金属材料与热处理第六章答案

1 滑移与孪生的区别及它们在塑性变形过程中的作用。

答：滑移与孪生的区别：

（1）滑移是晶体两部分发生相对滑动，不改变晶体位向，孪生是晶体一部分相对另一部分发生均匀切变，发生位向的改变，孪生面两侧原子呈镜面对称。

（2）滑移面上的原子移动的距离是原子间距的整数倍，而孪生方向移动的原子不是原子间距的整数倍。

（3）滑移是个缓慢的过程，孪生产生速度极快。

（4）滑移是在晶体内各晶粒内部产生不均匀，而孪生在整个孪生区内部都是均匀的切变。

作用：晶体产生塑性变形过程主要依靠滑移机制来完成的；孪生所需的临界应力要高很多，对塑性变形的贡献比滑移小得多，但孪生改变了部分晶体的空间取向，使原来处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向，激发晶体滑移。

2面心立方、体心立方、密排六方金属的主要塑性变形方式是什么？温度、变形速度对其有何影响？铝、铁、鎂中哪种金属的塑性最好？哪种最差？

答：面心立方、体心立方有较多的滑移系，塑性变形以滑移为主，而密排六方金属对称性低，滑移系少，塑性变形方式主要是孪生。变形温度越高，滑移越容易，孪生产生的几率越小，反之变形温度越高，滑移越困难，产生孪晶的几率越大。变形速度越大，滑移常来不及产生足够大的变形，因此导致切应力增大，产生孪晶的几率也增大。铝为面心立方结构、铁为体心立方结构、镁为密排六方结构，因此铝的塑性最好，镁的塑性最差。

3绘图说明常见fcc、bcc结构金属的滑移系有哪些？这两种晶体结构的密排面、密排方向是哪些？与滑移系之间有何关系？

答：FCC晶格：滑移面就是最密排面：｛111｝包括(111), (111), (111), (111);

滑移方向就是最密排方向：〈110〉每个滑移面上有三个，如图中箭头所示。

一个滑移面与滑移面上的一个滑移方向构成一个滑移系，因此滑移系数: 4×3=12

BCC晶格：滑移面：｛110｝

(110), (011), (101), (110), (011), (101)共6个

滑移方向：〈111〉，每个滑移面上两个，如图箭头所示。

所以共有滑移系数：6×2=12

4何谓加工硬化？简述其形成，其实质是什么，如何消除？举例说明加工硬化的弊与利。答随着金属变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降，就称之为加工硬化。加工硬化的实质是位错的交互运动，使得位错滑移更困难。随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，位错在运动时相遇，发生交割，产生割阶、缠结等，使位错运动的阻力进一步加大，引起变形抗力的增加，提高了金属的强度。可以通过退火，降低金属内部位错密度和内应力，降低金属的强度和硬度。加工硬化使得金属的强度、硬度升高提高了材料的许用应力，但若对于半成品，材料产生加工硬化以后，要进一步加工就更困难。

5试述金属材料经冷塑性变形后，对组织、性能的影响。

答：金属发生塑性变形以后，晶粒沿变形方向逐渐伸长，变形量越大，晶粒伸长程度越大，形成纤维组织。晶粒内部形成大量形变亚结构。由于变形过程中，晶粒都发生转动，使得取向因子尽可能的小，各晶粒的取向逐渐趋于一致，形成变形织构。使得金属的性能出现方向性，即出现各向异性。总体来说，金属经塑性变形以后，金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。金属的电阻增加，导电性能和电阻温度系数下降，导热率也下降。磁导率、磁饱和度下降，磁滞和矫顽力增加，抗腐蚀性能下降。

6什么叫织构？对材料性能有何影响？

答：织构就是多晶体内部，晶粒的晶体学取向趋于一致的现象。织构使得材料的性能出现各向异性，在某些方向上，晶体的性能明显强于其它方向。

7讨论: 金属材料主要有哪些强化机制？

答：金属材料固溶强化、弥散强化、细晶强化、时效强化四种方式。

固溶强化就是在金属中加入一定量的的合金元素，使晶格产生晶格畸变，阻碍位错的滑移，提高材料的强度。

弥散强化是指指用不溶于基体金属的超细第二相(强化相)强化的金属材料。第二相在基体金属中分布均匀，通常用粉末冶金方法制造。第二相一般为高熔点的氧化物或碳化物、氮化物，其强化作用可保持到较高温度。弥散强化是强化效果较大的一种强化合金的方法，很有发展前途。若化合物在固溶体晶粒内呈弥散质点或粒状分布，则既可显著提高合金强度和硬度，又可使塑性和韧性下降不大，并且颗粒越细小，越呈弥散均匀分布，强化效果越好。

细晶强化是指通过细化晶粒，增加晶体内部的晶界总量，使得位错滑移困难，提高材料的强度，晶粒越细小，晶界越多，强化效果越好。霍尔佩奇公式表明，材料的屈服强度与晶粒大小的1/2次方成反比。

时效强化指的是合金元素经固溶处理后，获得过饱和固溶体。在随后的室温放置或低温加热保温时，第二相从过饱和固溶体中析出，引起强度，硬度以及物理和化学性能的显著变化。