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第二章 金属材料的塑性变形与性能

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金属材料与热处理第六版习题册答案

金属材料与热处理第六版习题册答案

金属材料与热处理习题册答案绪论一、填空题1、成分、组织、热处理、性能之间。

2、石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代、人工合成材料时代。

3、成分、热处理、性能、性能。

二、选择题：1、A2、B3、C三、简答题1、掌握金属材料与热处理的相关知识对机械加工有什么现实意义？答：机械工人所使用的工具、刀夹、量具以及加工的零件大都是金属材料，所以了解金属材料与热处理后相关知识，对我们工作中正确合理地使用这些工具，根据材料特点正确合理地选择和刃磨刀具几何参数；选择适当的切削用量；正确选择改善零件工艺必能的方法都具有非常的现实意义。

2、如何学好《金属材料与热热处理》这门课程？答：在学习过程中，只要认真掌握重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定组织，组织决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和实验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。

第一章金属的结构和结晶1-1金属的晶体结构一、填空题1、非晶体晶体晶体2、体心立方面心立方密排立方体心立方面心立方密排立方3、晶体缺陷点缺陷面缺陷二、判断题1、√2、√3、×4、√三、选择题1、A2、C3、C四、名词解释1、晶格与晶胞：P5答：将原子简化为一个质点，再用假想的线将它们连接起来，这样就形成了一个能反映原子排列规律的空间格架，称为晶格；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。

3、单晶体与多晶体答：只由一个晶粒组成称为单晶格，多晶格是由很多大小，外形和晶格排列方向均不相同的小晶格组成的。

五、简答题书P6□1-2纯金属的结晶一、填空题1、液体状态固体状态2、过冷度3、冷却速度冷却速度4、晶核的产生长大5、强度硬度塑性二、判断题1、×2、×3、×4、×5、√6、√三、选择题1、C、B、A2、B3、A4、A四、名词解释1、结晶与结晶潜热(P8)答：（1）结晶：是金属从高温液体状态，冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。

金属材料与热处理课后习题答案

金属材料与热处理课后习题答案
A、α—Fe B、γ—Fe C、δ—Fe
4、γ—Fe转变为α—Fe时，纯铁体积会（ ）。
A、收缩 B、膨胀 C、不变
四、名词解释
1、晶格与晶包
2、晶粒与晶界
3、单晶体与多晶体
五、简述
1、生产中细化晶粒的常用方法有哪几种为什么要细化晶粒
2、如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸铁晶粒的大小。
（1）金属模浇注与砂型浇注
4、金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度。（ ）
5、金属结晶时过冷度越大，结晶后晶粒越粗。（ ）
6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。（ ）
7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。（ ）
8、单晶体具有各向异性的特点。（ ）
9、在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。（ ）
10、同素异构转变过程也遵循晶核形成与晶核长大的规律。（ ）
5、渗碳体的含碳量为（ ）%。
A、 B、 C、
6、珠光体的平均含碳量为（ ）%。
A、 B、 C、
7、共晶白口铸铁的含碳量为（ ）%。
A、 B、 C、
8、铁碳合金共晶转变的温度是（ ）℃。
A、727 B、1148 C、1227
9、含碳量为%的铁碳合金，在室温下的组织为（ ）。
A、珠光体 B、珠光体加铁素体 C、珠光体加二次渗碳体
11、金属材料抵抗 载荷作用而 的能力，称为冲击韧性。
12、填出下列力学性能指标的符号：屈服点 ，抗拉强度 ，洛氏硬度C标尺 ，伸长率 ，断面收缩率 ，冲击韧性 ，疲劳极限 。
二、判断（正确打“√”，错误打“×”，下同）
1、弹性变形能随载荷的去除而消失。（ ）
2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显着的屈服现象。（ ）

第二章 金属材料的塑性变形与性能

第二章 金属材料的塑性变形与性能

9
根据载荷作用性质不同：
a）拉深载荷 --拉力 b）压缩载荷 —压力 c）弯曲载荷 --弯力 d）剪切载荷--剪切力 e）扭转载荷--扭转力
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2.内力 （1）定义 工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在 材料内部产生的一种与外力相对抗的力。 （2）大小 内力大小与外力相等。 （3）注意 内力和外力不同于作用力和反作用力。
2
§1.金属材料的损坏与塑性变形
1.常见损坏形式
a）变形
零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化。 （包括：弹性变形和塑性的现象。
c）磨损
因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。
3
2.常见塑性变形形式 1）轧制 （板材、线材、棒材、型材、管材）
28
2）应用范围 主要用于：测定铸铁、有色金属及退火、正火、 调质处理后的各种软钢或硬度较低的 材料。 3）优、缺点 优点：压痕直径较大，能比较正确反映材料的平均 性能；适合对毛坯及半成品测定。 缺点：操作时间比较长，不适宜测定硬度高的材料； 压痕较大不适合对成品及薄壁零件的测定。
29
2.洛氏硬度（HR）——生产上应用较广泛 1）定义 采用金刚石压头直接测量压痕深度来表示材料的硬度值。 2）表示方法
11
3.应力 （1）定义 单位面积上所受到的力。 （2）计算公式 σ= F/ S（ MPa/mm2 ） 式中： σ——应力； F ——外力； S ——横截面面积。
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二、金属的变形 金属在外力作用下的变形三阶段： 弹性变形 弹-塑性变形 断裂。 1.特点 弹性变形： 金属弹性变形后其组织和性能不发生变化。 塑性变形： 金属经塑性变形后其组织和性能将发生变化。 2.变形原理 金属在外力作用下，发生塑性变形是由于晶体内部 缺陷—位错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。

