中南大學材料科學基礎課后習題答案(編輯修改稿)
2025-02-11 00:11 本頁面
【文章內容簡介】 與位錯線作用時不變形，位錯繞過粒子，在粒子周圍留下一個位錯環(huán)使材料得到強化的機制。科垂爾氣團：圍繞刃型位錯形成的溶質原子聚集物，通常阻礙位錯運動，產生固溶強化效果。鈴木氣團：溶質原子在層錯區(qū)偏聚，由于形成化學交互作用使金屬強度升高。面角位錯：在fcc晶體中形成于兩個{111}面的夾角上，由三個不全位錯和兩個層錯構成的不能運動的位錯組態(tài)。多邊形化：連續(xù)彎曲的單晶體中由于在加熱中通過位錯的滑移和攀移運動，形成規(guī)律的位錯壁，成為小角度傾斜晶界，單晶體因而變成多邊形的過程。二、 問答1 解答：層錯能高，難于形成層錯和擴展位錯，形成的擴展位錯寬度窄，易于發(fā)生束集，容易發(fā)生交滑移，冷變形中線性硬化階段短，甚至被掩蓋，而拋物線硬化階段開始早，熱變形中主要發(fā)生動態(tài)恢復軟化；層錯能低則反之，易于形成層錯和擴展位錯，形成的擴展位錯寬度較寬，難于發(fā)生束集和交滑移，冷變形中線性硬化階段明顯，熱變形中主要發(fā)生動態(tài)再結晶軟化。2. 解答： 1）對于位錯反應，需要同時滿足能量條件和幾何條件，反應才能進行。在174。]+中，，滿足能量條件；同時，滿足幾何條件，故反應能進行。擴展位錯寬度，G為切彈性模量，bb2為不全位錯柏氏矢量，γ為層錯能。若反應前的是刃位錯，則反應后的擴展位錯只能在原滑移面上進行滑移；若反應前的是螺型位錯，反應后形成的擴展位錯可以進行束集，與其相交面如面相交處束集，而后過渡到面上進行運動，并有可能再次分解為擴展位錯。2）若（1，1，1）面上位錯與面上的位錯相遇，它們之間能滿足能量條件和幾何條件，可以發(fā)生位錯反應，反應式為：。新位錯位于（001）面上，是純刃型位錯，由于不在其滑移面{111}面上，為不可動位錯。3）（111）與（111）兩個滑移面上全位錯分解為肖克萊不全位錯的兩個反應式為：（111）晶面上：，面上的位錯4）如果兩擴展位錯運動分解后的兩個領先不全位錯為和，兩領先位錯之間依據能量條件和幾何條件要求，可以判斷位錯反應可以進行。新位錯柏氏矢量為；新形成位錯為在（001）面上刃型位錯，牽制到其它兩個不全位錯和兩個層錯均不能運動，會引起冷加工中的加工硬化。3 解答：1）將各參數帶入公式中可以計算得到Es＝~；2）Cu中長度為1個柏氏矢量的螺型位錯割階的能量約為（~）10－11J/cm2。4 解答：平衡空位濃度，A為材料常數，k＝10－23 J/K，Ev為空位形成能。，即溫度越高，空位濃度越大。高溫淬火后由于高濃度空位被保留至低溫，對低溫加熱擴散有促進作用。5 解答：平衡空位濃度，＝（10－19 J），k＝10－23 J/K，系數A=1。計算可得27e （300K）時空位濃度C1＝10－13，627e 時空位濃度為C2＝10－5，故從27e 升溫到627e 時空位濃度增加倍。6 解答：兩平行同號刃型位錯之間滑移面上的受力：，G為切彈性模量，b，為兩刃型位錯的柏氏矢量，ν為泊松比。故位置1位錯受斥力，位置2位錯處于亞穩(wěn)平衡，偏離該位置則遠離或運動到與原點處位錯垂直的地方。位置3處第二個位錯處于與原點處位錯垂直的上方，處于穩(wěn)定態(tài)。解答：位錯是晶體中的缺陷，對材料有許多重要影響。1） 對變形影響。通過位錯運動完成塑性變形；2） 對性能影響，與第二相粒子，通過切過或繞過機制強化材料，冷加工中位錯密度增加也能強化材料，或通過形成科垂爾氣團強化材料，以及位錯運動中相互交截，或形成割階、面角位錯等使材料強化；3） 對再結晶中的晶核形成機制有影響；是優(yōu)先擴散通道。