材料的形变与再结晶例题

第五章 材料的变形与再结晶
第五章
例题
第五章 材料的变形与再结晶
例1. 金属中常见的细化晶粒的措施有哪
些？为什么常温下金属材料为什么晶粒越细
小，不仅强度越高，而且塑性和韧性也越好？
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• 细化晶粒方法： (1)铸态使用的合金：合理控制冶铸工艺，如增 大过冷度、加入变质剂、进行搅拌和振动等。 (2)对热轧或冷变形后退火态使用的合金：控制
1 t 0.5
R
Q A exp RT
Q 已知A=10121/min， 1.5 10 4 K ，T=(130＋273)k = 403k
代入题中数据 t 0.5 14.497min 242h
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• 例8. 钢丝绳吊工件，随工件放入1000℃炉中加热， 加热完毕，吊出时绳断原因？ 例题解答： • 冷加工→加工硬化→钢丝绳的硬度和强度↑→ 承载能力高→加热→发生再结晶→硬度和强度↓→ 超过承载能力→钢丝绳断裂
•
用冷拨铜丝制作导线时，应采用再结晶退火。
因为导线需要好的韧性。
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例7. OFHC铜(无氧商导电率铜)冷拨变形后强度可提高2倍 以上，若许用应力的安全系数取2，试计算OFHC铜零件在 Q 130℃下制作的使用寿命。(已知A=10121/min， 1.5 10 4 K ， R t0.5为完成50%再结晶所需的时间。) 例题解答： • 由于OFCH铜在130℃工作，强度设计安全系数取2时，对 冷加工温氏材料只允许发生50%再结晶，即
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例2．将经过大量冷塑性变形(>70%以上)的纯金属 长棒一端浸入冷水中，另一端加热至接近熔点的高温 (如0.9Tm)，过程持续一小时，然后完全冷却，作出
沿棒长度的硬度分布曲线示意图，并作简要说明。如
果此金属为纯铁时，又会有何情况出现？
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例题解答： • (I) T<T再，回复，硬度略下降； • (II)再结晶，硬度下降较大； • (III)晶粒长大，进一步下降。 沿棒长度的硬度分布曲线示意如图。在整个棒的长度上，由 于温度不同，经历了回复、再结晶和晶粒长大三个过程。 • (I) T<T再，仅发生回复，硬度略下降； • (II)发生再结晶，硬度下降较大，且随温度的升高，同样1 小时完成再结晶的体积百分数增大，硬度随之降低； • (III)晶粒长大，晶界对位错的阻碍较小，故硬度进一步下 降。 • 若纯金属为纯铁，因纯铁有同素异构转变，在上述情况下， 由于到达一定温度会发生重结晶而使晶粒细化，故在第(III) 区域后会有硬度回升的第(IV)区。
变形度、再结晶退火温度和时间。
(3)对热处理强化态使用的合金：控制加热和冷
却工艺参数利用相变重结晶来细化晶粒。
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• •
常温下金属材料的晶粒越细，不仅强度、硬度越高，而 且塑性、韧性也越好。 原因是：材料在外力作用下发生塑性变形时，通常晶粒 中心区域变形量较大，晶界及其附近区域变形量较小。因此 在相同外力作用下，(1)大晶粒的位错塞积所造成的应力集 中促使相邻的晶粒发生塑性变形的机会比小晶粒大得多，小 晶粒的应力集中小，则需要在较大的外加应力下才能使相邻 的晶粒发生塑性变形；(2)细小晶粒的晶粒内部和晶界附近 的变形量较小，且变形均匀，相对来说，因应力集中引起开 裂的机会少，着使得在断裂之前承受较大的变形量，表现为 有较高的塑性。
•
(6)相变强化――相变时新相和母相具有不同组织结构，在相 变过程中形成大量的晶体缺陷。
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• 例4. 在室温下对Pb板进行弯折，越弯越硬，但如果
放臵一段时间再进行弯折，Pb板又像最初一样柔软，
这是为什么？(Tm(Pb)=327℃) • 例题解答： • • 在室温下对Pb板进行弯折，越弯越硬，发生了加 工硬化。 如果放臵一段时间再进行弯折，Pb板又像最初一 样柔软，已发生了回复和再结晶。因
与位错应力场发生弹性交互作用、化学交互作用和静电交互 作用，并阻碍位错运动。是通过合金化对材料进行的最基本 的强化方法。 • (2)沉淀(析出)强化是通过过饱和固溶体的时效处理而沉淀 析出细小弥散、均匀分布的第二相微粒，第二相与位错相互 作用；
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• •
(3)弥散强化――是通过粉末冶金方法加入细小弥散、均匀分
T再=0.4· Tm≈0.4·(327＋273)－273 = －33℃。
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例5. 将一锲型铜片臵于间距恒定的两Leabharlann Baidu辊间轧 制，如下图。(1)画出此铜片经完全再结晶后晶粒 沿片长方向的变化示意图。(2)如果在较低温度退 火，何处先发生再结晶？为什么？
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• 例3．材料的强化方法有哪些？分析他们的 本质上的异同点
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• 例题解答： • 材料常用的强化方式：固溶强化、沉淀(析出)强化、弥散 强化、细晶强化、形变强化、相变强化。 • 具体如下： • (1) 固溶强化是由于溶质原子造成了点阵畸变，其应力场将
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• 例9. 金属铸件能否通过再结晶来细化晶粒？ 例题解答：不能 驱动力问题
布的硬质第二相形成复相，第二相阻碍位错运动，起强化作用。
(4)细晶强化――位错密度增加，霍尔佩奇公式；细晶强化是 唯一的使材料的强度和塑性同时提高的强化方法。
•
(5)加工(形变)强化――塑性形过程中，位错发生增值，位错
密度升高，导致形变胞的形成和不断细化，对位错的滑移产生 巨大的阻碍作用，可使金属的变形抗力显著升高。
例题解答： • (1)铜片经完全再结晶后晶粒沿片长方向的变化示意图如图。 铜片的宽度不同，再结晶退火后晶粒的大小不同。最窄处基 本无变形，退火后晶粒仍保持原始晶粒的尺寸；较宽处处于 临界变形度范围内，再结晶退火后晶粒粗大；随铜片的宽度 增大，变形量增大，再结晶退火后晶粒变细，最后达到稳定 值；在最宽处，变形量很大，在局部形成形变织构，退火后 晶粒异常粗大。
•
(2)变形量增大，冷变形储 存能越高，越易发生再结晶， 因此，在较低温度退火时， 在较宽处发生再结晶
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例6. 用冷拨铜丝制作导线，冷拨后应如何处理， 为什么？如果用冷拨铜丝制作电灯用的花导线呢？ 例题解答： • 用冷拨铜丝制作导线时，应采用去应力退火。 因为导线需要一定的强度。