付华-材料性能学-部分习题答案1

付华-材料性能学-部分习题答案1

第一章材料的弹性变形一、填空题：1.金属材料的力学性能是指在载荷作用下其抵抗变形或断裂的能力。

2. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。

3. 线性无定形高聚物的三种力学状态是玻璃态、高弹态、粘流态，它们的基本运动单元相应是链节或侧基、链段、大分子链，它们相应是塑料、橡胶、流动树脂（胶粘剂的使用状态。

二、名词解释1.弹性变形：去除外力，物体恢复原形状。

弹性变形是可逆的2.弹性模量：拉伸时σ=EεE：弹性模量（杨氏模数）切变时τ=GγG：切变模量3.虎克定律：在弹性变形阶段，应力和应变间的关系为线性关系。

4.弹性比功定义：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性好坏。

三、简答：1．金属材料、陶瓷、高分子弹性变形的本质。

答：金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指其中的原子偏离平衡位置所作的微小的位移，这部分位移在撤除外力后可以恢复为0。

对高分子材料弹性变形在玻璃态时主要是指键角键长的微小变化，而在高弹态则是由于分子链的构型发生变化，由链段移动引起，这时弹性变形可以很大。

2．非理想弹性的概念及种类。

答：非理想弹性是应力、应变不同时响应的弹性变形，是与时间有关的弹性变形。

表现为应力应变不同步，应力和应变的关系不是单值关系。

种类主要包括滞弹性，粘弹性，伪弹性和包申格效应。

3．什么是高分子材料强度和模数的时-温等效原理?答：高分子材料的强度和模数强烈的依赖于温度和加载速率。

加载速率一定时，随温度的升高，高分子材料的会从玻璃态到高弹态再到粘流态变化，其强度和模数降低；而在温度一定时，玻璃态的高聚物又会随着加载速率的降低，加载时间的加长，同样出现从玻璃态到高弹态再到粘流态的变化，其强度和模数降低。

时间和温度对材料的强度和模数起着相同作用称为时=温等效原理。

四、计算题：气孔率对陶瓷弹性模量的影响用下式表示：E=E0 (1—1.9P+0.9P2)E0为无气孔时的弹性模量；P为气孔率，适用于P≤50 %。

金材-第二章

金材-第二章

二、锻压性能
用锻压成形方法得优良锻件的难易程度。常 用塑性 变形抗力 塑性和变形抗力 塑性 变形抗力两个指标来综合衡量。
三、焊接性能
金属材料对焊接加工的适应性，也就是在一定焊接工 艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 对碳钢和低合金钢而言，焊接性能主要与其化学成分 化学成分 有关（其中碳的影响最大）。
金属的塑性变形，在外形变化的同时，晶粒 的形状也会发生变化。通常晶粒会沿变形方向压 扁或拉长。
塑性变形后的金属组织
§2－2 金属的力学性能
一、强度 二、塑性 三、硬度 四、冲击韧性 *五、疲劳强度
任何机械零件或工具，在使 用过程中，往往要受到各种形式 外力的作用，这就要求金属材料 必须具有一种承受机械载荷而不 超过许可变形或不破坏的能力， 这种能力就是材料的力学性能 力学性能。 力学性能
FeL ReL = S0
ReL ——试样的下屈服强度，N/mm2； FeL ——试样屈服时的最小载荷，N； S0 ——试样原始横截面面积，mm2。
规定产生0.2%残余伸长时的应力为条件屈服强度 p0.2， 条件屈服强度R 条件屈服强度 替代ReL，称为条件（名义）屈服强度 条件（ 条件 名义）屈服强度。
载荷的作用形式
2．内力
内力——工件或材料在受到外部载荷作用时，为保持 内力 其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称 为。
3．应力 3
应力——假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分 应力 布，单位横截面积上的内力。
F R= S
R：应力，Pa； F：外力，N； S：横截面面积，m2。
二、金属的变形
2．热处理性能
淬透性 淬硬性 过热敏感性 变形开裂倾向 回火脆性倾向 氧化脱碳倾向

塑性变形对金属组织和性能的影响

塑性变形对金属组织和性能的影响

塑性变形对金属组织和性能的影响1. 塑性变形对金属组织结构的影响（1）晶粒发生变形金属发生塑性变形后,晶粒沿形变方向被拉长或压扁。

当变形量很大时, 晶粒变成细条状(拉伸时), 金属中的夹杂物也被拉长, 形成纤维组织。

变形前后晶粒形状变化示意图（2）亚结构形成金属经大的塑性变形时, 由于位错的密度增大和发生交互作用, 大量位错堆积在局部地区, 并相互缠结, 形成不均匀的分布, 使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块, 而在晶粒内产生亚晶粒。

