金属学习题2答案

一、名词解释
沉淀硬化、细晶强化、孪生、扭折、第一类残余应力、第二类残余应力、、回复、再结晶、多边形化、临界变形量、冷加工、热加工、动态回复、动态再结晶
沉淀硬化：在金属的过饱和固溶体中形成溶质原子偏聚区和由之脱出微粒弥散分布于基体中导致硬化。

细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法。

孪生：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。

扭折：在滑移受阻、孪生不利的条件下，晶体所做的不均匀塑性变形和适应外力作用，是位错汇集引起协调性的形变。

按残余应力作用范围不同，可分为宏观残余应力和微观残余应力等两大类，其中宏观残余应力称为第一类残余应力（由整个物体变形不均匀引起），微观残余应力称为第二类残余应力（由晶粒变形不均匀引起）。

储存能：在塑性变形中外力所作的功除大部分转化为热之外，由于金属内部的形变不均匀及点阵畸变，尚有一小部分以畸变能的形式储存在形变金属内部，这部分能量叫做储存能。

回复：经冷塑性变形的金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前（即再结晶之前）的微观结构变化过程。

再结晶：经冷变形的金属在一定温度下加热时，通过新的等轴晶粒形成并逐步取代变形晶粒的过程。

多边形化：指回复过程中油位错重新分布而形成确定的亚晶结构过程。

临界变形量：需要超过某个最小的形变量才能发生再结晶，这最少的形变量就称为临界变形量。

冷加工：在再结晶温度以下的加工过程；在没有回复和在接近的条件下进行的塑性变形加工。

热加工：在再结晶温度以上的加工过程；在再结晶过程得到充分进行的条件下进行的塑性变形加工。

动态回复：热加工时由于温度很高，金属在变形的同时发生回复，同时发生加工硬化和软化两个相反的过程。

这种在热变形时由于温度和外力联合作用下发生的回复过程
动态再结晶：是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。

二、问答题
1.如何获得孪晶？
答：孪晶形成过程：形变、晶体生长、退火及相变。

2.孪生和滑移有何区别？
答：
(1) 滑移使滑移面两侧相对滑动一个完整的平移矢量（柏氏矢量），而孪生则在孪晶内所有的面都滑动，滑动的距离并非是完整的平移矢量，每个面的滑动量和距孪生面的距离成正比。

(2) 滑移后整个晶体的位向没有改变，而孪生则使孪晶部分的位向与基体成对称。

(3) 滑移使表面出现台阶（滑移线），表面重新抛光后，滑移线消失；孪生则使表面出现浮凸，因孪晶与基体的取向不同，表面重新抛光后并浸蚀后仍能看到。

3.晶界在塑性变形中有何作用？
答：
(1) 协调作用
保证晶粒之间变形的协调性。

由于协调变形的要求，在晶界处变形必须连续，亦即两个相邻晶粒在晶界处的变形必须相同。

(2) 障碍作用
晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷。

晶界对变形的影响：滑移、孪生多终止于晶界，极少穿过。

(3) 促进作用
在高温下变形时，由于晶界比晶粒弱，故除了晶粒内滑移外，相邻两个晶粒还会沿着晶界发生相对滑动，此称为晶界滑动。

晶界滑动也造成晶体宏观塑性变形，但变形量往往远小于滑移和孪生引起的塑性变形。

(4) 起裂作用
一方面由于晶界阻碍滑移，此处往往应力集中；另一方面，由于杂质和脆性，第二相往往优先分布于晶界，使晶界变脆；此外，由于晶界处缺陷多，原子处于能量较高的不稳定状态，在腐蚀介质作用下，晶界往往优先被腐蚀。

结果：在变形过程中裂纹往往起源于晶界。

4.从四个方面分析金属冷变形后组织和性能的变化？
答：
1)晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性
2)晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化
3)织构现象的产生
4)残余内应力
5.塑性变形对金属的力学性能、物理化学性能有什么影响？为什么？
答：
（1）力学性能的影响加工硬化（形变强化、冷作强化）：随变形量的增加，材料的强度、硬度升高而塑韧性下降的现象。

（2）物理化学性能的影响导电率、导磁率下降，比重、热导率下降；结构缺陷增多，扩散加快；化学活性提高，腐蚀加快。

塑性变形提高金属的内能，使其化学活性提高，腐蚀速度增快。

塑性变形后由于金属中的晶体缺陷（位错及空位）增加，因而使扩散激活能减少，扩散速度增加。

6.分别说明回复、再结晶、晶粒长大过程中，力学性能和物理性能变化？
答：
（1）机械性能
在回复阶段：强度、硬度、塑性等机械性能几乎无变化。

在再结晶阶段：强度、硬度显著下降，塑性显著升高。

在晶粒长大时：强度、硬度继续下降，塑性在晶粒粗化不十分严重时，仍有继续升高趋势，晶粒粗化严重时，塑性也下降。

（2）物理性能
密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高。

电阻：电阻在回复阶段明显下降。

内应力：回复阶段的变形金属内应力可得到部分消除，主要消除的是宏观内应力。

仅在再结晶阶段，方可全部消除内应力。

7.回复与再结晶的驱动力是什么？回复有何作用？再结晶退火有何作用？
答：
驱动力是变形金属回复后未被释放的储存能。

回复作用：回复可以降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、开裂，提高耐蚀性。

再结晶作用：恢复变形能力，改善显微组织，消除各向异性，提高组织稳定性。

8.二次结晶形成的基本条件和驱动力？
答：
基本条件：正常晶粒长大过程被分散相微粒、织构或表面的热蚀沟等所强烈阻碍。

驱动力：界面能。

9.固溶强化的微观机制是什么？
答：
（1）晶格畸变，阻碍位错运动在位错线附近存在溶质原子偏聚的情况下，位错的滑移将受到一定的约束和钉扎作用。

因为位错脱离偏聚的溶质原子而滑移将导致应变能的升高，所以，需要更大的作用力才能使位错滑移，塑性变形难度增加，金属材料的强度增加。

（2）柯氏气团置换型溶质原子倾向于进入刃型位错中心区域，集聚到位错周围，形成比较稳定的分布。

这种溶质原子集聚构成的原子团，被称作柯氏气团（Cottrell）。

位错脱离柯氏气团需要额外做功，因而柯氏气团可以钉扎位错使得位错滑移受阻，金属材料由此得到强化。

（3）铃木气团一些溶质原子倾向于向扩展位错的层错区集聚，形成所谓的铃木气团。

该气团降低金属的层错能，也会使得位错滑移困难，从而使金属强化。