第四章 塑性变形(含答案)
塑性力学考试题及答案
塑性力学考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 塑性变形与弹性变形的主要区别是（）。
A. 塑性变形是可逆的B. 弹性变形是可逆的C. 塑性变形是不可逆的D. 弹性变形是不可逆的2. 材料在塑性变形过程中，其应力-应变曲线上的哪一点标志着材料的屈服点？A. 最大应力点B. 最大应变点C. 应力-应变曲线上的转折点D. 应力-应变曲线的起始点3. 下列哪项不是塑性变形的特征？A. 材料形状的改变B. 材料体积的不变C. 材料内部结构的不可逆变化D. 材料的弹性恢复4. 塑性变形的三个基本假设中，不包括以下哪一项？A. 材料是连续的B. 材料是各向同性的C. 材料是不可压缩的D. 材料是完全弹性的5. 塑性变形的流动法则通常采用哪种形式来描述？A. 线性形式B. 非线性形式C. 指数形式D. 对数形式二、简答题（每题10分，共30分）6. 简述塑性变形的三个基本假设及其物理意义。
7. 解释什么是塑性屈服准则，并举例说明常用的屈服准则。
8. 描述塑性变形过程中的加载和卸载路径，并解释它们的区别。
三、计算题（每题25分，共50分）9. 给定一个材料的应力-应变曲线，如果材料在达到屈服点后继续加载，求出在某一特定应变下的材料应力。
10. 假设一个材料在单轴拉伸条件下发生塑性变形，已知材料的屈服应力和弹性模量，求出在塑性变形阶段的应变率。
答案一、选择题1. 答案：C2. 答案：C3. 答案：D4. 答案：D5. 答案：B二、简答题6. 塑性变形的三个基本假设包括：- 材料是连续的：假设材料没有空隙和裂缝，是连续的均匀介质。
- 材料是各向同性的：假设材料在所有方向上具有相同的物理性质。
- 材料是不可压缩的：假设在塑性变形过程中材料的体积保持不变。
7. 塑性屈服准则是判断材料是否开始发生塑性变形的条件。
常用的屈服准则包括：- Von Mises准则：适用于各向同性材料，当材料的等效应力达到某一临界值时，材料开始发生塑性变形。
第四章金属及合金的塑性变形和再结晶2
（二） 晶粒大小对金属力学性能的影响 金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。 金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。 因为金属晶粒越 细，晶界总面积 越大， 越大，位错障碍 越多；需要协调 越多； 的具有不同位向 的晶粒越多， 的晶粒越多，使 金属塑性变形的 抗力越高。 抗力越高。
晶 粒 大 小 与 金 属 强 度 关 系
二、多相合金的塑性变形与弥散强化 当合金的组织由多相混合物组成时，合金的塑性变 当合金的组织由多相混合物组成时， 形除与合金基体的性质 有关外， 有关外， 还与第二相的性质、形 还与第二相的性质、 态、大小、数量和分布 大小、 有关。 有关。
固溶体第二相) α+β钛合金 固溶体第二相 β钛合金(固溶体第二相
应变
脆性 材料 塑性材料
通过细化晶粒来同时 提高金属的强度、 提高金属的强度、硬 度、塑性和韧性的方 法称细晶强化 细晶强化。 法称细晶强化。
三、合金的塑性变形
合金可根据组织分为单相固溶体和多相混合物两种. 合金可根据组织分为单相固溶体和多相混合物两种 单相固溶体 合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同 合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同.
密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。 体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生 孪生变形。面心立方晶格金属， 孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变 形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原 但常发现有孪晶存在， 子重新排列时发生错排而产生的， 退火孪晶。 子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
二、多晶体金属的塑性变形
单个晶粒变形与单晶体相似 多晶 单个晶粒变形与单晶体相似,多晶 体变形比单晶体复杂。 体变形比单晶体复杂。 ㈠晶界及晶粒位向差的影响 1、晶界的影响 、 当位错运动到晶界附近时，受到 当位错运动到晶界附近时， 晶界的阻碍而堆积起来,称位错的 晶界的阻碍而堆积起来 称 塞积。要使变形继续进行 塞积。要使变形继续进行, 则必 须增加外力, 须增加外力 从而使金属的变形 抗力提高。 抗力提高。
塑性成形原理习题及答案
一、名词解释（每题3分，共15分）1．非均质形核答：液态金属中新相以外来质点为基底进行形核的方式。
2．粗糙界面与光滑界面答：粗糙界面：a≤2，固液界面上有一半点阵位置被原子占据，另一半位置则空着，微观上是粗糙的；光滑界面：a＞2，界面上的位置几乎被原子占据，微观上是光滑的。
3．内生生长与外生长答：内生生长：晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式外生生长：在液体内部生核自由生长的生长方式。
4．沉淀脱氧答：沉淀脱氧是指将脱氧元素（脱氧剂）溶解到金属液中与FeO直接进行反应而脱氧，把铁还原的方法。