金属经变形后的亚结构（3）形变织构产生金属塑性变形到很大程度(70%以上)时, 由于晶粒发生转动, 使各晶粒的位向趋近于一致, 形成特殊的择优取向, 这种有序化的结构叫做形变织构。

形变织构一般分两种：一种是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向, 称为丝织构, 例如低碳钢经高度冷拔后, 其<100>平行于拔丝方向; 另一种是各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向, 称为板织构, 低碳钢的板织构为{001}<110>。

形变织构示意图2. 塑性变形对金属性能的影响（1）形变强化金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度显著提高, 塑性和韧性明显下降。

这种现象称为加工硬化, 也叫形变强化。

产生加工硬化的原因是：金属发生塑性变形时, 位错密度增加, 位错间的交互作用增强, 相互缠结, 造成位错运动阻力的增大, 引起塑性变形抗力提高。

另一方面由于晶粒破碎细化, 使强度得以提高。

在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。

（2）产生各向异性由于纤维组织和形变织构的形成, 使金属的性能产生各向异性。

如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。

用有织构的板材冲制筒形零件时, 即由于在不同方向上塑性差别很大, 零件的边缘出现“制耳”。

在某些情况下, 织构的各向异性也有好处。

制造变压器铁芯的硅钢片, 因沿[100]方向最易磁化, 采用这种织构可使铁损大大减小, 因而变压器的效率大大提高。

第二章 金属塑性变形的物理基础

第二章 金属塑性变形的物理基础

26
锻造温度区间的制定
27
2、锻合内部缺陷 3、打碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢 中的分布 4、形成纤维组织 5、改善偏析
28
塑性变形过程中晶粒的变化
29
第三节 金属的超塑性变形
一、超塑性的概念和种类 概念：金属和合金具有的超常的均匀变形 能力。
大伸长率、无颈缩、低流动应力、易成形、无加工硬化
另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。
4、晶界不同于晶内性质：
3
一、变形机理
晶内变形 1、滑移 2、孪生 晶间变形 晶粒之间的相互转动和滑动 注意： 晶间变形的情况受温度的影响
4
1、滑移面和滑移方向的确定
确定滑移面：原子排 列密度最大的晶面 确定滑移方向：原子 排列密度最大的方向
5
金属的主要滑移方向、滑移面、滑移系
种类：
细晶超塑性：在一定的恒温下，在应变速率和晶粒度都满 足要求的条件下所呈现出的超塑性。 相变超塑性：具有相变或同素异构转变的金属，在其转变 温度附近以一定的频率反复加热、冷却。在外力的作用下 所呈现出的超塑性。
30
二、细晶超塑性变形的力学特征
无加工硬化
31
三、影响细晶超塑性的主要因素
应变速率
20
21
二、性能的变化 （力学性能） 加工硬化 成因：位错交互作用，难以运动 应用：强化（奥氏体钢） 避免：多次塑性加工中加入退火工序
22
第二节 金属热态下的塑性变形
热塑性变形：再结晶温度以上进行的塑性 变形 一、塑性变形时的软化过程 1、动态回复、动态再结晶 2、静态回复、静态再结晶、亚动钢中的碳和杂质元素的影响 碳 磷 硫 氮 氢 氧
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2、合金元素对钢的塑性的影响 合金元素的加入，会使钢的塑性降低、变 形抗力提高 原因见课本p43

第二章 金属材料的性能-《金属材料与热处理》中职通用第七版

第二章 金属材料的性能-《金属材料与热处理》中职通用第七版

(2)洛氏硬度的表示方法 符号HR前面的数字表示硬度值，后面的字母表示不
同 洛氏硬度标尺。 (3)洛氏硬度试验法的优缺点
洛氏硬度试验操作简单、迅速，可直接从表盘上读 出硬度值;压痕直径很小，可以测量成品及较薄工件;测试 的硬度值范围较大，可测从很软到很硬的金属材料，所 以在生产中广为应用，其中HRC的应用尤为广泛。但由 于压痕小，当材料组织不均匀时，测量值的代表性差， 一般需在不同的部位测试几次，取读数的平均值代表材 料的硬度。
§2-5 力学性能试验
的情况下，采用横截面单位面积上的内力应力来加以判 定。材料受拉伸或压缩载荷作用时，其应力按下式计算:
二、金属的变形
1. 晶粒位向的影响 多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力作用下，当处
于有利于滑移位置的晶粒要进行滑移时，必然受到周围位 向不同的其他晶粒的约束，使滑移的阻力增加，从而提高 了塑性变形的抗力。同时，多晶体各晶粒在塑性变形时受 到周围位向不同的晶粒与晶界的影响，使多晶体的塑性变 形呈逐步扩展和不均匀的形式，产生内应力。 2. 晶界的作用
现将本节介绍的常用的力学性能指标及其含义总结于表。
§2-3 金属材料的物理性能与化学性能
一、物理性能
1.密度 密度是指在一定温度下单位体积物质的质量。
2.熔点 熔点是材料从固态转变为液态的温度，金属等晶体材料
一般具有固定的熔点，而高分子材料等非晶体材料一般没有 固定的熔点。 3.导电性
传导电流的能力称为导电性，用电阻率来衡量。 4.导热性
金属材料的一般加工过程
一、铸造性能
铸造性能是铸造成形过程中获得外形准确、内 部无明显缺陷铸件的能力。
铸造成形过程
1. 流动性 熔融金属的流动力称为流动性。
2. 收缩性 铸造合金由液态凝固和冷却至室温的过程中，体积

