笫5章　材料的形變和再結(jié)晶

一、選擇題

1．細(xì)化金屬材料的晶粒尺寸，其室溫下的力學(xué)性能將出現(xiàn)（　　）。[華中科技大學(xué)2006研]

A．強(qiáng)度提高韌性提高

B．強(qiáng)度提高韌性下降

C．強(qiáng)度下降韌性提高

【答案】A

2．不易產(chǎn)生交滑移的晶體結(jié)構(gòu)為（　　）。[上海交通大學(xué)2006研]

A．密排六方　 

B．體心立方　 

C．面心立方

【答案】A

3．若欲通過形變和再結(jié)晶方法獲得細(xì)晶粒組織，應(yīng)該避免（　　）。[東南大學(xué)2006研]

A．在臨界形變量進(jìn)行塑性變形加工　 

B．大變形量

C．較長的退火時(shí)間 

D．較高的退火溫度

【答案】A

二、填空題

1．金屬多晶體塑性變形至少需  獨(dú)立滑移系開動(dòng)。[北京工業(yè)大學(xué)2008研]

【答案】五個(gè)

2．-Fe發(fā)生塑性變形時(shí)，滑移面和滑移方向分別是________和________。[天津大學(xué)2008研]

【答案】{110}；＜11l＞

3．熱形變加工與冷形變加工的一般分界限為________溫度，但該溫度隨形變量的增大而________，所以嚴(yán)格地說，形變加工時(shí)產(chǎn)生加工硬化的為________，而不產(chǎn)生加工硬化的為________。[合肥工業(yè)大學(xué)2005研]

【答案】再結(jié)晶；降低；冷加工；熱加工

4．形變織構(gòu)的性質(zhì)與變形金屬的原始條件、_______、_______有關(guān)。[江蘇大學(xué)2005研]

【答案】形變方式；形變程度

5．細(xì)化晶粒不但可以提高材料的________，同時(shí)還可以改善材料的________和________。[沈陽大學(xué)2009研]

【答案】強(qiáng)度；塑性；韌性

三、判斷題

1．在室溫下對(duì)金屬進(jìn)行塑性變形為冷加工。加熱到室溫以上對(duì)金屬進(jìn)行塑性變形為熱加工。（　  ）[華中科技大學(xué)2005研]

【答案】×

【解析】將再結(jié)晶溫度以上的加工為“熱加工”，再結(jié)晶溫度以下而又不加熱的加工稱為冷加工。

2．金屬鑄件可以通過再結(jié)晶退火來達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。（　　）[哈爾濱工業(yè)大學(xué)2007研]

【答案】√

3．根據(jù)施密特定律，晶體滑移面平行于拉力軸時(shí)最容易產(chǎn)生滑移。（　　）[北京工業(yè)大學(xué)2007研]

【答案】×

4．位錯(cuò)線的滑移和攀移都可以使金屬晶體在滑移面產(chǎn)生塑性變形。（　　）[西安工業(yè)大學(xué)2009研]

【答案】×

【解析】位于滑移面上的位錯(cuò)線在切應(yīng)力的作用下可以滑移，從而使金屬晶體在滑移面產(chǎn)生塑性變形；刃型位錯(cuò)在一定條件下可以沿垂直于滑移面的方向運(yùn)動(dòng)，刃型位錯(cuò)的這種運(yùn)動(dòng)就稱為攀移。刃型位錯(cuò)的攀移將導(dǎo)致多余半原子面的擴(kuò)大或縮小，與滑移面產(chǎn)生塑性變形無關(guān)。

5．形變織構(gòu)是金屬材料塑性變形過程中產(chǎn)生的，它對(duì)金屬材料有著明顯的強(qiáng)化作用。（　　）[西安工業(yè)大學(xué)2009研]

【答案】×

【解析】形變織構(gòu)是金屬材料塑性變形過程中產(chǎn)生的，但會(huì)引起金屬材料力學(xué)性能和物理性能的明顯各向異性，且對(duì)金屬材料沒有明顯的強(qiáng)化作用。