5．缩孔缩松答：缩孔：纯金属或共晶合金铸件中最后凝固部位形成的大而集中的孔洞；缩松：具有宽结晶温度范围的合金铸件凝固中形成的细小而分散的缩孔。
二、填空（每空1分，共15分）1．液体原子的分布特征为长程无序、短程有序，即液态金属原子团的结构更类似于固态金属。
2．界面张力的大小与界面两侧质点结合力大小成反比。
衡量界面张力大小的标志是润湿角θ的大小。
润湿角越小，说明界面能越小.3．金属结晶形核时，系统自由能变化△G由两部分组成，其中相变驱动力为体积自由能的降低，相变阻力为表面能的升高。
4．一般铸件的宏观组织由表面细晶区、柱状晶区和内部等轴晶区三个晶区组成。
5．根据熔渣随温度变化的速率可将焊接熔渣分为“长渣”与“短渣”。
“长渣”是指随温命题教师注意事项：1、主考教师必须于考试一周前将试卷经教研室主任审批签字后送教务科印刷。
2、请命题教师用黑色水笔工整地书写题目或用 A4 纸横式打印贴在试卷版芯中。
6．金属中的气孔按气体来源不同可分为析出性气孔、反应性气孔和侵入性气孔。
三、间答（每题5分，共30分）1．铸件的凝固方式及影响因素。
答：铸件凝固方式：体积凝固，中间凝固和逐层凝固方式影响因素包括：金属的化学成分和结晶温度范围大小、铸件断面上的温度梯度。
2．用图形表示K0＜1的合金铸件单向凝固时，在以下四种凝固条件下所形成的铸件中溶质元素的分布曲线：（1）平衡凝固；（2）固相中无扩散而液相中完全混合；（3）固相中无扩散而液相中只有扩散；（4）固相中无扩散而液相中部分混合。
塑性成形习题 答案
塑性成形习题答案塑性成形习题答案在金属材料的加工过程中，塑性成形是一种常见的方法。
通过施加力量使金属材料发生塑性变形，从而获得所需的形状和尺寸。
塑性成形习题是帮助学生掌握塑性成形原理和技巧的重要练习。
以下是一些常见的塑性成形习题及其答案，供学生参考。
1. 问题：如何计算拉伸变形的长度？答案：拉伸变形的长度可以通过以下公式计算：拉伸变形长度 = 原始长度× (应变 + 1)，其中应变为拉伸变形的比例。
2. 问题：如何计算金属材料的应变率？答案：金属材料的应变率可以通过以下公式计算：应变率 = (变形速度× 原始长度) / 变形长度，其中变形速度为单位时间内的变形量。
3. 问题：如何选择适当的成形工艺？答案：选择适当的成形工艺需要考虑以下几个因素：- 材料的性质：不同的材料具有不同的塑性变形特性，需要选择适合的成形工艺。
- 成形形状：不同的形状需要不同的成形工艺，例如拉伸、压缩、弯曲等。
- 成形难度：成形工艺的难易程度也需要考虑，包括设备要求、操作技巧等。
4. 问题：如何解决成形过程中的裂纹问题？答案：成形过程中出现裂纹问题可能是由于以下原因导致的：- 材料的缺陷：材料本身存在缺陷，例如夹杂物、气孔等，容易导致裂纹。
- 应力过大：成形过程中施加的应力过大，超过了材料的承载能力，容易导致裂纹。
解决裂纹问题的方法包括优化材料的质量、控制成形过程中的应力分布、调整成形工艺等。
5. 问题：如何选择适当的成形温度？答案：选择适当的成形温度需要综合考虑以下几个因素：- 材料的熔点：成形温度应低于材料的熔点，以避免材料熔化。
- 材料的塑性变形特性：不同温度下材料的塑性变形特性不同，需要选择适合的温度。
- 成形工艺的要求：不同的成形工艺对温度有不同的要求，需要根据具体情况选择合适的温度。
通过解答这些塑性成形习题，学生可以更好地理解塑性成形原理和技巧，并提高解决实际问题的能力。
在实际的工程应用中，塑性成形是一项重要的技术，掌握好塑性成形的基础知识和技能对于工程师和技术人员来说至关重要。
工程材料与热处理 第4章 金属的塑性变形与再结晶
一、滑移
滑移只能在切应力 作用下才会发生, 不同金属产生滑移 的最小切应力(称 滑移临界切应力) 大小不同。钨、钼、 铁的滑移临界切应 力比铜、铝的要大。
10
一、滑移
由于位错每移出 晶体一次即造成 一个原子间距的 变形量, 因此晶 体发生的总变形 量一定是这个方 向上的原子间距 的整数倍。
滑移带
17
二、位错滑移机制
通过位错的移动实现滑移时： 1、只有位错线附近的少数原子移动； 2、原子移动的距离小于一个原子间距； 所以通过位错实现滑移时，需要的力较小；
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二、位错滑移机制
金属的塑性变形是由滑移这种方式进行的， 而滑移又是通过位错的移动实现的。所以， 只要阻碍位错的移动就可以阻碍滑移的进 行，从而提高了塑性变形的抗力，使强度 提高。金属材料常用的五种强化手段（固 溶强化、加工硬化、晶粒细化、弥散强化、 淬火强化）都是通过这种机理实现的。
35
链条板的轧制
材料为Q345（16Mn) 1200 钢 的自行车链条经 1000 过五次轧制，厚度由 3.5mm压缩到1.2mm， 800 总变形量为65%，硬 600 度从150HBS提高到 400 275HBS；抗拉强度从 200 510MPa提高到980MPa； 0 使承载能力提高了将近 一倍。
滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大， 所以面心立方晶格金属比体心立方晶格金 属的塑性更好。 金、银、铜、铝等金属的塑性高于铁、铬 等金属；而铁的塑性又高于锌、镁等金 属。
15
二、位错滑移机制
滑移非刚性滑动，而是由位错的移动实现 的（1934年提出 ）。
16
二、位错滑移机制
滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移 并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动, 而是通 过位错的运动来实现的。 在切应力作用下,一个多余半 原子面从晶体一侧到另一侧运动, 即位错自左向右移动 时, 晶体产生滑移。
塑性成形原理试题及答案
塑性成形原理试题及答案一、选择题1. 塑性成形是指材料在外力作用下发生永久变形而不破坏的过程，以下哪种材料不适合进行塑性成形？A. 低碳钢B. 铝合金C. 陶瓷D. 钛合金答案：C2. 在塑性成形过程中，材料的塑性变形主要发生在哪个区域？A. 弹性变形区B. 塑性变形区C. 断裂区D. 疲劳区答案：B3. 以下哪种塑性成形方法不需要模具？A. 锻造B. 挤压C. 拉拔D. 冲压答案：A二、填空题4. 塑性成形的基本原理是材料在_________作用下发生塑性变形。
答案：外力5. 塑性成形过程中，材料的塑性变形能力通常用_________来衡量。
答案：塑性指数6. 塑性成形过程中，材料的变形程度通常用_________来表示。
答案：应变三、简答题7. 简述塑性成形的三个基本条件。
答案：塑性成形的三个基本条件包括：（1）材料必须具有足够的塑性；（2）外力必须足够大，以克服材料的内部阻力；（3）材料必须在适当的温度和速度下进行变形。
8. 描述塑性成形过程中的应力-应变曲线，并解释其各阶段的含义。
答案：塑性成形过程中的应力-应变曲线通常包括三个阶段：弹性阶段、屈服阶段和塑性流动阶段。
在弹性阶段，材料仅发生弹性变形，应力和应变成正比；屈服阶段是材料开始发生塑性变形的起点，此时应力达到屈服强度；在塑性流动阶段，材料继续发生塑性变形，但应力保持相对稳定。
四、计算题9. 假设一块材料经过塑性成形后，其长度从L1变为L2，求其应变ε。
答案：应变ε可以通过公式ε = (L2 - L1) / L1计算得出。
10. 如果已知材料的屈服强度σy和塑性变形前的应力σ1，求材料在塑性变形前的应变ε1。
答案：材料在塑性变形前的应变ε1可以通过公式ε1 = σ1 / E 计算得出，其中E是材料的弹性模量。
五、论述题11. 论述塑性成形在工业生产中的应用及其重要性。
答案：塑性成形在工业生产中应用广泛，如汽车制造、航空航天、建筑行业等。
第四章弹塑性变形验算7
V
j
cyj
j
上 下 M cj M cj
hj
a / M cy f yk As (h0 as ) 0.5 N G hc (1
NG ) 1 f ck bc hc
例：4层钢筋混凝土框架，梁截面250mm × 600mm，柱450mm×450mm，为 2 强梁弱柱型框架。柱混凝土为C30， f ck 22N/mm ，钢筋为Ⅱ级， a f yk 335 N/mm2 。第一层柱配筋 As 628 mm2 ；第二、三、四 / 层柱配筋 Asa 402mm2。混凝土保护层厚 as 35mm 。已知结构基本 周期 T1 0.4s，位于Ⅰ类场地一组，设计基本地震加速度为0.2g。采用 简化方法计算罕遇地震下该框架的最大层间弹塑性位移。
Ve ---按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力。
Vy 的计算：
Vy
V
j
cyj
j
上 下 M cj M cj
hj
上 下 M cj 、M cj ---分别为楼层屈服时柱j上、下端弯矩；
h j ---为楼层柱j的净高。
上 下 M cj 、M cj 的计算：
上 下 M cj 、M cj 的计算：
Ve (i ) ---楼层i的弹性地震剪力；
u p p ue V (i ) ue (i ) e ki
p ---弹塑性层间位移增大系数，当薄弱层的屈服强度系数不小于相邻
层该系数平均值的0.8时，按下表采用。当不大于该平均值的0.5 时，可按表内相应数值的1.5倍采用；其它可采用内插法取值。
y Vy / Ve
y ( 4)
209 304 0.43 y (3) 0.30 484 1004
塑性力学习题答案
塑性力学习题答案塑性力学习题答案塑性力学是研究材料的塑性变形和破坏行为的一门学科。
在工程领域中，塑性力学的应用非常广泛，涉及到结构设计、材料选择、工艺优化等方面。
下面，我将回答一些关于塑性力学的学习题，希望能够帮助大家更好地理解这门学科。
1. 什么是塑性变形？塑性变形是指材料在外力作用下，超过其弹性极限后产生的不可逆形变。
相对于弹性变形而言，塑性变形会导致材料永久性的形状改变。
2. 塑性变形与弹性变形有什么区别？塑性变形与弹性变形的最大区别在于是否可逆。
弹性变形是指材料在外力作用下发生的可逆形变，即当外力消失时，材料能够恢复到原始形状。
而塑性变形是不可逆的，材料在外力作用下形成的新形状将保持下去。
3. 什么是屈服点？屈服点是指材料在受到外力作用下，开始发生可见塑性变形的临界点。
在应力-应变曲线上，屈服点对应的应力值称为屈服强度。
4. 什么是应力-应变曲线？应力-应变曲线是用来描述材料在外力作用下的应力和应变之间关系的曲线。
通常，应力-应变曲线可以分为弹性阶段、屈服阶段、硬化阶段和破坏阶段。
5. 什么是塑性流动？塑性流动是指材料在塑性变形过程中，由于原子、晶粒等微观结构的位移和重新排列，而产生的宏观塑性变形现象。
塑性流动是塑性变形的基本特征，也是塑性力学研究的核心内容之一。
6. 什么是硬化？硬化是指材料在塑性变形过程中，随着应变的增大，其抗力也逐渐增大的现象。
硬化可以通过外力的作用，使材料的屈服强度和抗拉强度得到提高，从而提高材料的塑性变形能力。
