【简答题】1 . 指出下列名词的主要区别: (1) 弹性变形与塑性变形; (2) 一次再结晶与二次再结晶; (3) 热加工与冷加工; (4) 丝织构与板织构 。 (5)屈服强度σs 与抗拉强度σb (6)银纹与裂纹 2 .什么是滑移系?产生晶面滑移的条件是什么?写出面心立方金属在室温下所有可能的滑移系。 3 .试述 Zn 、 α-Fe 、 Cu 等几种金属塑性不同的原因。 4 .位错在金属晶体中运动可能受到哪些阻力 ? 5 .孪晶和滑移的变形机制有何不同 ? 6 .讨论金属中内应力的基本特点、成因和对金属加工、使用的影响。 7 . 什么是应变硬化?有何实际意义? 8 .为什么细化晶粒可使材料的室温力学性能(强度和塑性 ) 显著提高 ? 9 .在室温下对铅板进行弯折,越弯越硬,但如果稍隔一段时间再弯折,铅板又像最初一样柔软,这是什么原因 ? 10 .简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力,并如何区分冷、热加工?动态再结晶与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么? 11 .简述陶瓷材料(晶态)塑性变形的特点。 12 .高分子材料的塑性变形机理是什么 ? 13 .高分子材料的屈服与金属材料的屈服有何不同

1. (1) 弹性变形与塑性变形 弹性变形: 去除外力,恢复原形状。弹性变形是可逆的。 塑性变形:微观结构的相邻部分产生永久性位移,在外力撤除后不可恢复,即变形不可逆。 ( 2 )一次再结晶与二次再结晶 一次再结晶是指冷变形金属在再结晶温度以上退火时,变形伸长晶粒被无变形的等轴晶粒取代的过程。二次再结晶是指在再结晶晶粒长大过程中出现的晶粒异常长大的现象。 ( 3 ) 热加工与冷加工 热加工是指金属在再结晶温度以上进行的塑性加工,冷加工是在再结晶温度以下进行的塑性加工。 ( 4 )丝织构与板织构 丝织构是指晶体在某一晶向趋于某一特定方向,或有优势取向。板织构是指某一晶面和某一晶向有优势取向。 ( 5 )屈服强度 σs 抗拉强度 σb 屈服强度 σs :材料发生起始塑性变形所对应的应力。表征材料抵抗起始(或微量)塑变的能力。是材料由 弹性 变形向 弹 - 塑性 变形过渡的明显标志。 抗拉强度 σb :是韧性材料光滑试样单向拉伸的实际最大承载能力。 σb 易于测定,重复性好,选材设计的重要依据。 ( 6 )银纹与裂纹 高分子材料在塑性变形过程中,某些缺陷处会有局部塑变产生,取向纤维和空洞交织分布,该区域密度减小 50% ,对光线的反射能力很高,呈银色,称为银纹。银纹是高分子材料所特有的一种力学现象,是一种缺陷,标志材料已受损伤,降低材料的强度,引发断裂。 裂纹处不含任何材料,原子间的结合键被破坏。银纹有强度,有粘弹现象。 银纹与裂纹都是材料的一种缺陷,标志材料已受损伤。 2 .什么是滑移系?产生晶面滑移的条件是什么?写出面心立方金属在室温下所有可能的滑移系。 滑移系是一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。产生晶面滑移的条件是在这个面上的滑移方向的分切应力大于其临界分切应力。 3 .试述 Zn 、 α-Fe 、 Cu 等几种金属塑性不同的原因。 Zn 、 α-Fe 、 Cu 这三种晶体的晶体结构分别是密排六方、体心立方和面心立方结构。密排六方结构的滑移系少,塑性变形困难,所以 Zn 的塑性差。面心立方结构滑移系多,滑移系容易开动,所以对面心立方结构的金属 Cu 塑性好。体心立方结构虽然滑移系多,但滑移面密排程度低于 fcc ,滑移方向个数少,较难开动,所以塑性低于面心立方结构材料,但优于密排六方结构晶体,所以 α-Fe 的塑性较 Cu 差,优于 Zn 。 4 .位错在金属晶体中运动可能受到哪些阻力 ? 晶格阻力,位错之间的相互作用力,固溶体中的溶质原子造成的晶格畸变引起的阻力,晶界对位错的阻力,弥散的第二相对位错运动造成的阻力。 5. 孪晶和滑移的变形机制有何不同 ? 主要的不同 1 )晶体位向在滑移前后不改变,而在孪生前后晶体位向改变,形成镜面对称关系。 2 )滑移的变形量为滑移方向原子间距的整数倍,而孪生过程中的位移量为孪生方向的原子间距的分数倍。 3 )滑移是全位错运动的结果而孪生是分位错运动的结果。 6 .讨论金属中内应力的基本特点、成因和对金属加工、使用的影响。 塑性变形不仅使晶体的外部形状、内部组织和性能发生了变化,而且由于变形的不均匀性,外力所作的功中有一小部分仍被保留在金属内部,表现为残余内应力(约占变形功的 10 %), 即外力去除后,金属内部残留下来的应力。可分成两大类:宏观残余内应力和微观残余内应力。在工件不同区域(表面和心部)间相互作用的宏观体积间的作用力称为宏观残余内应力(第一类内应力)。