6．冷形變金屬在再結(jié)晶時(shí)可以亞晶合并、亞晶長大和原晶界弓出三種方式形核。（　  ）[合肥工業(yè)大學(xué)2006研]

【答案】√

四、名詞解釋

1．固溶強(qiáng)化[西南交通大學(xué)2009研]

答：固溶體中溶質(zhì)原子的存在導(dǎo)致溶劑的晶格產(chǎn)生畸變，從而阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，溶質(zhì)原子的存在及其固溶度的增加，使機(jī)體金屬的變形抗力隨之提高的現(xiàn)象即為固溶強(qiáng)化。

2．派納力[南京理工大學(xué)2008研]

答：實(shí)際晶體中，位錯(cuò)的滑移要遇到許多阻力，其中最基本的固有阻力為晶格阻力。當(dāng)一個(gè)柏氏矢量的位錯(cuò)在晶體中移動(dòng)時(shí)，將由一個(gè)對(duì)稱位置移動(dòng)到另一個(gè)對(duì)稱位置。在這些位置，位錯(cuò)處在平衡狀態(tài)，能量較低。而在對(duì)稱位置之間，能量增高，造成位錯(cuò)移動(dòng)的阻力。因此，在位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)，需要一個(gè)力克服晶格阻力，越過勢壘，此力稱為派納力

3．動(dòng)態(tài)再結(jié)晶[北京工業(yè)大學(xué)2009研]

答：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是指金屬在熱變形過程中發(fā)生的再結(jié)晶現(xiàn)象。與熱變形各道次之間以及變形完畢后加熱和冷卻時(shí)所發(fā)生的靜態(tài)再結(jié)晶相比，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的特點(diǎn)是：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶要達(dá)到臨界變形量和在較高的變形溫度下才能發(fā)生；與靜態(tài)再結(jié)晶相似，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶易在晶界及亞晶界形核；動(dòng)態(tài)再結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)殪o態(tài)再結(jié)晶時(shí)無需孕育期；動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所需的時(shí)間隨溫度升高而縮短。

4．真實(shí)應(yīng)力[重慶大學(xué)2010研]

答：真實(shí)應(yīng)力是指拉伸（或壓縮）試驗(yàn)時(shí)，變形力與當(dāng)時(shí)實(shí)際截面積（而不是初始截面積）之比。其數(shù)值是隨變形量、溫度與應(yīng)變速率而變化的。

5．超塑性[燕山大學(xué)2005研]

答：超塑性是指材料在一定的內(nèi)部條件和外部條件下，呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的流變性能的現(xiàn)象。超塑性的特點(diǎn)有大延伸率，無縮頸，小應(yīng)力，易成形。超塑性變形時(shí)，應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m很大，m≈0.5，而一般金屬材料僅為0.01～0.04。

6．再結(jié)晶與二次再結(jié)晶[江蘇大學(xué)2006研]

答：（1）再結(jié)晶是指將冷變形的金屬在加熱到一定溫度之后，在原變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生明顯的變化并恢復(fù)到變形前的狀況。

（2）二次再結(jié)晶是指再結(jié)晶后晶粒會(huì)進(jìn)一步長大，造成異常晶粒長大，相應(yīng)的也會(huì)致使力學(xué)性能變壞。

7．屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度[吉林大學(xué)2009研]

答：（1）屈服強(qiáng)度（yield strength），又稱為屈服極限，常用符號(hào)，是材料屈服的臨界應(yīng)力值。

對(duì)于屈服現(xiàn)象明顯的材料，屈服強(qiáng)度就是屈服點(diǎn)的應(yīng)力（屈服值）；對(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，與應(yīng)力-應(yīng)變的直線關(guān)系的極限偏差達(dá)到規(guī)定值（通常為0.2%的原始標(biāo)距）時(shí)的應(yīng)力。通常用作固體材料力學(xué)機(jī)械性質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是材料的實(shí)際使用極限。因?yàn)樵趹?yīng)力超過材料屈服極限后產(chǎn)生頸縮，應(yīng)變?cè)龃螅共牧掀茐模荒苷Ｊ褂谩?/p>