金属的塑性变形与再结晶材料第二章

金属的塑性变形与再结晶材料第二章

第三节 回复与再结晶
一、变形金属在加热时的组织和性能的变化 金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 有自发恢复
到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小, 不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力 增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。
黄 铜
加热温度 ℃
㈠ 回复 回复：是指在加热温度较低
韧性断口
脆性解理断口
塑性变形的形式：滑移和*孪生。 金属常以滑移方式发生塑性变形。 ㈠ 滑移 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶
面和晶向相对于另一部分发生滑动 位移的现象。
1、滑移变形的特点 ： ⑴ 滑移只能在切应力的作
用下发生。产生滑移的最 小切应力称临界切应力.
⑵ 滑移常沿晶体中原 子密度最大的晶面和 晶向发生。因原子密 度最大的晶面和晶向 之间原子间距最大， 结合力最弱，产生滑 移所需切应力最小。
弥散强化的原因是由于硬的颗粒不易被切变，因而 阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。
颗粒钉扎作用的电镜照片
位错切割 第二相粒 子示意图
电 镜 观 察
第二节 塑性变形对组织和性能的影响
一、产生纤维组织 金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也
相应地被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状， 晶界变得模糊不清。 二、产生加工硬化 随着形变量的增大，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑 性变形抗力迅速增大，使硬度和强度升高，塑性和韧性下降。
沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移 方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。
一个滑移面
和其上的一
个滑移方向
构成一个滑
移系。
三种典型金属晶格的滑移系
晶格
体心立方晶格

吉林大学工程材料第2章 金属的塑性变形和再结晶

吉林大学工程材料第2章 金属的塑性变形和再结晶
实质——晶界迁移过程
1、晶粒正常长大： 再结晶后的晶粒均匀、稳速地长大的现象。发生在
再结晶晶粒细小且均匀时。（希望的长大方式）
2、晶粒异常长大：
再结晶后的晶粒不均匀，急剧长大的现象。在再结晶 粒大小不均时，大晶粒吞并小晶粒，将得到异常粗大的 晶粒，也称“二次再结晶”。
d晶↑ 晶界面积↓ 能量↓∴晶粒长大是自发的 过程。因为粗晶是弱化，所以要避免晶粒长大，特别要
方向 σb(MPa) σ0.2(MPa) δ(%) ψ(%) αk(KJ/M2)
平行 701 垂直 659
460
17．5 62．8
608
431
10．0 31．0
294
34
四 、热加工的不足
在实际生产中，热加工与冷加工相比也有不足处
（1）热加工需要加热，不如冷加工简单易行。 （2）热加工制品的组织与性能不如冷加工均匀和易 于控制。
目的：1. 消除加工硬化 使、σ、HB↓ δ%、 %、ak↑ 2. 消除内应力，但保留加工硬化，使理化性能↑
对于冷加工后的金属，由于10%的变形能储存在 金属中，在加热时，随着温度的升高，原子活动能力 提高，在变形能的作用下，就要发生组织和性能的变 化，其主要包括三个阶段：回复、再结晶及晶粒长大。
18
底面对角线
1 面×3 方向=3
7
4、滑移机理
临界切应力（c）： 能够发生滑移的最小切应
力叫做为)。当切应力（）满足 c时滑移才 能发生。
铜的滑移临界切应力：理论计算 1500 Mpa 实际测试 1 MPa
滑移是由于滑移面上的位错运动造成的。
8
位错运动造成滑移示意图
9
10
二、 多晶体金属的塑性变形
700℃

金属塑性成形原理---第二章_金属塑性变形的物理基础

金属塑性成形原理---第二章_金属塑性变形的物理基础

位错的攀移
❖ 螺型位错无攀移
❖ 正攀移——正刃型位错位错线上移
负刃型位错位错线下移
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位错的交割
❖ 两根刃型位错线都在各自的滑移面上移动，
则在相遇后交截分别形成各界，形成割阶后
仍分别在各自的平面内运动。
❖ 刃型位错和螺型位错交割时，在各自的位错
线上形成刃型割阶，位错线也能继续滑移。
❖ 螺型位错和螺型位错交割时，相交后形成的
❖ 假设：理想晶体两排原子相距为a，同排原子间距
为b。原子在平衡位置时，能量处于最低的位置。
在外力τ作用下，原子偏离平衡位置时，能量上升，
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以上。
编辑课件
典型的晶胞结构
编辑课件
典型的晶胞结构
编辑课件
三种晶胞的晶格结构
编辑课件
一、塑性变形机理
实际金属的晶体结构
❖ 单晶体:各方向上的原子密度不同——各向
异性
❖ 多晶体:晶粒方向性互相抵消——各向同性

