材料科學基礎A習題答案-第5章

1、材料科學根底A 習題答案第 5 章1 講解材料科學根底A 習題第五章 材料的變形與再結晶、某金屬軸類零件在使用過程中發(fā)生了過量的彈性變形，為減小該零件的彈性變形，擬采取以下措施： 1增加該零件的軸徑。 2通過熱處理提高其屈服強度。 3用彈性模量更大的金屬制作該零件。 問哪一種措施可解決該問題，為什么？答： 增加該零件的軸徑， 或用彈性模量更大的金屬制作該零件。 產生過量的彈性變形是因為該金屬軸的剛度太低， 增加該零件的軸徑可減小其承受的應力， 故可減小其彈性變形； 用彈性模量更大的金屬制作該零件可增加其抵抗彈性變形的能力，也可減小其彈性變形。、有銅、鋁、鐵三種金屬，現無法通過實驗或查閱資料直接

2、獲知他們的彈性模量， 但關于這幾種金屬的其他各種數據可以查閱到。 請通過查閱這幾種金屬的其他數據確定銅、鋁、鐵三種金屬彈性模量大小的順序從大到小排列，并說明其理由。答： 金屬的彈性模量主要取決于其原子間作用力， 而熔點上下反映了原子間作用力的大小，因而可通過查閱這些金屬的熔點上下來間接確定其彈性模量的大小。據熔點上下順序，此幾種金屬的彈性模量從大到小依次為鐵、銅、鋁。、下列圖為兩種合金A、B 各自的交變加載- 卸載應力應變曲線分別為實線和虛線，試問那一種合金作為減振材料更為適宜，為什么？答：B合金作為減振材料更為適宜。因為其應變滯后于應力的變化更為明顯，交變加載 - 卸載應力應變回線包含的面積

3、更大，即其對振動能的衰減更大。、比照晶體發(fā)生塑性變形時可以發(fā)生交滑移和不可以發(fā)生交滑移，哪一種情形下更易塑性變形，為什么？答： 發(fā)生交滑移時更易塑性變形。 因為發(fā)生交滑移可使位錯繞過障礙繼續(xù)滑移，故更易塑性變形。、當一種單晶體分別以單滑移和多系滑移發(fā)生塑性變形時，其應力應變曲線如下列圖，問A、 B 中哪一條曲線為多系滑移變形曲線，為什么？答： A 曲線為多系滑移變形曲線。這是因為多1(T B A 應力 A B 應變滑移可導致不同滑移面上的位錯相遇， 通過位錯反響形成不動位錯， 或產生交割形成阻礙位錯運動的割階，從而阻礙位錯滑移，因此其應力 -應變曲線的加工硬化率較單滑移高。、為什么晶體通過滑移

4、塑性變形時，滑移總是沿著晶體中的原子密排面和密排方向進行？答： 晶體中原子密排面之間的面間距最大， 原子面之間的鍵合力最弱， 而在原子密排面上沿原子密排方向原子偏離其平衡位置位移至相鄰平衡位置的阻力最小，故晶體的滑移總是沿著晶體中的原子密排面和密排方向進行。、某金屬板經過較大的冷軋塑性變形后，發(fā)現其力學性能出現各向異性，試問其原因為何？答： 其原因可能有二： 一是形成了織構組織， 二是沿變形方向出現了纖維組織。、某鋼板經熱軋后，發(fā)現其力學性能出現各向異性，試問其原因為何？又問分別沿金屬板熱軋變形伸長方向和垂直于該方向， 金屬板的力學性能有何特點？答： 這是因為沿軋制方向形成了流線。 沿軋制金屬

5、板伸長方向拉伸強度高、 塑性好，沿垂直于金屬板伸長方向的剪切強度高、塑性較差。、為什么對于多晶材料，在其塑性變形時，其微觀塑性變形不均勻？答： 這是因為在多晶體中， 各晶粒的空間位向不同， 使各晶粒相對于外加應力發(fā)生滑移變形的“軟、 “硬取向不同，導致各晶粒發(fā)生滑移變形的先后、變形量大小不同，從而使多晶材料的微觀塑性變形不均勻。、細化晶粒對金屬的屈服強度和塑性有何影響，為什么？答： 細化晶粒將提高金屬的屈服強度， 這是因為細化晶粒將增加可阻礙位錯滑移的晶界的總面積， 從而增大位錯滑移的阻力， 故提高金屬的強度。 細化晶?？筛纳平饘俚乃苄?， 這是因為細化晶?？墒刮⒂^塑性變形更為均勻， 降低晶界處