當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后，進(jìn)入屈服階段后，變形增加較快，此時(shí)除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)后，塑性應(yīng)變急劇增加，應(yīng)力應(yīng)變出現(xiàn)微小波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度。

有些鋼材（如高碳鋼）無明顯的屈服現(xiàn)象，通常以發(fā)生微量的塑性變形（0.2%）時(shí)的應(yīng)力作為該鋼材的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度。

影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)在因素有：結(jié)合鍵、組織、結(jié)構(gòu)、原子本性。

（2）斷裂強(qiáng)度（breaking strength或者break load）是指材料發(fā)生斷裂的應(yīng)力。在巖土試樣的直徑方向上施加成線性荷載，當(dāng)試樣達(dá)到破壞時(shí)的強(qiáng)度。

（3）疲勞強(qiáng)度是指金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限，其影響因素包括屈服強(qiáng)度、表面狀態(tài)、尺寸效應(yīng)、冶金缺陷、腐蝕介質(zhì)、溫度等；相應(yīng)的解決措施包括合理設(shè)計(jì)構(gòu)件的外形、提高構(gòu)件的表面加工質(zhì)量、提高構(gòu)件表面強(qiáng)度等。

五、簡答題

1．什么是時(shí)效？試說明Al-4.5%Cu合金中時(shí)效強(qiáng)化的原因。[清華大學(xué)2008研]

答：（1）時(shí)效是指合金元素經(jīng)固溶處理后，獲得過飽和固溶體，在隨后的室溫放置或低溫加熱保溫時(shí)，第二相從過飽和固溶體中析出，引起強(qiáng)度，硬度以及物理和化學(xué)性能的顯著變化的現(xiàn)象。

（2）時(shí)效析出過程受溶質(zhì)擴(kuò)散控制，在沉淀過程中可能形成一系列亞穩(wěn)相（過渡相）。時(shí)效析出的原因主要有以下幾個(gè)方面：①當(dāng)析出的盤狀亞穩(wěn)相與母相有一定取向關(guān)系時(shí)，會(huì)在基體中產(chǎn)生較大彈性應(yīng)變，可使合金明顯強(qiáng)化；②而當(dāng)合金在承受變形時(shí)，由于彌散顆粒與位錯(cuò)的交互作用，也會(huì)使合金得到強(qiáng)化；③如果沉淀相顆粒可以變形，位錯(cuò)切過時(shí)增加顆粒與位錯(cuò)的交互，互使合金明顯強(qiáng)化。如果沉淀相顆粒可以變形，位錯(cuò)切過時(shí)增加顆粒的表面能需要做功，增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力而使合金得到強(qiáng)化；④如果沉淀相顆粒強(qiáng)度高且與基體共格，則位錯(cuò)線難以切過顆粒，在外加應(yīng)力的作用下將繞過顆粒、留下位錯(cuò)環(huán)。合金要繼續(xù)變形，需要克服顆粒對(duì)位錯(cuò)線繞過時(shí)施加的應(yīng)力，因此需要進(jìn)一步增大外加應(yīng)力，即合金獲得了時(shí)效強(qiáng)化。

2．什么是固溶強(qiáng)化？簡述其影響因素及強(qiáng)化機(jī)理。[沈陽大學(xué)2009研]

答：（1）隨溶質(zhì)原子含量的增加，合金的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。

（2）影響因素：①在固溶體的溶解度范圍內(nèi)，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，強(qiáng)化作用越大；②溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸相差越大，強(qiáng)化效果越顯著；③形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強(qiáng)化作用大于形成置換固溶體的元素；④溶質(zhì)原子與溶劑原子的價(jià)電子數(shù)相差越大，強(qiáng)化作用越大。

