第五章材料变形与再结晶答案.doc

第五章 固体材料的塑性变形Chapter 5 Plastic Deformation作业1：在面心立方晶体结构中，有一位错可以在(111) 和 晶面上发生交滑移，请确定这个位错的伯氏矢量？Solution: 作业2：在面心立方晶体中有三个滑移系，假定在Au晶体的100上施加2MPa的拉伸应力，其临界分切应力是0.91MPa。证明滑移不会在(111)晶面的三个滑移系上滑移？The three slip systems in the (111) plane are (111) , (111) , (111) . Because 100, that is =, so ( resolred shear stress in (111) is 0.Another two So：Measurable slip will not occur on any of the three slip systems in the (111) plane.作业3.：在面心立方晶体中，沿23方向施加2 MPa的正应力。滑移面是(111)，滑移方向是01。请确定 临界分切应力crTo solve this problem, we must find both cos and cos. This can be done suing the vector dot product:Cos=Cos =Solving equation for cR and substituting the data given in the problem statement yields:cR=(2Mpa)(0.617)(0.756)=0.933Mpa作业4：假定某面心立方晶体可以开动的滑移系为011。试回答：（1）给出引起滑移的单位位错得相应矢量，并说明之。（2）如果滑移是由纯刃位错引起的，试指出位错线的方向。（3）指出上述情况下，滑移时位错线的运动方向。（4）假定在该滑移系上作用一大小为：的切应力，试计算单位刃型位错线的受力的大小和方向。（设晶格常数为a=0.2nm）解：（1）为滑移方向上的一个原子间距（大小）。方向为滑移方向，故（2）位错线一定在滑移面上，（与法线相垂直），且垂直于，则位错线方向与垂直。011 （3）滑移时位错线运动方向即为方向（4） 单位刃型位错受力大小，方向方向位错线 方向。作业5：若铜单晶可以在所有滑移系滑移，并且其表面平行于（001）， 试画出表面出现的滑移线痕迹，并确定滑移线之间的夹角。若铜单晶的表面平行于（111）， 情况又如何？ 表面平行于（001）面 滑移线痕迹，夹角9060表面平行于（111）面 夹角60作业6：铜单晶拉伸时，若力轴为001,临界分切应力值,问多大的拉伸应力能使晶体开始滑动？解：fcc，四个滑移面与(001)夹角相同，即每四个滑移面上的三条边中有一条与力轴垂直，分切应力为0，而另外两条边共计8条边等级。（即8个等级滑移系），其与力轴夹角为45，即，则使晶体开始滑移的条件是，故作业7： 拉伸铜单晶体时，若拉伸力轴的方向为001,。求（111）面上柏氏矢量的螺型位错线上所受的力（）。解：设外加拉应力在（111）滑移面上沿晶向的分切应力为，则式中，为001与111夹角，为001与夹角，则若螺型位错线上受的力为Fd，则作业8：拉制半成品铜丝的过程如图所示，试画出不同阶段的组织与性能变化示意图。作业9：试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。将退火低碳钢进行少量的塑性变形后卸载，然后立即加载，屈服现象不再出现。但是如果卸载后，将试样在室温下放置较长时间或者稍微加热后，再进行拉伸就又可以观察到屈服现象，不过此时的屈服强度会有所提高，这种现象称为应变时效。低碳钢的应变时效可以用溶质原子与位错交互作用的柯垂尔（Cottrell）气团理论作出很好的解释。一般认为，在固溶体中，溶质或杂质原子在晶体中造成点阵畸变，溶质原子的应力场和位错应力场会发生交互作用，作用的结果是溶质原子将聚集在位错线附近，形成能量更低的溶质原子气团，即所谓的柯垂尔气团。将低碳钢试验拉伸产生少量预塑性变形，此时试样在外加应力的作用下使位错摆脱碳原子的钉扎，表现为屈服。若卸载后马上重新加载，短时间内碳原子来不及重新聚集在位错周围，所以继续加载时不会出现屈服现象；当卸载后经历较长时间或短时加热后，碳原子又会通过扩散重新聚集到位错线附近而形成气团，所以继续进行拉伸时，又会出现屈服现象，并使强度和硬度升高，这就是应变时效产生的原因。作业10：主要有几种合金强化方法？并解释其机制 1）细晶强化：通过增加晶粒数目，提高晶界对移动位错的阻碍作用，从而达到强化的效果。2）固溶强化：即将溶质原子溶入基体金属中，使基体金属产生点阵畸变，从而抑制位错源的活动以提高基体金属的强度。3）形变强化：即当晶体经过形变之后，使晶体内部的位错发生塞积或缠结，难以运动，从而达到强化基体的目的。4）第二相强化：即通过第二相粒子均匀弥散分布在基体上，阻止位错的运动或增加位错运动的阻力，提高合金的强度。作业11：.简述回复、再结晶与晶粒长大三者之间驱动力的异同点。1）回复过程的特征（1）组织不发生变化，仍保持变形伸长的晶粒形态；（2）变形引起的宏观（一类）应力全部消除，微观（二类）应力大部消除；（3）一般力学性能变化不大，硬度、强度仅稍有降低，塑性稍有提高；某些物理性能有较大变化，电阻率显著降低，密度增大。2） 再结晶过程的特征（1）组织发生变化，变形伸长的晶粒变为新的等轴晶粒；（2）力学性能发生急剧变化，硬度、强度急剧降低，塑性提高；恢复至变形前的状态；（3）变形储存能全部释放，点阵畸变（三类应力）全部消除，位错密度降低。3）晶粒长大过程（1）晶粒长大；（2）性能变化，如强度、塑性、韧性下降；（3）还可能出现再结晶织构等现象。作业12：.用一冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随炉一起加热到1000，加热完毕，当吊出工件时，钢丝发生断裂，试分析其原因。解：冷拉钢丝绳的加工过程是冷加工过程。由于加工硬化，使钢丝的强度、硬度升高，故承载能力高；当其被加热时，若温度超过了它的再结晶温度，会使钢丝绳产生再结晶，造成强度和硬度的降低，一旦外载超过其承载能力，就会发生断裂。作业13： 将一契形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制，（1）画出此铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图；（2）如果在较低温度退火，何处发生再结晶？为什么？解： （1） 由于宽度不同，轧制后变形度不同，退火后晶粒大小便不同。最窄处，无变形，无再结晶；较窄处，临界变形度，晶粒粗大，随，晶粒更细。很大时，出现结构。（2），Es，TR，故当T低时，最宽处先发生再结晶。退火后晶粒尺寸回复与再结晶作业1：.简述回复、再结晶与晶粒长大三者之间驱动力