❖ 塑性成形所用的金属材料绝大多数为多晶
体，其变形过程比单晶体复杂的多。
编辑课件
多晶体塑性变形的分类
加工中，会使变形力显著增
加，对成形工件和模具都有
III．抛物线硬化阶段：
一定的损害作用；但利用金
与位错的交滑移过程有关，
θ3
随应变增加而降低，应力应变
属加工硬化的性质，对材料
曲线变为抛物线。
进行预处理，会使其力学性
能提高
编辑课件
2.2 金属热态下的塑性变形

金属材料及热处理：第二章 塑性变形--第二节 塑性变形对组织和性能的影响

金属材料及热处理：第二章 塑性变形--第二节 塑性变形对组织和性能的影响

残余应力易引起变形、开裂，如黄铜弹壳的腐蚀开裂。
消除：去应力退火。
11
10
四、 残余内应力
金属变形功的90％转变为热能，剩余10％的功转变为残余内 应力残留于金属中。
第一类残余内应力（Ⅰ）：宏观内应力，由整个物 体变形不均匀引起。
分类 第二类残余内应力（Ⅱ）：微观内应力，由晶粒变 形不均匀引起。
第三类残余内应力（Ⅲ）：点阵畸变，由位错、空 位等引起。80-90%。
Ⅰ
14h晶粒越细，硬化效应越 强。
5
总结
1.固溶体的加工硬化：主要通过柯氏气团对位错 的钉扎作用。 2.单晶体的加工硬化：主要通过位错间的相互纠 缠作用。 3.多晶体的加工硬化：除了位错间的相互纠缠作 用外，还有晶界对位错运动的阻碍作用。多晶体 的加工硬化效应比单晶体的加工硬化效应强。
三个阶段组成： I阶段——易滑移阶 段； Ⅱ阶段——线性硬化 阶段； Ⅲ阶段——抛物线型 硬化阶段
3
位错的交割
晶体中位错线的方位各式 各样，不同滑移面上运动的位 错在运动中相遇就有可能发生 位错互相切割现象，称之为位 错的交割．
位错的交割的结果在原来 是直的位错线上形成一段一个 或几个原子间距大小的折线 （割阶），使原来的位错线变 长，能量增加，因此交割过程 对位错运动具有阻碍作用，使 变形过程中产生应变硬化。
（1）形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的 各晶粒呈择优取向的组织。变形量达到70-90% 时产生。
（2）类型
丝织构：某一晶向趋于 与拔丝方向平行。（拉拔 时形成）
板织构：某晶面趋于 平行于轧制面，某晶向趋 于平行于主变形方向。 （轧制时形成）
9
形变织构对性能的影响 力学性能：深冲板材变形易产生制耳。(各向异性) 物理性能:硅钢片{100}[100]织构可减少铁损。

工程材料及成型技术基础(吕广庶 张元明 著) 课后习题答案

工程材料及成型技术基础(吕广庶 张元明 著) 课后习题答案

《工程材料》复习思考题参考答案第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷,线缺陷,面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度,自发形核，非自发形核,变质处理,变质剂.答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小,主要指空位间隙原子、置换原子等。

线缺陷:原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小.如位错。

面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大,而另一方向上的尺寸很小.如晶界和亚晶界.亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内,晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒,称亚晶粒。

亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。

刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。

滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。

如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。

单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致,则称这块晶体为单晶体。

多晶体:由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。

过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。

自发形核:在一定条件下,从液态金属中直接产生,原子呈规则排列的结晶核心.非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。

变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率,细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。

变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂.2.常见的金属晶体结构有哪几种？α—Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构:体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答:用来说明晶体中原子排列的紧密程度。

02第二章金属塑性变形的物理基础

02第二章金属塑性变形的物理基础

Fe-C合金（钢铁）
Fe-0.8C
－
Fe-(1.3,1.6,1.9)C －
GCr15
0.42
Fe-1.5C-1.5Cr
－
Fe-1.37C-1.04Mn0.12V
－
AISI01(0.8C)
0.5
52160
0.6
高级合金
901
－
Ti-6Al-4V
0.85
210～250 470 540 1200 817 1200 1220
合金成分（Wt%） 共析合金 Zn-22Al 共晶合金
Zn-5Al
m 延伸率δ(%) 变形温度（℃）
0.5
>1500
200~300
0.48～ 0.5
300
200～360
Al-33Cu Al-Si Cu-Ag
Mg-33Al Sn-38Pb Bi-44Sn
Pb-Cd
0.9 － 0.53 0.85 0.59 － 0.35
一、概念和种类
（一）概念 具有超常的均匀变形能力，伸长率达到百分之几 百～百分之几千。
伸长率：δ>200％；
应变速率敏感性指数：m>0.3；
抗缩颈能力大。
特点：大伸长率、低流动应力、易成形。
（二）种类
1.细晶超塑性（结构超塑性或恒温超塑性） 条件：a.晶粒超细化和等轴长（<10um）；
b.恒温条件的下限温度0.5Tm
Al-Zn-Ca Cu基合金 Cu-9.5Al-4Fe Cu-40Zn
0.5 0.43 0.9 0.9
－ 0.72 －
0.64 0.64
1800～2000 1310 100 1550 >1000 >600 267