6、因位錯塞積造成的應力集中，從而阻礙微觀裂紋的萌生，延遲斷裂的發(fā)生。、細化晶粒是否總能提高晶體的強度，為什么？答： 細化晶粒不一定總能提高晶體的強度。 這是因為在高溫下， 晶界滑動是產生蠕變的重要機制，假設細化晶粒那么增加晶界總面積，此將促進蠕變的發(fā)生。、對于鋁合金和鎂合金，哪一個的塑性加工性能更好，為什么？答： 鋁合金的塑性加工性能更好。 因為鋁合金為面心立方晶體結構， 鎂合金為密排六方晶體結構，由于面心立方晶體結構中的滑移系多于密排六方晶體結構，其塑性變形過程中，各晶粒之間變形的協(xié)調性更好，使得其塑性變形能力更強，故其塑性加工性能更好。2、 某滑移面上一個位錯源開動釋放出的位錯在晶界處形成位

7、錯塞積群對該位錯源的開動有何影響，為什么？答： 該位錯塞積群對位錯源的開動具有阻礙作用。 因為該位錯塞積群中的位錯與位錯源釋放出的位錯都是同號位錯， 位錯之間存在排斥力， 故位錯塞積群形成的應力場對位錯源的開動具有阻礙作用。、何謂應變時效？答： （ 見教材 ）15、如相圖所示，有兩種成分不同的合金，問： 1對于合金和合金， 哪一種合金的強度更高，為什么？2在合金和合金中，分別有哪幾種強化機制在起作用？答：合金的強度更高。因為合金為單一固溶體a ,其中的強化機制為固溶 強化，而合金中除存在固溶體a外，還存在a與B形成的共析組織，共析組織 具有細品強化的作用，同時，在共析溫度以下析出的a與B也產生

8、第二相強化， 因此使合金中同時存在固溶強化和細晶強化、第二相強化三種強化機制，故合金的強度更高。、何謂加工硬化，其主要機制是什么？答： 隨著塑性變形量的增加， 材料強度不斷提高的現象稱為加工硬化。 其主要機制有二：一是位錯強化，二是塑性變形過程中，各變形晶粒逐漸從“軟取向轉向“硬取向，使得晶粒塑性變形更為困難。、 為什么密排六方金屬單晶的應力應變曲線第一階段 易滑移階段 較面心立方金屬單晶的更長？答： 密排六方金屬單晶中滑移系少， 不易產生多系滑移， 從而不易產生因不同滑移面上位錯之間的交割和位錯反響而形成的對位錯滑移的阻礙， 故其應力應變曲線第一階段易滑移階段較長。、獲得細晶超塑性的根本必要

9、條件是什么？答：獲得細晶超塑性的根本必要條件是： 1變形必須在高溫下進行； 2變形必須以低的應變速率進行；3變形金屬必須具有兩相細晶組織。3？y+BB a+Bv+aa A B 19、單純的李生和扭折對晶體塑性變形量的奉獻如何，其對塑性變形的延續(xù)有何意義？答： 單純的孿生和扭折對塑性變形量的奉獻不大， 但其可改變晶體中晶粒的取向， 使得原處于不利于塑性變形取向的晶粒轉至利于塑性變形的取向， 使得晶體的塑性變形得以延續(xù)。、 為什么陶瓷材料塑性變形能力很差， 且其拉伸強度遠遠低于其壓縮強度？答： 由于陶瓷材料為離子鍵或共價鍵結合， 導致其滑移系少、 位錯滑移阻力大，同時陶瓷材料的制備工藝導致其中存在

