材料科學(xué)基礎(chǔ)試題及答案

1、第一章原子排列與晶體結(jié)構(gòu) 1 .fcc結(jié)構(gòu)的密排方向是,密排面是,密排面的堆垛順序是,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；bcc結(jié)構(gòu)訴:秘方向是,密排面是,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)的密排方向是,密排面是,密排面的堆垛順序是,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. 2 .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. 3 .純鐵冷卻時(shí)在912發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變是從結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu),配位數(shù),致密度降低,晶體體

2、積,原子半徑發(fā)生. 4 .在面心立方晶胞中畫出(112)晶面和112晶向,指出110中位于(111)平面上的方向.在hcp晶胞的(0001)面上標(biāo)出(1210)晶面和彳2彳0晶向. 5 .求111和20彳兩晶向所決定的晶面. 6在鉛白1(100)平面上,1mm2有多少原子？鉛為fcc面心立方結(jié)構(gòu),其原子半徑R=0.175M0-6mmo 第二章合金相結(jié)構(gòu) 一、 填空 1) 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 隙固溶體時(shí),固溶體的點(diǎn)陣常數(shù). 2) 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. 3) 置換式固溶體的不均勻性主要表現(xiàn)為和

3、. 4) 根據(jù)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. 5)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)電性. 6)間隙固溶體是,間隙化合物 二、 問答 1、分析氫,氮,碳,硼在-Fe和-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.元素的原子半徑如下：氫：0.046nm,氮：0.071nm,碳：0.077nm,硼：0.091nm, -Fe：0.124nm,-Fe:0.126nm. 2、簡(jiǎn)述形成有序固溶體的必要條件. 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局部

4、,其中自由能是形核的阻力,是形核的動(dòng)力；臨界晶核半徑此與過冷度T關(guān)系為,臨界形核功 GK等于o 3動(dòng)態(tài)過冷度是指. 4在工廠生產(chǎn)條件下,過冷度增大,那么臨界晶核半徑,金屬結(jié)晶冷卻速度越快, N/G比值,晶粒越. 5.獲得非晶合金的根本方法是. 二、問答 1根據(jù)凝固理論,試述細(xì)化晶粒的根本途徑. 2試根據(jù)凝固理論,分析通常鑄錠組織的特點(diǎn). 3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. 4銅的熔點(diǎn)Tm=1356K,熔化熱Hm=1628J/cm2,=177*107j/cm,點(diǎn)陣常數(shù)a=0.3615nm.求銅T=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,

5、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)如何限制. 7、簡(jiǎn)述純金屬凝固時(shí)潤(rùn)濕角八雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和外表形態(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. 2 .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)制是,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)生偏析,用熱處理方法可以消除. 5液態(tài)金屬凝固時(shí),假設(shè)溫度梯度dT/dX0正溫度梯度下,其固、液界面呈狀, dT/dX0時(shí)負(fù)溫度梯度下,那么固、

6、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 8 .在二元相圖中,Li+L2叫反響,一L+稱為轉(zhuǎn)變,而反響1 2+稱為反響,+稱為反響. 9Fe-Fe3c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)根本相組成；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,鐵素體是,其晶體結(jié)構(gòu)是,合金平 衡結(jié)晶時(shí),奧氏體的最大含量是;珠光體的含碳量是,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是,亞共晶白口鑄鐵的

7、平衡組織 是,萊氏體的相組成物是,變態(tài)萊氏體的相組成物是,Fe3Ci 是從中析出的,FesCii是從中析出的,Fe3Ciii是從中析出的, 它們的含碳量為,Fe3c主要性能特點(diǎn)是,A共析反響后的生成物稱為. 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響,指明反響類型； 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-Al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Al

8、初晶+共晶,其中初晶占80%, 那么此合金中Ni組元的含量是多少？ 7繪出1500時(shí)Al-Ni合金系的自由能一成分曲線示意圖. 2 根據(jù)Cu-Sn相圖(圖4-2),Cu為fcc結(jié)構(gòu).答復(fù)以下問題： 1)相為何種晶體結(jié)構(gòu)？ 2)計(jì)算212c時(shí)Cu-90%Sn合金在TE溫度時(shí)(共晶反響前)的平衡分配系數(shù). 3)Cu-13.47%Sn合金在正常條件下凝固后,相的晶界上出現(xiàn)少量相,其原因何在? 如何消除相？ 4)分析Cu-70%Sn合金平衡凝固過程,并計(jì)算共晶反響剛完畢時(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. 3如圖4-3為Mg-Y相圖 1)