02-5金属塑形成形

02-5金属塑形成形

应用科学学院
1—顶杆 2—毛坯 3—滚轮 4—模具 5—加工中的毛坯
四、旋压
• 旋压的工艺特点： • （1）局部连续成形，变形区很小，所需要的成形力小。旋压是一种既 省力，效果又明显的压力加工方法，可以用功率和吨位都非常小的旋 压机加工大型的工件。 • （2）工具简单、费用低，而且旋压设备的调整、控制简便灵活，具有 很大的柔性，非常适合于多品种小批量生产。 • （3）对冲压难以成形的复杂零件，如头部很尖的火箭弹药锥形罩、薄 壁收口容器，带内螺旋线的猎枪管等。 • （4）旋压件尺寸精度高，甚至可与切削加工相媲美。 • （5）旋压零件表面粗糙度容易保证。此外，经旋压成形的零件，抗疲 劳强度高，屈服点、抗拉强度、硬度都大幅度提高。 • 不足：只适用于轴对称的回转体零件；对于大量生产的零件，它不 如冲压方法高效、经济；材料经旋压后塑性指标下降，并存在残余应 力。
常进行软化、去氧化皮和特殊润滑处理。
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（二）挤压工艺分类
缝纫机梭心套壳（材料2Cr13）冷挤压
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（二）挤压工艺分类
温挤压 坯料温度高于室温，低于再结晶温度的挤压。特点：
① 坯料可不进行预先软化处理、润滑处理和中间退火等。
② 与冷挤压相比，降低了变形抗力，增加每个工序的变形程度，提高了模具的使用 寿命。
② 由于加热温度高，氧化脱碳及热胀冷缩等问题会大大降低产品的尺寸精度
和表面品质。
③ 一般用于高强（硬）度金属材料的毛坯成形，如：高碳钢、高强度结构钢、
高速钢、耐热钢等。
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（二）挤压工艺分类
冷挤压 变形温度低于材料再结晶温度（室温），特点：
① 三向压应力使材料的晶粒组织更加致密、充分提高金属塑性，使挤压件强度、硬

第二章 金属材料的损坏与塑性变形

第二章 金属材料的损坏与塑性变形

四、冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的 能力称为冲击韧性。材料的冲击韧性用 一次摆锤冲击弯曲实验来测定。 试样规格： U形或V形缺口的式样。
试样从一定高度被击断后，缺口处单位 横截面面积上吸收的功，即表示冲击韧 度值。
Ak k S0
αk—冲击韧度，J/cm2，αk值越大，材料的冲击韧性 越好；
符号HR前面的数字表示硬度值。HR后面的字母 表示不同的洛氏硬度标尺。
（3）常用洛氏硬度标尺及其适用范围：
HRA适用于测量硬质合金、表面淬火层或渗碳层； HRB适用于测量有色金属和退火、正火钢等； HRC适用于测量调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度操作简便、迅速，应用范围广，压痕小，硬度 值可直接从表盘上读出，所以得到更为广泛的应用。
（4）洛氏硬度实验法的优缺点
优点：操作简单迅速，能直接从刻度盘上读 出硬度值；压痕较小，可以测定成品及较薄 工件；测试的硬度值范围大，可测从很软到 很硬的金属材料。 缺点：压痕小，当材料的内部组织不均匀时， 硬度数据波动较大，测量值的代表性差，通 常需要在不同部位测试数次，取其平均值来 代表金属材料的硬度。
F 2F HBW 0.102 2 2 S D( D D d )
S—球面压痕表面积，mm2；
F—实验力，N；
D—压头直径，mm；
D—压痕平均直径，mm。
一般情况不用计算，而是根据压痕直径 查表得出布氏硬度值。
（2）布氏硬度的表示方法 符号HBW之前的数字为硬度值，符号后 面按以下顺序用数字表示实验条件。 1）球体直径 2）实验力 3）实验力保持的时间（10～15s不标注）
金属材料的断后伸长率和断面收缩率越 高，其塑性越好。
三、硬度
材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、 压痕或划痕的能力称为硬度。 常用的硬度实验法有布氏硬度实验法、 洛氏硬度实验法、维氏硬度实验法。

