材料组织性能控制复习题及答案完整版复习课程

1.弹性变形与塑性变形的区别

弹性变形：可逆性：材料尺寸只发生暂时性改变，外力撤除，变形消失；单值性：σ=E ε，τ=G γ；应力应变成比例；全程性：弹性变形持续至材料断裂前；弹性变形的实质：金属原子自平衡位置产生可逆位移。塑性变形：不可逆性：材料发生的不可逆的永久性变形；应力与应变的关系偏离虎克定律；先进性弹性变形，当达到屈服极限后发生塑性变形；塑性变形的主要机制为滑移和孪生。

2.在拉伸应力应变曲线上标出试样产生颈缩的位置，并分析其成因。 颈缩位置为工程应力应变曲线的最高点即抗拉强度点。颈缩是均匀塑性变形和不均匀塑性变形（集中塑性变形）二者取一的结果。当加工硬化使材料强度增加不足以抵偿横断面积减少造成承载能力下降时，便会产生集中变形，出现细颈。塑性变形产生两个变化，一是加工硬化，二是横截面积减小。金属在拉伸试验时塑性变形是由一段段变形实现的。每段变形由开始、变形、停止、转出完成的，如果某一段塑性变形停不了，

转不出，这段就要发生集中塑性变形——颈缩。

工程应力应变曲线

3.工程应力-应变曲线与真应力-应变曲线的区别。

工程应力：0

e P A σ=，工程应变：L L ε∆=；真应力：0

0()(1)t e P P P L L A L A A L l

σσε+∆====+，真应变：ln ln ln ln(1)l L

dl L L e l L l L ε+∆==-==+⎰。工程应力应变是以拉伸式样的原始尺寸进行计算的，故其应力值偏小，应变值偏大；并且出现载荷达

到最大值后下降现象；真应变应力曲线随着应变的增加应力值持续上

升，直至断裂，表明变形过程中一直有加工硬化，即使出现颈缩后，颈

缩出的真应力值也是上升的。

4.韧窝的尺寸、深度与金属材料韧性的关系

韧窝大小、深浅及数量取决于材料断裂时夹杂物或第二相粒子的大小、间距、数量及材料的塑性和形变强化指数以及外加应力的大小和状态。如果夹杂物或第二相粒子多，材料的塑性和韧性较差则断口上形成的韧窝尺寸较小也较浅。反之则韧窝较大较深。成核的密度大、间距小，则韧窝的尺寸小。在材料的塑性及其它试验条件相同的情况下，第二相粒子大，韧窝也大；粒子小、韧窝也小。韧窝的深度主要受材料塑性变形能力的影响。材料的塑性变形能力大，韧窝深度大，反之韧窝深度小。温度与应变速率也影响韧窝的大小及深浅。温度低材料的塑性和韧性差，韧窝尺寸小，深度浅。应变速率大，韧窝大小及深浅均变小。在压应力作用下，内颈缩容易产生，韧窝较深，在一定程度反映其塑性和韧性较好；在拉应力条件下，韧窝较浅，表现出相对较差的塑性和韧性。

5.提高金属材料的韧性的途径有哪些？

减少诱发微孔的组成相，如减少第二相量；提高基体塑性，从而可增大在基体上的裂纹扩展的能量消耗； 增高组织的塑性形变均匀性，这主要为减少应力集中；减少夹杂物的含量，避免晶界的弱化，以防止裂纹沿晶界的形核与传播；加入某些可促进在低温下交滑移的元素；在一定程度上细化晶粒；通过热处理工艺，使第二相粒子弥散地分布在基体上；采取大的变形量，是材料内部原有的微裂纹愈合，抑制裂纹的形核；提高机体组织的塑性；提高组织的均匀性；在钢中加入一定含量的Ni 元素，降低韧脆转变温

度； 6.金属材料强化机制主要有哪些，并对比其对金属材料强韧性的贡献。

位错强化（冷加工硬化、形变强化）：位错密度越高，不可动位错越多，塑性变形时位错运动的交互作用以及阻碍作用越强，强度越高，是金属强化的主要手段。位错对金属材料塑性和韧性的作用是双重的，位错的合并以及在障碍处的塞积会促使裂纹形核；而位错在裂纹尖端塑性区内的移动则可以环节尖端的应力集中，提高裂纹扩展的临界应力，因此凡能提高裂纹扩展临界应力的因素都能使塑性、韧性提高。提高可动位错密度对塑性和韧性有利。但总体上来说，位错强化的同时会使韧性下降。

