材料科學(xué)基礎(chǔ)試題及答案

第一章原子排列與晶體結(jié)構(gòu)fee結(jié)構(gòu)的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛順序 ，致密度為 ，配位數(shù)是—，晶胞中原子數(shù)為—，把原子視為剛性球時(shí)，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是 ；bee結(jié)構(gòu)的密排方向是 ，密排面 致密度為 配位數(shù)是—晶胞中原子數(shù)為 ，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是—；hcp結(jié)構(gòu)的密排方向■—，密排面 ，密排面的堆垛順序 ，致密度為 ，配位數(shù) ,，晶胞中原子數(shù)—，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系TOC\o"1-5"\h\z是 。Al的點(diǎn)陣常數(shù)為0。4049nm，其結(jié)構(gòu)原子體積是 ，每個(gè)晶胞中八面體間隙數(shù)為 ，四面體間隙數(shù)為 .純鐵冷卻時(shí)在912￡發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變是 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?結(jié)構(gòu)，配位數(shù) ,致密度降低，晶體體積 ，原子半徑發(fā) 。在面心立方晶胞中畫出晶面和晶向，指出＜110＞中位于(111)平面上的方向。在hep晶胞的(0001)面上標(biāo)出晶面和晶向。求和兩晶向所決定的晶面。6在鉛的(100)平面上，1mm2有多少原子？已知鉛為fee面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半徑R=0。175x10—6mm.第二章合金相結(jié)構(gòu)一、 填空隨著溶質(zhì)濃度的增大，單相固溶體合金的強(qiáng)度—，塑性—，導(dǎo)電性—，形成間隙TOC\o"1-5"\h\z固溶體時(shí)，固溶體的點(diǎn)陣常 。影響置換固溶體溶解度大小的主要因素是(1) ；(2) ；(3) ；(4) 和環(huán)境因素。置換式固溶體的不均勻性主要表現(xiàn)為 和 .按照溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑點(diǎn)陣的位置區(qū)分，固溶體可分為 和 。無序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w時(shí)，合金性能變化的一般規(guī)律是強(qiáng)度和硬度 ，塑性 ，導(dǎo)電f 。間隙固溶體是 ，間隙化合物是 .二、 問答1、分析氫，爭(zhēng)，碳，硼在i-Fe和y—Fe中形成固溶體的類型，進(jìn)入點(diǎn)陣中的位置和固溶度大小。已知元素的原子半徑如下：氫：0.046nm，氮：0。071nm，碳：0.077nm，硼：0.091nm,i-Fe：0.124nm，y—Fe：0。126nm。2、2、第三章純金屬的凝固1.填空1。 在液態(tài)純金屬中進(jìn)行均質(zhì)形核時(shí)，需要 起伏和 起伏.2液態(tài)金屬均質(zhì)形核時(shí)，體系自由能的變化包括兩部分，其中 自由能是形核的阻力， 是形核的動(dòng)力;臨界晶核半徑rK與過冷度關(guān)系為 ，臨界形核功bGkTOC\o"1-5"\h\z等于 。動(dòng)態(tài)過冷度是指 。4在工廠生產(chǎn)條件下，過冷度增大，則臨界晶核半彳 ，金屬結(jié)晶冷卻速度越快，N/G比值 ，晶粒越 。5.獲得非晶合金的基本方法 .二、問答根據(jù)凝固理論，試述細(xì)化晶粒的基本途徑。試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點(diǎn)。簡(jiǎn)述液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)，過冷度與臨界晶核半徑，形核功及形核率的關(guān)系.銅的熔點(diǎn)Tm=1356K，熔化熱wHm=1628J/em2，g177X10rJ/cm，點(diǎn)陣常數(shù)a=0.3615nm。求銅wT=100￡時(shí)均勻形核的臨界核心半徑。5：何謂過冷，過冷度,動(dòng)態(tài)過冷度,它們對(duì)結(jié)晶過程有何影響？6根據(jù)冷卻速度對(duì)金屬凝固后組織的影響，現(xiàn)要獲得微晶，非晶，亞穩(wěn)相，請(qǐng)指出其凝固時(shí)如何控制。7、簡(jiǎn)述純金屬凝固時(shí)潤(rùn)濕角e、雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)對(duì)異質(zhì)形核的影響。第四章二元合金相圖與合金凝固一、填空1。 固溶體合金凝固時(shí)，除了需要結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏外，還要有 起伏。TOC\o"1-5"\h\z2。 按液固界面微觀結(jié)構(gòu)，界面可分為 和 .3。液態(tài)金屬凝固時(shí)，粗糙界面晶體的長(zhǎng)大機(jī)制 ,光滑界面晶體的長(zhǎng)大機(jī)制是和 。4在一般鑄造條件下固溶體合金容易產(chǎn) 偏析，用 熱處理方法可以消除。液態(tài)金屬凝固時(shí)，若溫度梯度dT/dX〉0（正溫度梯度下），其固、液界面呈狀,dT/dXvO時(shí)（負(fù)溫度梯度下），則固、液界面為 狀。6。靠近共晶點(diǎn)的亞共晶或過共晶合金，快冷時(shí)可能得到全部共晶組織，這稱為 。7固溶體合金凝固時(shí)，溶質(zhì)分布的有效分配系數(shù)ke= ，當(dāng)凝固速率很大時(shí)ke趨于 .在二元相圖中，L廠q+L2叫 反應(yīng)，卩一L+d稱為 轉(zhuǎn)變，而反應(yīng)ax-a2+B稱為 反應(yīng)，a+pTY稱為 反應(yīng)。9Fe-Fe￡相圖中含碳量小于 為鋼，大于 為鑄鐵；鐵碳合金室溫平衡組織均由 和 兩個(gè)基本相組成;根據(jù)溶質(zhì)原子的位置，奧氏體其晶體結(jié)構(gòu)是 ，是 固溶體，鐵素體 ，其晶體結(jié)構(gòu) ，合金平衡TOC\o"1-5"\h\z結(jié)晶時(shí)，奧氏體的最大含量 ;珠光體的含碳量 ，它是由 和組成的兩相混合物;萊氏體的含碳量是 ；在常溫下，亞共析鋼的平衡組織是 ，過共析鋼的平衡組織 ，亞共晶白口鑄鐵的平衡組織 ,萊氏體的相組成物 ，變態(tài)萊氏體的相組成物 ,Fe3CI是從 中析出的，F(xiàn)e3C[[是從 中析出的，F(xiàn)e3C[[[是從 中析出的，它們的含碳量為 ，F(xiàn)e3C主要性能特點(diǎn) ，A共析反應(yīng)后的生成物稱為 。2問答1如圖4-1所示為Ni—Al相圖1） 填出相圖中各相區(qū)的平衡相；2） 指出圖中的穩(wěn)定化合物和不穩(wěn)定化合物；3） 寫出圖中存在的恒溫反應(yīng)，指明反應(yīng)類型;4） 指出含Ni30%（重量）的合金在平衡冷卻時(shí)的相變過程，計(jì)算室溫下的相組成與組織組成，并計(jì)算出其中組織組成物的百分?jǐn)?shù).5） 試說明含Ni89%（重量）的Ni—A1合金其平衡凝固與非平衡凝固后的顯微組織的不同。6）設(shè)X合金平衡凝固完畢時(shí)的組織為a（Al）初晶+（a+卩）共晶，其中a初晶占80%,則此合金中Ni組元的含量是多少？7） 繪出1500s時(shí)Al—Ni合金系的自由能-成分曲線示意圖。圖4-1 圖4-22根據(jù)Cu—Sn相圖（圖4-2），Cu為fee結(jié)構(gòu).回答下列問題：1） a相為何種晶體結(jié)構(gòu)？2） 計(jì)算212°C時(shí)Cu-90%Sn合金在TE溫度時(shí)（共晶反應(yīng)前）的平衡分配系數(shù).3） Cu—13。47%Sn合金在正常條件下凝固后,a相的晶界上出現(xiàn)少量卩相，其原因何在？如何消除卩相？4） 分析Cu—70%Sn合金平衡凝固過程,并計(jì)算共晶反應(yīng)剛完畢時(shí)相組成物和組織組成物的相對(duì)含量。5） 畫出Cu—Sn系合金在450C時(shí)各相自由能-—-成分曲線示意圖。圖4—3 圖4-4

