng)度分別為112.7MPa 和196MPa,問(wèn)平均晶粒直徑為0.019

5、6mm的-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)系平均晶粒直徑為0.0196mm的:-Fe的屈服強(qiáng)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)滑移面間距 滑移方向上的原子間距 點(diǎn)陣阻力6今有純Ti、Al、Pb三種鑄錠，試判斷它們?cè)谑覝?/p>

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(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, 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(jìn)行軋制。Al，Pb在室溫下軋制。7簡(jiǎn)述一次再結(jié)晶與二次再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力。 如何區(qū)分冷、熱加工？動(dòng)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(dòng)力：變形金屬經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲(chǔ)存能。二次再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)再結(jié)晶得到的晶粒更細(xì)。&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(shí)疏忽，未將鋼繩取出，而是隨同工件一起加熱至 860C，保溫時(shí)間到了，打開爐門，欲吊出工 件時(shí)，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(dòng)能力提高，位錯(cuò)滑移更為容易，塑性變形 越來(lái)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(zhǎng)度為 40mm，拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果 如下表，試計(jì)算其抗拉強(qiáng)度 C，屈服強(qiáng)度CQ.2,彈性模量上以及延伸率標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）40.040.140.240.440.841.642.444.046.048.050.2載荷