材料加工复习题整理

1、 单晶体中塑性变形时沿什么样的晶面和晶向容易发生滑移?说明原因原子密度最大的面和晶向由于在该滑移面或滑移方向上，其面配位数最高，从而与上或下层滑移面的配位原子最少，从而滑移收到阻力最小2、 试推导出单晶体受拉伸时计算临界剪切应力的公式.试就公式说明什么条件下单晶体的屈服极限σs 最小?多晶体的屈服极限和单晶体的屈服极限相比较有什么不同?轴向拉力在滑移方向上的分量：Fcos λ滑移面面积：Acos ϕ 切应力：F cos cos Aτϕλ= 1cos cos cos cos(90)sin22ϕλϕϕϕ=-= 当拉力雨滑移面法向夹角为45°时多晶体的塑性变形包括晶内变形和晶间变形。

要保证晶粒变形的协调性，各晶粒的变形必须相互协调配合，才能保持晶粒之间的连续性，为保证变形的连续性，每个晶粒至少有五个独立的滑移系启动。

？？（这个不清楚，屈服应力）3、 晶胞的滑移系总数如何计算?三种晶胞的塑性如何?为什么?面心立方（111）共4个，滑移方向为[1-10]3个，从而12个，塑性好体心立方 (110) 共6个，滑移方向[-1 1 1] 2个，从而12个，但是由于滑移方向少，滑移面上的原子秘密排程度低，滑移面间距小，原子结合力大，塑性较差。

密排六方3个滑移系，滑移系少，塑性变形能力差。

4、 试用位错运动说明晶体的滑移机理.5、 室温条件下晶粒大小对金属材料的强度,硬度和塑性有什么影响?为什么?晶粒尺寸越小，金属强度、硬度和塑性均有提高。

滑移是由一个晶粒转移到另一个晶粒，主要取决与晶界附近位错塞积群所产生的应力场能否激发相邻晶粒中的位错源启动，以协调滑移。

而位错塞积群应力场的强度和塞积的位错数目有关，数目越大，应力场就越强，但位错数目的大小又和位错塞积群到晶粒位错源的距离相关。

晶粒越大，这个距离也越大，位错源开动的时间就越大，位错数目就越大，由此可见，粗晶粒的变形从一个晶粒转移到另一个晶粒就会容易，而细晶粒的变形在相邻的晶粒间转移就需要更大的外力作用，这就是为什么晶粒越细小材料屈服极限越大。

由于细晶粒位错源少，晶界多，位错塞积在晶界引起的应力集中就小而分散，故脆性较小，同时晶粒越细小，塑性越好。

因为在一定体积中，细晶粒金属的晶粒数目比粗晶粒多，应而塑性变形时位向有利的晶粒也就多，变形能均匀分散到各个晶粒上，内应力分布均匀，从而金属断裂前可承受的塑性变形变形量就越大。

6、试从材料微观组织的变化说明加工硬化的原因.加工硬化与位错的交互总用有关，随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，位错反应和相互交割加剧，结果产生固定割阶、位错缠结等张海，以致形成胞状亚结构，是位错难以越过这些障碍而被限制在一定范围内运动这样要使得金属继续变形，就需要不断增加外力，才能克服位错间间强大的相互作用力。

7、说明回复的温度,回复的机理,回复在生产上的应用在较低的温度下，或者较早的阶段发生。

这一个过程中点缺陷减少，变形晶粒内大量增殖的位错密度降低，晶格畸变减少，从而硬度强度降低，塑性韧性提高，但晶粒形状没有发生变化。

热变形过程中的动态回复。

8、说明再结晶的温度,再结晶的机理,再结晶在生产上的应用在较高温度下或较晚阶段发生的转变过程，已变形的金属会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代冷变形组织，在结晶通过形核和长大，彻底重新改组了原来的显微组织。

热塑性变形(热塑性加工)--再结晶温度以上进行的塑性变形(热锻、热轧和热挤压等) 。

通过控制变形和再结晶条件，可以调整再结晶晶粒的大小和再结晶的体积分数，以达到改善和控制金属性能的目的。

9、什么是板料冲压中产生的“桔皮”现象?原因是什么?桔皮是在冷加工以后表面凹凸不平，如橘皮一样，其形成原因是晶粒中心的滑移量大，从而表面滑移抬价高，而边缘区滑移量少，因而滑移台阶低，从而影响产品的外观等，显然晶粒越大，桔皮组织越严重。

10、什么是板料拉深中产生的“制耳”?原因是什么在冲制筒形和杯形零件时，各项变形不均匀，造成厚薄不均，边缘不齐，形成制耳。

其原因和冷轧板的织构有关，其平行于版面各个方向上都邹永了同样大小的拉应力，但只够方向取向因子最大，切应力也最大，从而沿着这个方向伸长最多，形成制耳。

11、变形程度大小对再结晶后晶粒度有怎样的影响?说明原因.变形程度越大，再结晶晶粒度越大，从而晶粒越细小。

因为形核率增加。

12、什么是滑移线？什么是滑移线场？塑性变形物体内最大切应力方向的轨迹，叫做滑移线滑移线在变形体内成两族互相正交的线网，组成滑移线场。

13、变形程度对再结晶温度的影响。

随着冷变形程度越大，储能越多，再结晶的驱动力就越大，因此再结晶温度月底，同时等温退火时，再结晶速度越快。

当变形量大到一定程度后，再结晶温度基本保持不变。

14、什么是包申格效应？对产品质量有什么影响？该效应如何消除？因反向加载引起屈服应力降低的现象.在一般塑性理论中都不考虑这一效应，它会给处理塑性理论问题带来很大的因难。