如圖4-3為Mg—Y相圖1)2)3)4)填相區(qū)組成，寫出相圖上等溫反應(yīng)及Y=5如圖4-3為Mg—Y相圖1)2)3)4)指出提高合金K強(qiáng)度的可能方法簡(jiǎn)述圖中Y=10%wt之合金可能的強(qiáng)化方法。試說明純Al和鋁－銅單相固溶體結(jié)晶的異同根據(jù)4—4的鐵碳亞穩(wěn)平衡相圖回答下列問題1)2)3試說明純Al和鋁－銅單相固溶體結(jié)晶的異同根據(jù)4—4的鐵碳亞穩(wěn)平衡相圖回答下列問題1)2)3)4)5)標(biāo)注平衡反應(yīng)的成分及溫度，寫出平衡反應(yīng)式.分析Fe-1%C合金的平衡凝固過程，并計(jì)算室溫下其中相組成物和組織組成物的百分含量，分析Fe—1%C合金在亞穩(wěn)冷卻轉(zhuǎn)變和淬火冷卻轉(zhuǎn)變后組織的差異。含碳量溫度顯微組織溫度顯微組織0.4770C停留一段時(shí)間P+F900CA+F含碳量溫度顯微組織溫度顯微組織0.4770C停留一段時(shí)間P+F900CA+F0。77680CP剛達(dá)到770CA1。0700CP+Fe3CIT剛達(dá)到770CA+Fe3C6)成分曲線示意圖。圖4-66:A為金屬元素，B為非金屬元素，形成二元相圖如圖4—5圖4-6畫出II合金平衡冷卻曲線以及平衡結(jié)晶后組織示意圖，計(jì)算其室溫下相組成物及組織組成物相對(duì)含量。試分析不同冷卻速度對(duì)下圖中I合金凝固后顯微組織的影響1合金在工業(yè)條件冷凝后如對(duì)合金進(jìn)行擴(kuò)散退火，應(yīng)如何確定退火溫度7：簡(jiǎn)述典型金屬凝固時(shí)，固/液界面的微觀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)大機(jī)制，晶體在正溫度梯度下、負(fù)溫度梯度下成長(zhǎng)時(shí)固/液界面的形態(tài).8：根據(jù)Pb—Bi相圖(圖4—6)回答下列問題：把空相區(qū)填上相的名稱。設(shè)X合金平衡凝固完畢時(shí)的相組成物為卩和(Bi)，其中卩相占80%,則X合金中Bi組元的含量是多少？設(shè)Y合金平衡凝固完畢時(shí)的組織為(Bi)初晶+［卩+(Bi)］共晶，且初晶與共晶的百分含量相等，則此合金中Pb組元的含量是多少？Pb-30%Bi合金非平衡凝固后室溫下組織與平衡凝固組織有何不同。第五章三元合金相圖1根據(jù)Fe—C—Si的3.5%Si變溫截面圖(5—1)，寫出含0。8%C的Fe—C—Si三元合金在平衡冷卻時(shí)的相變過程和1100C時(shí)的平衡組織。圖5—12圖5—2為Cu—Zn-Al合金室溫下的等溫截面和2%Al的垂直截面圖，回答下列問題：在圖中標(biāo)出X合金(Cu-30%Zn-10%Al)的成分點(diǎn)。計(jì)算Cu-20%Zn—8%Al和Cu—25%Zn-6%Al合金中室溫下各相的百分含量，其中a相成分點(diǎn)為Cu—22。5%Zn-3。45%Al，Y相成分點(diǎn)為Cu—18%Zn-11.5%Al。分析圖中Y合金的凝固過程. Y%圖5_23如圖5—3是A—B—C三元系合金凝固時(shí)各相區(qū)，界面的投影圖，A、B、C分別形成固溶體a、B、Y?寫出，和單變量線的三相平衡反應(yīng)式.

2） 寫出圖中的四相平衡反應(yīng)式.3）說明O合金凝固平衡凝固所發(fā)生的相變。圖5－3 圖5－44圖5—4為Fe-W-C三元系的液相面投影圖?寫出e廠1085°C,P廠1335°C,P2-1380°C單變量線的三相平衡反應(yīng)和1700°C,1200°C,1085C的四相平衡反應(yīng)式。I,II,III三個(gè)合金結(jié)晶過程及室溫組織,選擇一個(gè)合金成分其組織只有三元共晶。5如圖5—5為Fe-Cr—C系含13%Cr的變溫截面1） 大致估計(jì)2Cr13不銹鋼的淬火加熱溫度（不銹鋼含碳量0。2%,含Cr量13%）2） 指出Cr13模具鋼平衡凝固時(shí)的凝固過程和室溫下的平衡組織（Cr13鋼含碳量2%）3） 寫出（1）區(qū)的三相反應(yīng)及795s時(shí)的四相平衡反應(yīng)式。圖5—5 圖5—66如圖5—6所示，固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖的濃度三角形上的投影圖，試分析IV區(qū)及VI區(qū)中合金之凝固過程。寫出這個(gè)三元相圖中四相反應(yīng)式。圖5—77分析如圖5—7所示的三元相圖，該合金中E點(diǎn)成分為27Pb18Sn55Bi,Y相成分取100%Bi.1） 指出這個(gè)三元系的初晶面,寫出四相平衡反應(yīng)式；2） 分析該三元合金系中1,2,3,4合金平衡結(jié)晶過程；3） 要配制一個(gè)初晶為Y，具有三元共晶而無二元共晶且Y/三元共晶=0.5的合金，計(jì)算該合金的成分。第六章空位與位錯(cuò)一、 名詞解釋空位平衡濃度，位錯(cuò)，柏氏回路,P-N力，擴(kuò)展位錯(cuò)，堆垛層錯(cuò)，弗蘭克一瑞德位錯(cuò)源，奧羅萬機(jī)制,科垂耳氣團(tuán),面角位錯(cuò),鈴木氣團(tuán),多邊形化二、 問答fcc晶體中,層錯(cuò)能的高低對(duì)層錯(cuò)的形成、擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度和擴(kuò)展位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有何影響？層錯(cuò)能對(duì)金屬材料冷、熱加工行為的影響如何？2.在鋁單晶體中（fee結(jié)構(gòu)），1） 位錯(cuò)反應(yīng)t]+能否進(jìn)行？寫出反應(yīng)后擴(kuò)展位錯(cuò)寬度的表達(dá)式和式中各符號(hào)的含義;若反應(yīng)前的是刃位錯(cuò)，則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯(cuò)能進(jìn)行何種運(yùn)動(dòng)？能在哪個(gè)晶面上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)?若反應(yīng)前的是螺位錯(cuò),則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯(cuò)能進(jìn)行何種運(yùn)動(dòng)?2） 若（1，1，1）面上有一位錯(cuò)，與面上的位錯(cuò)發(fā)生反應(yīng)，如圖6—1。寫出位錯(cuò)反應(yīng)方程式，說明新位錯(cuò)的性質(zhì),是否可動(dòng)。3） 寫出（111）與（111）兩個(gè)滑移面上兩全位錯(cuò)所分解為肖克萊不全位錯(cuò)的兩個(gè)反應(yīng)式.4） 如果兩擴(kuò)展位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它們?cè)趦蓚€(gè)滑移面交線AB相遇時(shí)，兩領(lǐng)先不全位錯(cuò)為和，兩領(lǐng)先位錯(cuò)能否發(fā)生反應(yīng)，若能，求新位錯(cuò)柏氏矢量;分析新形成位錯(cuò)為何種類型位錯(cuò),能否自由滑移，對(duì)加工硬化有何作用。圖6—13螺旋位錯(cuò)的能量公式為.若金屬材料亞晶尺寸為R=10—3?10-4cm,r0約為10-8cm,銅的G=4X106N/em2,b=2。5X10—cm。（1）試估算Es（2）估算Cu中長(zhǎng)度為1個(gè)柏氏矢量的螺型位錯(cuò)割階的能量。平衡空位濃度與溫度有何關(guān)系?高溫淬火對(duì)低溫?cái)U(kuò)散速度有何影響？5已知Al的空位形成能為0。76eV，問從27s升溫到627s時(shí)空位濃度增加多少倍（取系數(shù)A=1）在一個(gè)刃型位錯(cuò)附近放置另一個(gè)與之平行同號(hào)的另一個(gè)刃型位錯(cuò)，其位置如圖6—2所示1，2,3，問它們?cè)诨泼嫔鲜芰Ψ较蛉绾危?