7. 什么是拉伸性能？拉伸性能是指材料在拉伸过程中的力学性能表现。
常见的拉伸性能指标包括抗拉强度、屈服强度、断裂延伸率等。
8. 什么是冷加工硬化？冷加工硬化是指通过冷加工（如拉伸、压缩、弯曲等）使材料发生塑性变形，从而提高材料的硬度和强度。
冷加工硬化是一种有效的方法，用于改善材料的力学性能。
9. 什么是回复？回复是指材料在经历塑性变形后，经过一定的处理（如退火）使其恢复到原来的状态。
第四章 金属的塑性变形与回复再结晶
第四章金属的塑性变形与回复再结晶第一节金属的塑性变形金属的一项重要特性是具有塑性，能够在外力作用下进行塑性变形。
外力除去后，永久残留的变形，称为塑性变形。
塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种，最常见的是滑移。
下面我们就讨论：一、光学金相显微镜下滑移带、变形孪晶与退火孪晶的特征滑移：所谓滑移即在切应力作用下晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分产生滑动。
所沿晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。
1．滑移带经表面抛光的金属单晶体或晶粒粗大的多晶体试样，在拉伸（或压缩）塑性变形后放在光学显微镜下观察，在抛光的晶体表面上可见到许多互相平行的线条，称为滑移带，如图4一1所示。
ａ黄铜的滑移带600⨯b 纯铁的滑移带 400⨯图4-1 滑移带的光学显微形貌由图可见，纯铁的滑移带特征与黄铜的略有不同，往往呈波纹状。
这主要由于纯铁本身层错能较高，其扩展位错容易束集，加之体心立方晶体可进行滑移的晶面多，因而产生大量交滑移的缘故。
如果用电子显微镜作高倍观察，会发现每条滑移带（光学显微镜下的每根线条）是由许多密集在一起的滑移线群所组成。
实际上，每条滑移线表示晶体表面上因滑移而产生的一个小台阶，而滑移带是小台阶累积的大台阶。
正因为晶体表面有这些台阶的出现才显示出上述的微观形貌。
如果将这些小台阶磨掉，即使重新抛光并浸蚀也看不出滑移带，因为滑移面两侧的晶体位向不随滑移而改变，故只能借助晶体表面出现的小台阶来观察。
1．变形孪晶孪生通常是晶体难以进行滑移时而发生的另一种塑性变形方式。
以孪生方式形变的结果将产生孪晶组织，在面心立方晶体中一般难以见到变形孪晶，而在密排六方晶体中比较容易见到。
因为密排六方晶体的滑移系少，塑性变形经常以孪生方式进行。
图4一2a为锌的变形孪晶，其形貌特征为薄透镜状。
纯铁在低温下受到冲击时也容易产生变形孪晶，其形貌如图4一2b所示，在这种条件下萌生孪晶并长大的速度大大超过了滑移速度。
a 锌的变形孪晶100⨯b 铁的变形孪晶 100⨯图4—2 变形孪晶光学显微形貌如果将变形孪晶试样重新磨制、抛光、浸蚀，是否如同滑移带那样也会消失呢？并不是这样的。
第四章金属材料的塑性变形与再结晶
滑移方向上原子间距的 小于孪生方向上的原
整数倍，较大。
子间距，较小。
很大，总变形量大。
有限，总变形量小。
有一定的临界分切 压力 一般先发生滑移
所需临界分切应力远高于 滑移
滑移困难时发生
变形机制
全位错运动的结果 分位错运动的结果 34
(二) 多晶体金属的塑性变形
单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂
① 晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷
② 晶界对变形的影响:滑移、孪生多终止于晶界,极少穿 过。
35
当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积 起来,称位错的塞积。要使变形继续进行, 则必须增加 外力, 从而使金属的变形抗力提高。
36
晶界对塑性变形的影响
Cu-4.5Al合金晶 界的位错塞积
55
(4) 几何硬化：由晶粒转动引 起 由于加工硬化, 使已变形部 分发生硬化而停止变形, 而 未变形部分开始变形。没有 加工硬化, 金属就不会发生 均匀塑性变形。
未变形纯铁
加工硬化是强化金属的重要
手段之一，对于不能热处理
强化的金属和合金尤为重要
变形20%纯铁中的位错
56
2 对力学性能的影响
利弊
d. 孪生本身对金属塑性变形的贡献不大，但形成 的孪晶改变了晶体的位向，使新的滑移系开动， 间接对塑性变形有贡献。
33
总结
滑移
孪生
相同点
晶体位向
位移量 不 同 对塑变的贡献 点
变形应力
变形条件
1 切变；2 沿一定的晶面、晶向进行；3 不 改变结构。 不改变（对抛光面 改变，形成镜面对称关系 观察无重现性）。 （对抛光面观察有重现性）
1、晶粒取向和晶界对塑性变形的影响
第四章 塑性变形(含答案)
3、晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象称为________。
答案：滑移
4、由于________和________的影响，多晶体有比单晶体更高的塑性变形抗力。
答案：晶界、晶粒位向（晶粒取向各异）
5、生产中消除加工硬化的方法是________。
答案：再结晶退火
6、在生产实践中，经冷变形的金属进行再结晶退火后继续升高温度会发生________现象。
3、单晶体塑性变形的基本方式是滑移，即晶体的一部分沿一定晶面与晶向相对于另一部分发生滑动。（）
答案：(√)
4、织构使金属的性能出现各向异性，对金属的力学性能、物理性能和拉伸加工工艺有很大的影响。（）
答案：(√)
5、细化晶粒能提高材料的强度，却降低材料的塑性和韧性。( )
