塑性加工课后习题答案Word文件下载.docx
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发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提高了形核率,
细化晶粒,这种处理方法即为变质处理。
变质剂:
在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
常见金属晶体结构:
体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格;
mg、zn属于密排六方晶格;
3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题?
用来说明晶体中原子排列的紧密程度。
晶体中配位数和致密度越大,则晶体中原子
排列越紧密。
4.晶面指数和晶向指数有什么不同?
晶向是指晶格中各种原子列的位向,用晶向指数来表示,形式为?
uvw?
;
晶面是指晶
格中不同方位上的原子面,用晶面指数来表示,形式为?
hkl?
。
5.实际晶体中的点缺陷,线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响?
如果金属中无晶体缺陷时,通过理论计算具有极高的强度,随着晶体中缺陷的增加,
金属的强度迅速下降,当缺陷增加到一定值后,金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。
因此,无论点缺陷,线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变,从而使晶体强度增加。
同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻,降低金属的抗腐蚀性能。
6.为何单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示出各向异性?
因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同,造成原子间结合力不同,因而表现出
各向异性;
而多晶体是由很多个单晶体所组成,它在各个方向上的力相互抵消平衡,因而表现各向同性。
7.过冷度与冷却速度有何关系?
它对金属结晶过程有何影响?
对铸件晶粒大小有何影响?
①冷却速度越大,则过冷度也越大。
②随着冷却速度的增大,则晶体内形核率和长
8.金属结晶的基本规律是什么?
晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响?
①金属结晶的基本规律是形核和核长大。
②受到过冷度的影响,随着过冷度的增大,晶核的形成率和成长率都增大,但形成率的增长比成长率的增长快;
同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。
9.在铸造生产中,采用哪些措施控制晶粒大小?
在生产中如何应用变质处理?
①采用的方法:
变质处理,钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来
控制晶粒大小。
②变质处理:
在液态金属结晶前,特意加入某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提高了形核率,细化晶粒。
③机械振动、搅拌。
第二章金属的塑性变形与再结晶
1.解释下列名词:
加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。
加工硬化:
随着塑性变形的增加,金属的强度、硬度迅速增加;
塑性、韧性迅速下
降的现象。
回复:
为了消除金属的加工硬化现象,将变形金属加热到某一温度,以使其组织和
性能发生变化。
在加热温度较低时,原子的活动能力不大,这时金属的晶粒
大小和形状没有明显的变化,只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移
等变化,因此,这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大,而只是
使内应力及电阻率等性能显著降低。
此阶段为回复阶段。
再结晶:
被加热到较高的温度时,原子也具有较大的活动能力,使晶粒的外形开始
变化。
从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。
和变形前的晶粒形状相似,
晶格类型相同,把这一阶段称为“再结晶”。
热加工:
将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。
冷加工:
在再结晶温度以下进行的压力加工。
2.产生加工硬化的原因是什么?
加工硬化在金属加工中有什么利弊?
①随着变形的增加,晶粒逐渐被拉长,直至破碎,这样使各晶粒都破碎成细碎的亚
晶粒,变形愈大,晶粒破碎的程度愈大,这样使位错密度显著增加;
同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。
因此,随着变形量的增加,由于晶粒破碎和位错密度的增加,金属的塑性变形抗力将迅速增大,即强度和硬度显著提高,而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。
②金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难,如钢板在冷轧过程中会越轧越硬,以致最后轧不动。
另一方面人们可以利用加工硬化现象,来提高金属强度和硬度,如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。
加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。
如冷拉钢丝拉过模孔的部分,由于发生了加工硬化,不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分,这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。
3.划分冷加工和热加工的主要条件是什么?
主要是再结晶温度。
在再结晶温度以下进行的压力加工为冷加工,产生加工硬化现
象;
反之为热加工,产生的加工硬化现象被再结晶所消除。
4.与冷加工比较,热加工给金属件带来的益处有哪些?
(1)通过热加工,可使铸态金属中的气孔焊合,从而使其致密度得以提高。
(2)通过热加工,可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎,从而使晶粒细化,机械性能
提高。
(3)通过热加工,可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变,使它们沿
着变形的方向细碎拉长,形成热压力加工“纤维组织”(流线),使纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向。
如果合理利用热加工流线,尽量使流线与零件工作时承受的最大拉应力方向一致,而与外加切应力或冲击力相垂直,可提高零件使用寿命。
5.为什么细晶粒钢强度高,塑性,韧性也好?