、位錯(cuò)對(duì)金屬材料有何影響7、位錯(cuò)對(duì)金屬材料有何影響?第七章金屬塑性變形一名詞解釋固溶強(qiáng)化，應(yīng)變時(shí)效，孿生,臨界分切應(yīng)力，變形織構(gòu)二問答單相合金的冷塑性變形與純金屬的室溫塑性變形相比，有何特點(diǎn)。金屬晶體塑性變形時(shí)，滑移和孿生有何主要區(qū)別?A—B二元系中，A晶體結(jié)構(gòu)是bcc,形成a固溶體，B晶體結(jié)構(gòu)是fee,形成B固溶體,A與B形成耳相，其晶體結(jié)構(gòu)是hep：1） 指出a,卩，耳三個(gè)相的常見滑移系；2） 繪出它們單晶變形時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖，試解釋典型低層錯(cuò)能面心立方單晶體的加工硬化曲線,并比較與多晶體加工硬化曲線的差別。簡(jiǎn)述冷加工纖維組織、帶狀組織和變形織構(gòu)的成因及對(duì)金屬材料性能的影響。為什么金屬材料經(jīng)熱加工后機(jī)械性能較鑄造態(tài)好。何為加工硬化？列出產(chǎn)生加工硬化的各種可能機(jī)制。（不必說明），加工硬化現(xiàn)象在工業(yè)上有哪些作用？7鋁單晶體拉伸時(shí)，其力軸為[001],—個(gè)滑移系的臨界分切應(yīng)力為0.79MN/m2，取向因子COSQCOS九=0.41,試問有幾個(gè)滑移系可同時(shí)產(chǎn)生滑移？開動(dòng)其中一個(gè)滑移系至少要施加多大的拉應(yīng)力？9簡(jiǎn)要說明第二相在冷塑性變形過程中的作用.10討論織構(gòu)的利弊及控制方法。 圖711敘述金屬和合金在冷塑性變形過程中發(fā)生的組織性能的變化。 圖12圖7—1所示低碳鋼的三條拉伸曲線，1—塑性變形；2—去載后立即再行加載；3—去載后時(shí)效再加載。試回答下列問題：1） 解釋圖示曲線2無屈服現(xiàn)象和曲線3的屈服現(xiàn)象.2） 屈服現(xiàn)象對(duì)金屬變形制件表面質(zhì)量有何影響，如何改善表面質(zhì)量。13退火純Fe，其晶粒尺寸d=1/4mm時(shí)，其屈服點(diǎn)os=100MNm—2；d=1/64mm時(shí)GS=250MNm-2.d=1/16mm時(shí)，根據(jù)霍爾一配奇公式求其gs為多少？第八章回復(fù)與再結(jié)晶1名詞變形織構(gòu)與再結(jié)晶織構(gòu)，再結(jié)晶全圖，冷加工與熱加工，帶狀組織，加工流線,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,臨界變形度，二次再結(jié)晶，退火孿晶2問答再結(jié)晶與固態(tài)相變有何區(qū)別？簡(jiǎn)述金屬冷變形度的大小對(duì)再結(jié)晶形核機(jī)制和再結(jié)晶晶粒尺寸的影響.燈泡中W絲在高溫下工作,發(fā)生顯著晶粒長(zhǎng)大性能變脆，在熱應(yīng)力作用下破斷，試找出兩種延長(zhǎng)鎢絲壽命的方法？戶外用的架空銅導(dǎo)線（要求一定的強(qiáng)度）和戶內(nèi)電燈用花線，在加工之后可否采用相同的最終熱處理工藝？為什么?5純鋁經(jīng)90%冷變形后，取三塊試樣分別加熱到70s,150s，300s，各保溫一小時(shí)后空冷，純鋁的熔點(diǎn)為660s.1） 分析所得組織，畫出示意圖；2） 說明它們強(qiáng)度、硬度的高低和塑性方面的區(qū)別并簡(jiǎn)要說明原因。今有工業(yè)純鈦、純鋁和純鉛鑄錠，試問如何選擇它們的軋制開坯溫度？開坯后，將它們?cè)谑覝兀?0°C）進(jìn)行軋制，它們的塑性誰好誰壞?為什么?它們?cè)谑覝叵驴煞襁B續(xù)軋制下去？鈦、鉛、鋁分別怎樣才能軋成很薄的帶材？已知：工業(yè)純金屬的再結(jié)晶溫度T再=（0。3—0。4）T熔，鈦熔點(diǎn)1672C，883C以下為hcp，883C以上為bcc；鋁熔點(diǎn)為660C，fcc結(jié)構(gòu)（面心立方）；鉛熔點(diǎn)為327C，fcc結(jié)構(gòu)（面心立方）。試說明晶粒大小對(duì)金屬材料室溫及高溫力學(xué)性能的影響，在生產(chǎn)中如何控制材料的晶粒度。如何提高固溶體合金的強(qiáng)度試用位錯(cuò)理論解釋固溶強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化，以及加工硬化的原因.第九章表面與界面1名詞正吸附,晶界能，小角度晶界，晶界偏析2問答1試說明界面對(duì)復(fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的影響。試述晶界的特性。分析晶界能的變化。分析影響晶界遷移的因素第十章原子擴(kuò)散1、 簡(jiǎn)要說明影響溶質(zhì)原子在晶體中擴(kuò)散的因素。2、 Ni板與Ta板中有0.05mm厚MgO板作為阻擋層，1400°C時(shí)Ni+通過MgO向Ta中擴(kuò)散,此時(shí)Ni+在MgO中的擴(kuò)散系數(shù)為D=9X10-i2cm2/s,Ni的點(diǎn)陣常數(shù)為3。6X10-8cmo問每秒鐘通過MgO阻擋層在2X2cm2的面積上擴(kuò)散的Ni+數(shù)目，并求出要擴(kuò)散走1mm厚的Ni層需要的時(shí)間。3、 對(duì)含碳0.1%齒輪氣體滲碳強(qiáng)化，滲碳?xì)夥蘸?.2%，在齒輪表層下0.2cm處碳含量為0o45%時(shí)齒輪達(dá)到最佳性能。已知鐵為FCC結(jié)構(gòu)，C在Fe中的D0=0。23,激活能Q=32900cal/mol,誤差函數(shù)如表10-1。試設(shè)計(jì)最佳滲碳工藝；在滲碳溫度不變，在1000C時(shí)滲碳，要將滲碳厚度增加1倍,即要求在其表面下0o4cm處滲碳后碳含量為0.45%所需滲碳時(shí)間。表10-1與erf()的對(duì)應(yīng)值erf()erf()erf()0o00.00000.70o67781.40o95230o10o11250o80.74211.50o96610.20.22270o90.79691.60.97630o30.32861.00o82471o70o98380o40o42841.10.88021o80o98910o50.52051.20o91031o90o99280.60.60391.30o93402.00.9953一塊厚度10毫米,含碳量0.77%的鋼在強(qiáng)脫碳?xì)夥罩屑訜岬?00C，然后緩慢冷卻，試指出試樣從表面到心部的組織分布。一塊用作承載重物的低碳鋼板，為提高其表面硬度采用表面滲碳，試分析：滲碳為什么在丫一Fe中進(jìn)行而不在a-Fe中進(jìn)行，即滲碳溫度選擇要高于727e,為什么？滲碳溫度高于1100s會(huì)出現(xiàn)什么問題？銅-鋅基單相固溶體進(jìn)行均勻化處理，試討論如下問題:在有限時(shí)間內(nèi)能否使枝晶偏析完全消失？將此合金均勻化退火前進(jìn)行冷加工,對(duì)均勻化過程是加速還是無影響？說明理由。原子擴(kuò)散在材料中的應(yīng)用何謂上坡擴(kuò)散，舉兩個(gè)實(shí)例說明金屬中上坡擴(kuò)散現(xiàn)象。9、簡(jiǎn)述固溶體合金的擴(kuò)散機(jī)制第一章原子排列與晶體結(jié)構(gòu)[110],(111)，ABCABC..., 0.74 ， 12,4 ， ； [111]， (110) ,0。68 ，8 ， 2 , ； ,(0001) ，ABAB， 0.74 ,12 ， 6 ， .0.01659nm3， 4,8.FCC，BCC，減少，降低，膨脹，收縮.解答:見圖1-110.解答：設(shè)所決定的晶面為(hkl),晶面指數(shù)與面上的直線［uvw］之間有hu+kv+lw=0,故有：h+k—l=0,2h—1=0?？梢郧蟮?hkl)=(112)。6解答:Pb為fee結(jié)構(gòu)，原子半徑R與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系為，故可求得a=0o4949x10—6mm。則(100)平面的面積S=a2=0o244926011x0—i2mm2，每個(gè)(100)面上的原子個(gè)數(shù)為2.