二、完成下列各题1. 试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。
将退火低碳钢进行少量的塑性变形后卸载，然后立即加载，屈服现象不再出现。但是如果卸载后，将试样在室温下放置较长时间或者稍微加热后，再进行拉伸就又可以观察到屈服现象，不过此时的屈服强度会有所提高，这种现象称为应变时效。
低碳钢的应变时效可以用溶质原子与位错交互作用的柯垂尔(Cottrell)气团理论作出很好的解释。一般认为，在固溶体中，溶质或杂质原子在晶体中造成点阵畸变，溶质原子的应力场和位错应力场会发生交互作用，作用的结果是溶质原子将聚集在位错线附近，形成能量更低的溶质原子气团，即所谓的柯垂尔气团。
将低碳钢试验拉伸产生少量预塑性变形，此时试样在外加应力的作用下使位错摆脱碳原子的钉扎，表现为屈服。若卸载后马上重新加载，短时间内碳原子来不及重新聚集在位错周围，所以继续加载时不会出现屈服现象；当卸载后经历较长时间或短时加热后，碳原子又会通过扩散重新聚集到位错线附近而形成气团，所以继续进行拉伸时，又会出现屈服现象，并使强度和硬度升高，这就是应变时效产生的原因。
2. 说明合金强化的主要机制。
(1) 细晶强化：通过增加晶粒数目，提高晶界对移动位错的阻碍作用，从而达到强化的效果。
(2) 固溶强化：即将溶质原子溶入基体金属中，使基体金属产生点阵畸变，从而抑制位错源的活动以提高基体金属的强度。
(3) 形变强化：即当晶体经过形变之后，使晶体内部的位错发生塞积或缠结，难以运动，从而达到强化基体的目的。
(4) 第二相强化：即通过第二相粒子均匀弥散分布在基体上，阻止位错的运动或增加位错运动的阻力，提高合金的强度。
3. 说明冷变形金属加热时回复、再结晶及晶粒长大的过程和特点。
(1) 回复过程
1) 组织不发生变化，仍保持变形伸长的晶粒形态。
2) 变形引起的宏观(一类)应力全部消除，微观(二类)应力大部分消除。
3) 一般力学性能变化不大，硬度、强度仅稍有降低，塑性稍有提高；某些物理性能有较大变化，电阻率显著降低，密度增大。
(2) 再结晶过程
1) 组织发生变化，变形伸长的晶粒变为新的等轴晶粒。
2) 力学性能发生急剧变化，硬度、强度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前的状态。
3) 变形储存能全部释放，点阵畸变(三类应力)全部消除，位错密度降低。
(3) 晶粒长大过程
1) 晶粒长大。
2) 性能变化，如强度、塑性、韧性下降。
3) 还可能出现再结晶织构等现象。
三、计算题1. 已知纯铜的熔化潜热为1.88×10
9J/m
2，熔点为1089℃，点阵常数为3.4167
，发生均匀形核的过冷度为230K，σ
SL=1.44×10
-1J/m
2。求铜的临界晶核半径r
*及临界晶核中所含的铜原子数。
临界晶核半径
临界晶核体积
铜为面心立方结构，每个晶胞含有4个铜原子。晶胞体积
V
2=a
3=(3.4167×10
-10)
3m
3 故临界晶核中所含的铜原子数
2. 拉伸铜单晶体时，若力轴的方向为[001]，σ=10
6Pa，求(111)面上柏氏矢量b=a/2[101]的螺型位错线上所受的力(a
Cu=0.36nm)。
设外力拉应力在(111)滑移面上沿
晶向的分切应力为
式中，
为[001]与[111]的夹角，λ为[001]与
的夹角。
则
若螺型位错受力为F
d，则
3. 画出常见的金属晶体结构面心立方、体心立方和密排六方的晶胞示意图，并分别计算它们的晶胞原子数、原子半径(用晶格常数表示)、配位数和致密度。
面心立方、体心立方和密排六方的晶胞示意图如图20-3所示。计算得它们的晶胞原子数、原子半径(用晶格常数表示)、配位数和致密度列于表20-1。
4. Al-Cu合金相图如图20-1所示，设分配系数k和液相线斜率均为常数，测得铸铁的凝固速度R=3×10
-4cm/s，温度梯度G=30℃/cm，求扩散系数D=3×10
-5cm
2/s时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。
成分无过冷的临界点公式：
四、完成下列各题1. 画出Fe-Fe
3C相图全图，标注各相区及特征点、线的成分及温度。
Fe-Fe
3C布目图如图20-4所示。
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2. 分析w
C=3.6%合金的平衡结晶过程，求出室温下的组织组成物和相组成物的相对量。
结晶过程：液相在1点开始析出奥氏体，到2点，液相开始共晶转变，产物为莱氏体。继续冷却，奥氏体开始析出二次渗碳体，温度降到727°，奥氏体转变为珠光体，室温组织组成物为：珠光体+二次渗碳体+莱氏体。
组织组成物相对量计算：
相组成物相对量计算：
3. 将w
C=0.2%的碳钢零件置于含1.2%碳势的渗碳气氛中加热至930℃，经10h保温后随炉冷却至室温，试分析在930℃和室温时零件从表层到心部成分和组织的变化规律，并画出示意图。
如图20-5所示。
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深色：已答题 浅色：未答题