发布时间 : 星期五 文章材料科学基础A习题答案第5章[1]更新完毕开始阅读f32aeabc27d3240c8547ef3c
材料科学基础A习题
第五章 材料的变形与再结晶
1、某金属轴类零件在使用过程中发生了过量的弹性变形，为减小该零件的弹性变形，拟采取以下措施：
（1）增加该零件的轴径。 （2）通过热处理提高其屈服强度。 （3）用弹性模量更大的金属制作该零件。 问哪一种措施可解决该问题，为什么？
答：增加该零件的轴径，或用弹性模量更大的金属制作该零件。产生过量的弹性变形是因为该金属轴的刚度太低，增加该零件的轴径可减小其承受的应力，故可减小其弹性变形；用弹性模量更大的金属制作该零件可增加其抵抗弹性变形的能力，也可减小其弹性变形。
2、有铜、铝、铁三种金属，现无法通过实验或查阅资料直接获知他们的弹性模量，但关于这几种金属的其他各种数据可以查阅到。请通过查阅这几种金属的其他数据确定铜、铝、铁三种金属弹性模量大小的顺序（从大到小排列），并说明其理由。
答：金属的弹性模量主要取决于其原子间作用力，而熔点高低反映了原子间作用力的大小，因而可通过查阅这些金属的熔点高低来间接确定其弹性模量的大小。据熔点高低顺序，此几种金属的弹性模量从大到小依次为铁、铜、铝。
3、下图为两种合金A、B各自的交变加载-卸载应力应变曲线（分别为实线和虚线），试问那一种合金作为减振材料更为合适，为什么？
答：B合金作为减振材料更为合适。因为其应变滞后于应力的变化更为明显，交变加载-卸载应力应变回线包含的面积更大，即其对振动能的衰减更大。
4、对比晶体发生塑性变形时可以发生交滑移和不可以发生交滑移，哪一种情形下更易塑性变形，为什么？
答：发生交滑移时更易塑性变形。因为发生交滑移可使位错绕过障碍继续滑移，故更易塑性变形。
5、当一种单晶体分别以单滑移和多系滑移发生塑性变形时，其应力应变曲线如下图，问A、B中哪一条曲线为多系滑移变形曲线，为什么？
答：A曲线为多系滑移变形曲线。这是因为多
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σ B A ε 应
力 A B 应变
滑移可导致不同滑移面上的位错相遇，通过位错反应形成不动位错，或产生交割形成阻碍位错运动的割阶，从而阻碍位错滑移，因此其应力-应变曲线的加工硬化率较单滑移高。
6、为什么晶体通过滑移塑性变形时，滑移总是沿着晶体中的原子密排面和密排方向进行？
答：晶体中原子密排面之间的面间距最大，原子面之间的键合力最弱，而在原子密排面上沿原子密排方向原子偏离其平衡位置位移至相邻平衡位置的阻力最小，故晶体的滑移总是沿着晶体中的原子密排面和密排方向进行。
7、某金属板经过较大的冷轧塑性变形后，发现其力学性能出现各向异性，试问其原因为何？
答：其原因可能有二：一是形成了织构组织，二是沿变形方向出现了纤维组织。
8、某钢板经热轧后，发现其力学性能出现各向异性，试问其原因为何？又问分别沿金属板热轧变形伸长方向和垂直于该方向，金属板的力学性能有何特点？
答：这是因为沿轧制方向形成了流线。沿轧制金属板伸长方向拉伸强度高、塑性好，沿垂直于金属板伸长方向的剪切强度高、塑性较差。
9、为什么对于多晶材料，在其塑性变形时，其微观塑性变形不均匀？
答：这是因为在多晶体中，各晶粒的空间位向不同，使各晶粒相对于外加应力发生滑移变形的“软”、“硬”取向不同，导致各晶粒发生滑移变形的先后、变形量大小不同，从而使多晶材料的微观塑性变形不均匀。
10、细化晶粒对金属的屈服强度和塑性有何影响，为什么？
答：细化晶粒将提高金属的屈服强度，这是因为细化晶粒将增加可阻碍位错滑移的晶界的总面积，从而增大位错滑移的阻力，故提高金属的强度。细化晶粒可改善金属的塑性，这是因为细化晶粒可使微观塑性变形更为均匀，降低晶界处因位错塞积造成的应力集中，从而阻碍微观裂纹的萌生，延迟断裂的发生。
11、细化晶粒是否总能提高晶体的强度，为什么？
答：细化晶粒不一定总能提高晶体的强度。这是因为在高温下，晶界滑动是产生蠕变的重要机制，若细化晶粒则增加晶界总面积，此将促进蠕变的发生。
12、对于铝合金和镁合金，哪一个的塑性加工性能更好，为什么？
答：铝合金的塑性加工性能更好。因为铝合金为面心立方晶体结构，镁合金为密排六方晶体结构，由于面心立方晶体结构中的滑移系多于密排六方晶体结构，其塑性变形过程中，各晶粒之间变形的协调性更好，使得其塑性变形能力更强，故其塑性加工性能更好。