所以1mm2上的原子個(gè)數(shù)=4。08x1012.第三章合金相結(jié)構(gòu)一、填空提高，降低，變差，變大。(1)晶體結(jié)構(gòu);(2)元素之間電負(fù)性差:(3)電子濃度；(4)元素之間尺寸差別存在溶質(zhì)原子偏聚和短程有序。置換固溶體和間隙固溶體。提高，降低，降低。溶質(zhì)原子溶入點(diǎn)陣原子溶入溶劑點(diǎn)陣間隙中形成的固溶體，非金屬原子與金屬原子半徑的比值大于0。59時(shí)形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物.三、 問答1、解答：wFe為bee結(jié)構(gòu)，致密度雖然較小，但是它的間隙數(shù)目多且分散，間隙半徑很小，四面體間隙半徑為0.291Ra,艮卩R=0.0361nm，八面體間隙半徑為0。154Ra，即R=0.0191nm。氫，氮，碳，硼由于與a-Fe的尺寸差別較大，在a—Fe中形成間隙固溶體，固溶度很小.a-Fe的八面體間隙的［110］方向R=0.633Ra,間隙元素溶入時(shí)只引起一個(gè)方向上的點(diǎn)陣畸變，故多數(shù)處于a-Fe的八面體間隙中心。B原子較大，有時(shí)以置換方式溶入a—Fe。由于y-Fe為fee結(jié)構(gòu)，間隙數(shù)目少，間隙半徑大四面體間隙半徑為0。225Ra,即R=0。028nm，八面體間隙半徑為0.414Ra,即R=0.0522nm。氫，氮碳，硼在y—Fe中也是形成間隙固溶體，其固溶度大于在a—Fe中的固溶度，氫，氮，碳，硼處于y-Fe的八面體間隙中心。2、簡(jiǎn)答：異類原子之間的結(jié)合力大于同類原子之間結(jié)合力；合金成分符合一定化學(xué)式；低于臨界溫度(有序化溫度)。第三章純金屬的凝固2.填空。結(jié)構(gòu)和能量。表面，體積自由能，，.晶核長(zhǎng)大時(shí)固液界面的過冷度.減少，越大，細(xì)小。5.快速冷卻。二、問答解答：凝固的基本過程為形核和長(zhǎng)大，形核需要能量和結(jié)構(gòu)條件，形核和長(zhǎng)大需要過冷度?細(xì)化晶粒的基本途徑可以通過加大過冷度，加入形核劑，振動(dòng)或攪拌.解答^_根據(jù)金屬結(jié)晶過程的形核和長(zhǎng)大理論以及鑄錠的散熱過程，可以得出通常鑄錠組織的特點(diǎn)為最外層為細(xì)小等軸晶，靠?jī)?nèi)為柱狀晶，最內(nèi)層為粗大等軸晶。3解答：液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)，均勻形核時(shí)臨界晶核半徑rK與過冷度關(guān)系為，臨界形核功?GK等于。異質(zhì)形核時(shí)固相質(zhì)點(diǎn)可作為晶核長(zhǎng)大，其臨界形核功較小，，e為液相與非均勻形核核心的潤(rùn)濕角。形核率與過冷度的關(guān)系為：，其中N為形核率，C為常數(shù)，AGA、AGk分別表示形核時(shí)原子擴(kuò)散激活能和臨界形核功。在通常工業(yè)凝固條件下形核率隨過冷度增大而增大。4解答：在金屬凝固時(shí)，可以近似認(rèn)為L(zhǎng)M=wHm，根據(jù)均勻形核時(shí)臨界晶核半徑rK與過冷度bT關(guān)系為，可以計(jì)算得到r=0o79X10~7em=0。79nm.5:解答：過冷是指金屬結(jié)晶時(shí)實(shí)際結(jié)晶溫度Tn比理論結(jié)晶溫度Tm低的現(xiàn)象?過冷度AT指Tm與Tn的差值。動(dòng)態(tài)過冷度指晶核長(zhǎng)大時(shí)的過冷度。金屬形核和長(zhǎng)大都需要過冷，過冷度增大通常使形核半徑、形核功減少，形核過程容易，形核率增加，晶粒細(xì)化。解答：冷卻速度極大影響金屬凝固后的組織。冷卻快一般過冷度大，使形核半徑、形核功減少,形核過程容易,形核率增加，晶粒細(xì)化，冷卻非常快時(shí)可以得到非晶，在一般工業(yè)條件下快速冷卻可以得到亞穩(wěn)相.7、解答：純金屬凝固時(shí)潤(rùn)濕角9=0°，形核功為0,固相粒子促進(jìn)形核效果最好；潤(rùn)濕角9=180°，異質(zhì)形核功等于均勻形核功，固相粒子對(duì)形核無促進(jìn)作用；潤(rùn)濕角0°<9〈180°，形核功比均勻形核的形核功小，9越小，固相粒子促進(jìn)形核效果越好。雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)與晶核相同或相近時(shí)，促進(jìn)形核效果好，當(dāng)兩者結(jié)構(gòu)不相同時(shí)，般對(duì)促進(jìn)形核效果差或不促進(jìn)形核。雜質(zhì)粒子的表面成凹形時(shí),促進(jìn)形核效果好，成平面狀時(shí)次之,凸形時(shí)最差。第四章二元合金相圖與合金凝固一、填空1。成分2.光滑界面，粗糙界面3。 垂直長(zhǎng)大機(jī)制,二維平面長(zhǎng)大,依靠晶體缺陷長(zhǎng)大枝晶，均勻化退火平直狀，樹枝。6。_偽共晶_。7 ， 1。8。共晶,熔晶,偏析，包析9 0.0218%，4.3％；P和Fe3C;FCC，間隙，間隙固溶體，BCC，2.11％;0.77，珠光體和滲碳體； 4.3%；P+F,P+Fe3C，Ld,A+Fe3C，P+Fe3C+Fe3CII，液相，A，F(xiàn)， 6。69，硬、脆，P。2問答1解答：1)見圖中標(biāo)注。兩相區(qū)由相鄰的兩個(gè)單相區(qū)所構(gòu)成。水平線代表三相區(qū)，見3)中的恒溫反應(yīng)式。穩(wěn)定化合物為不穩(wěn)定化合物為B、Y?1455°C,L+8-e，包晶反應(yīng)；1387°C,L—&+Ni，共晶反應(yīng)；1135C，L+8—y,包晶反應(yīng)；855C，L+y—B，包晶反應(yīng)；640C，L—A1+B，共晶反應(yīng)；Ni30%(重量)的合金在平衡冷卻時(shí)的相變過程：L—Y；855C，L+y—B，包晶反應(yīng);L—B；640C，L—Al+B，共晶反應(yīng)；室溫下相組成為Al+B，，B=1—Al%=71。4％。室溫下組織組成為B+(A1+B)共晶,,,(A1+B)共晶=1-B%=28。6%.含Ni89%(重量)的Ni-Al合金其平衡凝固時(shí)室溫組織為Ni和Ni中析出的&，非平衡凝固后會(huì)出現(xiàn)非平衡共晶組織，即為Ni和少量的1387C反應(yīng)生成的L—(&+Ni)共異X合金平衡凝固完畢時(shí)的組織a初晶占80%，則(d+卩)共晶=20%，設(shè)此合金中Ni組元的含量是X,,可以求得X=0.01%.1500s時(shí)Al-Ni合金系的自由能一成分曲線示意圖如圖.2解答：1)a相晶體結(jié)構(gòu)與Cu的結(jié)構(gòu)保持一致，為fee結(jié)構(gòu)；共晶反應(yīng)前的平衡分配系數(shù)；Cu-13.47%Sn合金在正常條件下凝固后，由于固相平均成分線相對(duì)于固相線下移，在合金凝固過程中剩余少量液相出現(xiàn)非平衡結(jié)晶，發(fā)生包晶反應(yīng)而出現(xiàn)少量卩相。這些少量卩相可以通過均勻化退火消除。Cu—70%Sn合金平衡凝固過程為L(zhǎng)—E,L92.4+&38.2-n59。0,L-n,L99.3—n60.9+(Sn),n共晶反應(yīng)剛完畢時(shí)相組成物為n+(Sn),組織組成物為n+(n+Sn)相組成物的相對(duì)含量為：和組織組成物的相對(duì)含量：(n+Sn)共晶％=l—n%=23.7%。合金在450°C時(shí)各相自由能——成分曲線示意圖如圖所示.3解答：1)相區(qū)填寫如圖所示.相圖中各等溫反應(yīng)如下：935C：L+B(Y)—&；780C:L+e—S；776C：B(Y)-&+a(Y)；635C：L+e—y；557C：L-(Mg)+Y。Y=5%wt時(shí)的合金K在室溫時(shí)的平衡組織為(Mg)固溶體。Mg為hep結(jié)構(gòu)，因?yàn)閞=a/2，一個(gè)hep晶胞中有6個(gè)原子，設(shè)，則致密度為提高合金K強(qiáng)度的可能方法有細(xì)化晶粒，加工硬化。