机械工程材料第二章金属塑性变形与再结晶

机械工程材料第二章金属塑性变形与再结晶

4. 再结晶与重结晶
相同点：晶粒形核、长大的过程。
不同点： （1）再结晶转变前后的晶格类型没有发生变化， 重结晶时晶格类型发生改变。 （2）再结晶是对冷塑性变形的金属而言的，没有 发生冷塑性变形的金属不存在再结晶问题。
三、晶粒长大 再结晶刚刚完成后的晶粒是无畸变的等轴晶粒， 如果继续升高温度或延长保温时间，晶粒之间就 会通过晶界的迁移相互吞并而长大。
➢ 产生残余应力。
（二）其他性能
塑性变形影响金属的物理、化学性能， 如电阻增大，导磁率下降，耐腐蚀性能 降低。 密度、导热系数下降。
三、残余应力（约占变形功的10％）
（一）宏观内应力（第一类内应力） 原因：由工件不同部位的宏观变形不均匀而引起的。 作用范围：作用于整个工件。
金属棒弯曲变形后 的残余应力
正火组织
带状组织
金属冷拉拔后 的残余应力
（二）微观内应力（第二类内应力） 原因：晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀引起的。 作用范围：与晶粒尺寸相当。
（三）点阵畸变（第三类内应力）80-90%
原因：晶体缺陷而引起的畸变应力。 作用范围：约几百到几千个原子范围内。
金属强化 主要原因
➢第一类、第二类残余应力： 弊：对金属材料的性二、塑性变形对金属性能的影响
（一）力学性能 加工硬化（形变强化）:随着冷塑性变形量 的增加，金属的强度、硬度升高，塑性、韧 性下降的现象。
工业纯铜
45钢
➢加工硬化是强化金属的重要手段之一。
对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。
链条板的轧制
材料为Q345（16Mn) 钢 的自行车链条经过五 次轧制，厚度由3.5mm压缩到1.2mm，总变形 量为65%。
原始横截面积的百分比。
Ψ=

