材科基考点精讲(第7讲 塑性形变)
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主要考点考点1:弹性形变考点2:单晶体的塑性变形考点3:施密特定律考点4:多晶体的塑性变形(细晶强化)考点5:固溶体合金的塑性变形(固溶强化)考点6:复相合金的塑性变形(弥散强化)考点7:塑性变形后材料组织的变化考点8:塑性变形后材料性能的变化考点9:综合题考点1:弹性形变。
例1(名词解释):弹性形变、滞弹性和弹性变形能。
考点2:单晶体的塑性变形。
例1(名词解释):孪晶。
例2:常温下金属塑性变形有哪些主要机制?它们间的主要差异是什么?例3(判断题):金属晶体中,密排六方晶体比面心立方晶体的塑性好,更适宜塑性加工。
考点3:施密特定律。
例1(名词解释):临界分切应力。
例2(名词解释):施密特(Schmid )因子。
例3:单晶体的临界分切应力值与( )有关。
A .外力相对滑移系的取向B .拉伸时的屈服应力C .晶体的类型和纯度D .拉伸时的应变大小例4(判断题):根据施密特定律,晶体滑移面平行于拉力轴时最容易产生滑移。
例5:已知纯铜的{111}[110]滑移系的临界切应力c τ为1Mpa ,考点4:多晶体的塑性变形(细晶强化)。
例1:多晶体塑性变形时,至少需要( )独立的滑移系。
A .3个B .8个C .5个例2:实际金属材料的性能在不同方向并不存在差异,这是因为( )。
A .晶体不同方向性能相同B .晶体的各向异性现在测量不出来C .金属材料结构不是晶体D .大量晶粒随机取向掩盖了各向异性例3:解析Hall-Petch (霍尔-佩奇)公式。
例4:有两块相同成分的固溶体合金,其区别仅为一块晶粒较粗大,另一块晶粒较细小。
试回答下列问题:(1)哪块合金的塑性更好,为什么?(2)在冷塑性变形量相同的情况下,哪一块合金变形所消耗的变形功更大,为什么?(3)当加热这两块经冷塑性变形的合金时,哪一块合金更易发生再结晶,为什么?例5:已知当退火后纯铁的晶粒大小为16个/2mm 时,屈服强度s σ=100MPa ;当晶粒大小为4096个/2mm 时,s σ=250MPa ,试求晶粒大小为256个/2mm 时,屈服强度s σ的值。
第七章金属塑性变形一、名词解释固溶强化:固溶体中的溶质原子溶入基体金属后使合金变形抗力提高,应力-应变曲线升高,塑性下降的现象;应变时效:具有屈服现象的金属材料在受到拉伸等变形发生屈服后,在室温停留或低温加热后重新拉伸又出现屈服效应的情况;孪生:金属塑性变形的重要方式。
晶体在切应力作用下一部分晶体沿着一定的晶面(孪晶面)和一定的晶向(孪生方向)相对于另外一部分晶体作均匀的切变,使相邻两部分的晶体取向不同,以孪晶面为对称面形成镜像对称,孪晶面的两边的晶体部分称为孪晶。
形成孪晶的过程称为孪生;临界分切应力:金属晶体在变形中受到外力使某个滑移系启动发生滑移的最小分切应力;变形织构:多晶体中位向不同的晶粒经过塑性变形后晶粒取向变成大体一致,形成晶粒的择优取向,择优取向后的晶体结构称为变形织构,织构在变形中产生,称为变形织构。
二问答1 单相合金的冷塑性变形与纯金属的室温塑性变形相比,有何特点。
答:纯金属变形主要借助位错运动,通过滑移和孪生完成塑性变形,开动滑移系需要临界切应力,晶体中还会发生扭转;单相合金的基本变形过程与纯金属的基本过程是一样的,但会出现固溶强化,开动滑移系需要临界切应力较大,还有屈服和应变时效现象。
2 金属晶体塑性变形时,滑移和孪生有何主要区别?答:滑移时原子移动的距离是滑移方向原子间距的整数倍,孪生时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数倍;滑移时滑移面两边晶体的位向不变,而孪生时孪生面两边的晶体位向不同,以孪晶面形成镜像对称;滑移时需要的临界分切应力小,孪生开始需要的临界分切应力很大,孪生开始后继续切变时需要的切应力小,故孪生一般在滑移难于进行时发生。
3 A-B二元系中,A晶体结构是bcc,形成α固溶体,B晶体结构是fcc,形成β固溶体,A 与B形成η相,其晶体结构是hcp:1)指出α,β,η三个相的常见滑移系;2)绘出它们单晶变形时应力-应变曲线示意图,试解释典型低层错能面心立方单晶体的加工硬化曲线,并比较与多晶体加工硬化曲线的差别。
塑性变形(3)1.冷变形金属在退火过程中显微组织的变化:在回复阶段,由于不发生大角度晶界的迁移,所以晶粒的形状和大小与变形态的相同,仍保持着纤维状或扁平状,从光学显微组织上几乎看不出变化。
在再结晶阶段,首先是在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心,然后逐渐消耗周围的变形基体而长大,直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。
最后,在晶界表面能的驱动下,新晶粒互相吞食而长大,从而得到一个在该条件下较为稳定的尺寸,这称为晶粒长大阶段。
2.回复:是指冷变形后金属在加热温度较低时,原子活动能力不在,金属中的一些点缺陷和位错的迁移,使得晶格畸变逐渐减少,内应力逐渐降低的过程。
回复的驱动力:弹性畸变能(特征:1.金属的晶粒大小和形状尚无明显的变化,因而其强度,硬度和塑性等机械性能变化不大;2.内应力及电阻率等物理性能显著不为降低。
(宏观内应力))3.回复机制:a.低温回复:回复主要与点缺陷的迁移有关。
b.中温回复:温度稍高时,会发生位错运动和重新分布。
机制主要与位错滑移和位错密度降低有关。
c.高温回复(~0.3Tm),刃型位错可获得足够能量产生攀移,位错密度下降,位错重排成较稳定的组态----亚晶结构。
4.再结晶:将冷变形后的金属加热到一定温度之后,在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒,而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况,这个过程称之为再结晶。
再结晶的驱动力:是变形金属经回复后未被释放的储存能(相当于变形总储能的90%)5.储存能:塑性变形中外力所作的功除去大部分转化为热之外,还有一小部分以畸变能的形式储存在形变材料内部,这部分能量叫做储存能。
6.残余应力:一种内应力。
它在工件中处于自相平衡状态,其产生是由于工件内部各区域变形不均匀性,以及相互间的牵制作用所致。
7.再结晶温度:冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。
》》通常,把对应于再结晶后得到特别粗大晶粒的变形程度称为“临界变形度”,一般金属的临界变形度约为2%~10%。