晶界是阻碍位错运动的,而各晶粒位向不同,互相约束,也阻碍晶粒的变形。
因此,
金属的晶粒愈细,其晶界总面积愈大,每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多,对塑性变形的抗力也愈大。
因此,金属的晶粒愈细强度愈高。
同时晶粒愈细,金属单位体积中的晶粒数便越多,变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发生,产生较均匀的变形,而不致造成局部的应力集中,引起裂纹的过早产生和发展。
因此,塑性,韧性也越好。
6.金属经冷塑性变形后,组织和性能发生什么变化?
①晶粒沿变形方向拉长,性能趋于各向异性,如纵向的强度和塑性远大于横向等;
②晶粒破碎,位错密度增加,产生加工硬化,即随着变形量的增加,强度和硬度显著提高,而塑性和韧性下降;
③织构现象的产生,即随着变形的发生,不仅金属中的晶粒会被破碎拉长,而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动,转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致,产生织构现象;
④冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀,金
【篇二:
金属塑性成型原理部分课后习题答案俞汉清主编】
属的塑性?
什么是塑性成形?
塑性成形有何特点?
塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力;
塑性变形----当作用在物体上的外力取消后,物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形;
塑性成形----金属材料在一定的外力作用下,利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能
的加工方法,也称塑性加工或压力加工;
塑性成形的特点:
①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高
2.试述塑性成形的一般分类。
Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类
1)块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。
可分为一次成型和二次加工。
一次加工:
①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形,以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。
分纵轧、横轧、斜轧;
用于生产型材、板材和管材。
②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力,将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形,以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。
分正挤压、反挤压和复合挤压;
适于(低塑性的)型材、管材和零件。
③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力,将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形,以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。
生产棒材、管材和线材。
二次加工:
①自由锻----是在锻锤或水压机上,利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形
状和尺寸的加工方法。
精度低,生产率不高,用于单件小批量或大锻件。
②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形,从
而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。
分开式模锻和闭式模锻。
2)板料成型一般称为冲压。
分为分离工序和成形工序。
分离工序:
用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离,如冲裁、剪切等工序;
成型工序:
用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形,成为具有要求形状和尺寸的零件,如弯曲、拉深等工序。
Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。
第二章
3.试分析多晶体塑性变形的特点。
1)各晶粒变形的不同时性。
不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。
2)各晶粒变形的相互协调性。
晶粒之间的连续性决定,还要求每个晶粒进行多系滑移;
每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。
3)晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。
add:
4)滑移的传递,必须激发相邻晶粒的位错源。
5)多晶体的变形抗力比单晶体大,变形更不均匀。
6)塑性变形时,导致一些物理,化学性能的变化。
7)时间性。
hcp系的多晶体金属与单晶体比较,前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率,而在立方晶系金属中,多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。
4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。
①晶粒越细,变形抗力越大。
晶粒的大小决定位错塞积群应力场到晶内位错源的距离,而这个距离又影响位错的数目n。
晶粒越大,这个距离就越大,位错开动的时间就越长,n也就越大。
n越大,应力场就越强,滑移就越容易从一个晶粒转移到另一个晶粒。
②晶粒越细小,金属的塑性就越好。
a.一定体积,晶粒越细,晶粒数目越多,塑性变形时位向有利的晶粒也越多,变形能较均匀的分散到各个晶粒上;
b.从每个晶粒的应力分布来看,细晶粒是晶界的影响区域相对加大,使得晶粒心部的应变与晶界处的应变差异减小。
这种不均匀性减小了,内应力的分布较均匀,因而金属断裂前能承受的塑性变形量就更大。
5.什么叫加工硬化?
产生加工硬化的原因是什么?
加工硬化对塑性加工生产有何利弊?
