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金屬的塑性變形與再結(jié)晶

文章出處:江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司m.dnbgl.com責(zé)任編輯:江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司m.dnbgl.com人氣:-發(fā)表時(shí)間:2016-09-11 08:10【

1.解釋下列名詞

加工硬化、回復(fù)、再結(jié)晶、熱加工、冷加工。

答:加工硬化:隨著塑性變形的增加,金屬的強(qiáng)度、硬度迅速增加;也會(huì)塑性、韌性迅速下降的現(xiàn)象。

回復(fù):為了消除金屬的加工硬化現(xiàn)象,將變形金屬加熱到某一溫度,以使其組織和性能發(fā)生變化。在加熱溫度較低時(shí),原子的活動(dòng)能力不大,這時(shí)金屬的晶粒大小和形狀沒有明顯的變化,只是在晶內(nèi)發(fā)生點(diǎn)缺陷的消失以及位錯(cuò)的遷移等變化,因此,這時(shí)金屬的強(qiáng)度、硬度和塑性等機(jī)械性能變化不大,而只是使內(nèi)應(yīng)力及電阻率等性能顯著降低。此階段為回復(fù)階段。

再結(jié)晶:被加熱到較高的溫度時(shí),原子也具有較大的活動(dòng)能力,使晶粒的外形開始變化。從破碎拉長的晶粒變成新的等軸晶粒。和變形前的晶粒形狀相似,晶格類型相同,把這一階段稱為“再結(jié)晶”。

熱加工:將金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上一定溫度進(jìn)行壓力加工。

冷加工:在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的壓力加工。

2.產(chǎn)生加工硬化的原因是什么?加工硬化在金屬加工中有什么利弊?

答:①隨著變形的增加,晶粒逐漸被拉長,直至破碎,這樣使各晶粒都破碎成細(xì)碎的亞晶粒,變形愈大,晶粒破碎的程度愈大,這樣使位錯(cuò)密度顯著增加;同時(shí)細(xì)碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長而被拉長。因此,隨著變形量的增加,由于晶粒破碎和位錯(cuò)密度的增加,金屬的塑性變形抗力將迅速增大,即強(qiáng)度和硬度顯著提高,而塑性和韌性下降產(chǎn)生所謂“加工硬化”現(xiàn)象。②金屬的加工硬化現(xiàn)象會(huì)給金屬的進(jìn)一步加工帶來困難,如鋼板在冷軋過程中會(huì)越軋?jiān)接?,以致最后軋不?dòng)。另一方面人們可以利用加工硬化現(xiàn)象,來提高金屬強(qiáng)度和硬度,如冷拔高強(qiáng)度鋼絲就是利用冷加工變形產(chǎn)生的加工硬化來提高鋼絲的強(qiáng)度的。加工硬化也是某些壓力加工工藝能夠?qū)崿F(xiàn)的重要因素。如冷拉鋼絲拉過??椎牟糠郑捎诎l(fā)生了加工硬化,不再繼續(xù)變形而使變形轉(zhuǎn)移到尚未拉過??椎牟糠?,這樣鋼絲才可以繼續(xù)通過??锥尚?。

3.劃分冷加工和熱加工的主要條件是什么?

答:主要是再結(jié)晶溫度。在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的壓力加工為冷加工,產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象;反之為熱加工,產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象被再結(jié)晶所消除。

4.與冷加工比較,熱加工給金屬件帶來的益處有哪些?

答:(1)通過熱加工,可使鑄態(tài)金屬中的氣孔焊合,從而使其致密度得以提高。

(2)通過熱加工,可使鑄態(tài)金屬中的枝晶和柱狀晶破碎,從而使晶粒細(xì)化,機(jī)械性能提高。

(3)通過熱加工,可使鑄態(tài)金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發(fā)生改變,使它們沿著變形的方向細(xì)碎拉長,形成熱壓力加工“纖維組織”(流線),使縱向的強(qiáng)度、塑性和韌性顯著大于橫向。如果合理利用熱加工流線,盡量使流線與零件工作時(shí)承受的最大拉應(yīng)力方向一致,而與外加切應(yīng)力或沖擊力相垂直,可提高零件使用壽命。

5.為什么細(xì)晶粒鋼強(qiáng)度高,塑性,韌性也好?

答:晶界是阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的,而各晶粒位向不同,互相約束,也阻礙晶粒的變形。因此,金屬的晶粒愈細(xì),其晶界總面積愈大,每個(gè)晶粒周圍不同取向的晶粒數(shù)便愈多,對塑性變形的抗力也愈大。因此,金屬的晶粒愈細(xì)強(qiáng)度愈高。同時(shí)晶粒愈細(xì),金屬單位體積中的晶粒數(shù)便越多,變形時(shí)同樣的變形量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生,產(chǎn)生較均勻的變形,而不致造成局部的應(yīng)力集中,引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因此,塑性,韌性也越好。

6.金屬經(jīng)冷塑性變形后,組織和性能發(fā)生什么變化?

答:①晶粒沿變形方向拉長,性能趨于各向異性,如縱向的強(qiáng)度和塑性遠(yuǎn)大于橫向等;②晶粒破碎,位錯(cuò)密度增加,產(chǎn)生加工硬化,即隨著變形量的增加,強(qiáng)度和硬度顯著提高,而塑性和韌性下降;③織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生,即隨著變形的發(fā)生,不僅金屬中的晶粒會(huì)被破碎拉長,而且各晶粒的晶格位向也會(huì)沿著變形的方向同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)果金屬中每個(gè)晶粒的晶格位向趨于大體一致,產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn)象;④冷壓力加工過程中由于材料各部分的變形不均勻或晶粒內(nèi)各部分和各晶粒間的變形不均勻,金屬內(nèi)部會(huì)形成殘余的內(nèi)應(yīng)力,這在一般情況下都是不利的,會(huì)引起零件尺寸不穩(wěn)定。

7.分析加工硬化對金屬材料的強(qiáng)化作用?

答:隨著塑性變形的進(jìn)行,位錯(cuò)密度不斷增加,因此位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互交割、位錯(cuò)纏結(jié)加劇,使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大,引起變形抗力的增加。這樣,金屬的塑性變形就變得困難,要繼續(xù)變形就必須增大外力,因此提高了金屬的強(qiáng)度。

8.已知金屬鎢、鐵、鉛、錫的熔點(diǎn)分別為3380℃、1538℃、327℃、232℃,試計(jì)算這些金屬的最低再結(jié)晶溫度,并分析鎢和鐵在1100℃下的加工、鉛和錫在室溫(20℃)下的加工各為何種加工?

答:T再=0.4T熔;鎢T再=[0.4*(3380+273)]-273=1188.2℃; 鐵T再=[0.4*(1538+273)]-273=451.4℃; 鉛T再=[0.4*(327+273)]-273=-33℃; 錫T再=[0.4*(232+273)]-273=-71℃.由于鎢T再為1188.2℃>1100℃,因此屬于熱加工;鐵T再為451.4℃<1100℃,因此屬于冷加工;鉛T再為-33℃<20℃,屬于冷加工;錫T再為-71<20℃,屬于冷加工。

9.在制造齒輪時(shí),有時(shí)采用噴丸法(即將金屬丸噴射到零件表面上)使齒面得以強(qiáng)化。試分析強(qiáng)化原因。

答:高速金屬丸噴射到零件表面上,使工件表面層產(chǎn)生塑性變形,形成一定厚度的加工硬化層,使齒面的強(qiáng)度、硬度升高。 

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