第二章2节 金属的塑性变形与再结晶分解

第二章2节 金属的塑性变形与再结晶分解

冷加工与热加工组织的变化 冷 加 工
热 加 工
热变形加工在变形 的同时伴随着动态再 结晶，变形停止后在 冷到室温过程中继续 有再结晶发生。所以 热变形加工基本没有 加工硬化现象。
热加工的优点： 1. 可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密度得以提高；
2. 可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机
使强度硬度升高，塑性下降。
§3回复与再结晶
回复：冷变形金属在低温加热时，其显微组织无可见变化， 但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。
再结晶：冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内
部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强 化效应完全消除的过程。
冷变形后
回复
再结晶
晶粒长大
三、热加工对金属组织和性能的影响 热加工相关概念：再结晶温度是热加工与冷加工的分界线，
高于再结晶温度的压力加工是热加工，低于再结晶温度的
压力加工是冷加工。Ni的T再为580，Pb的T再为-33. 两种变形加工各有所长。冷变形加工可以达到较高精度和 较低的表面粗糙度。并有加工硬化的效果。但是，变形抗 力大，一次变形量有限。而热变形加工与此相反。热变形 加工多用于形状较复杂的零件毛坯及大件毛坯的锻造和热 轧钢锭成钢材等。而冷变形加工多用于截面尺寸较小，要 求表面粗糙度值低的零件和坯料。
孪生
孪生变形是在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面
（孪晶面）及晶向（孪生方向），与晶体的另一部分发生均
匀的剪切变形，结果使晶体的变形部分与未变形部分构成镜 面对称的位向关系。
孪生
滑移
孪生变形示意图
二、多晶体的塑性变形 金属材料大多为位向、形状、大小不同的 晶粒组成的多晶体，因此多晶体的变形是许多
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§2.金属的力学性能 1.定义： 金属材料在承受外力（静、冲击、交变）作用下，没有超过许可 变形或不破坏的能力——称作金属的力学性能。
2.力学性能指标 主要包括： 强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度。 力学性能指标是选择、使用金属材料的重要依据。
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一、强度 1）定义
金属在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。
3）拉拔 （碳钢、有色金属等线材、型材、管材）
线材拉拔
管材拉拔
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4）锻压 （碳钢、合金钢、特种钢坯料）
自由锻
模锻
7
5）冷冲压 （低碳钢、合金钢板材）
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一、塑性变形的基本概念 1.载荷 （1）定义 金属材料在加工及使用过程中所受的外力。 （2）类型 根据载荷作用性质不同： a）静载荷 —没有变化； b）动载荷 —瞬间变化； c）交变载荷—不断变化。
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对于大多数没有明显的屈服现象的金属材料。 定义：条件屈服强度： （ σ0.2 ） 规定：产生0.2%残余伸长时的应力作为条件屈服强度。 指出： 是工程技术中最重要的机械性能指标之一； 是设计零件时作为选用金属材料的重要依据。
24
3）抗拉强度 定义：指在外力作用下由产生大量塑性变形到断裂前所承受的 最大应力，故又称强度极限。 公式：
b
Fb S0
MP a
式中： Fb— 指试样被拉断前所承受的最大外力， 即拉伸曲线上b点所对应的外力（N）。 S0 — 试样原始横截面面积（mm2）
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二、塑性指标（ δ%；Ψ %） 定义： 塑性—材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。 (1)断后伸长率 公式： δ% = （Lu- L0）/L0 ×100% 式中： L0—试样原标距的长度（mm） Lu—试样拉断后的标距长度（mm） (2)断面收缩率 公式： Ψ % = （S0 - Su）/S0 ×100% 式中： S0—试样原始横截面面积（mm2） Su—试样拉断后缩颈处的最小横截面面积（mm2） 规律：（ δ % ；Ψ % ）的数值越大，表示其塑性越好； 良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。
2）分类
根据载荷作用方式不同： a）抗拉强度——主要的常用强度指标； b）抗压强度； c）抗剪强度； d）抗扭强度； e）抗弯强度。
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1.拉伸试样
形状：根据国家标准（GB/T228——2002） 有：圆形、矩形、六方形。
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2.力-伸长曲线（F ~ΔL）
表示：拉力与伸长量之间的关系曲线。
拉伸过程：
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根据载荷作用性质不同：
a）拉深载荷 --拉力 b）压缩载荷 —压力 c）弯曲载荷 --弯力 d）剪切载荷--剪切力 e）扭转载荷--扭转力
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2.内力 （1）定义 工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在 材料内部产生的一种与外力相对抗的力。 （2）大小 内力大小与外力相等。 （3）注意 内力和外力不同于作用力和反作用力。
意义： 1）是一种材料强化手段—形变强化； 2）有利于塑性变形均匀进行； 3）有利于金属构件的工作安全性。
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3.加工硬化的不利 1）影响材料力学性能 不利：使得再变形困难； 使得金属的切削加工，冲压加工带来困难。 解决办法： 在冷加工之间进行中间热处理——再结晶退火。 2）影响材料物理性能和化学性能 不利：电阻增加，导电、导磁性下降； 化学活性增大；耐腐蚀性下降。 解决办法：去应力退火 。
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三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化 1.冷塑性变形结果 外部：晶粒形状发生变化——沿着变形方向被压扁或拉长； 内部: 晶粒内部位错密度增加，晶格畸变加剧； 性能: 金属强度和硬度提高，塑性和韧性下降。 这种现象——称为“形变强化”或“加工硬化”。
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2.加工硬化的应用 对于不能通过热处理强化的金属是一种重要的 强化手段，可提高材料抗突然超载的能力。
弹性变形阶段
缩颈阶段
屈服阶段
断裂。
强化阶段
断裂形式：
韧性断裂——纤维状断口 脆断裂——冰糖块状断口 疲劳断裂——贝壳状断口 拉伸曲线图
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3.强度指标（ σe ；σs ；σb） 1）弹性极限 定义：指在外力作用下由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力。 或指完全卸载后不产生永久变形时所能承受的最大应力。 公式：
a）变形
零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化。 （包括：弹性变形和塑性变形）
b）断裂
零件在外力作用下发生开裂或折断的现象。
c）磨损
因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。
3
2.常见塑性变形形式 1）轧制 （板材、线材、棒材、型材、管材）
板材轧制
4
2）挤压 （低碳钢、有色金属等型材）
5
Fe e S0
MP a
式中： Fe —试样不出现任何明显塑性变形时所受的最大载荷， 即拉伸曲线中e点所对应的外力（N）； S0 —试样原始横截面面积（mm2）。
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2）屈服强度 定义：--指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力。
公式：
Fs s S0
MP a
式中： Fs--试样产生明显塑性变形时所受的最小载荷， 即拉伸曲线中S点所对应的外力（N）； S0 --试样原始横截面面积（mm2）。
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3.影响因素 1）晶粒位向的影响 由于多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力作用下， 将产生有利和不利的不均匀的变形，导致内应力 的产生。 2）晶界的作用 晶界阻碍位错运动，使金属的塑性变形阻力增大。 3）晶粒大小的影响 单位体积内金属晶粒越细小，晶界越多，金属越难进行塑性变 形，获得细晶强化。
是金属材料获得强韧化的重要手段。
第二章 金属材料的塑性变形与性能
1
材料的性能是零件设计中选材的依据，也是技术工人在加工维 修过程中合理选择材料以及加工方法的重要依据。 材料的性能包括： 力学性能 （强度、塑性、硬度、冲击韧性和断裂韧性等） 工艺性能 （铸造、锻压、焊接、切削加工和热处理等）
2
§1.金属材料的损坏与塑性变形
1.常见损坏形式
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3.应力 （1）定义 单位面积上所受到的力。 （2）计算公式 σ= F/ S（ MPa/mm2 ） 式中： σ——应力； F ——外力； S ——横截面面积。
12
二、金属的变形 金属在外力作用下的变形三阶段： 弹性变形 弹-塑性变形 断裂。 1.特点 弹性变形： 金属弹性变形后其组织和性能不发生变化。 塑性变形： 金属经塑性变形后其组织和性能将发生变化。 2.变形原理 金属在外力作用下，发生塑性变形是由于晶体内部 缺陷—位错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。