加工硬化----随着金属变形程度的增加,其强度、硬度增加,而塑性、韧性降低的现象。
加工硬化的成因与位错的交互作用有关。
随着塑性变形的进行,位错密度不断增加,位错反应和相互交割加剧,结果产生固定割阶、位错缠结等障碍,以致形成胞状亚结构,使位错难以越过这些障碍而被限制在一定范围内运动。
这样,要是金属继续变形,就需要不断增加外力,才能克服位错间强大的交互作用力。
加工硬化对塑性加工生产的利弊:
有利的一面:
可作为一种强化金属的手段,一些不能用热处理方法强化的金属材料,可应用加工硬化的方法来强化,以提高金属的承载能力。
如大型发电机上的护环零件(多用高锰奥氏体无磁钢锻制)。
不利的一面:
①由于加工硬化后,金属的屈服强度提高,要求进行塑性加工的设备能力增加;
②由于塑性的下降,使得金属继续塑性变形困难,所以不得不增加中间退火工艺,
从而降低了生产率,提高了生产成本。
6.什么是动态回复?
为什么说动态回复是热塑性变形的主要软化机制?
动态回复是在热塑性变形过程中发生的回复(自发地向自由能低的方向转变的过程)。
动态回复是热塑性变形的主要软化机制,是因为:
①动态回复是高层错能金属热变形过程中唯一的软化机制。
动态回复是主要是通过位错的攀移、交滑移等实现的。
对于层错能高的金属,变形时扩展位错的宽度窄,集束容易,位错的交滑移和攀移容易进行,位错容易在滑移面间转移,而使异号位错相互抵消,结果使位错密度下降,畸变能降低,不足以达到动态结晶所需的能量水平。
因为这类金属在热塑性变形过程中,即使变形程度很大,变形温度远高于静态再结晶温度,也只发生动态回复,而不发生动态再结晶。
②在低层错能的金属热变形过程中,动态回复虽然不充分,但也随时在进行,畸变能也随时在释放,因而只有当变形程度远远高于静态回复所需要的临界变形程度时,畸变能差才能积累到再结晶所需的水平,动态再结晶才能启动,否则也只能发生动态回复。
动态再结晶容易发生在层错能较低的金属,且当热加工变形量很大时。
这是因为层错能低,其扩展位错宽度就大,集束成特征位错困难,不易进行位错的交滑移和攀移;
而已知动态回复主要是通过位错的交滑移和攀移来完成的,这就意味着这类材料动态回复的速率和程度都很低(应该说不足),材料中的一些局部区域会积累足够高的位错密度差(畸变能差),且由于动态回复的不充分,所形成的胞状亚组织的尺寸小、边界不规整,胞壁还有较多的位错缠结,这种不完整的亚组织正好有利于再结晶形核,所有这些都有利于动态再结晶的发生。
需要更大的变形量上面已经提到了。
7.什么是动态再结晶?
影响动态再结晶的主要因素有哪些?
动态再结晶是在热塑性变形过程中发生的再结晶。
动态再结晶和静态再结晶基本一样,也会是通过
形核与长大来完成,其机理也是大角度晶界(或亚晶界)想高位错密度区域的迁移。
动态再结晶的能力除了与金属的层错能高低(层错能越低,热加工变形量很大时,容易出现动态再结晶)有关外,还与晶界的迁移难易有关。
金属越存,发生动态再结晶的能力越强。
当溶质原子固溶于金属基体中时,会严重阻碍晶界的迁移、从而减慢动态再结晶的德速率。
弥散的第二相粒子能阻碍晶界的移动,所以会遏制动态再结晶的进行。
9.钢锭经过热加工变形后其组织和性能发生了什么变化?
(参见p27-31)
①改善晶粒组织②锻合内部缺陷③破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布④形成纤维组织⑤改善偏析
10.冷变形金属和热变形金属的纤维组织有何不同?
冷变形中的纤维组织:
轧制变形时,原来等轴的晶粒沿延伸方向伸长。
若变形程度很大,则晶粒呈现为一片纤维状的条纹,称为纤维组织。
当金属中有夹杂或第二相是,则它们会沿变形方向拉成细带状(对塑性杂质而言)或粉碎成链状(对脆性杂质而言),这时在光学显微镜下会很难分辨出晶粒和杂质。
在热塑性变形过程中,随着变形程度的增大,钢锭内部粗大的树枝状晶逐渐沿主变形方向伸长,与此同时,晶间富集的杂质和非金属夹杂物的走向也逐渐与主变形方向一致,其中脆性夹杂物(如氧化物,氮化物和部分硅酸盐等)被破碎呈链状分布;
而苏醒夹杂物(如硫化物和多数硅酸盐等)则被拉长呈条状、线状或薄片状。
于是在磨面腐蚀的试样上便可以看到顺主变形方向上一条条断断续续的细线,称为“流线”,具有流线的组织就称为“纤维组织”。
在热塑性加工中,由于再结晶的结果,被拉长的晶粒变成细小的等轴晶,而纤维组织却被很稳定的保留下来直至室温。
所以与冷变形时由于晶粒被拉长而形成的纤维组织是不同的。
12.什么是细晶超塑性?
