同濟考研821模擬題

1、2. 舉例說明材料的基本強化方式有哪幾種，并說明其強化機制。3. 說明馬氏體相變的主要特征。 馬氏體相變的基本特征表現(xiàn)為：（1）無擴散性。馬氏體相變時無需原子的擴散,沒有原子的混合與再混合過程。新相M 與母相 A 的化學成分完全相同。（2）切變性。具體體現(xiàn)為 : 相變的協(xié)調一致性 : A-M （FCC-BCC） 。通過原子的整體協(xié)調運動 （切變）,晶體結構從 FCC 變成 BCC,原子的移動距離小于原子間距。 表面浮凸效應。 在經(jīng)過拋光的表面 ,若發(fā)生馬氏體轉變 ,在切變時 ,將產(chǎn)生表面浮凸效應。 這是由于點陣形變在轉變區(qū)域中產(chǎn)生形狀改變。 慣習面。 M 總是在母相的特定晶面上析出 ,伴隨著

2、M 相變的切變 ,一般與此晶面平行 ,此 晶面為基體與 M 相所共有 ,稱為慣習面。 新相與母相之間存在確定晶體學位向關系。 兩種著名的取向關系 （鋼的 M 轉變 ）,即 K-S 關系和西山關系。實際材料的馬氏體轉變,一般與上述關系存在幾度的偏差。（3）馬氏體相變時伴隨有點陣畸變。（4）馬氏體轉變存在開始溫度 M s和終了溫度 Mf。（Mz）4. 根據(jù)位錯運動和晶體滑移的相互關系， 分析純螺旋位錯和刃型位錯的柏氏矢量與位錯線方 向、位錯線運動方向、晶體滑移方向的關系。純螺旋位錯：柏氏矢量與位錯線平行，與位錯運動方向垂直，與晶體滑移方向平行； 純刃型位錯：柏氏矢量與位錯線垂直，與位錯運動方向平行

3、，與晶體滑移方向平行。5. 畫出立方晶系的 100 、101晶向和（ 111）（11?1）晶面及六方晶系的 112?0晶向、（0001） 晶面。6. 比較說明滑移與孿生這兩種金屬塑性變形機制的不同。,孿生過程為晶體一部分(1) 變形方式不同?；七^程為晶體一部分相對另一部分的相對滑動 相對另一部分的均勻切變。(2) 發(fā)生孿生過程的臨界切應力遠大于滑移所需臨界切應力。(3) 孿生過程改變晶體位相關系。滑移過程不改變晶體位相關系。(4) 滑移過程可以連續(xù)進行而孿生過程不能連續(xù)進行。(5) 滑移過程是塑性變形的主要機制 ,當滑移系處于不利于滑移變形發(fā)生時，通過孿生可以改 變滑移系與外力的取向，使滑移

4、過程進一步發(fā)生。7. 說明材料中的結合鍵與材料性能的關系。 材料結合鍵的類型及結合能的大小對材料的性能有重要的影響,特別是對物理性能和力學性能。結合鍵越強 ,熔點越高 ,熱膨脹系數(shù)就越小 ,密度也越大。 金屬具有光澤、 高的導電性和導熱性、 較好的機械強度和塑性 ,且具有正的電阻溫度系數(shù) ,這就與金屬的金屬鍵有關。陶瓷、聚合物 一般在固態(tài)下不導電 ,這與其非金屬鍵結合有關。工程材料的腐蝕實質是結合鍵的形成和破 壞。晶體材料的硬度與晶體的結合鍵有關。 一般共價鍵、 離子鍵、 金屬鍵結合的晶體比分子鍵結 合的晶體的硬度高。結合鍵之間的結合鍵能越大,則彈性模量越大。工程材料的強度與結合鍵能也有一定的

5、聯(lián)系。一般結合鍵能高,強度也高一些。材料的塑性也與結合鍵類型有關,金屬鍵結合的材料具有良好的塑性 ,而離子鍵、共價鍵結合的材料塑性變形困難,所以陶瓷材料的塑性很差。8. 任意選擇一種材料，說明其可能的用途和加工過程。如 Al-Mg 合金。作為一種可加工、不可熱處理強化的結構材料,由于具有良好的焊接性能、優(yōu)良的耐蝕性能和塑性 ,在飛機、輕質船用結構材料、運輸工業(yè)的承力零件和化工用焊接容 器等方面得到了廣泛的應用。根據(jù)材料使用目的 ,設計合金成分 ,考慮燒損等情況進行配料 ,如 A15Mg 合金板材 ,實驗室條件 下可在電阻坩堝爐中 750左右進行合金熔煉 ,精煉除氣、除渣后 720金屬型鑄造 ,

