材料加工原理课后习题答案

材料加工原理课后习题答案【篇一：《材料加工成型原理》思考题参考答案】

s=txt>单晶体的塑性变形：滑移和孪生；多晶体的塑性变形：晶内变形和晶界变形

通过各种位错运动而实现的晶内一部分相对于另一部分的剪切运动，就是晶内变形。剪切运动有不同的机理，其中最基本的是滑移、孪

生和扭析。其中滑移变形是主要的；而孪生变形是次要的，一般仅

起调节作用。在t》0．5t熔时，可能出现晶间变形。这类变形不仅

同位错运动

有关，而且扩散机理起着很重要的作用。扩散蠕变机理又包括扩散-

位错机理、溶质原子定向溶解机理、定向空位流机理。

在金属和合金的塑性变形过程中，常常同时有几种机理起作用。具

体的塑性变形过程中各种机理的具体作用要受许多因素的影响。例

如晶体结构、化学成分、相状态、组织、温度、应变量和应变速率

等因素的影响。在冷态条件下，由于晶界强度高于晶内，多晶体的

塑性变形主要是晶内变形，晶间变形只起次要作用，而且需要有其

它变形机制相协调。变形机理主要有：晶内滑移与孪生、晶界滑移

和扩散蠕变。热塑性变形时，通常的热塑性变形速度较快，而且高

温下，由于晶界的强度低于晶内，使得晶界滑动易于进行，所以晶

粒相互滑移和转动起着尤为重要的作用。温度越高，原子动能和扩

散能力就越大，扩散蠕变既直接为塑性变形作贡献，也对晶界滑移

其调节作用。热塑性变形的主要机理是晶内滑移。

2. 滑移和孪生塑性变形机制的主要区别

滑移是指在力的作用下晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶

体的另一部分发生相对移动或切变，滑移总是沿着原子密度最大的

晶面和晶向发生。孪生是指晶体在切应力作用下沿着一定的晶面和

一定的晶向发生均匀切变。滑移和孪生是单晶体的主要变形机制，

都是通过位错运动而实现晶内的一部分相对于另一部分的剪切运动。但是他们也明显的区别，如下：

由孪生的变形过程可知，孪生所发生的切变均匀地波及整个孪生变

形区，而滑移变形只集中在滑移面上，切变是不均匀的；孪生切变

时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数倍（而是几分之一

原子间距），而滑移时原子移动的距离是滑移方向原子间距的整数倍；孪生变形后，孪晶面两边晶体位向不同，成镜像对称；而滑移

时，滑移面两边晶体位向不变；由于孪生改变了晶体的取向，因此

孪晶经抛光浸蚀后仍可观察到，而滑移所造成的台阶经抛光浸蚀后

不会重现；孪生的临界分切应力要比滑移的临界分切应力大得多，

常萌发于滑移受阻引起的局部应力集中区；孪生变形的速度极大，

常引起冲击波，发出声响；滑移时全位错运动的结果，孪生是不全

位错运动。

3. 为何单晶体拉伸时，其滑移面向着拉伸方向转动？

如果金属在单纯的切应力作用下滑移，则晶体的取向不会改变。但

当任意一个力作用在晶体上时，总可以分解为沿滑移方向的分切应

力和垂直于滑移面的分正应力。这样，在晶体发生滑移的同时，还

将发生滑移面和滑移方向的转动。因为假如晶体在拉伸时，不受约束，滑移时各滑移层就会一层层滑开，每一层与拉伸方向的夹角不变。但是，在实际拉伸过程中，夹头是固定的，这样在拉伸过程中

滑移面就会朝着与拉伸轴平行的方向发生转动，以使拉伸轴和滑移

方向的夹角不断变小。

4. 何谓加工硬化和几何硬化？并举例说明之。

金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和

韧性降低的现象。又称冷作硬化。产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金

属内部产生了残余应力等。加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在冷轧钢板的过程中会愈轧愈硬以致轧不动，因而需在加工

过程中安排中间退火，通过加热消除其加工硬化。又如在切削加工

中使工件表层脆而硬，从而加速刀具磨损、增大切削力等。但有利

的一面是，它可提高金属的强度、硬度和耐磨性，特别是对于那些

不能以热处理方法提高强度的纯金属和某些合金尤为重要。如冷拉

高强度钢丝和冷卷弹簧等，就是利用冷加工变形来提高其强度和弹

性极限。

在塑性变形过程中，由于滑移使晶体的位向不断地改变，如果原来

晶体的位向是处于软取向，经滑移和转动后，取向因子变小，变形

抗力增大，使滑移变得困难，产生硬化效果，这种现象称为几何硬

化

5. 单晶体与多晶体的加工硬化有何不同？

多晶体是通过晶界把取向不同、形状大小不同、成分结构不同的晶

粒结合在一起的集合体。多晶体的塑性变形是许多单晶体塑性变形

的集合。但是，由于组成多晶体的各个晶粒取向不同，由于存在着

晶界及晶粒大小有差别，使得多晶体的塑性变形和强化有许多不同于单晶体的特点。

（1）晶界在塑性变形中的作用：a总变形量相同时，在多晶体内，不仅各晶粒所承受的实际变形量不同，而且每个晶粒内部各处的实际变形程度也不一致。b在晶粒边界处变形程度都比晶粒内部小，这既表明晶界处较难变形；也显示出晶界在促进变形的不均匀分布上起很大作用。晶界对塑性变形过程的影响，主要是在温度较低时晶界阻碍滑移进行引起的障碍强化作用和变形连续性要求晶界附近多系滑移引起的强化作用。(2) 多晶体变形的不均匀性: 多晶体由于存在着晶界及晶界两侧晶粒取向有差别，多晶体的塑性变形有着很大的不均匀性。当外力作用于多晶体时，由于晶粒取向不同，作用于各晶粒的滑移系统上分切应力不同，因而各个晶粒变形不一样。在单个晶粒内，晶界附近难于变形，一般来说，晶界变形要低于晶粒中心区域。大小不同晶粒相比，细晶粒强化作用大。由于细晶组织中晶界占的比例要大于粗晶组织中的晶界，细晶组织的硬度普遍高于粗晶组织的硬度。

6.影响金属应力-应变曲线的因素有哪些？如何影响？

1）点阵类型和金属种类。体心立方金属的硬化速率大体相同，它们比任何面心立方金属的硬化效果差（原因是滑移系多）。但不同面心立方晶体的硬化速率差别却比较大（可能是因为层错能不同）。 2）变形温度与应变速率。温度升高使硬化速率降低，对应于一定变形程度的屈服应力值也减小。其原因：1）随温度升高，可能开动新的滑移系统；2）随着温度升高，可在变形过程中出现回复和再结晶的现象；3）随着温度升高，可能出现新的塑性变形机理。应变速率对加工硬化的影响具有双重性，包含时间和温度两个因素。由于应变速率升高，软化机理来不及进行而引起屈服应力升高的应变速率效应；在变形过程中由于应变速率很高(如同绝热过程中形变热来不及散失)，塑性功转化成形变热而提高了变形物体温度，产生使屈服应力降低的温度效应，规律较复杂。高温区(完全软化区)应变速率效应影响最大。在这个温度区间，塑性变形机理基本是扩散机理、晶间滑动机理。过渡区的应变速率效应居中。在这个温度区有回复和再结晶软化机理作用。低温区效应影响最小，在此温度区间起控制作用的变形机理为切变机理。

3）晶粒大小。多晶体的屈服应力高于单晶体，多晶体中细晶粒组织高于粗晶粒。晶粒越细小，断裂前的变形量越大，即塑性越高。