什么是相变超塑性?
①细晶超塑性它是在一定的恒温下,在应变速率和晶粒度都满足要求的条件下所
【篇三:
材料成型基本原理课后答案】
>
简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。
滑移是指晶体在外力的作用下,晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对移动或切变。
滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。
孪生变形时,需要达到一定的临界切应力值方可发生。
在多晶体内,孪生变形是极其次要的一种补充变形方式。
设有一简单立方结构的双晶体,如图13-34所示,如果该金属的滑移
系是{100}100,试问在应力作用下,该双晶体中哪一个晶体首先发
生滑移?
为什么?
晶体Ⅰ首先发生滑移,因为Ⅰ受力的方向接近软取向,
而Ⅱ接近硬取向。
试分析多晶体塑性变形的特点。
①多晶体塑性变形体现了各晶粒变形的不同时性。
②多晶体金属的塑性变形还体现出晶粒间变形的相互协调性。
③多晶体变形的另一个特点还表现出变形的不均匀性。
④多晶体的晶粒越细,单位体积内晶界越多,塑性变形的抗力大,金属的强度高。
金属的塑性越好。
4.晶粒大小对金属塑性和变形抗力有何影响?
晶粒越细,单位体积内晶界越多,塑性变形的抗力大,金属的强度高。
5.合金的塑性变形有何特点?
合金组织有单相固溶体合金、两相或多相合金两大类,它们的塑性变形的特点不相同。
单相固溶体合金的塑性变形是滑移和孪生,变形时主要受固溶强化作用,
多相合金的塑性变形的特点:
多相合金除基体相外,还有其它相存在,呈两相或多相合金,合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形状、大小和分布的形态。
但从变形的机理来说,仍然是滑移和孪生。
根据第二相又分为聚合型和弥散型,第二相粒子的尺寸与基体相晶粒尺寸属于同一数量级时,称为聚合型两相合金,只有当第二相为较强相时,才能对合金起到强化作用,当发生塑性变形时,首先在较弱的相中发生。
当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相时,称为弥散型两相合金,这种弥散型粒子能阻碍位错的运动,对金属产生显著的强化作用,粒子越细,弥散分布越均匀,强化的效果越好。
6.冷塑性变形对金属组织和性能有何影响?
对组织结构的影响:
晶粒内部出现滑移带和孪生带;
晶粒的形状发生变化:
随变形程度的增加,等轴晶沿变形方向逐步伸长,当变形量很大时,晶粒组织成纤维状;
晶粒的位向发生改变:
晶粒在变形的同时,也发生转动,从而使得各晶粒的取向逐渐趋于一致(择优取向),从而形成变形织构。
对金属性能的影响:
塑性变形改变了金属内部的组织结构,因而改变了金属的力学性能。
随着变形程度的增加,金属的强度、硬度增加,而塑性和韧性相应下降。
即产生了加工硬化。
7.产生加工硬化的原因是什么?
它对金属的塑性和塑性加工有何影响?
在常温状态下,金属的流动应力随变形程度的增加而上升。
为了使变形继续下去,就需要增加变形外力或变形功。
这种现象称为加工硬化。
加工硬化产生的原因主要是由于塑性变形引起位错密度增大,导致位错之间交互作用增强,大量形成缠结、不动位错等障碍,形成高密度的“位错林”,使其余位错运动阻力增大,于是塑性变形抗力提高。
8.什么是动态回复?
动态回复对金属热塑性变形的主要软化机制是什么?
动态回复是层错能高的金属热变形过程中唯一的软化机制。
对于层错能高的金属,变形位错的交滑移和攀移比较容易进行,位错容易在滑移面间转移,使
异号位错互相抵消,其结果是位错密度下降,畸变能降低,达不到动态再结晶所需的能量水平。
9.什么是动态再结晶?