（3）強(qiáng)化機(jī)理：溶質(zhì)原子使溶劑的晶格發(fā)生畸變，增加位錯(cuò)移動(dòng)的阻力；溶質(zhì)原子在位錯(cuò)線周圍形成的柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)起到釘扎作用；溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)的偏聚阻礙擴(kuò)展位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。所有阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加位錯(cuò)移動(dòng)阻力的因素都可使強(qiáng)度提高。

3．寫出面心立方金屬的一個(gè)具體的滑移系；多晶體變形時(shí)，在一定的形變量下，為何有的晶粒內(nèi)是單系滑移而另一些晶粒內(nèi)是多系滑移？為何有的晶粒內(nèi)滑移量大而另些晶粒內(nèi)滑移量小？[北京科技大學(xué)2006研]

答：（1）面心立方晶體的滑移系共有個(gè)，具體的如(111)[110]。

（2）因?yàn)榫w的滑移只有當(dāng)外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力達(dá)到一臨界值時(shí)該滑移系方可以首先發(fā)生滑移，這就是單系滑移。雖然如此，但是滑移首先是在取向最有利的滑移系中進(jìn)行的，當(dāng)變形時(shí)晶面發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其他組滑移面上的分切應(yīng)力也可能逐漸增加到足以發(fā)生滑移的臨界值以上，于是晶體的滑移就可能在兩組或更多的滑移面上同時(shí)進(jìn)行或交替進(jìn)行，從而產(chǎn)生多系滑移。

（3）用柏氏矢量可以表示晶體滑移的方向和大小。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致晶體滑移時(shí)，滑移量大小即柏氏矢量，滑移方向即為柏氏矢量的方向。所以當(dāng)各晶粒的形變量不同時(shí)，取向因子大的取向力軸通常引起多系滑移，例如＜111＞方向，而取向因子小的取向力通常引起單系滑移，例如＜123＞方向，它們之間滑移方向的差別導(dǎo)致滑移量大小的差別。

4．列舉至少四種強(qiáng)化金屬材料的手段，分別分析其強(qiáng)化機(jī)理。[四川大學(xué)2009研]

答：金屬材料的強(qiáng)化方法主要有兩大類：一類是提高合金的原子間結(jié)合力，提高其理論強(qiáng)度，并制得無缺陷的完整晶體，如晶須；另一類強(qiáng)化途徑是向晶體內(nèi)引入大量晶體缺陷，如位錯(cuò)、點(diǎn)缺陷、異類原子、晶界等，這些缺陷阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，也會(huì)明顯地提高金屬強(qiáng)度。具體方法有固溶強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等。

（1）結(jié)晶強(qiáng)化。通過細(xì)化晶粒而使金屬材料力學(xué)性能提高的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。晶界對(duì)滑移具有阻礙效應(yīng)，而晶界數(shù)量直接取決于晶粒的大小，因此，晶界對(duì)多晶體起始塑性變抗力的影響可通過晶粒大小直接體現(xiàn)。多晶體的強(qiáng)度隨其晶粒細(xì)化而提高。

（2）形變強(qiáng)化。也稱加工硬化，金屬材料經(jīng)冷加工塑性變形可以提高其強(qiáng)度。這是由于材料在塑性變形后位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增加所致，如銅合金。

（3）固溶強(qiáng)化。通過合金化（加入合金元素）組成固溶體，使得融入固溶體中的原子造成晶格畸變，晶格畸變?cè)龃罅宋诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使塑性變形更加困難，從而使合金固溶體的強(qiáng)度與硬度增加。

（4）彌散強(qiáng)化。在均勻材料中加入不溶于基體金屬的超細(xì)第二相（強(qiáng)化相）的強(qiáng)化手段。為了使第二相在基體金屬中分布均勻，通常用粉末冶金方法制造。第二相一般為高熔點(diǎn)的氧化物或碳化物、氮化物，其強(qiáng)化作用可保持到較高溫度。