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13、某滑移面上一个位错源开动释放出的位错在晶界处形成位错塞积群对该位错源的开动有何影响，为什么？
答：该位错塞积群对位错源的开动具有阻碍作用。因为该位错塞积群中的位错与位错源释放出的位错都是同号位错，位错之间存在排斥力，故位错塞积群形成的应力场对位错源的开动具有阻碍作用。
14、何谓应变时效？
答：(见教材)
15、如相图所示，有两种成分不同的合金，问： （1）对于合金①和合金②，哪一种合金的强度更高，为什么？
（2）在合金①和合金②中，分别有哪几种强化机制在起作用？
答：合金②的强度更高。因为合金①为单一固溶体α，其中的强化机制为固溶强化，而合金②中除存在固溶体α外，还存在α与β形成的共析组织，共析组织具有细晶强化的作用，同时，在共析温度以下析出的α与β也产生第二相强化，因此使合金②中同时存在固溶
强化和细晶强化、第二相强化三种强化机制，故合金②的强度更高。
16、何谓加工硬化，其主要机制是什么？
答：随着塑性变形量的增加，材料强度不断提高的现象称为加工硬化。其主要机制有二：一是位错强化，二是塑性变形过程中，各变形晶粒逐渐从“软取向”转向“硬取向”，使得晶粒塑性变形更为困难。
17、为什么密排六方金属单晶的应力应变曲线第一阶段（易滑移阶段）较面心立方金属单晶的更长？
答：密排六方金属单晶中滑移系少，不易产生多系滑移，从而不易产生因不同滑移面上位错之间的交割和位错反应而形成的对位错滑移的阻碍，故其应力应变曲线第一阶段（易滑移阶段）较长。
18、获得细晶超塑性的基本必要条件是什么？
答：获得细晶超塑性的基本必要条件是：（1）变形必须在高温下进行；（2）变形必须以低的应变速率进行；（3）变形金属必须具有两相细晶组织。
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① ② ?γ+β β α+β γ+α α A B 19、单纯的孪生和扭折对晶体塑性变形量的贡献如何，其对塑性变形的延续有何意义？
答：单纯的孪生和扭折对塑性变形量的贡献不大，但其可改变晶体中晶粒的取向，使得原处于不利于塑性变形取向的晶粒转至利于塑性变形的取向，使得晶体的塑性变形得以延续。
20、为什么陶瓷材料塑性变形能力很差，且其拉伸强度远远低于其压缩强度？
答：由于陶瓷材料为离子键或共价键结合，导致其滑移系少、位错滑移阻力大，同时陶瓷材料的制备工艺导致其中存在微观裂纹，在受力时易在裂纹前端产生应力集中促进裂纹扩展，故陶瓷材料塑性变形能力很差。陶瓷材料的拉伸强度远远低于其压缩强度是因为拉应力会在陶瓷中微裂纹的前端产生强烈的应力集中，促进裂纹扩展，致使陶瓷提前断裂。而压应力则不会。
21、为提高高温合金的蠕变强度，从其成分设计上可采取什么样的措施，为什么？
答：为提高高温合金的蠕变强度，在合金成分设计上可采取加入高熔点元素的措施。因为高温下合金的原子扩散能力越强，越易发生蠕变。加入高熔点元素可提高原子扩散的激活能，阻碍原子的扩散，故可提高合金的蠕变强度。
22、作为电线使用的铜导线是通过冷拉拔而成形，问为什么在对铜线冷拉拔后要将其加热进行退火处理？
答：因为铜线经冷拉拔后，其中的点缺陷浓度高，此导致铜线导电性能下降。经退火处理后，铜线中点缺陷密度下降，导电性能可得到提高。
23、影响再结晶速率的主要因素有哪些？影响再结晶温度的主要因素有哪些？
答：（见教材）
24、在室温下，使一块金属板料从左至右发生不均匀塑性变形，即从左至右，塑性变形量逐渐增大。试问从左至右，金属板的硬度如何变化？经再结晶退火后，所形成的再结晶晶粒大小从左至右如何变化？为什么？
答：从左至右，金属板的硬度增大，因为随着从左至右塑性变形量逐渐增大，加工硬化增强。经再结晶退火后，所形成的再结晶晶粒大小从左至右逐渐减小，因为随着从左至右塑性变形量逐渐增大，金属板中的储存能增加，也即再结晶的驱动力增大，再结晶形核率增加，使再结晶晶粒尺寸减小。
25、晶粒长大和再结晶晶核长大的驱动力有何不同,为什么织构会阻碍晶粒的长大？
答：晶粒长大的驱动力为晶界能的降低，再结晶晶核长大的驱动力为储存能的降低。织构组织中各晶粒之间的位相差小，其晶界能相对于正常晶粒组织的晶界能较低，故使其晶界迁移率较低，从而阻碍晶粒的长大。
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