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第一章 参考答案 5、多晶体金属产生明显屈服的条件，并解释bcc金属及其合金与fcc金属及其合金屈服行为不同的原因。 答：多晶体金属产生明显屈服的条件：1）材料变形前可动位错密度小，或虽有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错为间隙原子、杂质原子或第二相质点所钉扎。2）随塑性变形的发生，位错能快速增殖；3）位错运动速率与外加应力之间有强烈依存关系。 金属材料塑性变形的应变速率与位错密度、位错运动速率和柏氏矢量成正比，而位错运动速率又决定于外加应力的滑移分切应力。（，） 塑性变形初始阶段，由于可动位错密度少，为了维持高的应变速率，必须增大位错运动速率。而要提高位错运动速率必须要有高的应力，这对应着上屈服点。一旦塑性变形产生，位错大量增殖，位错运动速率下降，相应的应力随之下降，从而产生了屈服现象。 对于bcc金属及其合金，位错运动速率应力敏感指数m’低，即位错运动速率变化所需应力变化大，屈服现象明显。而fcc金属及其合金，其位错运动速率应力敏感指数高，屈服现象不明显。 6、答：随含碳量的增加，屈服现象越来越不明显。这是由于随含碳量高，其组织中渗碳体含量增多，对基体起强化作用，使得材料屈服强度很高，塑性降低。 7、答：决定屈服强度的因素： 1）内因 ①金属本性及晶格类型：不同的金属及晶格类型，位错运动所受阻力（包括派纳力、位错间交互作用力）不同。 ②晶粒大小和结构：减小晶粒尺寸将增加位错运动障碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度提高，即细晶强化。屈服强度与晶粒尺寸之间符合H-P公式。 ③溶质元素：溶质元素的加入，使得晶格发生畸变，在溶质原子周围形成晶格畸变应力场，与位错应力场交互作用，阻碍位错运动，提高屈服强度，即固溶强化。 ④第二相：对于可变形的第二相质点，位错可以切过，使之同基体一起变形，由于质点与基体间晶格错排及位错切过第二相质点产生新的界面需要作功等原因，使得屈服强度提高。 对于不可变形的第二相粒子，位错只能绕过，绕过质点的位错线在质点周围留下一个位错环，随着绕过质点的位错数量的增加，留下位错环的数量亦增加，相当于质点的间距减小，流变应力增大，屈服强度 提高。颗粒半径越小，数目越多，间距越小，位错运动阻力越大，强化效应越大 2）外因 ①温度：升高温度，金属材料的屈服强度降低，但金属结构不同，变化趋势亦不同。Bcc结构的屈服强度具有明显的温度效应，即温度降低，屈服强度急剧上升。 ②应变速率：应变速率增大，金属的屈服强度增加 ③应力状态：切应力分量大，易于塑性变形，材料的屈服强度低。不同应力状态下材料的屈服强度不同，不是材料性质的变化，而是材料在不同的条件下表现的力学行为不同。 8、答：断后伸长率是试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。 断面收缩率是试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 对于在单一拉伸条件下工作的长形零件，无论其是否产生缩颈，都用δ和δgt评定材料的塑性，因为产生缩颈时局部区域的塑性变形量对总伸长实际上没有什么影响。 若金属机件非长形，在拉伸时形成缩颈，则用ψ作为塑性指标。因为ψ反映了材料断裂前的最大塑性变形量，而此时δ不能显示材料的最大塑性。ψ是在复杂应力状态下形成的，冶金因素的变化对性能的影响在ψ上更为突出，因此ψ比δ对组织变化更为敏感。 10、答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量。韧断的断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45°，断口呈纤维状，灰暗色。其宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成。其韧性断裂的微观机制是微孔聚集型断裂，可以观察到韧窝。 脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。其断裂机制为解理断裂，可以观察到解理台阶、河流花样和舌状花样等微观特征。 由于脆性断裂发生时没有明显征兆，不易于提前发现和预防，因此在实际工程应用上具有极大的危害性，最为危险。 11、答：剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，其中又分滑断（纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。断裂前发生了明显塑性变形，其宏观断裂形态表现为韧性断裂。 解理断裂是金属材料在一定条件下（如低温），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。解理面一般是低指数晶面或表面能最低的晶面。其宏观断裂形态一般为脆性断裂。 12、答：当晶界分布有连续或不连续的脆性第二相、夹杂物，或者有害元素如砷、锑、锡等偏聚于晶界时，容易造成沿晶断裂。 减轻措施：提高冶金质量，降低有害杂质元素的含量；细化晶粒；控制第二相的形成，避免其沿晶分布。 13、答：