金属学与热处理课后习题答案第六章.pdfVIP

第六章金属及合金的塑性变形和断裂

6-1锌单晶体试样截面积A=78.5mm2，经拉伸试验测定的有关数据如下表：

屈服载荷/N620252184148174273525

φ角（°）83621765

λ角（°）26384663

τk（Mpa）

cosλcosφ

σs（Mpa）

1）根据以上数据求出临界分切应力τk并填入上表

2）求出屈服载荷下的取向因子，作出取向因子和屈服应力的关系曲线，说

明取向因子对屈服应力的影响。

答：

1）需临界临界分切应力的计算公式：τk=σscosφcosλ，σs为屈服强度=屈

服载荷/截面积

需要注意的是：在拉伸试验时，滑移面受大小相等，方向相反的一对轴向力

的作用。当载荷与法线夹角φ为钝角时，则按φ的补角做余弦计算。

2）cosφcosλ称作取向因子，由表中σs和cosφcosλ的数值可以看出，随着取

向因子的增大，屈服应力逐渐减小。cosφcosλ的最大值是φ、λ均为45度

时，数值为0.5，此时σs为最小值，金属最易发生滑移，这种取向称为软取

向。当外力与滑移面平行（φ=90°）或垂直（λ=90°）时，cosφcosλ为0，

则无论τk数值如何，σs均为无穷大，表示晶体在此情况下根本无法滑移，

这种取向称为硬取向。

6-2画出铜晶体的一个晶胞，在晶胞上指出：

1）发生滑移的一个滑移面

2）在这一晶面上发生滑移的一个方向

3）滑移面上的原子密度与{001}等其他晶面相比有何差别

4）沿滑移方向的原子间距与其他方向有何差别。

答：

解答此题首先要知道铜在室温时的晶体结构是面心立方。

1）发生滑移的滑移面通常是晶体的密排面，也就是原子密度最大的晶面。在面

心立方晶格中的密排面是{111}晶面。

2）发生滑移的滑移方向通常是晶体的密排方向，也就是原子密度最大的晶向，

在{111}晶面中的密排方向110晶向。

2

3）{111}晶面的原子密度为原子密度最大的晶面，其值为，{001}晶面的原子密

度为1.5/a2

4）滑移方向通常是晶体的密排方向，也就是原子密度高于其他晶向，原子排列

紧密，原子间距小于其他晶向，其值为1.414/a。

6-3假定有一铜单晶体，其表面恰好平行于晶体的（001）晶面，若在[001]晶向

施加应力，使该晶体在所有可能的滑移面上滑移，并在上述晶面上产生相应

的滑移线，试预计在表面上可能看到的滑移线形貌。

答：

对受力后的晶体表面进行抛光，在金相显微镜下可以观察到在抛光的表面上出现

许多相互平行的滑移带。在电子显微镜下，每条滑移带是由一组相互平行的滑移

线组成，这些滑移线实际上是晶体中位错滑移至晶体表面产生的一个个小台阶，

其高度约为1000个原子间距。相临近的一组小台阶在宏观上反映的就是一个大

台阶，即滑移带。

所以晶体表面上的滑移线形貌是台阶高度约为1000个原子间距的一个个小台

阶。

6-4试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、塑性越好的原因？

答：

多晶体的塑性变形过程：

1、多晶体中由于各晶粒的位向不同，则各滑移系的取向也不同，因此在外加拉

伸力的作用下，各滑移系上的分切应力也不相同。由此可见，多晶体中各个

晶粒并不是同时发生塑性变形，只有那些取向最有利的晶粒随着外力的增加

最先发生塑性变形。

2、晶粒发生塑性变形就意味着滑移面上的位错源已开启，位错将会源源不断地

沿着滑移面上的滑移方向运动。但是，由于相邻晶粒的位向不同，滑移系的

取向也不同，因此运动着的位错不能够越过晶界，滑移不能发展到相邻晶粒

中，于是位错在晶界处受阻，形成位错的平面塞积群。

3、位错平面塞积群在其前沿附近造成很大的应力集中，这一集中应力与不断增

加的外加载荷相叠加，使相邻晶粒某些滑移系上的分切