材料科学基础习题由刀豆文库小编整理,希望给你工作、学习、生活带来方便,猜你可能喜欢“材料科学基础习题”。
1、弹性变形的特点和虎克定律;
2、弹性的不完整性和粘弹性;
3、比较塑性变形的两种基本形式:滑移和孪生的异同点:
4、滑移的临界分切应力;
5、滑移的位错机制;
6、多晶体塑性变形的特点;
7、细晶强化与Hall-Petch公式;
8、屈服现象与应变时效(解释);
9、弥散强化;
10、加工硬化;
11、形变织构与残余应力;
12、回复动力学与回复机制;
13、再结晶形核机制;
14、再结晶动力学;
15、再结晶温度及其影响因素;
16、影响再结晶晶粒大小的因素;
17、晶粒的正常长大及其影响因素;
18、静态、动态回复和再结晶。重要公式
拓展:辨析:Fcc、bcc、hcp的塑性与滑移系数量的关系,从位错角度考虑:如何强化? 1.判断题
1)采用适当的再结晶退火可以细化金属铸件的晶粒;
2)动态再结晶仅发生在热变形状态,因此室温下变形金属不会发 生动态再结晶;
3)多边形化使分散分布的位错集中在一起形成位错墙,因此位错 应力场增加,点阵畸变能升高;
4)凡经冷变形后再结晶退火的金属,晶粒都可以细化;
5)某铝合金再结晶温度为320°C,说明此合金在小于320°C只回 复,大于320°一定再结晶;
6)20钢熔点小于纯铁,故其再结晶温度也小于纯铁;
7)回复、再结晶及晶粒长大均为形核+长大,驱动力都是储存能; 8)金属变形量越大,越易出现晶界弓出形核;
9)晶粒正常长大是大晶粒吞食小晶粒,反常长大是小晶粒吞 食大晶粒;
10)合金中第二相粒子一般可阻碍再结晶,但促进晶粒长大; 11)再结晶织构是再结晶过程中被保留下来的变形织构; 12)再结晶是形核长大过程,所以也是一个相变过程。1.判断题(cont.)2.概念题: 名词辨析:
(1)再结晶与结晶、重结晶(2)滑移与孪生
(3)冷变形加工与热变形加工(4)去应力退火与再结晶退火
例1.已知Ag的临界分切应力为6MPa,外力沿 向,在 产生滑移的外力大小?
方
3:计算题
例2:已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的a-Fe的屈服强 度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm 的纯铁的屈服强度为多少?
例3:如图为Al-Cu(4wt%)合金在淬火并经150°C时效时屈服强 度随时间的变化。求该合金在时效达到最高强度时第二相平均距离(查表5.2(P170)知硬铝的剪切模量G=26.1GPa)
例4:Zn单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为45°,拉伸 后滑移方向与拉伸轴的夹角为30°,求拉伸后延伸率。
例5.知一个铜单晶体试样的外表面是(001)。假设晶体可
在各个滑移系滑移,讨论表面上可能看到的滑移线形貌(滑移线方位和彼此的夹角)。若晶体表面为(111)呢?解答:铜单晶体为fcc,滑移系为{111}。表面是(001),塑性变形时表面滑移线为{111}与{001}的交线,滑移线表现为平行或互相成90°夹角
4:简答题
例1.金属铸件能否通过再结晶退火达到细化晶粒的目的? 5:分析题 例1):沿HCP单晶体的[0001]方向分别加拉伸力和压缩力。说明在这两种情况下,形变的可能性及形变所采取的主要形式。解答:排六方金属的滑移面为(0001),而[0001]方向的力在滑移面上的分切应力为零,故单晶体不能滑移。拉伸时,单晶体可能产生的形变是弹性形变或随后的脆断;压缩时,在弹性形变后可能有孪生。例2)、工业纯铝在室温下经大变形量轧制成带材后,测得室温力学
