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中南大学材料科学基础课后习题答案回复

第一篇：中南大学材料科学基础课后习题答案回复一、室温下枪弹击穿一铜板和铅板，试分析长期保持后二板弹孔周围组织的变化及原因。解答：枪弹击穿为快速变形，可以视为冷加工，铜板和铅板再结晶温度分别为远高于室温和室温以下。故铜板可以视为冷加工，弹孔周围保持变形组织铅板弹孔周围为再结晶组织。四、试比较去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同？从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶？解答：去应力退火过程中，位错攀移与滑移后重新排列，高能态转变为低能态，动态回复过程是通过螺型位错的交滑移和刃型位错的攀移使得异号位错相互抵消，保持位错增殖率与消失率之间动态平衡。从显微组织上，静态回复可以看到清晰亚晶界，静态再结晶时形成等轴晶粒，动态回复形成胞状亚结构，动态再结晶时形成等轴晶，又形成位错缠结，比静态再结晶的晶粒细小。五、讨论在回复和再结晶阶段空位和位错的变化对金属的组织和性能所带来的影响。回复可分为低温回复、中温回复、高温回复。低温回复阶段主要是空位浓度明显降低。中温回复阶段由于位错运动会导致异号位错合并而相互抵消，位错密度有所降低，但降幅不大。所以力学性能只有很少恢复。高温回复的主要机制为多边化。多边化由于同号刃型位错的塞积而导致晶体点阵弯曲，通过刃型位错的攀移和滑移，使同号刃型位错沿垂直于滑移面的方向排列成小角度的亚晶界。此过程称为多边化。多晶体金属塑性变形时滑移通常是在许多互相交截的滑移面上进行，产生由缠结位错构成的胞状组织。因此，多边化后不仅所形成的亚晶粒小得多，而且许多亚晶界是由位错网组成的。对性能影响：去除残余应力，使冷变形的金属件在基本保持应变硬化状态的条件下，降低其内应力，以免变形或开裂，并改善工件的耐蚀性。再结晶是一种形核和长大的过程，靠原子的扩散进行。冷变形金属加热时组织与性能最显著的变化就是在再结晶阶段发生的。特点：a组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒；b力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧下降，应变硬化全部消除，恢复到变形前的状态c变形储能在再结晶过程中全部释放。三类应力（点阵畸变）变形储能在再结晶过程中全部释放。七、在生产中常常需要通过某些转变过程来控制金属的晶粒度。为了适应这一要求，希望建立一些计算晶粒度的公式。若令d代表转变完成后晶粒中心之间的距离，并假定试样中1/4转变量达95%作为转变完成的标准，则根据约翰逊-梅厄方程，符合下式：d=常数(G/N’)。式中，N’为形核率；G为生长率。设晶粒为立方体，求上式中的常数。解答：根据J-M方程及题意，有0.95＝1-exp[(-πN’G3t04)/3]，所以有ln0.05＝-（πN’G3t04）/3，所以t0=[9/πN’G3]1/4设再结晶完成后单位体积内晶粒数目为Nv，NV0式中，x为再结晶体积分数，取值为0－1.0，简化运算取平均值0.5，则再结晶后一个晶粒体积为1/Nv，而晶粒平均直径d∝（1/Nv）1/3，以k’代表晶粒体积形状系数，则Nvk’d3＝1，所以3191413N)]()4]331d[k(914N16G)()4]3d[k(16G八、一楔形板坯经过冷轧后得到厚度均匀的板材，如图，若将该板材加热到再结晶温度以上退火后，整个板材均发生再结晶。试问该板材的晶粒大小是否均匀？为什么？假若该板材加热到略高于再结晶温度退火，试问再结晶d1.15k(3(1x)Nt031914Ndt()()4t2N16G0G14)N先从哪一端开始？为什么？答：晶粒大小不均匀，随着楔子的进入，其变形度逐渐增大，其晶粒度大小随变形情况的变化如图所示，当变形量小时，晶粒仍保持原状，这是由于变形小，畸变能小，不足以引起再结晶，所以晶粒大小没有变化。当达到临界变形度时，得到特别大的晶粒，当超过这个临界变形度后，则变形越大，晶粒越细，当变形度达到一定程度后，再结晶晶粒基本保持不变，当变形度再大时，可能会出现二次结晶，导致晶粒重新粗化。变形越大，冷变形储存能量越高，越容易再结晶。因此，在较低温度退火，在较宽处先发生再结晶。九、如果把再结晶温度定义为1小时内能够有95%的体积发生转变的温度，它应该是形核率N‘和生长率G的函数。N‘与G都服从阿夫瑞米方程：N’=N0exp(-QN/kT)，G=G0exp(-QG/kT)。试由方程t0.95=*2.84/N’G3]1/4导出再结晶温度计算公式，式中只包含N0、G0、QG、QN等项，t0.95代表完成再结晶所需时间。解答：根据J-M方程及题意，有0.95＝1-exp[(-πN’G3t04)/3]，所以有t0.95=[2.84/N’G3]1/4或N’G＝k＝常数带入N’与G的表达式，N0G03exp[-(QN＋3QG）/RT再)]＝k可得到：T再＝