第三章金属的塑性变形和加工硬化

机械工程材料练习题参考答案第一章工程材料的力学性能2.有一钢试样，其直径为10mm，标距长度为50mm，当拉伸力达到18840N时试样产生屈服现象；拉伸力加至36110N时，试样产生颈缩现象，然后被拉断；拉断后标距长度为73mm，断裂处直径为6.7mm，求试样的屈服强度、抗拉强度、伸长率和断面收缩率。

解:由题中条件及计算公式得σs =Fs/So=18840/（*102/4）=240(N/mm2)σb=Fb/So=36110/（*102/4）=460(N/mm2)δ=(L1-L0)/L0×100%=(73-50)/50=46%ψ=(S0-S1)/S0×100%={*102/4)- *4)}/（*102/4）=/100=%答:试样的Re=240(N/mm2)、Rm=460(N/mm2)、δ=46%、ψ=%。

4．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。

哪种方法合理为什么（参见教材第6页）第二章工程材料的基本知识第一部分金属的晶体结构与纯金属的结晶1.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，分别指出其配位数、致密度、晶胞原子数、晶胞原子半径。

（参见第二章第一节）2.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。

晶体中配位数和致密度越大，则晶体中原子排列越紧密。

3.晶面指数和晶向指数有什么不同答：晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为[]uvw；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为() hkl。

4.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。

第三章材料的力学行为习题参考答案一、解释下列名词1、加工硬化2、回复3、再结晶4、热加工5、冷加工答：1、加工硬化：随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速下降的现象。

2、回复：加热温度较低时，变形金属中的一些点缺陷和位错，在某些晶内发生迁移变化的过程。

3、再结晶：被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。

从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。

和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。

4、热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。

5、冷加工：在再结晶温度以下进行的压力加工。

二、填空题1、塑性变形的方式主要有滑移和孪生，而大多数情况下是滑移。

2、滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面及晶向发生。

3、在体心立方晶格中, 原子密度最大的晶面是{110}，有 6 个，原子密度最大的晶向是<111>，有2个；在面心立方晶格中, 原子密度最大的晶面是{111}，有 4 个，原子密度最大的晶向是<111>，有3个。

两者比较，具有面心立方晶格的金属塑性较好，其原因是滑移系和滑移方向多。

4、多晶体金属的塑性变形由于受到晶界和晶粒位向的影响，与单晶体金属相比，塑性变形抗力增大。

5、金属在塑性变形时,随变形量的增加，变形抗力迅速增大，即强度、硬度升高，塑性、韧性下降，产生所谓加工硬化现象。

这种现象可通过再结晶加以消除。

6、变形金属在加热时，会发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变化。

7、冷绕成形的钢质弹簧，成形后应进行回复退火，温度约为250～300℃。

8、回复退火也称去应力退火。

9、冷拉拔钢丝, 如变形量大, 拉拔工序间应穿插再结晶退火，目的是消除加工硬化。

10、热加工与冷加工的划分应以再结晶温度为界线。

在再结晶温度以下的塑性变形称为冷加工；在再结晶温度以上的塑性变形称为热加工。

三、简答题1、产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？答：⑴随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。

8.金属的塑性变形和加工硬化1．加工硬化：金属在冷塑性变形过程中，随着变形程度增加，其强度和硬度提高而塑性（延伸率、面缩率）则降低，这种现象称为加工硬化。

2．面心立方金属单晶体的应力-应变曲线。

ⅰ硬化系数θ较小，一般认为在此阶段只有一个滑移系统起作用，强化作用不大，称位易滑移阶段。

ⅱ硬化系数θ最大且大体上是常数，对于各种面心立方金属具有相同的数量级，故称为线性硬化阶段。

ⅲ硬化系数θ随变形量的增加而逐渐减小，故称为抛物线强化阶段。

3．对应力-应变曲线影响的主要因素。

4．面心立方金属形变单晶体的表面现象。

ⅰ除了照明特别好（暗场），用光学显微镜一般看不到滑移线。

ⅱ光学显微镜在暗场下可以看到滑移线，线长随应变的增加而递减，电镜观察到的单个滑移线比第一阶段粗而短。

ⅲ出现滑移带，带中包括许多靠的很近的滑移线，应变增加，带间不在增加新的线，形变集中在原来的带中，滑移带端出现了碎化现象。

5．面心立方金属单晶体的加工硬化理论。

6．多晶体是通过晶界把取向不同，形状大小不同，成分结构不同的晶粒结合在一起的集合体。

晶界对塑性变形过程的影响，主要是在温度较低时晶界阻碍滑移进行引起的障碍强化作用和变形连续性要求晶界附近多系滑移引起的强化作用。

ⅰ障碍强化作用ⅱ多系滑强化作用ⅲ多晶体变形的不均匀性7．金属多晶体应力-应变曲线ⅰ点阵类型和金属种类的影响ⅱ变形温度于应变速率的影响a.随温度升高可能开动新的滑移系统。

b.随温度升高可在变形过程中出现回复和再结晶现象，引起金属软化，减弱加工硬化。

c.随温度升高可能出现新的塑性变形机理，使加工硬化减弱。

8．细化晶粒对金属材料的力学性能有何影响？有哪些途径可以细化晶粒？细化晶粒可以提高韧性，有助于防止脆性断裂发生，可以降低脆性转化温度，提高材料使用范围，在低强度钢中，利用细化晶粒来提高屈服强度有明显效果。

细化途径：（1）改变结晶过程中的凝固条件，尽量增加冷却速度，另一方面调节合金成分以提高液体金属过冷能力，使形核率增加，进而获得细化的初生晶粒。