Y=10%wt之合金可能的強(qiáng)化方法有細(xì)化晶粒，加工硬化和固溶時(shí)效.4解答：相同點(diǎn)：均需要形核與長(zhǎng)大，形核要滿足一定熱力學(xué)條件形成一定臨界晶核半徑，即需要能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏。不同點(diǎn)：固溶體合金形核除需要能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏外，還需要成分起伏，非平衡結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生偏析，一般會(huì)產(chǎn)生成分過冷，凝固過程是在一個(gè)溫度區(qū)間進(jìn)行，而純金屬凝固在等溫進(jìn)行。解答：1)Fe3Cn含量最多的合金、珠光體含量最多的合金、萊氏體含量最多的合金的合金成分分別為含碳量2。11%,0。77%，4。3%。二元系中比較適合做變形合金和合金為單相固溶體，適合作為鑄造合金的成分范圍為含有較多共晶體的合金。故在含碳量小于2。11%的合金可以經(jīng)過加熱得到單相合金適合作為變形合金，含碳量大于4.3%的合金有共晶反應(yīng)適合作為鑄造合金.提高壓力加工合金的強(qiáng)度的方法主要有加工硬化，合金元素固溶產(chǎn)生的固溶強(qiáng)化，細(xì)化晶粒強(qiáng)化，熱處理強(qiáng)化，第二相強(qiáng)化，彌散質(zhì)點(diǎn)的彌散強(qiáng)化.平衡反應(yīng)的成分及溫度，反應(yīng)式為1495C，L0.53+60.09—A0.17，包晶反應(yīng)；1148C，L43—A2.11+Fe3C,共晶反應(yīng)；727C，A0。77—F0.0218+Fe3C，共析反應(yīng)；凝固過程：935C：L—y，Y—Fe3ClI，Y-F+Fe3ClI(P)室溫下相組成為F+Fe3ClI,其中；室溫下組織組成為P+Fe3ClI,其中,Fe3ClI%=1—P%=1。9%.亞穩(wěn)轉(zhuǎn)變后組織為P+Fe3ClI，淬火冷卻后C在Fe中形成過飽和固溶體(馬氏體相變).三種鋼在給定溫度下的顯微組織如表。1200C時(shí)各相的自由能---成分曲線示意圖如圖。6：解答：1)11合金的平衡冷卻曲線和組織如圖;室溫下相組成物為a+B，其中，B=1—a%=88.2%，組織組成為B+(a+B)共晶，，(a+B)共晶%=1—B%=25%；I合金在平衡凝固時(shí)室溫組織為a+BII,工業(yè)條件冷卻時(shí)出現(xiàn)少量非平衡共晶組織，室溫組織為a+BII+少量(a+B)共晶?？梢愿鶕?jù)相圖估計(jì)，在共晶溫度下盡可能高的溫度進(jìn)行退火.7：解答：1)金屬固液界面的微觀結(jié)構(gòu)為粗糙界面長(zhǎng)大機(jī)制為垂直長(zhǎng)大方式，在正溫度梯度下固液界面保持平直，在負(fù)溫度梯度下成長(zhǎng)時(shí)固/液界面不穩(wěn)定，結(jié)晶后容易長(zhǎng)成樹枝狀晶。8：解答：1)相區(qū)填充如圖；設(shè)X合金中Bi組元的含量是x,依題意有，可以解得x=53o44，即Bi組元的含量是53.44%.設(shè)Y合金中Bi組元的含量是y依題意有共晶含量，可以解得y=78o15，即Pb組元的含量是21.85%。Pb—30%Bi合金平衡凝固過程為L(zhǎng)—a，L+a—B，L—B，B—Bi，室溫下平衡組織為B+Bi，非平衡凝固下由于L+a-B包晶反應(yīng)很難進(jìn)行完全，故在B晶粒內(nèi)部會(huì)保留部分a,室溫下組織為B+殘留a+Bi。第五章三元合金相圖1解答：0。8%C的Fe-C—Si三元合金在平衡冷卻時(shí)的相變過程為L(zhǎng)—a,L+a—Y，L—y，1100°C時(shí)的平衡組織為Y。2解答：1)Cu—30%Zn—10%Al合金的成分點(diǎn)見圖中X點(diǎn)。Cu—20%Zn—8%Al合金，位于a+y兩相區(qū)邊界線上，由a+丫兩相組成。Cu-25Zn-6Al合金位于a++Y的三相區(qū)中，由a++Y的三相區(qū)組成，可以從圖中讀出各相成分點(diǎn)a：Cu—22.6Zn—3o45Al,Y：Cu—18Zn-11.5Al，B：Cu-30Zn—4Al故Cu-20Zn—8Al合金中a%=X100%=43。50%Y%=1—a%=56.5%Cu-25Zn-6Al合金中100%=50%a%=(1—)X43.5%=21.75%,Y%=(1-)X56.5%=28。25%Y合金凝固過程：L-a，L-a＋B，B-a解答:1):L+a-B:L—B+Y：L-a+YL+a-B+YO合金凝固過程：L—a，L+a—B,L+a—B+Y,a,B,Y同析.解答:e—1085C：L—FeC+Y；P—1335C：L+a—Y；Y—1380C：L+FeW2—a1700CL+WC+W—n1200CL+n—Y+WC1085CL—Y+Fe3C+WC5解答：1)2Cr13o不銹鋼的淬火加熱在Y相區(qū)，從圖上估計(jì)為1050C—1300C；2%C，13%Cr剛的平衡凝固過程為：L—y,L—Y+C;Y—a+C(P);a—C；室溫下組織為C+P.1區(qū)的三相反應(yīng)是：L+S—Y795C的四相平衡的反應(yīng)式：Y+C—a+C6解答：W區(qū)合金凝固過程為：L—a,L—a+B，a—B互析；"區(qū)合金凝固過程為：L—a,L—a+B，L—a+B+Y,隨后a,B，Y同析；四相反應(yīng)式為：L—a+B+Y7解答:四相反應(yīng)式為137o4C時(shí)P點(diǎn):Lp+a—B+599o5C時(shí)E點(diǎn)L—B2+5+y三元系初晶面有§、a、B、Y的四個(gè)初晶面；三元合金中合金1的結(jié)晶過程為：L—y，L—Y+6+B；合金2的結(jié)晶過程為：L—6，L—6+B，L—y+6+B；合金3的結(jié)晶過程為：L—a，L—6+a,L+a—B+6；合金4的結(jié)晶過程為：：L—a，L+a—B+6o由題意分析可知改合金成分位于Y(Bi)與E點(diǎn)的連線上，設(shè)其Bi含量為x，故有50%=X100%，故Bi含量為77.5%，即Pb%+Sn%=22.5%。由于成分線過Bi的頂點(diǎn)，故所求合金中可求得Pb%=9%,Sn=13o5%.第六章空位與位錯(cuò)一、名詞解釋空位平衡濃度：金屬晶體中,空位是熱力學(xué)穩(wěn)定的晶體缺陷，在一定的空位下對(duì)應(yīng)一定的空位濃度,通常用金屬晶體中空位總數(shù)與結(jié)點(diǎn)總數(shù)的比值來表示。位錯(cuò):晶體中的一種原子排列不規(guī)則的缺陷，它在某一個(gè)方向上的尺寸很大，另兩個(gè)方向上尺寸很小。柏氏回路:確定柏氏族矢量的過程中圍繞位錯(cuò)線作的一個(gè)閉合回路，回路的每一步均移動(dòng)一個(gè)原子間距，使起點(diǎn)與終點(diǎn)重合。P-N力：周期點(diǎn)陣中移動(dòng)單個(gè)位錯(cuò)時(shí)，克服位錯(cuò)移動(dòng)阻力所需的臨界切應(yīng)力擴(kuò)展位錯(cuò)：兩個(gè)不全位錯(cuò)之間夾有層錯(cuò)的位錯(cuò)組態(tài)堆垛層錯(cuò):密排晶體結(jié)構(gòu)中整層密排面上原子發(fā)生滑移錯(cuò)排而形成的一種晶體缺陷。弗蘭克—瑞德位錯(cuò)源:兩個(gè)結(jié)點(diǎn)被釘扎的位錯(cuò)線段在外力的作用下不斷彎曲弓出后，互相鄰近的位錯(cuò)線抵消后產(chǎn)生新位錯(cuò)，原被釘扎錯(cuò)位線段恢復(fù)到原狀，不斷重復(fù)產(chǎn)生新位錯(cuò)的，這個(gè)不斷產(chǎn)生新位錯(cuò)、被釘扎的位錯(cuò)線即為弗蘭克-瑞德位錯(cuò)源。Orowan機(jī)制:合金相中與基體非共格的較硬第二相粒子與位錯(cuò)線作用時(shí)不變形，位錯(cuò)繞過粒子，在粒子周圍留下一個(gè)位錯(cuò)環(huán)使材料得到強(qiáng)化的機(jī)制?？拼?fàn)枤鈭F(tuán)：圍繞刃型位錯(cuò)形成的溶質(zhì)原子聚集物，通常阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效果。