答案：(×)
6、各种热加工方法只能改善材料的组织，不能改变材料的性能。( )
答案：回复、再结晶、晶粒xx
16、所谓冷加工是指金属在________以下进行的塑性变形。
答案：再结晶温度
17、金属塑性变形能产生如下三类内应力：金属表层与心部变形量不同而造成宏观内应力，称为________；晶粒之间或晶内不同区域之间的变形不均匀形成的微观内应力，称为________；因晶格畸变形成的内应力称为________。
可造成第一类内应力（0.5分）、第二类内应力（0.5分）和第三类应力（0.5分）。
其中第一类内应力使工件尺寸不稳定（1分）；第二类内应力使金属产生晶间腐蚀（1分）；第三类内应力是产生加工硬化的主要原因（1分）。残余应力在一定条件下也可能产生有利的影响，例如对承受弯、扭交变载荷的零件(0.5分)，若使其表层存在残余应力，可有效的减少拉应力作用，抑制表层疲劳裂纹的产生与扩散（0.5分），明显提高金属的疲劳强度（0.5分）。
金属及合金的塑性变形考试试卷及参考答案
金属及合金的塑性变形考试试卷及参考答案(一)填空题1. 硬位向是指外力与滑移面平行或垂直，取向因子为零，其含义是无论τk如何，σs均为无穷大，晶体无法滑移。
2．从刃型位错的结构模型分析，滑移的实质是位错在切应力作用下沿滑移面逐步移动的结果。
3．由于位错的增殖性质，所以金属才能产生滑移变形，而使其实际强度值大大的低于理论强度值。
4. 加工硬化现象是指随变形度增大，金属的强硬度显著增高而塑韧性明显下降的现象，加工硬化的结果使金属对塑性变形的抗力增加，造成加工硬化的根本原因是位错密度大大增加。
5．影响多晶体塑性变形的两个主要因素是晶界、晶粒位向差。
6．金属塑性变形的基本方式是滑移和孪生，冷变形后金属的强度增加，塑性降低。
7．常温下使用的金属材料以细小晶粒为好，而高温下使用的金属材料以粗大晶粒为好。
8．面心立方结构的金属有12 个滑移系，它们是4｛111｝×3＜110＞。
9．体心立方结构的金属有12 个滑移系，它们是6｛110｝×2＜111＞。
10．密排六方结构的金属有 3 个滑移系，它们是1｛0001｝×3＜īī20＞。
11．单晶体金属的塑性变形主要是切应力作用下发生的，常沿着晶体中密排面和密排方向发生。
12 金属经冷塑性变形后，其组织和性能会发生变化，如显微组织拉长变为纤维组织、亚结构的细化变为形变亚结构、形变织构即晶粒沿某一晶向或晶面取向变形、加工硬化等等。
13．拉伸变形时，晶体转动的方向是由滑移面转到与拉伸轴平行的方向。
14 晶体的理论屈服强度约为实际屈服强度的1500倍。
15．内应力是指金属塑性变形后保留在金属内部的残余内应力和点阵畸变，它分为宏观内应力、微观内应力、点阵畸变三种。
(二)判断题1 在体心立方晶格中，滑移面为｛111｝×6，滑移方向为〈110〉×2，所以其滑移系有12个。
（×）2．滑移变形不会引起晶体结构的变化。
（×）（位向）3 因为体心立方与面心立方晶格具有相同的滑移系数目，所以它们的塑性变形能力也相同。
第四章金属的塑性变形与再结晶
第四章金属的塑性变形与再结晶铸态组织具有晶粒粗大且不均匀、组织不致密及成分偏析等缺陷，需要经压力加工再使用。
金属的压力加工，就是通过使金属产生一定的塑性变形获得制件。
压力加工不仅改变其外形尺寸，且使内部的组织和性能发生改变。
因此研究金属塑性变形以及变形后材料的组织结构的变化规律，对于深入了解金属材料各项力学性能指标的本质，充分发挥材料强度的潜力，正确制定和改进金属压力加工的工艺，提高产品的质量以及合理使用材料等都具有重要意义。
第一节金属的塑性变形[教学目的] 理解单晶体的塑性变形，掌握多晶体的塑性变形。
[教学重点] 多晶体的塑性变形。
[教学难点] 多晶体的塑性变形。
[教学方法] 讲授。
[教学内容]所有变形中，塑性变形对组织和性能的影响最大。
为认识塑性变形的规律，首先研究单晶体的塑性变形。
一单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生方式进行。
1 滑移切应力作用下，晶体的一部分沿着一定晶面（滑移面）上的一定方向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动，称为滑移。
外力在一定的晶面分解为垂直于晶面的正应力σN和平行于晶面的切应力τN。
σN引发弹性变形和脆性断裂，断口呈金属光泽；τN引发弹性变形、弹塑性变形和韧性断裂，断口灰暗无光泽。
滑移变形的5个要点：1)滑移只能在切应力作用下发生；2）滑移主要发生在原子排列最紧密或较紧密的晶面上,并沿着这些晶面上原子排列最紧密的方向进行。
（原因：最密排晶面之间的距离最远；最密排晶面上原子与邻近原子之间的阻力最小）3）滑移必然伴随着晶体的转动（正应力引起）。
4）滑移是滑移面上的位错运动造成的。
位错运动所需切应力远远小于刚性的整体滑移所需的切应力。
如铜刚性滑移要1540MPa，实际只有1MPa。
二多晶体的塑性变形1 晶界与晶粒位向的影响①晶界竹节现象多晶体金属中，晶界原子的排列不规则，局部晶格畸变严重，且易产生杂质原子和空位等缺陷的偏聚。
位错运动到晶界附近时容易受到晶界的阻碍。
金属及合金的塑性变形
§4-5 多晶体与合金的塑性变形
晶界
一 多晶体塑性变形特点
⑴ 单个晶粒与单晶体一致； ⑵ 各晶粒的变形具不同时性： 分批、逐次。 原因：取向不同 ⑶ 变形具不均匀性 晶粒内部与边界、 晶粒之间（取向）。
⑷ 多晶体变形抗(阻)力> 单晶体
原因： ① 晶界阻碍位错运动；
