材料科学基础习题

1、弹性变形的特点和虎克定律；

2、弹性的不完整性和粘弹性；

3、比较塑性变形的两种基本形式：滑移和孪生的异同点:

4、滑移的临界分切应力；

5、滑移的位错机制；

6、多晶体塑性变形的特点；

7、细晶强化与Hall-Petch公式；

8、屈服现象与应变时效（解释）；

9、弥散强化；

10、加工硬化；

11、形变织构与残余应力；

12、回复动力学与回复机制；

13、再结晶形核机制；

14、再结晶动力学；

15、再结晶温度及其影响因素；

16、影响再结晶晶粒大小的因素；

17、晶粒的正常长大及其影响因素；

18、静态、动态回复和再结晶。重要公式

拓展：辨析：Fcc、bcc、hcp的塑性与滑移系数量的关系,从位错角度考虑：如何强化？

1.判断题

1)采用适当的再结晶退火可以细化金属铸件的晶粒；

2)动态再结晶仅发生在热变形状态，因此室温下变形金属不会发生动态再结晶；

3)多边形化使分散分布的位错集中在一起形成位错墙，因此位错应力场增加，点阵畸变能升高；

4)凡经冷变形后再结晶退火的金属，晶粒都可以细化；

5)某铝合金再结晶温度为320°C，说明此合金在小于320°C只回复，大于320°一定再结晶；

6)20钢熔点小于纯铁，故其再结晶温度也小于纯铁；

7)回复、再结晶及晶粒长大均为形核＋长大，驱动力都是储存能；

8)金属变形量越大，越易出现晶界弓出形核；9）晶粒正常长大是大晶粒吞食小晶粒，反常长大是小晶粒吞食大晶粒；

10)合金中第二相粒子一般可阻碍再结晶，但促进晶粒长大；

11)再结晶织构是再结晶过程中被保留下来的变形织构；

12) 再结晶是形核长大过程，所以也是一个相变过程。

1.判断题（cont.）

2.概念题：

名词辨析：

(1)再结晶与结晶、重结晶

(2)滑移与孪生

(3)冷变形加工与热变形加工

(4)去应力退火与再结晶退火

例1.已知Ag的临界分切应力为6MPa，外力沿方

向，在产生滑移的外力大小？

3：计算题

例2：已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的ａ-Fe的屈服强

度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm

的纯铁的屈服强度为多少？

例3：如图为Al-Cu（4wt%）合金在淬火并经150°C时效时屈服强

度随时间的变化。求该合金在时效达到最高强度时第二相平均距离

（查表 5.2（P170）知硬铝的剪切模量G=26.1GPa）

例4：Zn单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为45°，拉伸

后滑移方向与拉伸轴的夹角为30°，求拉伸后延伸率。

例5．知一个铜单晶体试样的外表面是（001）。假设晶体可

在各个滑移系滑移，讨论表面上可能看到的滑移线形貌（滑移线方位和彼此的夹角）。若晶体表面为（111）呢？解答：铜单晶体为

fcc，滑移系为{111}<110>。表面是（001），塑性变形时表面滑移线为{111}与{001}的交线

<110>，滑移线表现为平行或互相成90°夹角

4：简答题

例1.金属铸件能否通过再结晶退火达到细化晶粒的目的？

5：分析题

例1）：沿HCP单晶体的[0001]方向分别加拉伸力和压缩力。说明在这两种情况下，形变的可能性及形变所采取的主要形式。解答：排六方金属的滑移面为（0001），而[0001]方向的力在滑移面上的分切应力为零，故单晶体不能滑移。拉伸时，单晶体可能产生的形变是弹性形变或随后的脆断；压缩时，在弹性形变后可能有孪生。

例2)、工业纯铝在室温下经大变形量轧制成带材后，测得室温力学

性能为冷加工态的性能。查表得知：工业纯铝的再结晶温度T再=150℃，但若将上述工业纯铝薄带加热至100℃，保温16d后冷至室温再测其强度，发现强度明显降低，请解释其原因。

