材料科学基础习题

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1、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

2、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 320C,说明此合金在小于 320C 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

3、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 -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(4w

4、t%)合金在淬火并经 150C 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。表面是(001) ,塑性变形时表面滑移线为111与001的交线 ,滑移线表现为平行或互相成 90夹角4:简答题例

5、 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

6、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

7、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, 相;在 883以上为体心立方结构, 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= (0.30.4)T 熔取 T 再= 0.4T

8、熔,故钛 T 再=0.4(1672+273)778K505 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 100200 ,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

9、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 7.9105Pa,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、 -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 23m,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)

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