鈴木氣團(tuán)：溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)偏聚，由于形成化學(xué)交互作用使金屬強(qiáng)度升高。面角位錯(cuò)：在fee晶體中形成于兩個(gè)｛111｝面的夾角上，由三個(gè)不全位錯(cuò)和兩個(gè)層錯(cuò)構(gòu)成的不能運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)組態(tài).多邊形化：連續(xù)彎曲的單晶體中由于在加熱中通過位錯(cuò)的滑移和攀移運(yùn)動(dòng)，形成規(guī)律的位錯(cuò)壁，成為小角度傾斜晶界，單晶體因而變成多邊形的過程.二、問答1解答」層錯(cuò)能高，難于形成層錯(cuò)和擴(kuò)展位錯(cuò)，形成的擴(kuò)展位錯(cuò)寬度窄，易于發(fā)生束集，容易發(fā)生交滑移，冷變形中線性硬化階段短，甚至被掩蓋，而拋物線硬化階段開始早，熱變形中主要發(fā)生動(dòng)態(tài)恢復(fù)軟化；層錯(cuò)能低則反之，易于形成層錯(cuò)和擴(kuò)展位錯(cuò)，形成的擴(kuò)展位錯(cuò)寬度較寬，難于發(fā)生束集和交滑移，冷變形中線性硬化階段明顯，熱變形中主要發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化。2.解答：1）對(duì)于位錯(cuò)反應(yīng)，需要同時(shí)滿足能量條件和幾何條件，反應(yīng)才能進(jìn)行。在t]+中,，，，滿足能量條件；同時(shí)，滿足幾何條件，故反應(yīng)能進(jìn)行.擴(kuò)展位錯(cuò)寬度,G為切彈性模量,b1、b2為不全位錯(cuò)柏氏矢量，Y為層錯(cuò)能。若反應(yīng)前的是刃位錯(cuò)，則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯(cuò)只能在原滑移面上進(jìn)行滑移；若反應(yīng)前的是螺型位錯(cuò)，反應(yīng)后形成的擴(kuò)展位錯(cuò)可以進(jìn)行束集，與其相交面如面相交處束集，而后過渡到面上進(jìn)行運(yùn)動(dòng),并有可能再次分解為擴(kuò)展位錯(cuò)。2）若（1,1，1）面上位錯(cuò)與面上的位錯(cuò)相遇，它們之間能滿足能量條件和幾何條件，可以發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng)，反應(yīng)式為：。新位錯(cuò)位于（001）面上，是純?nèi)行臀诲e(cuò)，由于不在其滑移面｛111｝面上，為不可動(dòng)位錯(cuò)。3）（111）與（111）兩個(gè)滑移面上全位錯(cuò)分解為肖克萊不全位錯(cuò)的兩個(gè)反應(yīng)式為：（111）晶面上:,面上的位錯(cuò)4）如果兩擴(kuò)展位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)分解后的兩個(gè)領(lǐng)先不全位錯(cuò)為和，兩領(lǐng)先位錯(cuò)之間依據(jù)能量條件和幾何條件要求，可以判斷位錯(cuò)反應(yīng)可以進(jìn)行.新位錯(cuò)柏氏矢量為；新形成位錯(cuò)為在（001）面上刃型位錯(cuò)，牽制到其它兩個(gè)不全位錯(cuò)和兩個(gè)層錯(cuò)均不能運(yùn)動(dòng),會(huì)引起冷加工中的加工硬化。3解答:1）將各參數(shù)帶入公式中可以計(jì)算得到Es=0.73?0.92Gb2；2）Cu中長(zhǎng)度為1個(gè)柏氏矢量的螺型位錯(cuò)割階的能量約為（1.725?2。3）X10-11J/cm2。4解答：平衡空位濃度,A為材料常數(shù)，k=1.38X10-23J/K，Ev為空位形成能即溫度越高,空位濃度越大。高溫淬火后由于高濃度空位被保留至低溫對(duì)低溫加熱擴(kuò)散有促進(jìn)作用。5解答：平衡空位濃度,Al的空位形成能為0。76eV=0。76X（1。602X10-19J），k=1。38X10-23J/K,系數(shù)A=1。計(jì)算可得27e（300K）時(shí)空位濃度C1=1.7X10-13，627e時(shí)空位濃度為C2=5.54X10-5，故從27s升溫到627s時(shí)空位濃度增加倍。6解答：兩平行同號(hào)刃型位錯(cuò)之間滑移面上的受力:，G為切彈性模量，b,為兩刃型位錯(cuò)的柏氏矢量，v為泊松比。故位置1位錯(cuò)受斥力，位置2位錯(cuò)處于亞穩(wěn)平衡,偏離該位置則遠(yuǎn)離或運(yùn)動(dòng)到與原點(diǎn)處位錯(cuò)垂直的地方。位置3處第二個(gè)位錯(cuò)處于與原點(diǎn)處位錯(cuò)垂直的上方，處于穩(wěn)定態(tài)。7、解答：位錯(cuò)是晶體中的缺陷，對(duì)材料有許多重要影響。1） 對(duì)變形影響。通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)完成塑性變形；2） 對(duì)性能影響，與第二相粒子，通過切過或繞過機(jī)制強(qiáng)化材料，冷加工中位錯(cuò)密度增加也能強(qiáng)化材料，或通過形成科垂?fàn)枤鈭F(tuán)強(qiáng)化材料，以及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)中相互交截，或形成割階、面角位錯(cuò)等使材料強(qiáng)化;3） 對(duì)再結(jié)晶中的晶核形成機(jī)制有影響；是優(yōu)先擴(kuò)散通道.第七章金屬塑性變形一名詞固溶強(qiáng)化：固溶體中的溶質(zhì)原子溶入基體金屬后使合金變形抗力提高，應(yīng)力－應(yīng)變曲線升高，塑性下降的現(xiàn)象；應(yīng)變時(shí)效：具有屈服現(xiàn)象的金屬材料在受到拉伸等變形發(fā)生屈服后，在室溫停留或低溫加熱后重新拉伸又出現(xiàn)屈服效應(yīng)的情況；孿生：金屬塑性變形的重要方式.晶體在切應(yīng)力作用下一部分晶體沿著一定的晶面（孿晶面）和一定的晶向（孿生方向）相對(duì)于另外一部分晶體作均勻的切變，使相鄰兩部分的晶體取向不同，以孿晶面為對(duì)稱面形成鏡像對(duì)稱，孿晶面的兩邊的晶體部分稱為孿晶。形成孿晶的過程稱為孿生；臨界分切應(yīng)力：金屬晶體在變形中受到外力使某個(gè)滑移系啟動(dòng)發(fā)生滑移的最小分切應(yīng)力；變形織構(gòu):多晶體中位向不同的晶粒經(jīng)過塑性變形后晶粒取向變成大體一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)稱為變形織構(gòu)，織構(gòu)在變形中產(chǎn)生,稱為變形織構(gòu)。二問答1簡(jiǎn)答：純金屬變形主要借助位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，通過滑移和孿生完成塑性變形，開動(dòng)滑移系需要臨界切應(yīng)力，晶體中還會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)；單相合金的基本變形過程與純金屬的基本過程是一樣的,但會(huì)出現(xiàn)固溶強(qiáng)化，開動(dòng)滑移系需要臨界切應(yīng)力較大，還有屈服和應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。2簡(jiǎn)簽：滑移時(shí)原子移動(dòng)的距離是滑移方向原子間距的整數(shù)倍，孿生時(shí)原子移動(dòng)的距離不是孿生方向原子間距的整數(shù)倍；滑移時(shí)滑移面兩邊晶體的位向不變，而孿生時(shí)孿生面兩邊的晶體位向不同,以孿晶面形成鏡像對(duì)稱；滑移時(shí)需要的臨界分切應(yīng)力小，孿生開始需要的臨界分切應(yīng)力很大，孿生開始后繼續(xù)切變時(shí)需要的切應(yīng)力小，故孿生一般在滑移難于進(jìn)行時(shí)發(fā)生。3簡(jiǎn)答：l）a的滑移系為｛110｝vlll>,卩相的常見滑移系為｛111｝仃10>,耳相的常見滑移系為（0001）仃10>。