6、 430470 均勻化退火 10 20h 后,在 380 450 熱軋 ,再冷軋至要求厚度 ,在電阻爐中進行穩(wěn)定化處理 , 剪切成需要的尺寸或機加工成標準試樣,進行各種組織、性能測試。9. 說說你對材料的成分、組織、工藝與性能之間關系的理解。材料的成分、 組織、工藝與性能之間的關系非常緊密 ,互相影響。 材料的性能與它們的化學成 分和組織結構密切相關 ,材料的力學性能往往對結構十分敏感,結構的任何微小變化 ,都會使性能發(fā)生明顯變化。材料工作者的最終目標是根據(jù)最終需求,設計出合理成分 ,制訂最佳生產(chǎn)流程 ,而后生產(chǎn)出符合要求的材料。如鋼中存在的碳原子對鋼的性能起著關鍵作用,許多金屬材料中一些極微

7、量的合金元素也足以嚴重影響其性能。然而由同一元素碳構成的不同材料如石墨和金剛石,也有著不同的性能 ,有些高分子的化學成分完全相同而性能卻大不一樣,其原因是它們有著不同的內部結構。材料的內部結構可分為不同層次 ,包括原子結構、 原子的排列方式 ,以及顯微組織和結構缺陷。 如果同樣的晶體材料 ,它的晶?；蚴恰跋唷钡男螒B(tài)和分改變 ,就可以大大地改善它的性能。無論 是金屬、 陶瓷、半導體、 高分子還是復合材料 ,它們的發(fā)展無一不與成分和結構密切相關。只有理解和控制材料的結構 ,才能得到人們所要求的材料性能 而材料的制備 / 合成和加工不僅賦予材料一定的尺寸和形狀,而且是控制材料成分和結構的必要手段。

8、如鋼材可以通過退火、 淬火、 回火等熱處理來改變它們內部的結構而達到預期的性能 ,冷軋硅鋼片經(jīng)過復雜的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大減少鐵損。飛機發(fā)動 機的葉片可以通過鑄造的凝固控制做成單晶體葉片,使之沒有晶粒邊界 ,大大提高它的使用溫度和性能 ,光纖不僅要拉成微米級的細絲 ,而且要控制光纖從內到外的折射率的分布,等等。有時候可以說沒有一種合成加工上的新的突破,就沒有某一種新材料。如有了快速冷卻的加工方法 ,才有了非晶態(tài)的金屬合金。10. 談談你所了解的新材料、新工藝。材料的種類繁多 ,把那些已經(jīng)成熟且在工業(yè)中已批量生產(chǎn)并大量應用的材料稱之為傳統(tǒng)材料 或基礎材料 ,如鋼鐵、水泥、塑料等。

9、而把那些正在發(fā)展,且具有優(yōu)異性能和應用前景的一類材料稱之為先進材料或新材料。傳統(tǒng)材料通過采用新技術、提高性能可以成為新材料,新材料經(jīng)過長期生產(chǎn)和應用之后也就成為傳統(tǒng)材料。 目前新材料往往與新的加工技術聯(lián)系在一起 如通過一種快速冷卻或機械合金化等加工方法,可以制備非晶態(tài)的金屬合金 ,而在這之前人們不知道金屬還可以做成非晶態(tài) ;其他如噴射沉積技術、半固態(tài)加工技術、凈形薄帶連續(xù)鑄造 技術等都是新的加工技術。某些高分子材料,采用擠壓成絲工藝以后 ,使有機纖維的比強度和比剛度大幅度提高 ;采用 CVD + 熔融或離子交換制備新型光纖材料等等。其中鋁合金制備新技術有 :熱頂鑄造、氣隙鑄造及電磁鑄造技術 ,

10、鋁合金電磁鑄軋技術 ,大型鋁 合金型材擠壓技術 ,特寬鋁合金中厚板軋制技術 ,半固態(tài)金屬成形技術 ,鋁合金顯微組織結構 預測及性能控制技術。11. 試舉例分析材料加工過程對材料使用性能的影響。 材料加工過程對材料使用性能有重要而復雜的影響,材料也必須通過合理的工藝流程才能制備出具有實用價值的材料來。通過合理和經(jīng)濟的合成和加工方法,可以不斷創(chuàng)制出許多新材料或改變和精確控制許多傳統(tǒng)材料的成分和結構,可以進一步發(fā)掘和提高材料的性能材料的制備 / 合成和加工不僅賦予材料一定的尺寸和形狀,而且是控制材料成分和結構的必要手段。 如鋼材可以通過退火、 淬火、 回火等熱處理來改變它們內部的結構而達到預期的性