性能为冷加工态的性能。查表得知:工业纯铝的再结晶温度T再=150℃,但若将上述工业纯铝薄带加热至100℃,保温16d后冷至室温再测其强度,发现强度明显降低,请解释其原因。
解答:查表所得工业纯铝的再结晶温度T再=150℃是指在1h退火完成再结晶的温度。实际上,除了退火温度外,保温时间也对再结晶过程产生影响。对经大冷变形后的金属材料,即使在退火,只要保温时间足够,同样可发生再结晶过程。
时进行
例3)灯泡中的钨丝在非常高的温度下工作,故会发生显著的晶粒长大。当形成横跨灯丝的大晶粒时,灯丝在某些情况下就变得很脆,并会在因加热与冷却时的热膨胀所造成的应力下发生破断。试找出一种能延长钨丝寿命的方法。
2)、用一冷拉钢丝绳将钢件吊入热处理炉内,由于操作失误未及时将钢丝绳取出,而是随同工件一起加热至860℃。保温一段 时间后打开炉门,吊出工件,钢丝绳发生断裂,试分析原因。3).今有工业纯钛、铝、铅等几种铸锭,试问应如何选择它们的开坯轧制温度?开坯后,如果将它们在室温(20℃)再进行轧制,它们的塑性孰好孰差?为什么?这些金属在室温下是否都可以连续轧制下去?如果不能,又应采取什么措施才能使之轧成很 薄的带材?
注:(1)钛的熔点为1672℃,在883℃以下为密排六方结构,α相;在883℃以上为体心立方结构,β相。(2)铝的熔点为660.37℃,面心立方结构;(3)铅的熔点为327.502℃,面心立方结构
解答要点:开坯轧制温度时要塑性好,故必须再结晶温度以上,依据工业纯金属起始再结晶温度与熔点之间关系: T再=(0.3~0.4)T熔取T再= 0.4T熔,故钛T再=0.4×(1672+273)=778K=505 ℃ 铝T再=0.4×(660+273)=373K=100 ℃ 铅T再=0.4×(327+273)=240K=-33 ℃
通常可以在此基础上增加100~200 ℃,故可以选择钛开坯轧制温 度900 ℃(此时为bcc结构)
铝开坯轧制温度200 ℃-300 ℃左右,铅开坯轧制温度为室温 开坯后,在室温(20℃)进行轧制,塑性铅好,铝次之,钛差,铅,铝在室温下可以连续轧制下去,钛不能,应采取再结晶退火才能 使之轧成很薄的带材 作业
如何区分冷、热加工?
1、简答
1)、用位错理论解释屈服现象、应变时效 2)、固溶强化的原因?
3)、金属强化的基本方法有哪些?
4)、试述一次再结晶和二次再结晶的驱动力。5)、什么是织构?形成原因是什么?
6)何谓临界变形度?为什么在冷、热变形加工时都要避开临界变形度?
7)金属塑性变形的基本方式有哪两种?主要方式是哪一种?试描述这种方式变形的特点是什么? 8)在常温下为什么细晶粒金属强度高,且塑性、韧性也好?试用多晶体塑性变形的特点予以解释。9)写出面心立方的滑移系
2.铝单晶体在室温时的临界分切应力为7.9×105Pa,若室温下对铝单晶试样作拉伸实验时,拉力轴为[123]方向,可能开动的滑移系为(-111)[101],求引起试样屈服所需要加的力。4.说明下列现象产生的原因:
(1)滑移面是原子密度最大的晶面,滑移方向是原子密度最大的晶向;(2)晶界处滑移的阻力最大;
(3)实际测得的晶体滑移所需要的临界分切应力比理论计算值小;(4)Zn、α-Fe、Al的塑性不同。
3、形变后的材料经过恒温退火,再结晶结束后继续保温以使晶粒 长大。当退火30分钟时测得晶粒的直径为23µm,对应的屈服强度为 112MPa;退火60分钟测得的屈服强度为103MPa;求退火90分钟材料 的屈服强度。(设完成再结晶所需要的时间及再结晶结束的晶粒尺 寸可忽略不计)
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