2）它們單晶變形時(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線示意圖如圖。典型的面心立方單晶體的加工硬化曲線可以分為三個(gè)階段。當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到晶體的臨界分切應(yīng)力時(shí)，其應(yīng)力—應(yīng)變曲線近似為直線，稱為易滑移階段，此時(shí)加工硬化率很小，滑移線細(xì)長(zhǎng)，分布均勻;隨后加工硬化率顯著增加,稱為線性硬化階段,滑移系在幾組相交的滑移系上發(fā)生，位錯(cuò)彼此交截,滑移線較短；第三階段稱為拋物線硬化階段，加工硬化隨應(yīng)變?cè)黾佣鴾p少，出現(xiàn)許多碎斷滑移帶,滑移帶端部出現(xiàn)交滑移痕跡。多晶體加工硬化曲線一般不出現(xiàn)易滑移的第一階段，而加工硬化率明顯高于單晶體.4簡(jiǎn)答：冷加工纖維組織是純金屬和單相合金在冷塑性變形時(shí)和變形度很大的條件下，各晶粒伸長(zhǎng)成纖維狀;帶狀組織是復(fù)相合金在冷塑性變形和變形度大的條件下第二相被破碎或伸長(zhǎng)，沿變形方向成帶狀分布而形成的;變形織構(gòu)是金屬和合金在在冷塑性變形時(shí)晶粒發(fā)生擇優(yōu)取向而形成的。上述冷加工纖維組織、帶狀組織和變形織構(gòu)都使材料的性能具有方向性,即在各個(gè)方向上的性能不均，對(duì)使用性能有不良影響,但少數(shù)金屬材料，如用作變壓器的硅鋼片，各向異性能更好滿足使用要求.5簡(jiǎn)答：金屬材料經(jīng)熱加工后機(jī)械性能較鑄造態(tài)好的主要原因是熱加工時(shí)的高溫、大變形量使氣泡、疏松和微裂紋得到機(jī)械焊合，提高了材料的致密性，消除了鑄造缺陷，同時(shí)改善夾雜物和脆性相的形態(tài)、大小和分布，使枝晶偏析程度減弱，合金成分均勻性提高，熱加工中形成合理的加工流線，熱加工還可使金屬顯微組織細(xì)化,這些都可以提高金屬材料的性能。6簡(jiǎn)答：金屬材料經(jīng)冷加工后，強(qiáng)度增加,硬度增加，塑性降低的現(xiàn)象稱為加工硬化.產(chǎn)生加工硬化的各種可能機(jī)制有滑移面上平行位錯(cuò)間的交互作用的平行位錯(cuò)硬化理論，以及滑移面上位錯(cuò)與別的滑移面上位錯(cuò)林切割產(chǎn)生割階的林位錯(cuò)強(qiáng)化理論。加工硬化在實(shí)際生產(chǎn)中用來控制和改變金屬材料的性能,特別是對(duì)不能熱處理強(qiáng)化的合金和純金屬尤為重要，可以進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的合金,加工硬化可以進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度；加工硬化是實(shí)現(xiàn)某些工件和半成品加工成型的主要因素；加工硬化也會(huì)帶來塑性降低，使變形困難的影響，還會(huì)使材料在使用過程中尺寸不穩(wěn)定,易變形，降低材料耐蝕性。7簡(jiǎn)答：可有8個(gè)滑移系同時(shí)產(chǎn)生滑移（可以通過計(jì)算fee的滑移系與［001］方向的夾角得到此結(jié)果）.開動(dòng)其中一個(gè)滑移系至少要施加的拉應(yīng)力為9簡(jiǎn)答:第二相在冷塑性變形過程中的作用一般是提高合金強(qiáng)度，但還取決于第二相的種類數(shù)量顆粒大小形狀分布特點(diǎn)及與基體結(jié)合界面結(jié)構(gòu)等，對(duì)塑性變形影響復(fù)雜。第二相強(qiáng)度高于基體但有一定塑性，其尺寸、含量與基體基本接近，則合金塑性是兩相的變形能力平均值。第二相硬、脆，合金變形只在基體中進(jìn)行，第二相基本不變形；第二相均勻、彌散分布在固溶體基體上，可以對(duì)合金產(chǎn)生顯著強(qiáng)化作用。10簡(jiǎn)答：織構(gòu)由晶粒擇優(yōu)取向形成,變形織構(gòu)對(duì)再結(jié)晶織構(gòu)形成有主要影響，織構(gòu)造成材料性能各向異性。各向異性在不同情況需要避免或利用?？棙?gòu)控制可以通過控制合金元素的種類和含量、雜質(zhì)含量、變形工藝（如變向軋制）和退火工藝等多種因素的配合.11簡(jiǎn)答：金屬和合金在冷塑性變形過程中發(fā)生的組織性能的變化主要有晶粒被拉長(zhǎng),形成纖維組織，冷變形程度很高時(shí)，位錯(cuò)密度增高，形成位錯(cuò)纏結(jié)和胞狀組織，發(fā)生加工硬化，，變形金屬中出現(xiàn)殘余應(yīng)力，金屬在單向塑性變形時(shí)出現(xiàn)變形織構(gòu)。12簡(jiǎn)答：1）屈服現(xiàn)象是由溶質(zhì)原子與位錯(cuò)交互作用產(chǎn)生氣團(tuán)產(chǎn)生的，在外力作用下使位錯(cuò)掙脫溶質(zhì)原子的釘扎，材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，曲線2在位錯(cuò)脫離釘扎后溶質(zhì)原子來不及重新聚集形成氣團(tuán)，故無屈服現(xiàn)象;曲線3在出現(xiàn)屈服后時(shí)效再加載，溶質(zhì)原子可以重新聚集形成氣團(tuán)，故又出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；2）屈服現(xiàn)象使金屬材料在拉伸和深沖過程中變形不均勻，造成工件表面不平整?？梢酝ㄟ^加入與溶質(zhì)原子形成穩(wěn)定化合物的其它元素，減少間隙溶質(zhì)原子含量，減少氣團(tuán)，消除或減輕屈服現(xiàn)象，或在深沖之前進(jìn)行比屈服伸長(zhǎng)范圍稍大的預(yù)變形，使位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)的釘扎，然后盡快深沖。13簡(jiǎn)答：根據(jù)霍爾-配奇公式:，則按照題意有：和，可以解得o0=50，k=25,故可求得當(dāng)d=1/16mm時(shí)，根據(jù)霍爾一配奇公式求得gs=50+25X=150MNm—2第八章回復(fù)與再結(jié)晶1名詞變形織構(gòu):多晶體中位向不同的晶粒經(jīng)過塑性變形后晶粒取向變成大體一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)稱為變形織構(gòu)，織構(gòu)在變形中產(chǎn)生，稱為變形織構(gòu)；再結(jié)晶織構(gòu)是具有變形織構(gòu)的金屬經(jīng)過再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的織構(gòu)，位向于原變形織構(gòu)可能相同或不同，但常與原織構(gòu)有一定位向關(guān)系。再結(jié)晶全圖:表示冷變形程度、退火溫度與再結(jié)晶后晶粒大小的關(guān)系（保溫時(shí)間一定）的圖.冷加工與熱加工:再結(jié)晶溫度以上的加工稱為熱加工，低于再結(jié)晶溫度又是室溫下的加工稱為冷加工。帶狀組織:多相合金中的各個(gè)相在熱加工中可能沿著變形方向形成的交替排列稱為帶狀組織；加工流線:金屬內(nèi)部的少量夾雜物在熱加工中順著金屬流動(dòng)的方向伸長(zhǎng)和分布，形成一道一道的細(xì)線;動(dòng)態(tài)再結(jié)晶:低層錯(cuò)能金屬由于開展位錯(cuò)寬，位錯(cuò)難于運(yùn)動(dòng)而通過動(dòng)態(tài)回復(fù)軟化，金屬在熱加工中由溫度和外力聯(lián)合作用發(fā)生的再結(jié)晶稱為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。臨界變形度:再結(jié)晶后的晶粒大小與冷變形時(shí)的變形程度有一定關(guān)系，在某個(gè)變形程度時(shí)再結(jié)晶后得到的晶粒特別粗大，對(duì)應(yīng)的冷變形程度稱為臨界變形度。二次再結(jié)晶:某些金屬材料經(jīng)過嚴(yán)重變形后在較高溫度下退火時(shí)少數(shù)幾個(gè)晶粒優(yōu)先長(zhǎng)大成為特別粗大的晶粒，周圍較細(xì)的晶粒逐漸被吞掉的反常長(zhǎng)大情況.