不同晶粒间(软取向和硬取向)变形不均匀产生的内应力(第二类内应力)及晶格畸变造成的残余内应力(第三类内应力)称为微观残余内应力。 一般地,残余拉应力对材料的性能有害,可加速裂纹的萌生和扩展,导致零件变形或断裂;内应力若叠加在工作应力上,会使材料表面疲劳强度降低,使材料在低于许用应力的条件下产生断裂,造成严重的危害。残余拉应力还降低金属的耐腐蚀性能。但残余压应力可阻止裂纹的萌生和扩展,生产上利用残余压应力来改善材料的性能。如汽车的弹簧钢板、齿轮等零件,经过表面喷丸、滚压处理,可在表面产生较大的残余压应力,抵消工作载荷下的部分拉应力,阻止疲劳裂纹^[1]的萌生和扩展,从而大大提高疲劳强度。 7. 什么是应变硬化?有何实际意义? 随着应变量的增加,让材料继续变形需要更大的应力,这种现象称为应变硬化。随变形量的增加,材料的 强度、硬度升高 而 塑性、韧性下降 的现象,为加工(应变)硬化(形变强化、冷作强化)。 意义:可以使得塑变均匀,可以防止突然过载断裂,是强化金属的一种手段,通过形变硬化可以改善某些金属的切削性能。 8 .为什么细化晶粒可使材料的室温力学性能(强度和塑性 ) 显著提高 ? 多晶体金属相邻的不同取向的晶粒受力产生塑性变形时,部分施密特因子大的晶粒内位错源先开动,并沿一定晶面产生滑移和增殖。滑移至晶界前的位错被晶界阻挡,造成塑变晶粒内位错塞积。在外力作用下,晶界上的位错塞积产生一个应力场,当应力场作用于位错源的作用力等于位错开动的临界应力时,相邻晶粒内的位错源开动、滑移与增殖,造成塑性形变。 当材料的晶粒变细时,位错塞积长度降低,应力集中降低,不足以开动相邻晶粒的位错滑移。必须加大外加作用力以激活相邻晶粒内位错源。因此,细化晶粒使金属材料强化。 细化晶粒是既能提高强度、又能优化塑性和韧性的唯一方法。当晶粒尺寸较小时,晶粒内的空位数目和位错数目都比较少,位错与空位以及位错间的弹性交互作用的机遇相应减少,位错将易于运动,表现出好的塑性;另外,位错数目少,位错塞积数目减少,造成的应力集中减小,从而推迟微孔和裂纹的萌生,增大断裂应变。此外,细晶粒为同时在更多的晶粒内开动位错和增殖位错提供了机遇,使塑性变形更为均匀,表现出较高的塑性。 9. 在室温下对铅板进行弯折,越弯越硬,但如果稍隔一段时间再弯折,铅板又像最初一样柔软,这是什么原因 ? 铅板在室温下的加工属于热加工,加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。 越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成,而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上,所以伴随着回复和再结晶过程,等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒,硬度和塑性又恢复到了未变形之前。 10 .简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力,并如何区分冷、热加工?动态再结晶与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么? 再结晶后晶粒的正常晶粒长大称为 一次再结晶,一次再结晶的 驱动力是形变金属的机械储存能。 再结晶后晶粒的异常晶粒长大称为 二次再结晶,二次再结晶 晶粒长大的驱动力是晶界能的下降,即长大前后的界面能差值。 根据变形时的温度处于再结晶温度以上还是以下来划分 冷、热加工 。在金属的再结晶温度以下的塑性变形称为冷加工,在金属的再结晶温度以上的塑性变形称为热加工。 动态再结晶同样是形核和长大过程,其机制与冷变形金属的再结晶基本相同,也是大角度晶界的迁移。但动态再结晶具有反复形核、有限长大的特点。已形成的再结晶核心在长大时继续受到变形作用,使位错增殖,储存能增加,与基体的能量差减小,驱动力降低而停止长大。而当这一部分的储存能增高到一定程度时,又会重新形成再结晶核心。如此反复进行。 11 .简述陶瓷材料(晶态)塑性变形的特点。 单晶陶瓷中只有少数晶体结构简单(如 MgO 、 KCl 、 KBr 等, 均为 NaCl 型结构 )陶瓷在室温下具有一定塑性,而大多数陶瓷只有在高温下才表现明显的塑性变形。 多晶陶瓷的塑性来源于晶内滑移或孪生、晶界的滑动或流变。 12 .高分子材料的塑性变形机理是什么 ? 非晶态(玻璃态)高分子材料的塑性变形机理主要是滑移剪切带和形成银纹。 晶态聚合物的塑性变形为片晶 转变为沿应力方向排列的微纤维束的过程 。 13 .高分子材料的屈服与金属材料的屈服有何不同 ? 高分子材料的屈服机理金属材料不同,高分子材料的屈服强度一般较金属低。 高聚物在低温下 ( 非晶态: Tg 以下,晶态: Tm 以下 ) 拉伸屈服生成 细颈 。