1、第五章固體材料的塑性變形Chapter 5 Plastic Deformati on作業(yè)1在面心立方晶體結(jié)構(gòu)中，有一位錯(cuò)可以在 （111）和111晶面上發(fā)生交滑移，請確定這個(gè)位錯(cuò)的伯氏矢量?Sobtion: 2110作業(yè)2:在面心立方晶體中有三個(gè)滑移系，假定在 Au晶體的100上施加2MPa的拉伸應(yīng)力，其臨界分切應(yīng)力是 0.91MPS。證明滑移不會(huì) 在(111)晶面的三個(gè)滑移系上滑移？The three slip systemsin the (111) plane are (111) 1011 (111) 110 (111) 011L Because100_ bn 】，that is ?= 9

2、0 , so ( resolred shear stress in (111)011» is 0.Another two 1=451ooL1o12 =451001- 110】cos 45"=cos60 332 =451001- 110】2 =451001- 110】So： Measurable slip will not occur on any of the three slip systems in the (111) plane.作業(yè)3.:在面心立方晶體中，沿123方向施加2 MPa的正應(yīng)力?；?移面是(111)，滑移方向是101。請確定 臨界分切應(yīng)力T crTo s

3、olve this problem, we must find both co© and cos© This can be done suing the vector dot product:0.756Solving equation cr 一 cos cos for tr and substituting the data given in the problem statement yields:TR=(2Mpa) x(0.617) (8.756)=0933Mpa作業(yè)4:假定某面心立方晶體可以開動(dòng)的滑移系為111 011。試回答：給出引起滑移的單位位錯(cuò)得相應(yīng)矢量，并說明

4、之。（與法線相垂直），且垂直于b，則(4)=7 iO6Nm2單位刃型位錯(cuò)受力大小，方向（2）如果滑移是由純?nèi)形诲e(cuò)引起的，試指出位錯(cuò)線的方向（3）指出上述情況下，滑移時(shí)位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向。（4） 假定在該滑移系上作用一大小為：7 106N/m2的切應(yīng)力，試計(jì)算 單位刃型位錯(cuò)線的受力的大小和方向。（設(shè)晶格常數(shù)為a=0.2nm）解：（1）b為滑移方向上的一個(gè)原子間距（大小）。方向?yàn)榛品较? 故b暑Oil 12（2）位錯(cuò)線一定在滑移面上， 位錯(cuò)線方向與Oillii垂直。U 二 k*2 - k?li V = li h? -120卜 2ii】-hikh2ki -（3）滑移時(shí)位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向即為f mb =7

5、 iO6 a . 02 i2 i2- 0.2 iO 7 iO6 N m 1 iON/m2 2方向位錯(cuò)線 方向/ b作業(yè)5:若銅單晶可以在所有滑移系滑移，并且其表面平行于（001）,試畫出表面出現(xiàn)的滑移線痕跡，并確定滑移線之間的夾角。若銅單晶的表面平行于（111），情況又如何？表面平行于（001）I滑移線痕跡，夾角90°表面平行于（夾角60 °作業(yè)6:銅單晶拉伸時(shí)，若力軸為001,臨界分切應(yīng)力值.k".64MPa,問多大的拉伸應(yīng)力能使晶體開始滑動(dòng)？解:fee，四個(gè)滑移面與（001）夾角相同,每四個(gè)滑移面上的三條邊中有一條與力軸垂直，分切應(yīng)力為0,而另外兩條邊共計(jì)8條

6、邊等級。（即8個(gè)等級滑移系），其與力軸夾角為45 ° '即cos45 =¥=cos，則使晶體開始滑移的條件是二 丁 cos cos】_ k ,故打一cos © cos 九0.643.2X32= 0.64、2=1.567MPa作業(yè)7:拉伸銅單晶體時(shí)，若拉伸力軸的方向?yàn)?01,二=106Pa。求（111）面上柏氏矢量廠尹1的螺型位錯(cuò)線上所受的力（aCu = 0.36nm = 3.6 ?）。解：設(shè)外加拉應(yīng)力在（111）滑移面上沿101晶向的分切應(yīng)力為.，貝 y .二:二 cos dos 式中，為001與111夾角，入為001與101夾角,= 4.0825 105

7、Pa若螺型位錯(cuò)線上受的力為Fd,/-2則 Fd= b =4.0825 1 05- 0.36 1 0=1.039 10, Nm2作業(yè)8:拉制半成品銅絲的過程如圖所示，試畫出不同階段的組織與性能變化示意圖作業(yè)9:試用位錯(cuò)理論解釋低碳鋼的應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。將退火低碳鋼進(jìn)行少量的塑性變形后卸載，然后立即加載，屈服現(xiàn)象不再出現(xiàn)。但是如果卸載后，將試樣在室溫下放置較長時(shí)間或 者稍微加熱后，再進(jìn)行拉伸就又可以觀察到屈服現(xiàn)象， 不過此時(shí)的屈 服強(qiáng)度會(huì)有所提高，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時(shí)效。低碳鋼的應(yīng)變時(shí)效可以用溶質(zhì)原子與位錯(cuò)交互作用的柯垂?fàn)枺–ottrell）氣團(tuán)理論作出很好的解釋。一般認(rèn)為，在固溶體中，溶 質(zhì)或雜質(zhì)原子