9、 填相區(qū)組成,寫出相圖上等溫反響及Y=5%wt時(shí)的合金K在室溫時(shí)的平衡組織. 2) Mg為hcp結(jié)構(gòu),試計(jì)算Mg晶胞的致密度； 3) 指出提升合金K強(qiáng)度的可能方法 4) 簡(jiǎn)述圖中Y=10%wt之合金可能的強(qiáng)化方法. 4試說明純Al和鋁一銅單相固溶體結(jié)晶的異同. 5根據(jù)4-4的鐵碳亞穩(wěn)平衡相圖答復(fù)以下問題： 1） 寫出以下FesCu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.Nii 圖4-1 為6口 圖4-2 2） 指出此二元系中比擬適合做變形合金和鑄造合金的成分范圍. 3） 如何提升壓力加工合金的強(qiáng)度. 4） 標(biāo)注平衡反響的成分及溫度,寫出平衡反響式. 5） 分析Fe-1%C合

10、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, 6） 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. 7） 根據(jù)Fe-Fe3c狀態(tài)圖確定以下三種鋼在給定溫度下的顯微組織填入表中 0.4 770c停留一段時(shí)間 P+F 900c A+F 0.77 680c P 剛到達(dá)770c A 1.0 700c P+Fe3cn 剛到達(dá)770c A+Fe3c 8) 畫出1200c時(shí)各相的自由能 -成分曲線示意圖. 6:A為金屬元素,B為非金屬元素,形成二元相圖如圖4-5: 1畫出n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. 2試分析不

11、同冷卻速度對(duì)以下圖中I合金凝固后顯微組織的影響. 3） I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46答復(fù)以下問題： 1把空相區(qū)填上相的名稱. 2設(shè)X合金平衡凝固完畢時(shí)的相組成物為和Bi,其中相占80%,那么X合金中Bi組 元的含量是多少？ 3設(shè)Y合金平衡凝固完畢時(shí)的組織為Bi初晶+Bi共晶,且初晶與共晶的百分含量相等,那么此合金中Pb組元的含量是多少？ 4） 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

12、章三元合金相圖 1 根據(jù)Fe-C-Si的3.5%Si變溫截面圖51,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. 2圖52為Cu-Zn-Al合金室溫下的等溫截面和2%Al的垂直截面圖,答復(fù)以下問題： 1) 在圖中標(biāo)出X合金(Cu-30%Zn-10%Al)的成分點(diǎn). 2) 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“相成 分點(diǎn)為Cu-22.5%Zn-3.45%Al,丫相成分點(diǎn)為Cu-18%Zn-11.5%Al. 3) 分析圖中Y合金的凝固過程.Y 圖5-2 3如圖53是A-B-C三元系合金凝固時(shí)各相區(qū),

13、界面的投影圖,A、B、C分別形成固溶 1寫出PP,E1P和E2P單變量線的三相平衡反響式. 2寫出圖中的四相平衡反響式. 3說明O合金凝固平衡凝固所發(fā)生的相變. 4圖54為Fe-W-C三元系的液相面投影圖.寫出ei一1085C,P1f1335C,P2-1380C單變量線的三相平衡反響和1700C,1200C,1085c的四相平衡反響式.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55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

14、平衡組織Cr13鋼含碳量2% 3寫出1區(qū)的三相反響及795時(shí)的四相平衡反響式. 二二冷中舉U 圖56 6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)三元相圖中四相反響式. 7分析如圖57所示的三元相圖,該合金中E點(diǎn)成分為27Pb18Sn55Bi,丫相成分取100%Bi. 1指出這個(gè)三元系的初晶面,寫出四相平衡反響式； 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)初晶為丫,具有三元共晶而無二元共晶且丫/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

15、路,P-N力,擴(kuò)展位錯(cuò),堆垛層錯(cuò),弗蘭克-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 1 fcc晶體中,層錯(cuò)能的上下對(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fcc結(jié)構(gòu), aaa a110a2Ha121 1） 位錯(cuò)反響26+6能否進(jìn)行？寫出反響后擴(kuò)展位錯(cuò)寬度的表 圖55 a a110 達(dá)式和式中各符號(hào)的含義；假設(shè)反響前的2是刃位錯(cuò),那么反響后的擴(kuò)展位錯(cuò)能進(jìn)行何種 a a110 運(yùn)動(dòng)？能在哪個(gè)晶面上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)？假設(shè)反響前的2是螺位錯(cuò),那么反響后的擴(kuò)展位錯(cuò)能進(jìn) 行何種運(yùn)動(dòng)？ aa b101b01

