《金属学和热处理》崔忠圻[第二版]课后答案解析[完整版]

能形成微孔并导致裂纹失稳扩展,直至断裂。此时整个裂纹界面的平均应力σc仍低于σ,也就是说含裂纹的脆性材料往往表现出低应力断裂,但断裂源于微孔聚集方式,微观断口形貌仍具有韧窝特征。

6-10 何谓断裂韧度,它在机械设计中有何功用 答:

应力强度因子:材料中不可避免的存在裂纹,当含有裂纹的材料受外加应力σ作用时,裂纹尖端应力场的各应力分量中均有一个共同因子KI(KI=σ√πa,a为裂纹长度的一半),用KI表示裂纹尖端应力场的强弱,简称应力强度因子。 断裂韧度:当外加应力达到临界值σc时,裂纹开始失稳扩展,引起断裂,相应地KI值增加到临界值Kc,这个临界应力场强度因子Kc称为材料的断裂韧度,可以通过实验测得。

平面应变断裂韧度:对同一材料来说,Kc取决于材料的厚度:随着厚度的增加,Kc单调减小至一常数KIc,这时裂纹尖端区域处于平面应变状态,KIc称为平面应变断裂韧度。

在机械设计中的功用:

1、 确定构件的安全性。根据探伤测定构件中的缺陷尺寸,在确定构件工作应力后,即可算出裂纹尖端应力强度因子KI。与构件材料的KIc相比,如果KI<KIc,则构件安全,否则有脆断危险。

2、 确定构件承载能力。根据探伤测出构件中最大裂纹尺寸,通过实验测得材料的KIc,就可由σc= KIc /√πa计算出断裂应力,从而确定构件的安全承载能力。

3、 确定临界裂纹尺寸。若已知材料KIc的和构件的实际工作应力,则可根据ac=KIc2/πσc2求出临界裂纹尺寸。如果探伤测定构件实际裂纹尺寸a<2ac,则构件安全,否则有脆断危险。

第七章 金属及合金的回复和再结晶

7-1 用冷拔铜丝线制作导线,冷拔之后应如何如理,为什么 答:

应采取回复退火(去应力退火)处理:即将冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度,并保温足够时间,然后缓慢冷却到室温的热处理工艺。 原因:铜丝冷拔属于再结晶温度以下的冷变形加工,冷塑性变形会使铜丝产生加工硬化和残留内应力,该残留内应力的存在容易导致铜丝在使用过程中断裂。因此,应当采用去应力退火使冷拔铜丝在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力(主要是第一类内应力),改善其塑性和韧性,提高其在使用过程的安全性。

7-2 一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后,试画出截面上的显微组织示意图。 答:解答此题就是画出金属冷变形后晶粒回复、再结晶和晶粒长大过程示意图(可参考教材P195,图7-1)

7-3 已知W、Fe、Cu的熔点分别为3399℃、1538℃和1083℃,试估算其再结晶

温度。 答:

再结晶温度:通常把经过严重冷变形(变形度在70%以上)的金属,在约1h的保温时间内能够完成超过95%再结晶转变量的温度作为再结晶温度。

1、金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在一经验关系式:T再≈δTm,对于工业纯金属来说:δ值为,取计算。

2、应当指出,为了消除冷塑性变形加工硬化现象,再结晶退火温度通常要比其最低再结晶温度高出100-200℃。 如上所述取T再=,可得: W再=3399×=℃ Fe再=1538×=℃ Cu再=1083×=℃

7-4 说明以下概念的本质区别: 1、一次再结晶和二次在结晶。

2、再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。 答:

1、 一次再结晶和二次在结晶。 定义

一次再结晶:冷变形后的金属加热到一定温度,保温足够时间后,在原来的变形组织中产生了无畸变的新的等轴晶粒,位错密度显着下降,性能发生显着变化恢复到冷变形前的水平,称为(一次)再结晶。它的实质是新的晶粒形核、长大的过程。

二次再结晶:经过剧烈冷变形的某些金属材料,在较高温度下退火时,会出现反常的晶粒长大现象,即少数晶粒具有特别大的长大能力,逐步吞食掉周围的小晶粒,其最终尺寸超过原始晶粒的几十倍或上百倍,比临界变形后的再结晶晶粒还要粗大得多,这个过程称为二次再结晶。二次再结晶并不是晶粒重新形核和长大

的过程,它是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作

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