退火孿晶:某些面心立方金屬和合金經(jīng)過加工和再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶組織.2問答1簡(jiǎn)答：再結(jié)晶是一種組織轉(zhuǎn)變，從變形組織轉(zhuǎn)變?yōu)闊o畸變新晶粒的過程，再結(jié)晶前后組織形態(tài)改變，晶體結(jié)構(gòu)不變；固態(tài)相變時(shí)，組織形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)都改變；晶體結(jié)構(gòu)是否改變是二者的主要區(qū)別.2簡(jiǎn)答:變形度較小時(shí)以晶界弓出機(jī)制形核，變形度大的高層錯(cuò)能金屬以亞晶合并機(jī)制形核,變形度大的低層錯(cuò)能金屬以亞晶長(zhǎng)大機(jī)制形核.冷變形度很小時(shí)不發(fā)生再結(jié)晶,晶粒尺寸基本保持不變,在臨界變形度附近方式再結(jié)晶晶粒特別粗大，超過臨界變形度后隨變形度增大,晶粒尺寸減少，在很大變形度下，加熱溫度偏高，少數(shù)晶粒發(fā)二次再結(jié)晶，使部分晶粒粗化。3簡(jiǎn)答:燈泡中W絲在高溫下工作，晶粒長(zhǎng)大后在熱應(yīng)力作用下破斷，延長(zhǎng)鎢絲壽命的方法可以加入第二相質(zhì)點(diǎn)阻止晶粒在加熱時(shí)長(zhǎng)大,如加入ThO2顆粒；或在燒結(jié)中使制品中形成微細(xì)的空隙也可以抑制晶粒長(zhǎng)大，如加入少量K、Al、Si等雜質(zhì)，在燒結(jié)時(shí)汽化形成極小的氣泡。4簡(jiǎn)答：戶外用的架空銅導(dǎo)線要求一定的強(qiáng)度可以進(jìn)行回復(fù)退火，只去應(yīng)力，保留強(qiáng)度；戶內(nèi)電燈用花線可以進(jìn)行再結(jié)晶退火，軟化金屬，降低電阻率。5簡(jiǎn)答：1）純鋁經(jīng)90%冷變形后在70s，1508，3008保溫后空冷的組織示意圖如圖。2）純鋁試樣強(qiáng)度、硬度以70s退火后最高,1508退火試樣的強(qiáng)度、硬度次之，3008保溫后強(qiáng)度、硬度最低，而塑性則以708退火后最低,1508退火試樣的居中，3008保溫后塑性最好;工業(yè)純金屬的再結(jié)晶溫度一般可用T匚（0。3?0.4）T熔估計(jì)，故純鋁的再結(jié)晶溫度為1008左右，在70r保溫合金只是發(fā)生回復(fù),顯微組織仍保持加工狀態(tài)，強(qiáng)度?硬度最高，塑性差，組織為纖維組織；1508加熱發(fā)生再結(jié)晶，強(qiáng)度、硬度下降，塑性好，3008保溫后發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步下降，塑性很好。7簡(jiǎn)答:可計(jì)算得到三種純金屬的再結(jié)晶溫度大約為純鈦：550°C，純鋁：100°C，純鉛低于0°C。金屬的軋制開坯溫度要在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行故工業(yè)純鈦、純鋁和純鉛鑄錠的軋制開坯溫度可分別取200C,800C，室溫即可。開坯后在室溫軋制，鉛的塑性最好，鋁的塑性也較好，鈦的塑性最差。在室溫下純鋁和純鉛可以連續(xù)軋制,并獲得很薄的帶材，但純鈦不能繼續(xù)軋制,要獲得很薄的帶材需要在再結(jié)晶溫度以上反復(fù)進(jìn)行軋制。8簡(jiǎn)答：晶粒大小對(duì)金屬材料的室溫力學(xué)性能可用Hall—Petch公式描述，晶粒越細(xì)小，材料強(qiáng)度越高；高溫下由于晶界產(chǎn)生粘滯性流動(dòng)，發(fā)生晶粒沿晶界的相對(duì)滑動(dòng)，并產(chǎn)生擴(kuò)散蠕變，晶粒太細(xì)小金屬材料的高溫強(qiáng)度反而降低.生產(chǎn)中可以通過選擇合適的合金成分獲得細(xì)小晶粒，利用變質(zhì)處理,振動(dòng)、攪拌，加大過冷度等措施細(xì)化鑄錠晶粒，利用加工變形細(xì)化晶粒，合理制訂再結(jié)晶工藝參數(shù)控制晶粒長(zhǎng)大.9簡(jiǎn)答：固溶強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化，加工硬化，第二相強(qiáng)化，相變（熱處理）強(qiáng)化等。10簡(jiǎn)答：固溶強(qiáng)化的可能位錯(cuò)機(jī)制主要是溶質(zhì)原子氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)的釘扎，增加了位錯(cuò)滑移阻力。如溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性交互作用的科垂?fàn)枤鈭F(tuán)和斯諾克氣團(tuán)，溶質(zhì)原子與擴(kuò)展位錯(cuò)交互作用的鈴木氣團(tuán)使層錯(cuò)寬度增加，位錯(cuò)難于束集，交滑移困難；溶質(zhì)原子形成的偏聚和短程有序，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)通過時(shí)破壞了偏聚和短程有序使得能量升高，增加位錯(cuò)的阻力，以及溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的靜電交互作用對(duì)位錯(cuò)滑移產(chǎn)生的阻力使材料強(qiáng)度升高。彌散強(qiáng)化也是通過阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)化材料，如位錯(cuò)繞過較硬、與基體非共格第二相的Orowan機(jī)制和切割較軟、與基體共格的第二相粒子的切割機(jī)制.產(chǎn)生加工硬化的各種可能機(jī)制有滑移面上平行位錯(cuò)間的交互作用的平行位錯(cuò)硬化理論,以及滑移面上位錯(cuò)與別的滑移面上位錯(cuò)林切割產(chǎn)生割階的林位錯(cuò)強(qiáng)化理論。第九章表面與界面1名詞正吸附：材料表面原子處于結(jié)合鍵不飽和狀態(tài)，以吸附介質(zhì)中原子或晶體內(nèi)部溶質(zhì)原子達(dá)到平衡狀態(tài),當(dāng)溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子在表面濃度大于在其在晶體內(nèi)部的濃度時(shí)稱為正吸附;晶界能：晶界上原子從晶格中正常結(jié)點(diǎn)位置脫離出來，引起晶界附近區(qū)域內(nèi)晶格發(fā)生畸變,與晶內(nèi)相比，界面的單位面積自由能升高，升高部分的能量為晶界能；小角度晶界:多晶體材料中,每個(gè)晶粒之間的位向不同,晶粒與晶粒之間存在界面，若相鄰晶粒之間的位向差在10°?2°之間，稱為小角度晶界；晶界偏聚：溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子在晶界或相界上的富集，也稱內(nèi)吸附，有因?yàn)槌叽缫蛩卦斐傻钠胶馄酆涂瘴辉斐傻姆瞧胶馄邸?問答1簡(jiǎn)答：復(fù)合材料由顆?；蚶w維與基體構(gòu)成，存在大量界面。按照顯微結(jié)構(gòu)，其界面層可以區(qū)分為基體與復(fù)合物的機(jī)械固體嚙合結(jié)合、形成化學(xué)反應(yīng)的化合層結(jié)合、形成完全或部分固溶體的結(jié)合幾種情況。結(jié)合層的結(jié)合面體積分?jǐn)?shù)越大，結(jié)合層強(qiáng)度越高，基體與復(fù)合物之間的結(jié)合鍵力越大，結(jié)合強(qiáng)度越高.2簡(jiǎn)答：晶界具有晶界能，容易發(fā)生溶質(zhì)原子和雜質(zhì)原子的晶界偏聚,是原子易擴(kuò)散通道，晶界在加熱時(shí)會(huì)發(fā)生遷移，晶界是相變等優(yōu)先形核的地方,晶界易受腐蝕，晶界增多在室溫下強(qiáng)化材料,在高溫下弱化材料強(qiáng)度，晶界處易于析出第二相，晶界容易使位錯(cuò)塞積，造成應(yīng)力集中，晶界上原子排列混亂。3簡(jiǎn)答