材料科学基础-第3.4.5次作业解答.docx

三、材料变形、回复与再结晶1.名词解释（1）临界分切应力:是材料常数，与晶体取向无关。当塑性变形以滑移方式进行时，外应力在某一滑移系上的分切应力达到临界值时才能发生滑移，这一极限分切应力称为临界分切应力。大小取决于位错在滑移面上运动时所受的阻力。（2）孪生:晶体在切应力作用下，沿一定晶面和一定晶向局部区域的各个晶面相对于其邻面产生切变，变形后形成的孪生区域内，晶体结构与母体相同，但晶体取向发生变化，与母体呈镜面对称，构成孪晶，其对称面称为孪晶界。（3）固溶强化:由于溶质原子的加入引起点阵畸变，位错运动时必须克服溶质原子产生的内应立场，阻力比纯金属大，增大了晶体滑移阻力，使固溶体合金的强度和硬度提高。（4）Orowan机制:位错绕过机制。当第二相粒子比基体硬，位错不能切割粒子滑移时，受到粒子阻挡而弯曲形成包围粒子的位错环，其余部分位错线在线张力作用下迅速被拉直并继续滑移。（5）应变时效:退火状态的试样拉伸超过屈服点卸载马上再加载，不发生屈服现象。放置一段时间后再加载，屈服现象重新出现。可以用柯氏气团解释。（6）二次再结晶:异常晶粒长大。再结晶完成后的金属继续加热超过某一温度，少数晶粒可能突然异常长大的现象（其他晶粒仍保持细小）。（7）回复：冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早期阶段，时新的无畸变晶粒出现前所产生的亚结构和性能变化的阶段，随温度和时间变化。2.Why are FCC metals more ductile than either HCP or BCC metals?SolutionBecause FCC metals have 12 slip systems. HCP metals just have 3 slip systems. Even BCC metals have 48 slip systems, FCC metals have 3 slip directions on each slip plane.3.How do changes in the dislocation density affect the strength and ductility (i.e. its ability to deform plastically)? Why?Solution因为晶体的宏观塑性变形是通过位错运动来实现的，而位错运动时除了受到点阵阻力，还会受到其他位错的作用力，包括应力场和交割。所以临界分切应力和位错密度的平方根成正比，纯金属的临界分切应力可表示为c=0+Gb12当位错密度很低时，晶体接近完美晶体，然后随着位错密度增大，强度迅速下降。随后，晶体中位错密度增大，导致临界分切应力增大，材料强度增加。4.已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的a-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm的a-Fe的屈服强度为多少？解：由霍尔-佩奇公式，合金屈服强度与晶粒直径关系:s=0+kd-12 112.7=0+k*1-12 196=0+k*0.0625-12084.93333 k27.76667平均晶粒直径为0.0196mm的a-Fe的屈服强度为在此处键入公式。s=0+kd-12=27.76667-84.93333*0.0196-12283.2871Pa5.试指出Cu和a-Fe两晶体易滑移的晶面和晶向，并求出他们的滑移面间距，滑移方向上的原子间距及点阵阻力。（已知GCu=48.3GPa，Ga-Fe =81.6GPa，v=0.3） 解：Cu为FCC结构。易滑移的晶面为111，晶向滑移面间距aCu=ah2+k2+l2=3a3滑移方向上的原子间距bCu=au2+v2+w2=2a2Cu点阵阻力Cu=2G1-exp-2a1-b=2*48.31-0.3exp-2*3.14*3a31-0.3*2a2=90.91MPaa-Fe为BCC结构.易滑移的晶面为110112123，晶向，晶面为110时滑移面间距aFe=ah2+k2+l2=2a2滑移方向上的原子间距bFe=au2+v2+w2=3a2点阵阻力Fe=2G1-exp-2a1-b=2*81.61-0.3exp-2*3.14*2a21-0.3*3a2=153.59MPa6.今有纯Ti、Al、Pb三种铸锭，试判断它们在室温（20C）轧制的难易顺序。是否可以连续轧制？如果不能，应采取什么措施才能使之轧制成薄板？（已知Ti的熔点1672C，在883C以下为HCP结构，883C以上为BCC结构；Al的熔点为660C，BCC结构；Pb的熔点为328C，FCC结构。）解：室温（20C）下，Ti为HCP结构，Al为BCC结构，Pb为FCC结构。轧制为塑性变形，根据三种结构滑移系的不同(FCC结构塑性最好，BCC结构次之，HCP结构最难)，三种铸锭轧制由难到易为Ti，Al，Pb。不可以连续轧制。应将Ti加热到883以上，162以下，进行轧制。Al，Pb在室温下轧制。7.简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力。如何区分冷、热加工？动态再结晶与静态再结晶后组织结构的主要区别是什么？解一次再结晶的驱动力:变形金属经回复后未被释放的储存能。二次再结晶的驱动力：界面能降低晶粒尺寸差别。冷加工:低于再结晶温度的加工。热加工:高于再结晶温度的加工。动态再结晶与静态再结晶后组织结构的主要区别：动态再结晶得到的晶粒更细。8.某工厂用一冷拉钢丝绳将一大型钢件吊入热处理炉内，由于一时疏忽，未将钢绳取出，而是随同工件一起加热至860，保温时间到了，打开炉门，欲吊出工件时，钢丝绳发生断裂，试分析原因解：高温和拉力使钢绳发生蠕变。原子活动能力提高，位错滑移更为容易，塑性变形越来越大，在晶界处形成微孔和裂纹，最后断裂。9.有一截面为10mm10mm的镍基合金试样，其长度为40mm，拉伸实验结果如下表，试计算其抗拉强度sb，屈服强度s0.2，弹性模量E以