（5）沉淀強(qiáng)化。若第二相粒子硬度較小，尺寸較小的變形的第二相粒子，或者是過飽和固溶體時(shí)效處理產(chǎn)生的析出相，當(dāng)運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)與其相遇時(shí)，將切過粒子與基體一起變形，位錯(cuò)切過第二相粒子時(shí)必須作額外的功，因此需要消耗足夠大的能量，從而提高合金的強(qiáng)度，這種強(qiáng)化稱為沉淀強(qiáng)化。

（6）時(shí)效強(qiáng)化。在金屬基體中加入固溶度隨溫度降低而降低的合金元素，通過高溫固溶淬火處理，形成過飽和固溶體，通過時(shí)效，過飽和固溶體分解，合金元素以一定方式析出，彌散分布在基體中形成沉淀相，沉淀相能有效阻止晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高提高合金的強(qiáng)度。

5．為何過飽和固溶體適當(dāng)固溶處理后強(qiáng)度比室溫平衡組織高？[東北大學(xué)2007研]

答：金屬材料中存在有固溶原子時(shí)，固溶原子必然會(huì)引起周圍晶格的畸變，在其周圍產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力場，由于固溶原子應(yīng)力場與位錯(cuò)應(yīng)力場相互作用的結(jié)果，溶質(zhì)原子具有向位錯(cuò)偏聚而形成一個(gè)原子氣團(tuán)的傾向。

這時(shí)，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)要么擺脫這種原子氣團(tuán)，要么施帶著原子氣團(tuán)一起運(yùn)動(dòng)。擺脫原子氣團(tuán)需增加一部分外力以克服它與位錯(cuò)間的相互吸引，如果施帶原子氣團(tuán)一齊運(yùn)動(dòng)，外力也需增加一個(gè)附加量。所以，當(dāng)位錯(cuò)上有原子偏聚時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的難度提高，金屬得到強(qiáng)化。

6．?dāng)⑹瞿闼煜さ哪骋活惒牧系淖冃涡袨榧捌涮攸c(diǎn)。[中南大學(xué)2008研]

答：以金屬材料為例。金屬材料的變形行為（拉伸變形）通常經(jīng)歷彈性變形、塑性變形階段，到最終超過塑性極限而斷裂，其特點(diǎn)包括：

（1）金屬材料的每個(gè)單晶體中主要變形方式以滑移為主，當(dāng)不易滑移時(shí)部分金屬在變形中也會(huì)出現(xiàn)孿生變形作為補(bǔ)充；

（2）多晶體材料則由于晶界的阻礙作用和相鄰晶粒位向差的不同通常會(huì)影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，總的來說就是各個(gè)晶粒之間協(xié)調(diào)變形，從而導(dǎo)致多晶體材料變形相對(duì)單晶體材料困難；

（3）單相固溶體合金則因?yàn)槿苜|(zhì)原子的作用出現(xiàn)固溶強(qiáng)化，使基體金屬變形抗力隨之增加，體心立方金屬如低碳鋼在拉伸過程中還會(huì)有屈服現(xiàn)象和應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象；

（4）多相合金的塑性變形特點(diǎn)與第二相的數(shù)量、尺寸和分布有關(guān)，一般細(xì)小彌散、均勻分布的第二相會(huì)令材料硬度很大，變形困難；

（5）金屬材料在變形過程中通常有加工硬化現(xiàn)象，即冷變形后強(qiáng)度顯著提高，而塑性很快下降，同時(shí)微觀組織和其他物理化學(xué)性能也有改變。

7．什么是變形織構(gòu)？材料冷變形時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生變形織構(gòu)？對(duì)要求變形量大的材料怎么樣防止產(chǎn)生變形織構(gòu)。[華中科技大學(xué)2005研]

答：經(jīng)過塑性變形后原來多晶體中位向不同的晶粒變成取向基本一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)為織構(gòu)，若織構(gòu)是在塑性變形中產(chǎn)生的，則稱為變形織構(gòu)。

（1）在塑性變形中，隨著形變程度的增加，各個(gè)晶粒的滑移面和滑移方向都要向主形變方向轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸使多晶體中原來取向互不相同的各個(gè)晶粒在空間取向上呈現(xiàn)一定程度的規(guī)律性，這一現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向，這種組織狀態(tài)，則稱為形變織構(gòu)。

