高等金属学期末作业.docx

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1、1．位错在金属晶体中运动可能受到哪些阻力? 答：晶体点阵阻力，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，弥散的第二相对位错运动造成的阻力（沉淀相颗粒和晶体晶格错配应力场产生的阻力），相界对位错的阻力，自由表面对位错的作用。2.合金体系中存在不同的球状沉淀粒子时，如果在一定温度下保温，则小粒子溶解，大粒子长大，其驱动力是什么？小粒子是如何溶解，大粒子又是如何长大？粒子平均半径如何随时间变化？答：粗化过程驱动力是界面能的降低。当沉淀相越小，其中每个原子分到的界面能越多，化学势越高，与它处于平衡的母相中的溶质原子浓度越高，

2、即c（r2）>c(r1)。由此可见，在大粒子r1和小粒子r2之间的基体中存在浓度梯度，因此必然有一个扩散流，在浓度梯度的作用下，大粒子通过吸收基体中的溶质而不断长大，小粒子则要不断溶解、收缩，放出溶质原子来维持这个扩散流。所以出现了大粒子长大、小粒子溶解的现象。粒子长大速度：母相溶质原子扩散：新相长大速度：求解：u粒子长大速度讨论①r<时，dr/dt<0,半径小于的粒子溶解。②r>时，dr/dt>0,半径大于的粒子长大。③r=2时，dr/dt为最大值,粒子长大速度最快。④粗化过程中，小粒子溶解，大粒子长大，粒子总数减小，增加。小粒子溶解更快

3、。温度T升高，扩散系数D增大，使dr/dt增大。所以当温度升高，大粒子长大更快， 小粒子溶解更快。3．4．5.（1）用塑性变形位错理论说明金属材料的晶粒越细小，其强度越高原因。（2）应用位错理论导出金属材料宏观屈服强度σs与晶粒直径d之间的关系。（3）结合工程实际应用举3例说明细化金属材料晶粒的方法及工艺原理。（1）粗大晶粒晶界处塞积位错数目多，形成较大的应力场能够使相邻晶粒内的位错源启动，使变形继续；相反，细小晶粒的晶界处塞积的位错数目少，要使变形继续，须施加更大的外部作用力，从而体现了细晶对材料强化的作用。（2）位错在晶界塞积应力场造成

4、临近晶粒变形位错塞积条数n塞积位错集中切应力τp设晶界相邻晶粒位错开动所需切应力τg由集中应力τp提供，此时若已引起晶粒全面滑移，外加切应力达到临近切应力，则：令则用拉应力表示则为：（3）（1）结晶过程中的晶粒细化：提高结晶过冷度；机械振动；加入形核剂（也称孕育剂、变质剂）；降低浇注温度、采用金属铸型；铸铁、铸造铝合金变质处理孕育处理；连铸连轧（2）变形加工过程中的晶粒细化：冷加工变形量、再结晶退火温度、加热速度；热加工中的晶粒细化。采用低的变形终止温度、大的最终变形量、快的冷却速度获得细小晶粒。（3）热处理过程中的晶粒细化：加热温度、加热

5、时间控制；加热方法选取（感应加热、三束加热）；采用循环加热及奥氏体逆相变方法；形变热处理；冷却过程中的晶粒控制（钢的正火处理）6．用马氏体相变理论说明（1）钢中马氏体具有高强度原因（2）马氏体相变产生形状记忆效应原因及条件（3）马氏体相变增韧（4）马氏体相变诱导塑性。答（1）马氏体转变时，在晶格内造成晶格缺陷密度很高的亚结构，如板条马氏体中高密度的位错、片状马氏体中的孪晶等，这些缺陷都阻碍位错的运动，使得马氏体强化。这就是相变强化。（2）形状记忆效应被记忆的是母相的形状。只有逆转变使形变完全消除时才能看到合金的记忆效应。马氏体同母相间界面的

6、移动体现为马氏体本身的长大和收缩，两者均以相界移动的方式产生形变，这种界面的反向移动容易实现原来位相的完全恢复，而产生形状记忆效应。条件：应力诱发马氏体的逆转变滞后，以至当外加应力降低至零时，仍不能完全逆转变，这时剩余的马氏体可通过加热使之逐渐发生逆转变，使宏观应变恢复。（3）ZrO2四方相向ZrO2单斜相转变是马氏体相变，具有明显的应力诱发特征。通过合金化或减小粒子尺寸，使Ms点降低或低至室温，存在于基体相中的亚稳四方相ZrO2颗粒受裂纹前端应力诱发向单斜相的ZrO2转变。其体积膨胀吸收了主裂纹扩展的能量，提高断裂韧性。（4）在一些高强度

7、亚稳奥氏体钢中，马氏体相变使塑性增加。这是由于单向拉压等应力状态促使马氏体相变，母相奥氏体变形增加马氏体形核位置，应力诱发与应变诱发马氏体，使转变在Ms~Md拉伸过程形成，可防止颈缩。7.请举三例说明提高金属材料强韧性的研究方向。答：1.马氏体与奥氏体复合组织采用适当方法控制残留奥氏体稳定性，使残留奥氏体在回火时不分解，而在塑性变形诱导下转变为马氏体，形成马氏体与奥氏体复合组织，既保留了马氏体的高强度有保留了奥氏体的韧塑性，可大幅提高钢的塑性和韧性。2.纳米孪晶结构能够显著提高材料的强度而不损失其塑性与韧性：纳米孪晶材料的高强度、高塑性和高

8、加工硬化能力均源于位错与高密度孪晶界面的有效交互作用。塑性变形时，随孪晶片层减小，孪晶内部可塞积位错数量减少，位错穿过孪晶界所需外力强化材料。同时，位错与孪晶界反应在孪晶界上形成