16、1 2） 假設(shè)1,1,1面上有一位錯(cuò)2,與111面上的位錯(cuò)2發(fā)生反響,如圖61.寫出位錯(cuò)反響方程式,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 a一121 和6,兩領(lǐng)先位錯(cuò)能否發(fā)生反響, 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. 10-8cm,銅的G=4X106N/cm2,b=2.5X108cm. (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. 4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

17、響？ 5Al的空位形成能為0.76eV,問從27升溫到627時(shí)空位濃度增加多少倍(取系數(shù)A=1) 6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?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,攣生,臨界分切應(yīng)力,變形織構(gòu)a 211 6 ES 螺旋位錯(cuò)的能量公式為 空nR (b) 假設(shè)能,求新位錯(cuò)柏氏矢量；分析新形成位 4r0.假設(shè)金屬材料亞晶尺寸為R=10-310-4cm,ro約為 3 二問答 1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). 2金屬晶體塑性變形時(shí),滑移

18、和攣生有何主要區(qū)別？ 3A-B二元系中,A晶體結(jié)構(gòu)是bcc,形成“固溶體,B晶體結(jié)構(gòu)是fcc,形成3固溶體,A與B形成相,其晶體結(jié)構(gòu)是hcp： 1) 指出,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,并比擬與多晶體加工硬化曲線的差異. 4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. 5為什么金屬材料經(jīng)熱加工后機(jī)械性能較鑄造態(tài)好. 6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001,一個(gè)滑移系的臨界分切應(yīng)力為0.79MN

19、/m2,取向因子 COSCOS=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)的利弊及限制方法. 11表達(dá)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. 12圖71所示低碳鋼的三條拉伸曲線,1塑性變形；2去載后立即再后時(shí)效再加載.試答復(fù)以下問題： 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)金屬變形制件外表質(zhì)量有何影響,如何改善外表質(zhì)量. 13退火純Fe,其晶粒尺寸d=1/4mm時(shí),其屈服點(diǎn)s=100MNm s=250MNm-2.d=1/16mm時(shí),根據(jù)霍爾一配奇公式求其

20、s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,退火攣晶 2問答 1再結(jié)晶與固態(tài)相變有何區(qū)別？ 2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. 3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)鴇絲壽命的方法？ 4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t羊分別加熱到70,150,300,各保溫一小時(shí)后空冷,純鋁的熔點(diǎn)為660. A 手；上屈服;d=

21、/64mm時(shí) 竄越住,J3裝盒找屬3 1分析所得組織,畫出示意圖； 2說明它們強(qiáng)度、硬度的上下和塑性方面的區(qū)別并簡(jiǎn)要說明原因. 7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?0C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？ ： 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. 8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)中如何限制材料的晶粒

22、度. 9如何提升固溶體合金的強(qiáng)度 10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. 第九章外表與界面 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. 2試述晶界的特性. 3分析晶界能的變化. 4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,1400c時(shí)Ni卡通過MgO向Ta中擴(kuò)散,此時(shí)Ni+在MgO中的擴(kuò)散系數(shù)為D=9X10-12cm2/s,Ni的點(diǎn)陣常數(shù)為3.6X108cmo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

23、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0.45%時(shí)齒輪到達(dá)最正確性能.鐵為FCC結(jié)構(gòu),C在Fe中的DO=0.23,激活能Q= 32900cal/mol,誤差函數(shù)如表101. 1試設(shè)計(jì)最正確滲碳工藝； 2在滲碳溫度不變,在1000c時(shí)滲碳,要將滲碳厚度增加1倍,即要求在其外表下0.4cm 處滲碳后碳含量為0.45%所需滲碳時(shí)間. xx 表10-12而？與erf2JDT的對(duì)應(yīng)值 x x x x x x 2而？ erf2DT 2a erf2而 2瓜 erf布 0.0 0.0000 0.7 0.6778 1

24、.4 0.9523 0.1 0.1125 0.8 0.7421 1.5 0.9661 0.2 0.2227 0.9 0.7969 1.6 0.9763 0.3 0.3286 1.0 0.8247 1.7 0.9838 0.4 0.4284 1.1 0.8802 1.8 0.9891 0.5 0.5205 1.2 0.9103 1.9 0.9928 0.6 0.6039 1.3 0.9340 2.0 0.9953 4一塊厚度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 指出試樣從外表到心部的組織分布. 5一塊用作承載重物的低碳鋼板,為提升其外表硬度采用外表滲碳,試