② 位向差→晶粒之间须协调
意义： 晶界强化——金属材料强化机制之一 霍耳—配奇公式： ζs ＝ ζ0＋Kd-1/2
〔111 〕 (110)
面心立方 (f.c.c) 滑移面：｛111｝ (111), (111), (111), (111); 滑移方向：〈110〉 滑移系数: 4×3=12
(111) 〔110〕
密排六方：
滑移面｛0001｝
滑移方向〈1120 〉 滑移系数目： 1×3=3
Hale Waihona Puke （3）滑移系数目的实际意义 —判断塑性变形能力 ① 滑移系数目愈多，塑性愈好； ② 滑移系数相同时，滑移方向多者塑性较好 塑性排序：f.c.c>b.c.c>h.c.p
§4-2 弹性变形
一、弹性形变的宏观定律
E G 21
二、弹性变形能
三、影响弹性变形的因素
§4-3 塑性形变的表象
一、塑性形变的宏观特征
二、塑性形变在纤维组织中的反映
1. 晶粒外形的变化
2. 晶粒内部的变化
§4-4 单晶体的塑性变形
F
塑性变形研究思路： ① 基本单元——单晶体变形特性 ② 晶界影响——多晶体变形特性 ③ 相界——合金变形特性 塑性变形方式：滑移；孪生
孪生与滑移变形比较
1.孪生：均匀切变。滑移：塑性变形是不均勺的。
2.孪生：各晶面移动量与其离孪晶面距离成正比，相邻晶团相
第四章金属及合金的塑性变形和再结晶3
在回复阶段，金属组织 在回复阶段， 变化不明显，其强度、 变化不明显，其强度、 硬度略有下降， 硬度略有下降，塑性略 有提高，但内应力、 有提高，但内应力、电 阻率等显著下降。 阻率等显著下降。 工业上，常利用回复现 工业上， 象将冷变形金属低温加 热，既稳定组织又保留 加工硬化， 加工硬化，这种热处理 去应力退火。 方法称去应力退火 方法称去过程， 和长大的过程，但不是相 变过程， 变过程，再结晶前后新旧 晶粒的晶格类型和成分完 全相同。 全相同。
SEM-再结晶晶粒在原 再结晶晶粒在原 变形组织晶界上形核 TEM-再结晶晶粒形核 再结晶晶粒形核 于高密度位错基体上
冷变形奥氏体不锈钢 加热时的再结晶形核
由于再结晶后组织的复 原，因而金属的强度、 因而金属的强度、 金属的强度 硬度下降，塑性、 硬度下降，塑性、韧性 提高，加工硬化消失。 提高，加工硬化消失。
冷变形(变形量为 黄铜580C 冷变形 变形量为38%)黄铜 变形量为 黄铜 保温15分后的的再结晶组织 保温 分后的的再结晶组织
冷变形黄铜组织性能随温度的变化
丝织构 板织构 无 有
各向异性导致的铜板 “制耳” 制耳”
形变织构示意图
二、对性能的影响 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高， 性、韧性下降的现象称加工硬化。 韧性下降的现象称加工硬化。 加工硬化
1040钢(0.4%C)
黄铜 黄铜 铜 1040钢 (0.4%C)
第三节 回复与再结晶
一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化 金属经冷变形后 组织处于不稳定状态 有自发恢复 金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 原子扩散能力小, 到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小 不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力 不稳定状态可长时间维持。 增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。 增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。 回复
第四章 塑性变形(含答案)
第四章塑性变形(含答案)第四章塑性变形(含答案)第四章塑性变形（含答案）一、填空题（在空白处填上上恰当的内容）1、晶体中能够产生滑移的晶面与晶向分别称为________和________，若晶体中这种晶面与晶向越多，则金属的塑性变形能力越________。
答案：位移面、位移方向、不好（弱）2、金属的再结晶温度不仅与金属本身的________有关，还与变形度有关，这种变形度越大，则再结晶温度越________。
答案：熔点、高3、晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象称为________。
答案：滑移4、由于________和________的影响，多晶体存有比单晶体更高的塑性变形抗力。
答案：晶界、晶粒位向（晶粒取向各异）5、生产中消解加工硬化的方法就是________。
答案：再结晶退火6、在生产实践中，经热变形的金属展开再结晶淬火后稳步增高温度可以出现________现象。
答案：晶粒长大7、金属塑性变形后其内部存在着残留内应力，其中________内应力是产生加工硬化的主要原因。
答案：第三类（逊于微观）8、纯铜经几次冷拔后，若继续冷拔会容易断裂，为便于继续拉拔必须进行________。
答案：再结晶淬火9、金属热加工时产生的________现象随时被再结晶过程产生的软化所抵消，因而热加工带来的强化效果不显著。
答案：加工硬化10、纯铜的熔点是1083℃，根据再结晶温度的计算方法，它的最低再结晶温度是________。
答案：269℃11、常温下，金属单晶体塑性变形方式存有________和________两种。
答案：滑移、孪生12、金属产生加工硬化后可以并使强度________，硬度________；塑性________，韧性________。