第七章 金屬塑性變形一 名詞固溶強化：固溶體中的溶質原子溶入基體金屬后使合金變形抗力提高，應力－應變曲線升高，塑性下降的現象；應變時效：具有屈服現象的金屬材料在受到拉伸等變形發(fā)生屈服后，在室溫停留或低溫加熱后重新拉伸又出現屈服效應的情況；孿生：金屬塑性變形的重要方式。晶體在切應力作用下一部分晶體沿著一定的晶面（孿晶面）和一定的晶向（孿生方向）相對于另外一部分晶體作均勻的切變，使相鄰兩部分的晶體取向不同，以孿晶面為對稱面形成鏡像對稱，孿晶面的兩邊的晶體部分稱為孿晶。形成孿晶的過程稱為孿生；臨界分切應力：金屬晶體在變形中受到外力使某個滑移系啟動發(fā)生滑移的最小分切應力；變形織構：多晶體中位向不同的晶粒經過塑性變形后晶粒取向變成大體一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結構稱為變形織構，織構在變形中產生，稱為變形織構。二 問答1 簡答：純金屬變形主要借助位錯運動，通過滑移和孿生完成塑性變形，開動滑移系需要臨界切應力，晶體中還會發(fā)生扭轉；單相合金的基本變形過程與純金屬的基本過程是一樣的，但會出現固溶強化，開動滑移系需要臨界切應力較大，還有屈服和應變時效現象。2 簡答：滑移時原子移動的距離是滑移方向原子間距的整數倍，孿生時原子移動的距離不是孿生方向原子間距的整數倍；滑移時滑移面兩邊晶體的位向不變，而孿生時孿生面兩邊的晶體位向不同，以孿晶面形成鏡像對稱；滑移時需要的臨界分切應力小，孿生開始需要的臨界分切應力很大，孿生開始后繼續(xù)切變時需要的切應力小，故孿生一般在滑移難于進行時發(fā)生。3 簡答：1）α的滑移系為{110}111，b相的常見滑移系為{111}110，h相的常見滑移系為（0001）110。2）它們單晶變形時應力應變曲線示意圖如圖。典型的面心立方單晶體的加工硬化曲線可以分為三個階段。當切應力達到晶體的臨界分切應力時，其應力應變曲線近似為直線，稱為易滑移階段，此時加工硬化率很小，滑移線細長，分布均勻；隨后加工硬化率顯著增加，稱為線性硬化階段，滑移系在幾組相交的滑移系上發(fā)生，位錯彼此交截，滑移線較短；第三階段稱為拋物線硬化階段，加工硬化隨應變增加而減少，出現許多碎斷滑移帶，滑移帶端部出現交滑移痕跡。多晶體加工硬化曲線一般不出現易滑移的第一階段，而加工硬化率明顯高于單晶體。4 簡答：冷加工纖維組織是純金屬和單相合金在冷塑性變形時和變形度很大的條件下，各晶粒伸長成纖維狀；帶狀組織是復相合金在冷塑性變形和變形度大的條件下第二相被破碎或伸長，沿變形方向成帶狀分布而形成的；變形織構是金屬和合金在在冷塑性變形時晶粒發(fā)生擇優(yōu)取向而形成的。上述冷加工纖維組織、帶狀組織和變形織構都使材料的性能具有方向性，即在各個方向上的性能不均，對使用性能有不良影響，但少數金屬材料，如用作變壓器的硅鋼片，各向異性能更好滿足使用要求。5 簡答：金屬材料經熱加工后機械性能較鑄造態(tài)好的主要原因是熱加工時的高溫、大變形量使氣泡、疏松和微裂紋得到機械焊合，提高了材料的致密性，消除了鑄造缺陷，同時改善夾雜物和脆性相的形態(tài)、大小和分布，使枝晶偏析 程度減弱，合金成分均勻性提高，熱加工中形成合理的加工流線，熱加工還可使金屬顯微組織細化，這些都可以提高金屬材料的性能。6 簡答：金屬材料經冷加工后，強度增加，硬度增加，塑性降低
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