（2）形變織構(gòu)由于加工變形方式的不同，可分為兩種類型：拔絲時(shí)形成的織構(gòu)稱為絲織構(gòu)，主要特征為各晶粒的某一晶向大致與拔絲方向相平行；軋板時(shí)形成的織構(gòu)為板織構(gòu)，其主要特征為各晶粒的某一晶面和晶向分別趨于同軋面和軋向相平行。

產(chǎn)生原因：金屬在形變時(shí)，晶體的滑移面會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑移層逐漸轉(zhuǎn)向與拉力軸平行。由于各個(gè)晶粒的滑移層（指數(shù)相同的晶面和晶向）在變形較大時(shí)，都逐漸轉(zhuǎn)向趨于與拉力軸平行，也就是說，原來的各個(gè)晶粒是任意取向的，現(xiàn)在由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使各個(gè)晶粒的取向趨于一致，這就形成了晶體的擇優(yōu)取向，即形成了形變織構(gòu)。顯然，變形量越大，擇優(yōu)取向程度越大，表現(xiàn)出一定程度的規(guī)律性。

（3）防止形變織構(gòu)的一種方法是控制加工和熱處理工藝，得到只有輕微織構(gòu)的加工組織以及細(xì)晶粒的再結(jié)晶組織；還可以改變軋板的生產(chǎn)工藝，冷加工中的中間再結(jié)晶退火和最終回復(fù)退火的結(jié)合可以控制織構(gòu)，因此可以采用交叉軋制的方法，控制鋁合金薄板熱扎過程或多方向交叉冷軋以及應(yīng)用合適的退火方法可以減少變形織構(gòu)的形成。

8．塑性變形金屬的顯微組織、晶內(nèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生什么變化？性能發(fā)生哪些變化？[北京工業(yè)大學(xué)2008研]

答：金屬發(fā)生塑性變形后，顯微組織形態(tài)上，原等軸晶粒沿變形方向被拉長，在大變形量時(shí)晶界甚至呈纖維狀，如存在硬脆的第二相顆粒或夾雜，常沿變形方向呈帶狀分布。

顯微結(jié)構(gòu)上，缺陷（空位和位錯(cuò)）密度明顯增大。由于變形過程中位錯(cuò)的增殖及運(yùn)動(dòng)過程中位錯(cuò)的交割和交互作用，形成位錯(cuò)纏結(jié)，異號(hào)位錯(cuò)相消后構(gòu)成胞狀結(jié)構(gòu)。隨變形量增加，位錯(cuò)胞數(shù)量增多，尺寸減小，晶體內(nèi)部的儲(chǔ)存能增大。

性能上，冷變形金屬將發(fā)生加工硬化，表現(xiàn)為強(qiáng)度顯著提高、塑性明顯下降。

9．一個(gè)簡單立方晶系的雙晶，它們的滑移系原為{100}＜100＞，雙晶的取向及力軸的取向如圖5-1所示（提示：晶界兩側(cè)的取向不同），試確定哪一個(gè)晶體首先開始滑移，所開動(dòng)的具體滑移系是什么。[西安工業(yè)大學(xué)2009研]

圖5-1

答：這是一個(gè)雙晶體，不是單晶體。左邊晶體的取向可由方向[100]和[01]所確定。含有這兩個(gè)方向的晶面為（011），即施加在左邊晶體作用力的方向與（011）面垂直，其方向?yàn)閇011]。而施加在右邊晶體作用力的方向與（010）面垂直，其方向?yàn)閇010]。

在簡單立方晶系中，（011）面和滑移面（010）、（001）以及滑移方向[010]、[001]的夾角均為45°。左邊晶體作用力σ在滑移系上分力為σsin45°cos45°，而右邊晶體作用力σ在滑移系上分力為0。因此，左邊晶體首先開始滑移，所開動(dòng)的滑移系分別為：（001）[010]和（010）[001]。