11、能,冷軋硅鋼片經(jīng)過復雜的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大減少鐵損。飛機發(fā)動機 的葉片可以通過鑄造的凝固控制做成單晶體葉片,使之沒有晶粒邊界 ,大大提高它的使用溫度和性能。12. 談談你對高強度材料的理解。對于結構材料 ,最重要的性能指標之一是強度。強度是指材料抵抗變形和斷裂的能力,提高材料的強度可以節(jié)約材料 ,降低成本。人們在利用材料的力學性能時,總是希望所使用的材料具有足夠的強度 ,人們希望合理運用和發(fā)展材料強化方法,從而挖掘材料性能潛力的基礎。從理論上講 ,提高金屬材料強度有兩條途徑:一是完全消除內部的位錯和其他缺陷,使它的強度接近于理論強度。目前雖然能夠制出無位錯的高強度金屬晶須,但

12、實際應用它還存在困難因為這樣獲得的高強度是不穩(wěn)定的,對操作效應和表面情況非常敏感,而且位錯一旦產(chǎn)生后強度就大大下降。因而在生產(chǎn)實踐中 ,主要采用另一條途徑來強化金屬 ,即在金屬中引人大量 的缺陷 ,以阻礙位錯的運動 ,例如金屬材料的強化手段一般有固溶強化、細晶強化、第二相粒 子強化、形變強化等。綜合運用這些強化手段,也可以從另一方面接近理論強度 ,例如在鐵和鈦中可以達到理論強度的 38%。一些新型高強鋁合金 ,如 Al-Li 合金、 Al-Cu-Mg 系合金和 Al- Zn-Mg 系合金以及高 Zn 含量 Al-Zn-Mg 合金、 AL-Mg-Sc 系合金、 Al-Zn-Mg-Sc 系合金、

13、鋁基復合材料等 ,應用各種強化方法均獲得了很高的強度和其他綜合性能。13. 試從結構上比較硅酸鹽晶體與硅酸鹽玻璃的區(qū)別。硅酸鹽晶體與硅酸鹽玻璃的區(qū)別 : 硅酸鹽晶體中硅氧骨架按一定的對稱規(guī)律有序排列 ;在 硅酸鹽玻璃中硅氧骨架排列是無序的。 在硅酸鹽晶體中骨架外的金屬離子占據(jù)了點陣的一 定位置 ;而在硅酸鹽玻璃中網(wǎng)絡變性離子統(tǒng)計地分布在骨架的空隙內 ,使氧的負電荷得以平衡。 在硅酸鹽晶體中只有當外來陽離子半徑與晶體中陽離子半徑相近時,才能發(fā)生同晶置換 ;在硅酸鹽玻璃中則不論半徑如何 ,骨架外陽離子均能發(fā)生置換 ,只要求遵守電中性。在晶體中 原始組成 (氧化物 )相互間有簡單的固定數(shù)量比例 ;而

14、在玻璃中氧化物幾乎以任意比例混合。14. 簡述形成連續(xù)置換固溶體的條件是什么？并舉兩個例子。形成連續(xù)置換型固溶體的條件是:離子尺寸因素 ,相互替代的兩種離子的半徑差 (r1-r 2)/r 1<15%;兩個組分必須具有完全相同的晶體結構類型;只有離子價相同或復合取代離子價總和相同時,才能形成連續(xù)置換型固溶體 ;電負性與極化性質相近。例 : PbTiO 3-PbZrO 3,鈉長石 - 鉀長石、 MgO-NiO 等。15. 試以 NaCl 晶胞為例，說明面心立方堆積的八面體空隙和四面體空隙的位置和數(shù)量。在 NaCI 結構中 CI-為面心立方密堆 , Na +處于全部的八面體空隙中。如NaCl

15、晶胞中心的 Na+處于 6 個 CI- 的八面體中心 , NaCI 晶胞中全部的八面體的位置和數(shù)量 :晶胞中心 1 個,每條棱 的中點處也為八面體空隙位置 ,共有 12 個 ,屬于該晶胞的這種空隙數(shù)為12 x1/4=3 個 ,因此Nacl 晶胞中共有 4 個八面體空隙。 NaCI 晶胞中的四面體空隙處于晶胞的體對角線方向上,由角頂 CI- 和相鄰三條棱中的點 CI- 構成四面體空隙 ,也就是 8 個小立方體的中心 ,共有 8 個四面 體空隙。16. 何為馬氏體相變？并簡述馬氏體相變的結晶學特征 晶體在外加應力的作用下通過晶體的一個分立體積的剪切作用,以極其迅速的速度而進行的相變稱為馬氏體相變