10、微觀裂紋， 在受力時易在裂紋前端產生應力集中促進裂紋擴展， 故陶瓷材料塑性變形能力很差。 陶瓷材料的拉伸強度遠遠低于其壓縮強度是因為拉應力會在陶瓷中微裂紋的前端產生強烈的應力集中， 促進裂紋擴展，致使陶瓷提前斷裂。而壓應力那么不會。、 為提高高溫合金的蠕變強度， 從其成分設計上可采取什么樣的措施， 為什么？答： 為提高高溫合金的蠕變強度， 在合金成分設計上可采取參加高熔點元素的措施。 因為高溫下合金的原子擴散能力越強， 越易發(fā)生蠕變。 參加高熔點元素可提高原子擴散的激活能，阻礙原子的擴散，故可提高合金的蠕變強度。、 作為電線使用的銅導線是通過冷拉拔而成形， 問為什么在對銅線冷拉拔后要將其加熱進

11、行退火處理？答：因為銅線經冷拉拔后，其中的點缺陷濃度高，此導致銅線導電性能下降。經退火處理后，銅線中點缺陷密度下降，導電性能可得到提高。、 影響再結晶速率的主要因素有哪些？影響再結晶溫度的主要因素有哪些？答：見教材、在室溫下，使一塊金屬板料從左至右發(fā)生不均勻塑性變形，即從左至右，塑性變形量逐漸增大。 試問從左至右， 金屬板的硬度如何變化？經再結晶退火后，所形成的再結晶晶粒大小從左至右如何變化？為什么？答：從左至右，金屬板的硬度增大，因為隨著從左至右塑性變形量逐漸增大，加工硬化增強。經再結晶退火后，所形成的再結晶晶粒大小從左至右逐漸減小，因為隨著從左至右塑性變形量逐漸增大， 金屬板中的儲存能增加

12、， 也即再結晶的驅動力增大，再結晶形核率增加，使再結晶晶粒尺寸減小。、晶粒長大和再結晶晶核長大的驅動力有何不同 , 為什么織構會阻礙晶粒的長大？答： 晶粒長大的驅動力為晶界能的降低，再結晶晶核長大的驅動力為儲存能的降低。 織構組織中各晶粒之間的位相差小，其晶界能相對于正常晶粒組織的晶界能較低，故使其晶界遷移率較低，從而阻礙晶粒的長大。4、對于冷變形量相同，但含鎳量分別為3%和 9%的銅鎳合金而言，將二者加熱至550保溫使其完成再結晶的體積分數均到達50%，問哪一種銅鎳合金所需的時間更長，為什么？答：含鎳量為9%的銅鎳合金所需的再結晶時間更長。因為銅鎳合金為完全固溶體，固溶原子對晶界的遷移有阻礙

13、作用，含鎳量為9%的銅鎳合金中固溶的鎳含量更高， 因而此合金中鎳原子對再結晶過程中晶界的遷移阻礙更大， 故使其再結晶所需的時間更長。、為什么升高再結晶退火溫度將使金屬的再結晶臨界變形量減小？答：升高再結晶退火溫度將使金屬原子的擴散能力增強，使再結晶更易發(fā)生，故使再結晶開始發(fā)生的臨界變形量減小。第六章 凝固、為什么結晶的完成需要過冷度？答： 只有當存在結晶過冷度時， 物質體系以固態(tài)形式存在的能量才低于以液態(tài)形式存在的能量，結晶才能夠徹底的完成，所以結晶的完成需要過冷度。、為什么非均勻形核比均勻形核要容易？答： 非均勻形核較均勻形核所產生的阻礙結晶進行的外表能更少一些， 故非均勻形核比均勻形核要容易。、利用金屬凝固過程細化晶粒的主要手段有哪幾種，它們各自通過何種機理使晶粒細化？答：利用金屬凝固過程細化晶粒的主要手段有： 1增大凝固過冷度，其通過提高結晶驅動力來提高結晶形核率，從而細化晶粒； 2采用變質處理，其通過非均勻形核來提高結晶形核率，從而細化晶粒；3機械攪拌和振動凝固中的液相，其通過破碎液相中已形成的晶粒，使之成為結晶晶核來細化晶粒。、合金凝固時，為了獲得細小的晶粒尺