解答：查表所得工业纯铝的再结晶温度T再=150℃是指在1h退火完成再结晶的温度。实际上，除了退火温度外，保温时间也对再结晶过程产生影响。对经大冷变形后的金属材料，即使在时进行

退火，只要保温时间足够，同样可发生再结晶过程。

例3）灯泡中的钨丝在非常高的温度下工作，故会发生显著的晶粒长大。当形成横跨灯丝的大晶粒时，灯丝在某些情况下就变得很脆，并会在因加热与冷却时的热膨胀所造成的应力下发生破断。试找出一种能延长钨丝寿命的方法。

2）、用一冷拉钢丝绳将钢件吊入热处理炉内，由于操作失误未及时将钢丝绳取出，而是随同工件一起加热至860℃。保温一段时间后打开炉门，吊出工件，钢丝绳发生断裂，试分析原因。

3）．今有工业纯钛、铝、铅等几种铸锭，试问应如何选择它们的开坯轧制温度？开坯后，如果将它们在室温(20℃)再进行轧制，它们的塑性孰好孰差？为什么？这些金属在室温下是否都可以连续轧制下去？如果不能，又应采取什么措施才能使之轧成很

薄的带材？注：(1) 钛的熔点为1672℃，在883℃以下为密排六方结构，α相；在883℃以上为体心立方结构，β相。

(2)铝的熔点为660.37℃，面心立方结构；

(3) 铅的熔点为327.502℃，面心立方结构解答要点：开坯轧制温度时要塑性好，故必须再结晶温度以上，依据工业纯金属起始再结晶温度与熔点之间关系：T再= (0.3~0.4)T熔取T再= 0.4T熔，故钛T再=0.4×（1672+273）＝778K＝505 ℃铝T再=0.4×（660+273）＝373K=100 ℃铅T再=0.4×（327+273）＝240K=-33 ℃通常可以在此基础上增加100～200 ℃，故可以选择钛开坯轧制温度900 ℃（此时为bcc结构）铝开坯轧制温度200 ℃－300 ℃左右，铅开坯轧制温度为室温开坯后，在室温(20℃)进行轧制，塑性铅好，铝次之，钛差，铅，铝在室温下可以连续轧制下去，钛不能，应采取再结晶退火才能使之轧成很薄的带材作业

如何区分冷、热加工？

1、简答

1)、用位错理论解释屈服现象、应变时效

2)、固溶强化的原因？

3)、金属强化的基本方法有哪些？

4)、试述一次再结晶和二次再结晶的驱动力。

5)、什么是织构？形成原因是什么？6）何谓临界变形度？为什么在冷、热变形加工时都要避开临界变形度？7）金属塑性变形的基本方式有哪两种？主要方式是哪一种？试描述这种方式变形的特点是什么？8）在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。9）写出面心立方的滑移系2.铝单晶体在室温时的临界分切应力为7.9×105Pa，若室温下对铝单晶试样作拉伸实验时，拉力轴为[123]方向，可能开动的滑移系为(-111)[101]，求引起试样屈服所需要加的力。

4.说明下列现象产生的原因：

(1)滑移面是原子密度最大的晶面，滑移方向是原子密度最大的晶向；

(2)晶界处滑移的阻力最大；

(3)实际测得的晶体滑移所需要的临界分切应力比理论计算值小；

(4) Zn、α-Fe、Al的塑性不同。

3、形变后的材料经过恒温退火，再结晶结束后继续保温以使晶粒长大。当退火30分钟时测得晶粒的直径为23µm，对应的屈服强度为112MPa；退火60分钟测得的屈服强度为103MPa；求退火90分钟材料的屈服强度。（设完成再结晶所需要的时间及再结晶结束的晶粒尺寸可忽略不计）