10．為細(xì)化某純鋁件的晶粒，將其冷變形5％后于650℃退火lh，組織反而粗化；增大冷變形量至80％再于650℃退火lh，仍然得到粗大晶粒。試分析其原因，指出上述兩種工藝不合理之處及原因，并回答影響再結(jié)晶晶粒度的因素。[西安理工大學(xué)2009研]

答：（1）第一種是變形量不合適，達(dá)到臨界變形量的尺寸；第二種工藝是由于變形量過大，等加熱溫度過高時(shí)出現(xiàn)二次再結(jié)晶導(dǎo)致晶粒尺寸過大。

（2）影響再結(jié)晶晶粒度的因素：冷變形度、原始晶粒尺寸、退火溫度、雜質(zhì)及合金元素。

11．指出合金強(qiáng)化的四種主要機(jī)制，并解釋強(qiáng)化原因。[昆明理工大學(xué)2010研]

答：（1）固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子的存在及其固溶度的增加，使基體金屬的變形抗力隨之提高，從而使合金的強(qiáng)度、硬度提高，而塑性有所下降，即產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效果。

（2）彌散強(qiáng)化：在均勻材料中加入硬質(zhì)顆粒的一種材料的強(qiáng)化手段。是指用不溶于基體金屬的超細(xì)第二相(強(qiáng)化相)強(qiáng)化的金屬材料。為了使第二相在基體金屬中分布均勻，通常用粉末冶金方法制造。第二相一般為高熔點(diǎn)的氧化物或碳化物、氮化物，其強(qiáng)化作用可保持到較高溫度。

（3）沉淀強(qiáng)化：若第二相粒子硬度較小，尺寸也不大的變形的第二相粒子，或者是過飽和固溶體時(shí)效處理產(chǎn)生的析出相，則運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)與其相遇時(shí)，將切過粒子與基體一起變形，位錯(cuò)切過第二相粒子時(shí)必須作額外的功，消耗足夠大的能量，從而提高合金的強(qiáng)度，這種強(qiáng)化稱為沉淀強(qiáng)化。

（4）時(shí)效強(qiáng)化：在金屬基體中加入固溶度隨溫度降低而降低的合金元素，通過高溫固溶淬火處理，形成過飽和固溶體，通過時(shí)效，過飽和固溶體分解，合金元素以一定方式析出，彌散分布在基體中形成沉淀相，沉淀相能有效阻止晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高提高合金的強(qiáng)度。

12．多晶體金屬經(jīng)塑性變形后，組織結(jié)構(gòu)有哪些變化？[重慶大學(xué)2010研]

答：多晶體的塑性變形受到晶粒取向和晶界的影響，不但可以改變材料的外形和尺寸，而且能夠使材料的內(nèi)部組織和各種性能發(fā)生變化。其組織結(jié)構(gòu)變化如下：

（1）在每顆晶粒內(nèi)產(chǎn)生滑移帶和孿晶帶。

（2）形成纖維狀的條紋組織。隨著形變度的增加，原來的等軸晶粒將逐漸沿其變形方向伸長，形變量很大時(shí)，晶粒變得模糊不清，形成纖維狀條紋。

（3）形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。經(jīng)過一定量的塑性變形之后，晶體中的位錯(cuò)線通過運(yùn)動(dòng)與交互作用，開始呈現(xiàn)紛亂不均勻分布，并形成位錯(cuò)纏結(jié)，進(jìn)一步增大變形度時(shí)，大量位錯(cuò)發(fā)生聚集，并有纏結(jié)的位錯(cuò)組成胞狀亞結(jié)構(gòu)。

（4）形成變形織構(gòu)。在變形程度很大時(shí)，多晶體內(nèi)各個(gè)晶粒的滑移面和滑移方向都要向往形變方向轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸使多晶體中原來取向互不相同的各個(gè)晶粒在空間取向上呈現(xiàn)一定程度的規(guī)律性，這一現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向，這種組織狀態(tài)稱為形變織構(gòu)。