1、第五章 固体材料的塑性变形Chapter 5 Plastic Deformation作业 1：在面心立方晶体结构中，有一位错可以在(111) 和 1晶面上发生交滑移，请确定这个位错的伯氏矢量？Solution: 102ab作业 2：在面心立方晶体中有三个滑移系，假定在 Au晶体的100上施加 2MPa的拉伸应力，其临界分切应力是 0.91MPa。证明滑移不会在(111)晶面的三个滑移系上滑移？The three slip systems in the (111) plane are (111) , (111) , 100(111) . Because 100 , that is = , so
2、( resolred shear 101090stress in (111) ) is 0.Another two 4511045201cos360cs MPa91.086.322cos01 So：Measurable slip will not occur on any of the three slip systems in the (111) plane.作业 3.：在面心立方晶体中，沿 23方向施加 2 MPa的正应力。1滑移面是(111)，滑移方向是 01。请确定 临界分切应力 crTo solve this problem, we must find both cos and co
3、s. This can be done suing the vector dot product:Cos=167.0342123Cos = 5.20Solving equation for cR and substituting the data coscRgiven in the problem statement yields:cR=(2Mpa)(0.617)(0.756)=0.933Mpa作业 4：假定某面心立方晶体可以开动的滑移系为 011。试回答：1（1）给出引起滑移的单位位错得相应矢量，并说明之。（2）如果滑移是由纯刃位错引起的，试指出位错线的方向。（3）指出上述情况下，滑移时位错
4、线的运动方向。（4）假定在该滑移系上作用一大小为： 的切应力，试计26/107mN算单位刃型位错线的受力的大小和方向。（设晶格常数为 a=0.2nm）解：（1） 为滑移方向上的一个原子间距（大小） 。方向为滑移方b向，故 012a（2）位错线一定在滑移面上， （与法线相垂直） ，且垂直于 ，则b位错线方向与 垂直。1012lkU121hlV1121kW（3）滑移时位错线运动方向即为 方向b（4） 单位刃型位错受力大小，方向26107mN mNabf /101072.01 369226 b12011方向 位错线 方向 。b作业 5：若铜单晶可以在所有滑移系滑移，并且其表面平行于（001） ， 试
5、画出表面出现的滑移线痕迹，并确定滑移线之间的夹角。若铜单晶的表面平行于（111） ， 情况又如何？表面平行于（001）面 滑移线痕迹，夹角90表面平行于（111）面 夹角 60作业 6：铜单晶拉伸时，若力轴为001,临界分切应力值,问多大的拉伸应力能使晶体开始滑动？MPak4.0解：fcc，四个滑移面与(001)夹角相同，即 32160cos60每四个滑移面上的三条边中有一条与力轴垂直，分切应力为 0，而另外两条边共计 8 条边等级。 （即 8 个等级滑移系） ，其与力轴夹角为 45，即 ，则使晶体开始滑移的条件是cos245cos，k故 MPak 567.12364.023.cos 作业 7
6、： 拉伸铜单晶体时，若拉伸力轴的方向为001, 。Pa610求（111）面上柏氏矢量 的螺型位错线上所受的力（012ab） 。6.3.0nmaCu解：设外加拉应力在（111）滑移面上沿 晶向的分切应力为 ，01则 cos式中， 为001 与111夹角， 为001 与 夹角，01则 Pa561082.4130若螺型位错线上受的力为 Fd，则 mNbFd 495 103.1036.2108.4 作业 8：拉制半成品铜丝的过程如图所示，试画出不同阶段的组织与性能变化示意图。作业 9：试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。将退火低碳钢进行少量的塑性变形后卸载，然后立即加载，屈服现象不再出现。但是如果卸
7、载后，将试样在室温下放置较长时间或者稍微加热后，再进行拉伸就又可以观察到屈服现象，不过此时的屈服强度会有所提高，这种现象称为应变时效。低碳钢的应变时效可以用溶质原子与位错交互作用的柯垂尔（Cottrell）气团理论作出很好的解释。一般认为，在固溶体中，溶质或杂质原子在晶体中造成点阵畸变，溶质原子的应力场和位错应力场会发生交互作用，作用的结果是溶质原子将聚集在位错线附近，形成能量更低的溶质原子气团，即所谓的柯垂尔气团。将低碳钢试验拉伸产生少量预塑性变形，此时试样在外加应力的作用下使位错摆脱碳原子的钉扎，表现为屈服。若卸载后马上重新加载，短时间内碳原子来不及重新聚集在位错周围，所以继续加载时不会出
8、现屈服现象；当卸载后经历较长时间或短时加热后，碳原子又会通过扩散重新聚集到位错线附近而形成气团，所以继续进行拉伸时，又会出现屈服现象，并使强度和硬度升高，这就是应变时效产生的原因。作业 10：主要有几种合金强化方法？并解释其机制 1）细晶强化：通过增加晶粒数目，提高晶界对移动位错的阻碍作用，从而达到强化的效果。2）固溶强化：即将溶质原子溶入基体金属中，使基体金属产生点阵畸变，从而抑制位错源的活动以提高基体金属的强度。3）形变强化：即当晶体经过形变之后，使晶体内部的位错发生塞积或缠结，难以运动，从而达到强化基体的目的。4）第二相强化：即通过第二相粒子均匀弥散分布在基体上，阻止位错的运动或增加位错
9、运动的阻力，提高合金的强度。作业 11：.简述回复、再结晶与晶粒长大三者之间驱动力的异同点。1）回复过程的特征（1）组织不发生变化，仍保持变形伸长的晶粒形态；（2）变形引起的宏观（一类）应力全部消除，微观（二类）应力大部消除；（3）一般力学性能变化不大，硬度、强度仅稍有降低，塑性稍有提高；某些物理性能有较大变化，电阻率显著降低，密度增大。2） 再结晶过程的特征（1）组织发生变化，变形伸长的晶粒变为新的等轴晶粒；（2）力学性能发生急剧变化，硬度、强度急剧降低，塑性提高；恢复至变形前的状态；（3）变形储存能全部释放，点阵畸变（三类应力）全部消除，位错密度降低。3） 晶粒长大过程（1）晶粒长大；（2
10、）性能变化，如强度、塑性、韧性下降；（3）还可能出现再结晶织构等现象。作业 12：.用一冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随炉一起加热到 1000，加热完毕，当吊出工件时，钢丝发生断裂，试分析其原因。解：冷拉钢丝绳的加工过程是冷加工过程。由于加工硬化，使钢丝的强度、硬度升高，故承载能力高；当其被加热时，若温度超过了它的再结晶温度，会使钢丝绳产生再结晶，造成强度和硬度的降低，一旦外载超过其承载能力，就会发生断裂。作业 13： 将一契形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制，（1）画出此铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图；（2）如果在较低温度退火，何处发生再结晶？为什么？解： （1） 由于宽度不同，轧制后变形度不同，退火后晶粒大小便不同。最窄处，无变形，无再结晶；较窄处，临界变形度，晶粒粗大，随 ，晶粒更细。 很大时，出现结构。（2），E s，T R，故当 T 低时，最宽处先发生再结晶。退火后晶粒尺寸