答案：提升、提升、减少、减少13、为了合理地利用纤维组织，正应力应________纤维方向，切应力应________纤维方向。
答案：平行（于）、垂直（于）14、金属单晶体塑性变形存有________和________两种相同形式。
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第四章塑性变形（含答案）一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、晶体中能够产生滑移的晶面与晶向分别称为________和________，若晶体中这种晶面与晶向越多，则金属的塑性变形能力越________。
答案：滑移面、滑移方向、好（强）2、金属的再结晶温度不仅与金属本身的________有关，还与变形度有关，这种变形度越大，则再结晶温度越________。
答案：熔点、低3、晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象称为________。
答案：滑移4、由于________和________的影响，多晶体有比单晶体更高的塑性变形抗力。
答案：晶界、晶粒位向（晶粒取向各异）5、生产中消除加工硬化的方法是________。
答案：再结晶退火6、在生产实践中，经冷变形的金属进行再结晶退火后继续升高温度会发生________现象。
答案：晶粒长大7、金属塑性变形后其内部存在着残留内应力，其中________内应力是产生加工硬化的主要原因。
答案：第三类（超微观）8、纯铜经几次冷拔后，若继续冷拔会容易断裂，为便于继续拉拔必须进行________。
答案：再结晶退火9、金属热加工时产生的________现象随时被再结晶过程产生的软化所抵消，因而热加工带来的强化效果不显著。
答案：加工硬化10、纯铜的熔点是1083℃，根据再结晶温度的计算方法，它的最低再结晶温度是________。
答案： 269℃11、常温下，金属单晶体塑性变形方式有________和________两种。
答案：滑移、孪生12、金属产生加工硬化后会使强度________，硬度________；塑性________，韧性________。
答案：提高、提高、降低、降低13、为了合理地利用纤维组织，正应力应________纤维方向，切应力应________纤维方向。
答案：平行（于）、垂直（于）14、金属单晶体塑性变形有________和________两种不同形式。
答案：滑移、孪生15、经过塑性变形的金属，在随后的加热过程中，其组织、性能和内应力将发生一系列变化。
大致可将这些变化分为________、________和________。
答案：回复、再结晶、晶粒长大16、所谓冷加工是指金属在________以下进行的塑性变形。
答案：再结晶温度17、金属塑性变形能产生如下三类内应力：金属表层与心部变形量不同而造成宏观内应力，称为________；晶粒之间或晶内不同区域之间的变形不均匀形成的微观内应力，称为________；因晶格畸变形成的内应力称为________。
答案：第一类内应力、第二类内应力、第三类内应力18、晶体的滑动通常是沿一定的晶面和一定的方向进行的，此组晶面称为________，该方向称为________。
答案：滑移面、滑移方向19、与单晶体相比，影响多晶体塑性变形的两个主要因素是________和________。
答案：晶界、晶粒间位向差20、金属塑性变形能产生如下三类内应力：金属表层与心部变形量不同而造成宏观内应力，称为________；晶粒之间或晶内不同区域之间的变形不均匀形成的微观内应力，称为________；因晶格畸变产生的内应力称为________。
答案：第一类内应力、第二类内应力、第三类内应力21、纯铜经过几次冷拉后，再进行拉拔时易产生断裂，其原因是产生了________现象。
答案：加工硬化22、经冷塑性变形的金属在加热时要发生________、________和________三个阶段的变化。
答案：回复、再结晶、晶粒长大23、金属热压力加工后会产生纤维组织，纤维组织的性能具有方向性，平行于纤维组织方向的________强度高，垂直于纤维组织方向的________强度高。
答案：抗拉、抗弯24、一根冷拉钢丝绳不慎掉入800℃的加热炉中，取出时再吊重物发生断裂，其原因是由于发生了________。
答案：再结晶25、大多数零件都要进行压力加工，这是因为正确的热加工方法可以改善金属材料的________和________。
答案：组织、性能26、体心立方晶格中，原子排列最密的晶面有________个，原子排列最密的方向有________个，所以体心立方晶格的滑移系有________个。
答案：6、2、1227、面心立方晶格中，原子排列最密的晶面有________个，原子排列最密的晶面方向有________，所以面心立方晶格的滑移系有________个。
答案：4、3、1228、金属经塑性变形后，在随后的加热过程中会出现三个阶段的变化。
其中________过程由于加热温度较低，对冷塑性变形后材料的力学性能影响不大。
答案：回复二、单项选择（下列题中选项可能多个正确，但只选择其中最佳的一项）1、经塑性变形后，金属的外部形状和尺寸（）。
A、不发生变化B、发生变化C、可能发生变化，可能不发生变化答案：B2、金属通过热加工后（）。
A、改善了组织但未改善性能B、改善了性能但未改善组织C、既改善了组织又改善了性能答案：C3、金属在外力作用下，晶体中的位错发生了一定的位移，从而导致了金属的( )。