在热塑性变形过程中,层错能低的金属在变形量很大时,当加热升温时,原子具有相当的扩散能力,变形后的金属自发地向低自由能状态转变,称为动态再结晶。
影响动态再结晶的主要因素有:
金属的层错能高低,晶界迁移的难易程度有关。
10.什么是扩散性蠕变?
它的作用机理是什么?
扩散蠕变是在应力场作用下,由空位的定向移动引起的。
它的作用机理是在一定温度下,晶体中总存在一定数量的空位。
显然,空位旁边的原子容易跳入空位,相应地在原子占据的结点上出现新的空位,相当于空位朝原子迁移的相反方向迁移。
在应力场作用下,受拉应力的晶界的空
位浓度高于其它部位的晶界,由于各部位空位的化学势能差,而引起空位的定向转移,即空位从垂直于拉应力的晶界析出,而被平行于拉应力的晶界所吸收。
11.钢锭经热加工变形后的组织和性能发生什么变化?
组织和性能发生什么变化:
①改善晶粒组织②锻合内部缺陷③形成纤维状组织④.改善碳化物和夹杂物分布⑤改善偏析。
12.杂质元素和合金元素对钢的塑性有何影响?
杂质元素,如p、s、n、h、o等,合金元素si、mn、cr、ni、w、mo、v、ti等。
对金属塑性的影响主要表现为:
①碳碳对碳钢性能的影响最大。
碳能固溶于铁,形成铁素体和奥氏体,它们具有良好的塑性。
当铁中的碳含量超过其溶碳能力时,多余的碳便以渗碳体fe3c形式出现,它具有很高的硬度,而塑性几乎为零。
②磷磷是钢中的有害杂质,在钢中有很大的溶解度,易溶于铁素体,使钢的塑性降低,在低温时更为严重,这种现象称为冷脆性。
此外,磷具有极大的偏析倾向,能促使奥氏体晶粒长大。
③硫硫是钢中的有害物质,主要与铁形成fes,fes与铁形成易熔共晶体fe-fes,产生“热脆”现象。
④氮氮在钢中主要以氮化物fe4n形式存在。
在300oc左右加工,会出现所谓的“蓝脆”现象。
⑤氢、氧氧在钢中溶解度很小,主要以fe3o4、al2o3和sio2等夹杂物出现,降低钢的塑性;
fe3o4还与fes形成易熔共晶体,分布于晶界处,造成钢的热脆性。
钢中溶氢,会使钢的塑性、韧性下降,造成所谓“氢脆”。
⑥锰作用之一是显著提高铁素体强度;
作用之二是脱硫,锰与硫化合生成mns,以消除fes的热脆现象。
⑦锡、铋、铅、锑、砷这几种低熔点合金元素在钢中的溶解度很低,它们在钢中以纯金属相存在于晶界,易造成钢的热脆性。
⑧稀土元素钢中加入少量稀土元素可以改善钢的塑性,但加入过量的稀土元素会在晶界处析出,反而会降低塑性。
13.组织状态、变形温度应变速率对金属塑性有何影响?
组织状态状态对金属塑性的影响:
当金属材料的化学成分一定时,组织状态的不同,对金属的塑性有很大影响。
⑴晶格类型的影响,面心立方(滑移系12个)的金属塑性最好;
体心立方晶格(滑移系12个)塑性次之,密排六方晶格的金属塑性更差。
⑵晶粒度的影响,晶粒度越小,塑性越高,晶粒度均匀的塑性好,晶粒大小相差悬殊的多晶体,各晶粒间的变形难易程度不同,造成变形和应力分布不均匀,所以塑性降低。
⑶相组成的影响,当合金元素以单相固溶体形式存在时,金属的塑性较高;
当合金元素以过剩相存在时,塑性较低。
⑷铸造组成的影响,铸造组织具有粗大的柱状晶粒,具有偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷,因而塑性较差。
变形温度对金属塑性的影响:
对大多少金属而言,总的趋势是随着温度升高,塑性增加。
但是这种增加并不是线性的,在加热的某些温度区间,由于相态或晶界状态的变化而出现脆性区,使金属的塑性降低。
(蓝脆区和热脆区)
应变速率对金属塑性的影响:
应变速率可以理解成变形速度,提高应变速率,没有足够的时间进行回复或再结晶,对金属的软化过程不能充分体现,使金属塑性降低。
但提高应变速率,在一定程度
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