金属学与热处理第六章

复习重点：名词、简答、各章课堂强调的重点及书后作业

第六章金属的塑性变形和再结晶

一、名词

强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力。

屈服极限：金属开始产生屈服现象时的应力。

延伸率：在拉伸试验中，金属试样断裂后标距长度伸长量∆L(L k-L0)与原始标距长度L0的百分比。

断面收缩率：在拉伸试验中，金属试样断裂后原始横截面面积F0和断裂时横截面面积F k之差与原始横截面积F0的百分比。

滑移带：当表面抛光的单晶体金属试样经过适量塑性变形后，在金相显微镜下可以观察到，在抛光的表面上出现的相互平行的线条。

滑移线：经塑性变形后在试样表面上产生的一个个小台阶。

滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶向发生相对滑动的塑性变形方式。

滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系。

软取向：当外力与滑移面、滑移方向的夹角都是45°时所对应的取向称为软取向。

硬取向：当外力与滑移面平行(ϕ＝90°)或垂直(λ=90°)时所对应的取向称为硬取向。

细晶强化：用细化晶粒增加晶界提高金属强度的方法。

孪生：在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面(孪晶面或孪生面)与晶向(孪生方向)产生一定角度的均匀切变过程。

孪晶：通过孪生形成的以孪晶界为分界面的对称的两部分晶体。

变形织构：因塑性变形导致的多晶体晶粒具有的择优取向的组织。

加工硬化：随着变形程度的增加，金属的强度、硬度显著升高，而塑性、韧性则显著下降的现象。

二、简答：

1. 低碳钢拉伸应力-应变曲线可分为哪几个阶段？

答：弹性变形、塑性变形、断裂

2. 影响弹性模量的因素有哪些？

答：金属的本性、晶体结构、晶格常数。

3. 滑移面与滑移方向选择晶体密排面与密排晶向的原因？

答：密排晶面上原子间结合力最强，而密排晶面之间的原子间结合力最弱，滑移的阻力最小，因而最易滑移，密排晶向阻力最小。

4. 多晶体塑性变形的特点？

答：各晶粒不同时变形、各晶粒相互协调变形、各晶粒及一个晶粒内部变形不均匀

5. 塑性变形后，金属内部残余应力有哪几种？

答：宏观内应力、微观内应力、点阵畸变

6、根据组织，合金分为哪两种？

答：1）单相固溶体合金，2）多相合金。

7、什么是柯垂尔气团？

答：溶质原子偏聚于刃型位错周围，形成的溶质气团。

8、影响多相合金塑性的因素？

答：1）固溶体基体的塑性；2）第二相的性质、形状、大小、数量及分布状况。

9、第二相强化有哪两种强化机制？

答：1）位错绕过第二相粒子，2）位错切过第二相粒子。

10、由于加工方式的不同造成的两种不同类型的形变织构是什么？

答：1）丝织构，2）板织构。

11、金属塑性变形后，残留在其内部的应力有哪三种？

答：宏观内应力，微观内应力，点阵畸变内应力。

12、金属材料断裂裂纹扩展包括哪两个基本过程？

答：1）裂纹的萌生，2）裂纹的扩展。

13、影响材料断裂的基本因素？

答：1）裂纹与应力状态，2）温度，3）其他外界因素（环境介质、应力、氢脆、变形速度）。

14、在外力作用下，材料中的裂纹扩展方式有哪三种类型？

答：1）张开型，2）滑开型，3）撕开型。

三、绘图题：绘图说明弗兰克－瑞德位错增殖机制。

四、综合应用题

1、画出低碳钢的拉伸曲线，标出弹性变形、塑性变形和断裂三阶段。

答：

2、何谓刚度？影响因素有哪些？为什么说它是组织不敏感性能指标？

答：工程上经常将零件或构件产生弹性变形的难易程度称为零件或构件的刚度。

影响因素：金属的本性、晶体结构、晶格常数。

刚度取决于原子间结合力的大小，数值只与金属的本性、晶体结构、晶格常数等有关，而金属的合金化、加工过程及热处理对它的影响较小。

3、弹性变形的物理本质是什么？它与原子间结合力有何关系？

答：金属晶格结构在外力作用下产生弹性畸变。

原子间结合力越大，弹性变形越不容易进行。

4、塑性变形的物理本质是什么？塑性变形的基本方式有哪几种？

答：塑性变形的实质是金属晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面和晶面上一定的晶向进行滑动或产生一定角度的均匀切变。

塑性变形的基本方式：滑移和孪生。

5、多晶体塑性变形区别于单晶体变形的特点？

答：1）塑性变形受晶界的阻碍和位向不同的晶粒的影响；

2）任何一个晶粒的变形都不是处于独立的自由变形状态，需要周围其他晶粒同时发生相适应的变形来配

合，以保持晶粒之间的结合和整个物体的连续性。

6、多晶体塑性变形的特点？

答：1）各晶粒不同时变形；2）各晶粒相互协调变形；3）各晶粒及一个晶粒内部变形不均匀。

7、固溶强化的微观本质是什么？

答：1）溶质原子引起的弹性点阵畸变应力场与位错的长程应力场交互作用阻碍位错运动。

2）溶质原子偏聚于位错线上，钉扎位错。

8、合金元素固溶强化规律是什么？

答：1）合金元素的质量分数越大，强化作用越大；

2）溶质与溶剂原子尺寸差越大，强化作用越大；

3）间隙固溶强化大于置换固溶强化；

4）溶质与溶剂原子的价电子数相差越大，强化作用越大。

9、合金中硬脆相的分布有哪三种？

答：1）硬脆相呈连续网状分布于塑性相的晶界上；

2）硬脆相呈片状或层片状分布于塑性相的基体上；

3）硬脆相在塑性相中呈颗粒状分布。

10、已知纯铜的[110]（111）滑移系的临界分切应力τk 为1MPa 。（1）要使（111）面上的位错沿[101]方向发生滑移，至少要在[001]方向上施加多大应力？（2）说明此时（111）面上的位错能否沿[110]方向滑移。可了解掌握

解：（1）设至少要在[001]方向上施加的应力为σ，σ在（111）面上的分切应力为τ，则有

τ/σ=a/2

2)22(a a +--（1）

当分切应力τ在[101]方向上的分切应力达到临界分切应力τk ，纯铜的[110]（111）滑移系开动，所以有 τk /τ=22)22(a a +/a 2--（2）

将（1）式代入（2）式，可得

σ=k τ2=1.414 MPa

（2）σ在（111）面上的分切应力为τ垂直[110]方向，在[110]方向的分切应力为0，因此，此时（111）面上的位错不能沿[110]方向滑移。