A、弹性变形B、塑性变形C、断裂答案：B4、经塑性变形后，金属的外部形状和尺寸（）。
A、不发生变化B、发生变化C、可能发生变化，可能不发生变化答案：B5、金属塑性变形的基本方式是滑移，滑移是在( )作用下进行的。
A、正应力B、切应力C、交变应力答案：B6、冷变形后的金属经回复后其内应力( )。
A、显著降低B、显著升高C、基本不变答案：A7、经冷变形的金属会产生加工硬化现象，加工硬化主要表现为( )。
A、强度、硬度降低；塑性，韧性升高B、强度，硬度升高；塑性，韧性降低C、强度、硬度、塑性、韧性均升高答案：B8、晶粒越细，则金属的强度、硬度越高，塑性、韧性（）。
A、越好B、越差C、不变答案：A9、经热加工后的金属具有纤维组织，具有纤维组织的金属其性能具有方向性，垂直于纤维组织的方向( )。
A、抗拉强度高B、抗弯强度高C、抗剪强度高答案：B10、冷变形后的金属经回复后其内应力( )。
A、显著降低B、显著升高C、基本不变答案：A11、为了合理利用热加工中产生的纤维组织，零件在使用时应使( )平行于纤维方向。
A、正应力B、切应力C、弯曲应力答案：A12、残余应力的存在会使零件在以后的使用中（）。
A、产生变形B、无影响C、金属力学性能变好答案：A13、多晶体与单晶体比较，多晶体金属的塑性变形抗力总是（）。
A、高B、低C、相等答案：A三、是非题（判断下列说法正确与否,正确用√错误用×表示）1、多晶体中的晶界对塑性变形不产生任何影响。
( )答案：(×)2、回复处理由于加热温度低，对冷塑性变形后材料的力学性能影响不大。
( )答案：(√)3、单晶体塑性变形的基本方式是滑移，即晶体的一部分沿一定晶面与晶向相对于另一部分发生滑动。
（）答案：(√)4、织构使金属的性能出现各向异性，对金属的力学性能、物理性能和拉伸加工工艺有很大的影响。
（）答案：(√)5、细化晶粒能提高材料的强度，却降低材料的塑性和韧性。
( )答案：(×)6、各种热加工方法只能改善材料的组织，不能改变材料的性能。
( )答案：(×)7、生产中消除加工硬化的方法是去应力退火。
( )答案：(×)8、影响金属再结晶温度的因素有金属本身的熔点和预先变形度，预先变形度愈大，则再结晶温度愈低。
( )答案：(√)9、多晶体金属的塑性变形受到晶界和晶粒间位向差别的影响，与单晶体相比，塑性变形抗力大。
（）答案：(√)10、金属塑性变形后内部存在的第三类内应力是产生加工硬化的主要原因。
( )答案：(√)11、对冷塑性变形后的金属进行加热，随着温度的升高会产生回复，再结晶及晶粒长大三个阶段的变化。
( )答案：(√)12、单晶体塑性变形的基本方式是滑移，即晶体的一部分沿一定晶面与晶向相对于另一部分发生滑动。
（）答案：(√)13、金属经冷变形后会产生加工硬化现象，加工硬化会使金属的塑性和韧性升高。
( ) 答案：(×)14、根据晶体滑移的特点，可将滑移看作是晶体的一部分相对于另一部分的刚性滑动。
（）答案：(×)15、经外力作用，金属发生塑性变形；当外力去除后，变形会自动消失。
( )答案：(×)16、多晶体中的晶界对塑性变形不产生任何影响。
( )答案：(×)17、当金属中的位错密度增大到一定数值时，可使金属的强度提高。
（）答案：(√)18、冷塑性变形后，在金属内部会产生内应力。
( )答案：(√)19、塑性变形后，由于纤维组织和形变织构的形成，使金属的性能产生各向同性。
（）答案：(×)四、问答题（回答下列问题，有计算时应列出公式、算式及计算步骤）1、为什么细晶粒的金属材料强度、塑性均比粗晶粒好？答案：①相邻晶粒间的互相制约便使滑移不容易发生（1分），细晶体的变形较困难（0.5分）。
②细晶粒晶界较多，位错运动的阻力较大（1分），从而提高了变形抗力（0.5分）。
所以，晶粒尺寸越小，金属室温强度就越高。
（0.5分）③晶粒尺寸越小，在一定体积内的晶粒数越多（0.5分），在同样的变形量下，变性分散在更多晶粒内进行（0.5分），而且每个晶粒的变形也叫均匀，不会产生过分的应力集中，而导致过早开裂（0.5分）。
④另外，晶粒越细小，晶界曲折多，不利于裂纹扩展（0.5分），所以断裂前可承受较大的塑性变形，因而塑性好（0.5分）。
2、为什么纯铜、纯铝的塑性比纯铁好？答案：滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大（2分）。
铜、铝为面心立方晶格（1分），有4个滑移方向（1分），而铁是体心立方晶格（1分），滑移只有2个方向（1分）。
因此铜、铝的塑性比铁好。
3、已知铜（Cu）的熔点为300℃的塑性加工属于冷加工还是热加工？组织和性能与变形前有怎样的变化？答案：铜的熔点：T熔＝1083.45℃＋273＝1356.45K；（1分）最低再结晶温度：T再＝1356.45×0.4＝542.58K＝269.58℃；（1分）铜在300℃的塑性加工属于热加工（1分）。
由于热加工过程中伴随有再结晶（1分），其组织和性能与变形前相比差别不大（1分）。
4、已知钼（Mo）的熔点为2630℃，若将它加热至800℃进行轧制，该加工是冷加工还是热加工？加工后其组织和性能有何变化？答案：钼的熔点T熔＝2630℃＋273＝2903K；（1分）最低再结晶温度T再＝2903×0.4＝1161K＝888℃；（1分）轧制温度800℃＜888℃（1分），这一加工应属冷加工（1分）。
因此，加工后组织的主要变化是随变形量增大（0.5分），原来的等轴晶沿变形方向逐渐压扁、拉长，最后变为纤维组织（0.5分）。