25、分析： 1滲碳為什么在-Fe中進(jìn)行而不在-Fe中進(jìn)行,即滲碳溫度選擇要高于727,為什么? 2） 滲碳溫度高于1100會(huì)出現(xiàn)什么問題？ 6銅-鋅基單相固溶體進(jìn)行均勻化處理,試討論如下問題： 1在有限時(shí)間內(nèi)能否使枝晶偏析完全消失？ 2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. 7原子擴(kuò)散在材料中的應(yīng)用 8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) h+k-l=0,2h-l=0.可以求得(hkl)=(112). 2 ra 6解答i_Pb為fcc結(jié)構(gòu),原子半徑R與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系為4,故可求得a= 0.494

26、910-6mm.貝U100平面的面積S=a2=0.244926011X0-12mm2,每個(gè)100面上 的原子個(gè)數(shù)為2.6110,(111),ABCABC,0.74, 3 ra一 824.1120, , 12,4 (0001) 2ra 4；111,(110),0.68 ABAB,0.74,12,6 7. 8. 9. 10. FCC,BCC,減少 解答：見圖1-1 a r- 2. 0.01659nm3,4,8. ,降低,膨脹,收縮 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 1n 所以1mm2上的原子個(gè)數(shù)S=4.08M012. 第三章合金相結(jié)構(gòu) 一、填

27、空 1) 3 降低,變差,變大. 2) (1)晶體結(jié)構(gòu);(2)元素之間電負(fù)性差；(3)電子濃度；(4)元素之間尺寸差異 3) 存在溶質(zhì)原子偏聚和短程有序. 4) 置換固溶體和間隙固溶體. 5) 提升,降低,降低. 6) 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：-Fe為bcc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,即R=0.0361nm,八面體間隙半徑為0.154Ra,即R= 0.0191nm.氫,氮,碳,硼由于與-Fe的尺寸差異較大,在-

28、Fe中形成間隙固溶體,固溶 度很小.-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-Fe的八面體間隙中央.B原子較大,有時(shí)以置換方式溶入-Fe. 由于-Fe為fcc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-Fe中也是形成間隙固溶體,其固溶度大于在-Fe中的固溶度,氫,氮,碳,硼處于-Fe的八面體間隙 中央. 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

29、三章純金屬的凝固 二、問答 1解密凝固的根本過程為形核和長(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)化晶粒的根本途徑可以通過加大過冷度,參加形核劑,振動(dòng)或攪拌. 2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. Gk 巴？ 3 3T2 m LmT2 2.填空 1.結(jié)構(gòu)和能量. r2Tm 2外表,體積自由能,LmT 3晶核長(zhǎng)大時(shí)固液界面的過冷度. 4減少,越大,細(xì)小. 5.快速冷卻. 勻形核核心的潤(rùn)濕角.rK與過冷度T關(guān)系為 2Tmr LmT,臨界形核功 晶核長(zhǎng)大 Gk GK等于 其 16

30、?12 3,LmT O異質(zhì)形核時(shí)固相質(zhì)點(diǎn)可作為 核功較小 23coscos3 4 _3_2_ 163Tm23cos 2 3L T4 3 cos Gk 3U液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí),均勻形核時(shí)臨界晶核半徑 ,.為液相與非均 GAGk NCexp() 形核率與過冷度的關(guān)系為：kTkT,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=Hm,根據(jù)均勻形核時(shí)臨界晶核半徑rK與過 2Tmr 冷度T關(guān)系為L(zhǎng)mT,可以計(jì)算得到r=0.79X107cm=0.79nmo 5：解答：過冷是指金屬結(jié)晶日實(shí)

31、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. 7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?？鞎r(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.=0,形核功為0,固相粒子促進(jìn)形核效果最好； 潤(rùn)濕角.=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00180,形核功比均勻形核的形核功小,

32、.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),一 般對(duì)促進(jìn)形核效果差或不促進(jìn)形核. 雜質(zhì)粒子的外表成凹形時(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 4 枝晶,均勻化退火 5平直狀,樹枝. 6 ._偽共晶_. ko R- 7 k0(1k)e.,1o 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

33、%;P+F,P+Fe3c,Ld,A+Fe3c,P+Fe3c+Fe3Cii,液相,A,F,6.69,硬、脆,P. 2問答 1解餐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) 中的恒溫反響式. 2)穩(wěn)定化合物為8、e,不穩(wěn)定化合物為3、丫. 3) 1455C,L+8e,包晶反響； 1387C,L-+Ni,共晶反響； 1135C,L+8丫,包晶反響； 855C,L+T-3,包晶反響； 640C,L-Al+3,共晶反響； 4) Ni30%(重量)的合金在平衡冷卻時(shí)的相變過程:L3;640C,LAl+3,共晶反響； 1) 相晶體結(jié)構(gòu)與Cu的結(jié)構(gòu)保持一致,為fcc結(jié)構(gòu);金凝固過

