物理冶金学五六章习题答案

第五章 钢的塑性应力和流动应力

5-1 屈服效应：（是指在拉伸曲线上出现上屈服点、下屈服点和屈服延伸区的现象）屈服现象与间隙的碳、氮原子被位错吸引有关。溶质原子或间隙原子、置换原子倾向于聚集到位错周围形成柯氏气团，使位错被钉扎住，当外加应力超过一个临界值（上屈服点）时，位错冲破柯氏气团的钉扎并在一个较低的应力（下屈服点）作用下运动。 应变时效：（通过预变形而消除了屈服效应的材料在高温或室温下搁置以后又出现屈服效应的现象）在搁置期间，杂质原子向位错扩散，在位错附近重新形成柯氏气团，使位错重新被钉扎。

5-2 第I 阶段是易滑移阶段，滑移仅在一个滑移系上进行，运动位错在很长距离内没碰到障碍。

第II 阶段滑移在若干滑移系上同时进行，位错彼此交截，使许多位错被钉扎加工硬化强烈。

第III 阶段位错通过交滑移绕过障碍，加工硬化速度随变形增

σ加而逐渐降低。

。

5-3 ''',A s D p s s σσσσσ+++=’‘

，

'A

σ—晶体点阵对单晶体的流动应力的贡献 ',s s σ—溶质原子对单晶体流动应力的贡献

'

p σ—第二相微粒子对单晶体流动应力的贡献

'D

σ—位错之间相互作用对单晶体流动应力的贡献

5-4 扩展的霍尔-佩奇公式：2/1,-++++++=kd T s D p s s A s σσσσσσσ ，

与单晶体相比多了s σ—亚晶界对流动应力的贡献，T σ—织构对

流动应力的贡献，2/1-kd —晶界对流动应力的贡献。

5-5 （1）多晶体材料通常有较高的弹性极限和较高的加工硬化率。

（2）多晶材料应力—应变曲线无第I 阶段，仅由第II 、III 阶段组成。

（3）在有的多晶材料中，塑性变形可能引起其他组织结构的变化，从而使应力—应变曲线呈现为其他形状。

5-6 略（见教材P78）

5-7 提高金属屈服强度方法有两个：（1）尽量减少金属中的缺陷，使之接近理想的完整晶体，让所有原子同时参加抵抗外加应力的作用。（2）在已有相当数量各种缺陷的工业材料中通过一定的加工处理，引进大量位错以及其他阻碍位错运动的障碍，使位错运动变得困难，从而提高强度水平。

5-8 多晶体材料通常有较高的弹性极限和较高的加工硬化率。多晶材料应力—应变曲线无第I 阶段，仅由第II 、III 阶段组成。在有的多晶材料中，塑性变形可能引起其他组织结构的变化，从而使应力—应变曲线呈现为其他形状。这些不同是由于存在着晶粒边界和相邻晶粒的取向不同所造成的.

第六章钢的热机械处理

6-1 动态再结晶：在热加工过程中金属内部同时进行着加工硬化和回复再结晶软化两个相反的过程，称为动态再结晶。 亚动态再结晶：当形变r p εεε<≤1，在动态再结晶开始后

的某一阶段停止后的软化可分为三个阶段，第一阶段为静态回复，第三阶段是经过一个潜伏期后的再结晶阶段，中间阶段是由于原来动态再结晶核心的再长大，这个过程几乎不需要潜伏期称为亚动态再结晶。

低温形变热处理：在TTT 图的铁素体和贝氏体曲线之间的亚稳“湾”内进行奥氏体形变。

高温形变热处理：在TTT 图高于3A c 的稳定奥氏体范围内

进行的形变。

6-2 优点：把加热和形变操作共同作用于某种合金，降低铸造

过程中产生的成分偏析，细化晶粒，提高合金的强度和延性。因此热加工是消除不均匀的铸造组织，改善钢材性能的重要手段。

缺点：（1）热加工的任何过程都不能完全消除奥氏体的加工硬化，这就造成了组织结构的不稳定性。（教材P89）

(2)热加工过程产生带状组织使金属材料的力学性

能产生方向性，特别是横向塑性和韧性明显降低，并使材料的切削性能恶化。（参见金属学P210）

（3）低合金高强度钢与通常的标准钢种相比，强度

得到了改善，但是它们用冷压及同类的工艺不易成型，这就造成一些加工难题。（教材P110）

（4）低温形变热处理提供了一些强度高，韧性好的

钢，然而他们往往具有高含量的昂贵的合金元素，还必须承受打的形变使轧机承受强烈的工作载荷，成本高。（教材P114）

6-3 组织变化：（1）奥氏体形变产生相当均匀的位错分布。

（2）形变奥氏体的马氏体转变 性能变化：强度增加，延性改善

6-4 第一阶段：应力-应变曲线斜率越来越小，随着变形量的

增加，；流动应力一只增加到p σ为止，原来等轴的奥氏体

晶粒被拉长。

第二阶段：流动应力随应变增加开始下降，动态再结晶发生，此时奥氏体是拉长奥氏体和动态再结晶的等轴奥氏体。

第三阶段：当形变达到r ε流动应力线为水平线，奥氏体全

部进行动态再结晶，奥氏体形态为等轴晶粒。

6-5 略（参见教材P91，图6-8）

6-6 I 型控轧的特点：整个过程都在奥氏体再结晶区进行，因此奥氏体晶粒被细化主要是进行“变形-再结晶”过程。 II 型控轧的特点：整个热轧过程部分在奥氏体再结晶区进行，部分在奥氏体未再结晶区进行。

6-7 X=y σσσσ--1'11=y y y y σσσσ--5.11.15.1×100%=80% 6-8

钢冷加工的应力-应变曲线有弹性变形阶段，屈服阶段，塑性阶段，并且在曲线上有明显的上屈服点，下屈服点和屈服延伸区，屈服过程产生吕德斯带。 典型的钢热加工应力-应变曲线由三段组成：（1）随着变形量增加，流动应力逐渐增大到最大值。（2）流动应力达到峰值后，随变形量的增加，流动应力反而减小。（3）当变形量继续增大到某一数值后流动应力不随变形量的增加而变化。 原因：钢热加工一般在奥氏体区进行，由于加工温度高，变形奥氏体组织将发生回复和再结晶使变形组织软化，因此钢在奥氏体区的变形可看成是冷加工硬化过程与动态回复和动态再结晶软化过程的叠加。 6-9 Z 参数：为了表示变形参数对奥氏体的影响而定义的一个

表示变形温度和变形速度的综合变量。

对动态再结晶的影响：随着参数Z 的增大，p ε和r ε增大，

p ε-Z ，r ε-Z 曲线将坐标平面分为三个区域，p ε左边为I

区，奥氏体处于加工硬化状态，p ε与r ε之间为II 区，奥

氏体处于部分动态再结晶状态，r ε右边为III 区，奥氏体

处于完全动态再结晶状态。

6-10 静态再结晶临界变形量：产生静态再结晶的最小变形量。