16、,馬氏體相變是固態(tài)相變的基本形式之一。馬氏體相變的結晶學特征有:相變時新相與母相之間具有嚴格的取向關系,靠切變維持共格關系 ,并存在一個習性平面 ,在相變前后保持既不扭曲變形也不旋轉的狀態(tài),在宏觀上是連續(xù)的。17. 均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，非均勻形核的臨界形核功也等于三分 之一表面能，為什么非均勻形核比均勻形核容易？18. 什么是置換固溶體？影響置換固溶體固溶度的因素有哪些？形成無限固溶體的條件是什 么？19. 說明合金強化的主要機制。20. 簡述原子間四種結合鍵各自的特點，并從結合鍵的角度討論金屬的力學特性。金屬鍵由于沒有方向性和飽和性 ,對原子也沒有選擇性 ,在受外力作

17、用下原子發(fā)生相對移動時 金屬正離子仍處于電子氣的包圍中,金屬鍵不會受到破壞 ,因此金屬能夠經(jīng)受變形而不斷裂,具有較好的塑性變形性能。21. 簡述馬氏體高強度的本質。 馬氏體具有高強度的原因是多方面的,其中主要包括相變強化、固溶強化和時效強化等。相變強化 :馬氏體相變的切變性造成在晶體內產(chǎn)生大量的微觀缺陷（位錯、孿晶以及層錯 ）,使馬氏體得到強化。固溶強化 :過冷奧氏體切變形成馬氏體時 ,使得 相中的 C%過飽和 , C原子位于 相扁八面體中 心, C原子溶入后形成以 C原子為中心的畸變偶極應力場 ,這個應力場與位錯產(chǎn)生強烈的交互 作用 ,使馬氏體的強度升高。時效強化 :溶質原子 （C、N）偏聚

18、到位錯線處 ,釘扎位錯使得馬氏體的強度升高。相界強化 : M板條、片尺寸小 ,界面增加 ,位錯阻力增加 ,強度、硬度增加。細晶強化 :原始晶粒細小 , M 尺寸小,強度、硬度增加?；瘜W成分 :加入碳化物形成元素 Cr、w.Mo 、V等,降低擴散系數(shù) ,反之亦然 ;加入 A組元,使 B組 元熔點降低 ,則擴散系數(shù)提高 ,反之亦然。22金屬材料生長形態(tài)的影響因素有哪些？在相同的溫度梯度下純金屬和固溶體合金的生 長形態(tài)是否相同？請說明原因。影響金屬材料生長形態(tài)的因素主要有:液固界面中固體的界面結構、液固界面前沿的液體中溫度梯度的分布。在相同溫度梯度下 ,純金屬和固溶體結構的生長形態(tài)不一定相同。例如正

19、溫度梯度下 ,純金屬 往往形成平面狀的晶體形態(tài) ,而固溶體由于選分結晶現(xiàn)象導致出現(xiàn)成分過冷現(xiàn)象 ,造成其晶體 形態(tài)往往是樹枝晶狀態(tài)的。23.從材料組織結構對性能影響的角度，定性分析比較金屬材料、陶瓷材料、高分子材料在 力學性能方面的差異。在這三類材料中 ,金屬材料的力學性能特點是:優(yōu)異的塑性和韌性 ,較高的強度和硬度 ,較大的彈性和較高的彈性模量 ;陶瓷材料的力學性能特點是:塑性和韌性幾乎為零 ,極高的硬度和較低的強度 （特別是抗拉強度 ）,極小的彈性和極大的彈性模量 ;高分子材料的力學性能特點是 :較 高的塑性和韌性 ,較低的硬度和強度 ,極大的彈性和極小的彈性模量。 這三類材料在力學性能方

20、面的上述差異,主要是由這三類材料在組織結構方面的特點不同所造成的。 材料的彈性及彈性模量主要取決于材料中原子結合鍵的強弱。陶瓷材料為共價鍵和離子鍵 ,結合鍵力最強 ,因此其彈性模量最高但彈性最小;高分子材料的分子鏈中為很強的共價鍵 ,但分子鏈之間為很弱的氫鍵和范德華鍵,因此其彈性模量最低但彈性最好;金屬材料為較強的金屬鍵結合 ,故其彈性模量和彈性居中。材料的硬度也主要取決于材料中原子結合鍵 的強弱 ,所以 ,陶瓷材料有極高的硬度 ,而高分子材料的硬度很低。材料的強度既與結合鍵有關 也與組織有關 ,陶瓷材料雖然有很強的結合鍵 ,但由于燒結成形中不可避免地形成氣孔或微裂 紋 ,故其強度特別是抗拉強度較低 ;高分子材料中很弱的氫鍵和范德華鍵使其強度也較低;金屬材料中的金屬鍵雖然不是很強 ,但高的致密度以及高密度的位錯使其具有很高的強度。金 屬材料中的自由電子云和容易運動的位錯以及較高的致密度,使其具有良好的塑性和韌性 ;陶瓷材料中的位錯不易運動 ,加之存在氣孔和微裂紋 ,因而陶瓷材料的塑性和韌性幾乎為零;高分子材料中很弱的氫鍵和范德華鍵使分子間可以