胡赓祥《材料科学基础》第3版章节题库(材料的形变和再结晶)【圣才出品】

胡赓祥《材料科学基础》第3版章节题库

第5章材料的形变和再结晶

一、选择题

在低温和常温下，单晶体的塑性变形主要通过（）方式进行。

A．滑移

B．扭折

C．孪生

【答案】A

【解析】在常温和低温下，单晶体的塑性变形有滑移、孪生和扭折，滑移是主要的塑性变形方式。扩散性变形及晶界滑动和移动等方式主要发生在高温形变中。

二、填空题

1．滑移过程中，两个或多个滑移系交替滑移称为______。

【答案】多滑移

【解析】对于具有多组滑移系的晶体，滑移过程两个或者更多的滑移系同时或者交替进行，从而产生多滑移。

2．动态回复主要发生在层错能______金属材料的热变形中。

【答案】高

【解析】通常情况下高层错能金属（如Al、α-Fe、Zr、Mo和W等）的扩展位错很窄，螺型位错的交滑移和刃型位错的攀移都比较容易进行，容易解脱出来与异号位错相抵消，因

此亚组织中的位错密度较低，在热变形过程中主要发生动态回复。

三、判断题

晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。（）

【答案】错

【解析】都是晶界移动的结果。正常长大是晶粒平均尺寸增加，反常长大是个别大晶粒尺寸异常增加。

四、简答题

1．为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？

答：晶粒细化减小晶粒尺寸，增加界面面积，而晶界阻碍位错运动，提高强度；晶粒数量增加，塑性变形分布更为均匀，塑性提高；晶界多阻碍裂纹扩展，改善韧性。

2．晶体中的滑移系与其塑性有何关系？

答：（1）一般滑移系越多，塑性越好。

（2）与滑移面密排程度和滑移方向个数有关。

（3）与同时开动的滑移系数目有关。

3．试论塑性变形对材料组织和性能的影响。

答：对材料组织的影响：纤维组织、形变织构、位错胞。

对材料性能的影响：加工硬化、物性变化。

4．什么叫“柯氏气团”？试用“柯氏气团”解释金属材料固溶强化的原因。

答：溶质原子在位错周围的聚集称柯氏气团。在刃位错的拉应力区分布的碳原子列，可使总弹性应变能下降，晶体处于稳定态，当具有柯氏气团的位错在外力作用下，欲离开溶质原子时，势必应变能升高，阻碍位错的运动，是固溶强化的重要原因。

5．简述陶瓷材料（晶态）塑性变形的特点。

答：相对于金属材料和高分子材料而言，陶瓷材料显得硬而脆，这是由其原子之间键合的类型所决定的。陶瓷材料原子之间通常是由离子键、共价键所构成的。在共价键合的陶瓷中，原子之间是通过共用电子对形式进行键合的，具有方向性和饱和性，并且其键能相当高。在塑性变形时，位错的运动势必会破坏原子间的共价键合，其点阵阻力（P-N力）很大。因此，共价键合的陶瓷表现为硬而脆的特性。而对离子键合的陶瓷材料则分为两种情况：单晶体（如NaCl，FeO等）在室温压应力作用下，可承受较大的塑性变形，然而，对于离子键的多晶陶瓷，往往很脆，且易在晶界形成裂纹，这是因为离子晶体要求正负离子相间排列。在外力作用下，当位错运动一个原子间距时，由于存在巨大的同号离子的库仑静电斥力，致使位错沿垂直或平行于离子键方向很难运动。但若位错沿45°方向而不是沿水平方向运动，则在滑移过程中，相邻晶面始终由库仑力保持相吸，因此具有相当好的塑性。然而，多晶体陶瓷变形时，要求相邻晶粒变形相互协调、相互制约，由于陶瓷的滑移系较少而难以实现，以至在晶界产生开裂现象，最终导致脆断。

另一方面，烧结合成的陶瓷材料在加热冷却过程中，由于热应力的存在，往往导致显微裂纹的产生；由于腐蚀等因素也会在其表面形成裂纹，因此在陶瓷材料中先天性裂纹或多或少的总是存在。在外力作用下，在裂纹尖端会产生严重的应力集中。按照弹性力学估算，裂纹尖端的最大应力可达到理论断裂强度；何况陶瓷晶体中可动位错少，位错运动又困难，故

一旦达到屈服强度往往就脆断了。当然，在拉伸或压缩的情况下，陶瓷材料的力学特性也有明显的不同，通常陶瓷的压缩强度总是高于抗拉强度。

6．冷变形金属在加热时经过哪三个阶段，他们各自的特点是什么？

答：冷变形金属在加热时经过如下三个阶段：

（1）回复。不发生大角度晶界迁移，晶粒的形状和大小与变形态相同。

（2）再结晶。首先在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒核心，然后消耗周围的变形基体长大，直到完全变成无畸变的细等轴晶粒，但晶体结构并没有改变；性能发生明显变化并恢复到变形前的情况。

（3）晶粒长大。在晶界表面能的驱动下，新晶粒互相吞食而长大，从而得到在该条件下较为稳定的尺寸。

7．冷拉铜导线在用作架空导线时（要求一定的强度）和电灯花导线（要求韧性好）时，应该分别采用什么样的最终热处理工艺才合适？

答：根据冷变形金属在加热时性能组织随退火温度的增加的变化来看：前者需要一定的强度，故应在较低的温度下退火，即去应力退火（低温退火）；后者要求一定的韧性，故应在较高温度退火，即再结晶退火（高温退火）。冷变形金属退火时某些性能的变化如图5-1所示。

图5-1

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，未将钢丝绳取出，而是随同工件一起加热至860℃，保温时间到了，打开炉门，要吊出工件时，钢丝绳发生断裂，试分析原因。

解：冷拉钢丝绳系经大变形量的冷拔钢丝绞合而成。加工过程的冷加工硬化使钢丝的强度、硬度大大提高，从而能承载很重的工件。但是当将其加热至860℃时，其温度已远远超过钢丝绳的再结晶温度，以致产生回复再结晶现象，加工硬化效果完全消失，强度、硬度大大降低。再把它用来起重时，一旦负载超过其承载能力，必然导致钢丝绳断裂事故。

9．MgO为NaCl型结构，其滑移面为{110}，滑移方向为＜110＞，试问沿哪一方向拉伸（或压缩）不会引起滑移？

答：根据氧化镁结构滑移系的特点，只有沿与所有＜110＞都垂直的方向拉伸（或压缩）