8、在晶體中造成點(diǎn)陣畸變， 溶質(zhì)原子的應(yīng)力場和位錯(cuò)應(yīng)力 場會(huì)發(fā)生交互作用， 作用的結(jié)果是溶質(zhì)原子將聚集在位錯(cuò)線附近， 形 成能量更低的溶質(zhì)原子氣團(tuán)，即所謂的柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)。將低碳鋼試驗(yàn)拉伸產(chǎn)生少量預(yù)塑性變形， 此時(shí)試樣在外加應(yīng)力的 作用下使位錯(cuò)擺脫碳原子的釘扎， 表現(xiàn)為屈服。 若卸載后馬上重新加 載，短時(shí)間內(nèi)碳原子來不及重新聚集在位錯(cuò)周圍， 所以繼續(xù)加載時(shí)不 會(huì)出現(xiàn)屈服現(xiàn)象； 當(dāng)卸載后經(jīng)歷較長時(shí)間或短時(shí)加熱后， 碳原子又會(huì) 通過擴(kuò)散重新聚集到位錯(cuò)線附近而形成氣團(tuán)，所以繼續(xù)進(jìn)行拉伸時(shí)， 又會(huì)出現(xiàn)屈服現(xiàn)象， 并使強(qiáng)度和硬度升高， 這就是應(yīng)變時(shí)效產(chǎn)生的原 因。作業(yè) 10：主要有幾種合金強(qiáng)化方法？并解釋其機(jī)制

9、1）細(xì)晶強(qiáng)化：通過增加晶粒數(shù)目，提高晶界對移動(dòng)位錯(cuò)的阻礙作 用，從而達(dá)到強(qiáng)化的效果。2）固溶強(qiáng)化：即將溶質(zhì)原子溶入基體金屬中，使基體金屬產(chǎn)生點(diǎn) 陣畸變，從而抑制位錯(cuò)源的活動(dòng)以提高基體金屬的強(qiáng)度。3）形變強(qiáng)化：即當(dāng)晶體經(jīng)過形變之后，使晶體內(nèi)部的位錯(cuò)發(fā)生塞 積或纏結(jié)，難以運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到強(qiáng)化基體的目的。4）第二相強(qiáng)化：即通過第二相粒子均勻彌散分布在基體上，阻止 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)或增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，提高合金的強(qiáng)度 作業(yè) 11：. 簡述回復(fù)、再結(jié)晶與晶粒長大三者之間驅(qū)動(dòng)力的異同點(diǎn)1）回復(fù)過程的特征（1）組織不發(fā)生變化，仍保持變形伸長的晶粒形態(tài)；（ 2）變形引起的宏觀（一類）應(yīng)力全部消除，微觀（二類）應(yīng)力大

10、部消除；（ 3）一般力學(xué)性能變化不大，硬度、強(qiáng)度僅稍有降低，塑性稍有提 高；某些物理性能有較大變化，電阻率顯著降低，密度增大。2）再結(jié)晶過程的特征（1）組織發(fā)生變化，變形伸長的晶粒變?yōu)樾碌牡容S晶粒；（2）力學(xué)性能發(fā)生急劇變化，硬度、強(qiáng)度急劇降低，塑性提高；恢 復(fù)至變形前的狀態(tài)；（3）變形儲(chǔ)存能全部釋放，點(diǎn)陣畸變（三類應(yīng)力）全部消除，位錯(cuò) 密度降低。3）晶粒長大過程（1）晶粒長大；（2）性能變化，如強(qiáng)度、塑性、韌性下降；（3）還可能出現(xiàn)再結(jié)晶織構(gòu)等現(xiàn)象。作業(yè) 12：. 用一冷拉鋼絲繩吊裝一大型工件入爐，并隨爐一起加熱到1000C，加熱完畢，當(dāng)?shù)醭龉ぜr(shí)，鋼絲發(fā)生斷裂，試分析其原因。解：冷拉鋼絲繩

11、的加工過程是冷加工過程。 由于加工硬化，使鋼絲的強(qiáng)度、硬度升高，故承載能力高；當(dāng)其被加熱時(shí)，若溫度超過了 它的再結(jié)晶溫度，會(huì)使鋼絲繩產(chǎn)生再結(jié)晶，造成強(qiáng)度和硬度的降低， 一旦外載超過其承載能力，就會(huì)發(fā)生斷裂。作業(yè)13:將 契形銅片置于間距恒定的兩軋輥間軋制，(1) 畫出此銅片經(jīng)完全再結(jié)晶后晶粒大小沿片長方向變化的示意圖;(2) 如果在較低溫度退火，何處發(fā)生再結(jié)晶？為什么？解：(1)由于寬度不同，軋制后變形度不同，退火后晶粒大小便 不同。最窄處，無變形，無再結(jié)晶；較窄處，臨界變形度，晶粒粗大，隨£，晶粒更細(xì)。E很大時(shí)，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)(2) £,Esf, Tr J,故當(dāng)T低時(shí)，最寬處先發(fā)生再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