15年金属学与热处理第5章习题及思考题.doc

概念： 滑移：在外力作用下，晶体相邻二部分沿一定晶面、一定晶向彼此产生相对的平行滑动。 临界分切应力：使滑移系开动的最小分切应力。 软取向与硬取向：φ ＝45°时:取向因子可获得最大值1/2（cosλ· cos φ＝cos(90°－φ)· cos φ），取向因子大，易产生滑移，软取向；φ 或λ＝90°时:取向因子为0，难滑移，硬取向。 多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移系上同时进行。可促进加工硬化。 交滑移：多个滑移面同时沿一个滑移方向进行的滑移。可降低脆性。 滑移系：一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成滑移系。 孪生：晶体在切应力下其一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分作均匀切变。 形变织构：金属塑性变形到很大程度(70%)时，晶粒发生转动，各晶粒的位向趋于一致，这种有序化的结构。 加工硬化：随变形度增大，金属的强硬度显著增高而塑韧性明显下降的现象。 屈服效应: 在拉伸的σ－ε曲线上，有明显的上、下屈服点及屈服平台的现象。 柯氏气团（柯垂尔气团）：溶质原子在刃型位错周围聚集的现象，可阻碍位错运动。 形变时效: 具有明显屈服效应的金属，在变形后于室温长期仃留或短时加热保温，引起屈服应力升高并出现明显屈服点的现象。 吕德斯带：具有屈服现象的试样从上屈服点出现直到屈服延伸结束,在试样表面看到由于不均匀变形而形成的表面皱褶带, 称为吕德斯带。 细晶强化：通过细化晶粒，增加晶界，提高材料强度的方法。 滑移的特点： 参考解析： ⑴ 发生在最密排晶面，滑移方向为最密排晶向； 原因：密排面间原子面结合力最弱 ⑵ 只在切应力下发生，存在临界分切应力； ⑶ 滑移两部分相对移动的距离是原子间距的整数倍，滑移后滑移面两边的晶体位向仍保持一致； ⑷ 伴随晶体的转动和旋转，滑移面转向与外力平行方向，滑移方向旋向最大切应力方向； ⑸ 随滑移加剧，存在多滑移和交滑移现象。 分别列举出BCC、FCC和HCP的滑移系： 参考解析： BCC：滑移面｛110｝，滑移方向〈111〉。 ｛110｝包括：(110)，(011)，(101)，(ī10)，(0ī1)，(ī01) 〈111〉包括：〈111〉，〈ī11〉，〈1ī1〉，〈11ī〉 滑移方向必须在滑移面上，因此每个滑移面存在两个滑移方向。 (110)〈ī11〉，(110)〈1ī1〉，(011)〈1ī1〉，(011)〈11ī〉，(101)〈ī11〉，(101)〈11ī〉，(ī10)〈111〉，(ī10)〈11ī〉，(0ī1)〈111〉，(0ī1)〈ī11〉，(ī01)〈111〉，(ī01)〈1ī1〉。 FCC：滑移面｛111｝，滑移方向〈110〉。 HCP：滑移面｛0001｝，滑移方向〈110〉。自行分析 （1）晶体内若有较多的线缺陷（位错）或面缺陷（晶界或孪晶界等），其强度会明显升高，这些现象称为什么？强度提高的原因是什么？ （2）上述缺陷是如何引入晶体的？举例说明提高这些缺陷数目的方法。 参考解析： 较多线缺陷称为形变强化（加工硬化），较多面缺陷称为细晶强化（晶界强化）。强化原因是由于两类缺陷的增多都会明显阻碍位错的运动，从而提高强度。 位错的增多需要依靠塑性变形，通过萌生和增殖在晶粒内不断产生位错，从而提高其数量；晶粒细化可通过凝固时加非均匀形核剂（变质剂）或提高冷却速度获得，也可通过大变形，再结晶等方法获得。 提高金属材料强度的途径有哪些？说明其提高强度的原理。 参考解析： 细晶强化，原理：晶界具有阻碍位错运动的作用，晶粒细化，晶界增加，从而提高强度； 固溶强化，原理：融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加； 加工硬化，原理：塑性变形过程中，位错相互交割缠结，并且发生增殖，反应形成不可动位错； 第二相强化，原理：1.共格的第二相粒子，与基体之间存在一定取向关系，在基体内部产生较大弹性应变，从而阻碍位错运动；2.在变形过程中，位错与第二相粒子相互作用：软颗粒切过机制、硬颗粒绕过机制，当切过时，需增加颗粒的表面积额外做功得到强化；当绕过时，需要克服颗粒对位错线绕过施加的应力，从而提高强度。 拉伸单晶铜，拉力轴方向为[001]，σ=106 Pa。求在（111）面上一个b=a/2[10ī]的螺位错线所受的力（已知铜的晶格常数a=0.36nm）。 参考解析： （111）面上[10ī]晶向的分切应力： τ=σ cos? cosλ ?为拉力方向[001]与（111）面法线[111]的夹角，λ为[001]与[10ī]晶向的夹角， 因而，?=，λ=； 即，τ=106××Pa=4.0825×105Pa 单位长度位错线在滑移面上受力： F=τb=4.0825×105××0.36×10-9