但当在生产中遇到材料经受变向加载时，应充分注意。

包申格效应可用缓慢退火消除15、基体金属的晶格种类及其化学元素，怎样影响金属的塑性和真实应力？以碳钢为例：碳---碳对钢性能的影响最大，碳能固溶到铁里，形成铁素体和奥氏体，它们均具有良好的塑性和低的强度．但当含碳量超过了铁的溶解能力时，多余的碳与铁形成化合物Fe3C(渗碳体），它具有很高的硬度，塑性几乎为零，对基体的塑性变形起阻碍作用，使碳钢的塑性降低，强度提高．磷---磷是钢中有害杂质，能溶于铁素体中，使钢的强度硬度显著提高，塑性韧性显著下降．磷具有极大的偏析能力，会使钢中局部地区达到较高的含磷量而变脆．当含磷量达0.3%时，钢完全变脆，冲击韧性接近于零，称冷脆性．硫---硫是钢中有害杂质，不溶于铁素体中，但生成FeS．FeS与FeO形成共晶体，熔点为985℃，分布于晶界．当钢在1000℃以上热加工时，由于晶界处的FeS-FeO共晶体熔化，导致锻件开裂，这种现象称为热脆性．氮---氮在奥氏体中溶解度较大,在铁素体中溶解度很小,且随温度下降而减小.将含氮量高的钢由高温较快冷却时,铁素体中的氮由于来不及析出而过饱和溶解.以后,在室温或稍高温度下,氮将以FeN形式析出,使钢的强度,硬度提高,塑性韧性大为降低,这种现象称为钢的时效脆性.氢---钢中溶氢较多时,会引起氢脆现象,使钢的塑性大大降低.基体金属塑性---面心立方晶格（Al, Cu, γ-Fe, Ni)塑性最好；体心立方晶格（α-Fe, Cr, W, V, Mo)塑性较差；密排六方晶格（Mg, Zn, Cd,α-Ti)塑性最差．真实应力---与基体金属原子间结合力的大小有关．对于各种纯金属，一般来说原子间结合力大的，滑移阻力便大，真实应力也就大．16、单相固溶体中合金含量越多，为什么真实应力越高？无论间隙固溶体（如碳在铁中）还是置换固溶体（如镍，铬在铁中），均引起晶格的畸变．加入的量越多，引起的晶格畸变越严重，金属的真实应力也就越大．17、多相组织的材料中，第二相（非基体相）的性质，形状，大小，数量和分布状况，怎样影响材料的塑性和真实应力？当合金为多相组织：塑性：若各相的性能差别大，则合金变形不均匀，塑性降低．第二相的性质，形状，大小，数量和分布状况起着重要的作用．真实应力：第二相的性质，形状，大小，数量和分布状况起着重要的作用．硬而脆的第二相在基体相晶粒内呈颗粒状弥散质点均匀分布，合金的真实应力就高；第二相越细，分布越均匀，数量越多，则真实应力越高．大量弥散均匀的细质点成为塑性变形的障碍物，阻碍着滑移过程的进行，使合金的真实应力显著提高．18、高温时金属的塑性变形与室温时有什么不同？为什么？一般而言，随着温度升高，塑性增加，真实应力降低．但在升温过程中，在某些温度区间，某些合金的塑性会降低，真实应力会提高．碳钢在大约200~350℃范围内出现蓝脆区，δ明显下降，σb明显上升．一般认为是由于氮化物，氧化物以沉淀形式在晶界，滑移面上析出所致．大约800~950℃出现热脆区，有人认为与相变有关，钢由珠光体转变为奥氏体，体心立方晶格转变为面心立方晶格，引起体积收缩，产生组织应力．(1)随着温度的升高，发生回复和再结晶．(2)温度升高，临界切应力降低，滑移系增加．如面心立方的铝，在室温时滑移系为(1 1 1)，当400C时，除了(1 1 1)面，(1 0 0)面也开始发生滑移．(3)金属的组织发生变化．可能由多相组织变为单相组织，或由滑移系个数少的晶格变为滑移系个数多的晶格．如钛，在室温时呈密排六方晶格，只有三个滑移系，当温度高于882C 时，转变为体心立方晶格，有12个滑移系，塑性有明显提高．(4) 出现新的塑性变形方式（热塑性）热塑性（扩散塑性）---在较高温度下，晶体受外力时，原子沿应力场梯度方向，非同步地连续地由一个平衡位置转移到另一个平衡位置（并不是沿一定的晶面和晶向），使金属产生塑性变形．热塑性较多地发生在晶界和亚晶界．(5)晶界性质发生变化，有利于晶间变形，并有利于晶间破坏的消除．19、变形速度增大，金属塑性一般发生怎样的变化？变形速度增大对锻压工艺有哪些影响？变形速度不大时，变形速度增加所引起的塑性降低，大于温度效应所引起的塑性增加，故增加变形速度使塑性降低．当变形速度较大时，由于温度效应显著，使塑性基本上不随变形速度的增加而降低．当变形速度很大时，由于温度效应的显著作用，造成的塑性上升超过了变形硬化造成的塑性下降，使塑性回升．20、试举例说明静水压力越大，变形时塑性越好，变形抗力越高．分析其原因．塑性材料在拉应力条件会发生断裂，而在压应力条件下不会断裂。

(1)拉伸应力促进晶间变形,加速晶界破坏; 压缩应力阻止或减少晶间变形,随着三向压缩作用的增强,晶间变形愈加困难,从而提高了金属的塑性.(2)压应力有利于抑制或消除晶体中由于塑性变形引起的各种微观破坏,而拉应力则相反,它促使各种破坏发展、扩大.(3)三向压应力能抵消由于变形不均匀所引起的附加拉应力而防止裂纹的产生.静水压力越大,则塑性越高,在塑性加工过程中,常常通过改变应力状态,增大变形时的静水压力,来提高金属的塑性.。