固溶强化：一般来说，固溶体的强度总高于纯金属的强度主要是阻碍位错的运动使金属的强度得到提高，强度的提高与固溶度密切相关。强化效果越显著，塑性和韧性下降越显著。所以在提高金属强度的同时又不会使塑性下降太多时，要适当控制固溶体中溶质元素的含量。

第二相粒子沉淀强化（析出强化）：在变形的过程中阻碍位错的运动，位错绕过或切过第二相粒子，这一过程要消耗能量，故要提提高外加应力，造成金属的强化。第二相粒子对钢的塑性和韧性有危害作用，主要是断裂时，造成空坑的形成；同时第二相粒子的分布状况和形状直接影响其塑性和韧性，所以在采用第二相强化时，可以采用一定的手段来改善的材料的塑性和韧性。

相变强化（组织强化）：生成贝氏体或者马氏体强度提高，韧性降低。对于弥散分布的马奥岛，韧性相对比较好。

细晶强化：在提高金属强度的同时，会使材料的塑性与韧性同时提高。

7.对比均匀间隙固溶强化与第二相沉淀粒子强化

共同点：1.都出现位错遇到间隙原子或第二相粒子而受到阻挡且发生弯曲的现象，因此都要求额外增加切应力以抵消由于位错弯曲所引起的线张力的改变。2均可引出下式：2sin 2bs T θ

τ∆=。3.强化贡献均反

比于原子间距或粒子间距的变化。

不同点：1.作为位错运动的障碍，单个第二相粒子的强化作用要高于单个间隙固溶原子。位错在第二相粒子处绕转角θ大于间隙原子处,因此所需临界切应力较大。2.间隙固溶强化要求一定的浓度,且间隙原子可造成强烈的点阵不对称畸变.而不可形变粒子强化时，一般粒子体积分量相对较小(不大于10%),粒子间距也相对较大，因此间隙固溶也可以取得更高强化效果。

8.对比间隙固溶强化与置换固溶强化

1.溶质原子的固溶同时提高屈服强度和抗拉强度,其作用在很大程度上取决于溶质原子与溶剂原子的半径差,其次是它们的弹性行为。铁素体在力学性能上的一个重要特点是对其中微量杂质、主要是间隙杂质极为敏感，所以铁素体的间隙固溶强化效应异常显著，但由此而导致的塑性和韧性的损害也最严重。

2.置换固溶强化比间隙固溶强化小一个数量级，且提高冷脆转变温度。Si 每使屈服强度增加15MPa 要引起ITT 上升8℃。终轧后冷速较大或构件截面较小时，在含有置换固溶元素的钢中的等轴铁素体可能成为条状贝氏体铁素体，甚至条状马氏体，因而削弱塑性。有的置换固溶元素也对韧性有益，如Mn 、Al ：Mn 在铁素体中的固溶约为30MPa 。Mn 可降低奥氏体冷却相变温度，造成等轴铁素体晶粒的细化。Al 与氮原子有较高结合能，可夺走固溶体中N 间隙原子，起净化铁素体作用，改善铁素体冲击性能。

3.室温下，α-Fe 置换固溶以Si 、Cu 、Mn 和Mo ，特别是Si 强化效果好,Cr 则起软化作用。而Si 、Mn 、Ni 在150K 出现软化.奥氏体置换固溶铁素体形成元素如W 、Mo 、V 、Si 有较大强化作用。

4.α-Fe 的间隙固溶原子可与刃位错和螺位错产生交互作用而构成Cottrell 气团和Snoek 气团。二者作用一样强烈。 Cottrell 气团是α-Fe 低温强化的主要机制,中温区主要是Snoek 气团和玲木气团强化。

5.置换固溶不具有被螺位错应力场诱发而构成短程有序分布的条件，置换固溶原子不阻碍螺位错运动。

9.试述双相组织强化的规律。

如果其中一个相的体积分量很大时,它对合金性能的作用即上升为支配地位。α+P 钢屈服强度：1

1

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(1)p s s s s f f αααασσσσ=+-。双相组织强化与其中一个组成相相对于位错运动的阻碍作用有关，