34、程中剩余少量液相出現(xiàn)非平衡結(jié)晶,發(fā)生包晶反響而出現(xiàn)少量相可以通過均勻化退火消除. 4)Cu-70%Sn合金平衡凝固過程為L(zhǎng)-e,L92.4+e38.2一刀59.0,L一刀,L99.3一刀60.9+(Sn), Al% 室溫下相組成為Al+3, 4230 42 100% 30 0.05 420.05 100%71.4% ,(Al+3)共晶=1- 5)含Ni89%(重量)的Ni-Al合金其平衡凝固日室溫組織為Ni和Ni中析出的e,非平衡 的含量是 80%X, 0.05X 0.05 71500 解2) 60.9 0.61 99.3 相組成物的相對(duì)含量為: +(Sn),組織組成物為+(刀+Sn) 100

35、70 100%76.7%,(Sn) 10060.9 1%23.3% 99370 %100%76.3%, 99.360.9(刀 +Sn)共晶=1刀 2Vatom Vcell 64 3 ,1 (6a 2 旦)c 2 0.74 L丫；855C,L+丫3,包晶反響; 28.6% ,3=1-Al%=71.4%. % 室溫下組織組成為3+(Al+3)共晶, 3%=28.6%. 凝固后會(huì)出現(xiàn)非平衡共晶組織,即為 6)X合金平衡凝固完畢時(shí)的組織 Ni和少量的1387c反響生成的L(e+Ni)共晶. 初晶占80%,那么(+)共晶=20%,設(shè)此合金中Ni組元 100% ,可以求得X=0.01%. 時(shí)Al-Ni合金

36、系的自由能一成分曲線示意圖如圖. kCS 0C 共晶反響前的平衡分配系數(shù)CL 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 相.這些少量 刀一 共晶反響剛完畢時(shí)相組成物為和組織組成物的相對(duì)含量:=23.7%. 5)合金在450c時(shí)各相自由能-成分曲線示意圖如下圖. 3解答：1)相區(qū)填寫如下圖.相圖中各等溫反響如下： 935C：L+3(Y)e；780C：L+e8;776C：3(Y)-+a(Y); 635C：L+丫；557C：L(Mg)+丫. 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hcp結(jié)構(gòu),由于r=a/2,一個(gè)hcp晶胞中有

37、6個(gè)原子,設(shè)彳、夕3,那么致密度為 K強(qiáng)度的可能方法有細(xì)化晶粒,加工硬化. 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.3) 提升合金 Y=10%wt 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. 5解答：1Fe3Cii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%. 2二元系中比擬適合做變形合

38、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%的合金有共晶反響適合作為鑄造合金. 3提升壓力加工合金的強(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. 4平衡反響的成分及溫度,反響式為1495C,L0.53+80.09Ao,包晶反響; 1148C,L4.3A2.11+Fe3C,共晶反響; 727C,Ao.77Fo.0218+Fe3C,共析反響; L丫,丫一Fe3cn,丫一F+Fe3cn(P) 組成為F+Fe3Cn

39、,其 F% 6.631 6.630.0008 100%84.9%,Fe3C%1-F% 6.691 6.690.77 98.1% ,Fe3Cn%= n合金的平衡冷卻曲線和組織如圖；室溫下相組成物為“+3,其中 2) 3) 9080 905 8050 9050 100%11.8% ,3=1-a%=88.2%,組織組成為3+(a+3)共晶, 100%75% ,(a+3)共晶%=13%=25%; 5凝固過程：935C： 室溫下相 P% +Fe3Cn,其中 6亞穩(wěn)轉(zhuǎn)變后組織為變. 15.1% ;室溫下組織組成為 1P%=1.9%. P+Fe3Cn,淬火冷卻后C在Fe中形成過飽和固溶體馬氏體相 7三種鋼在

40、給定溫度下的顯微組織如表. 81200c時(shí)各相的自由能-成分曲線示意圖如圖. 6:解答：1 I合金在平衡凝固時(shí)室溫組織為“+3n,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+3n+少量a+3共晶. 可以根據(jù)相圖估計(jì),在共晶溫度下盡可能高的溫度進(jìn)行退火. 7：1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； 80%100 x100% 2)設(shè)X合金中Bi組元的含量是x,依題意有10041.8,可以解得x=53.44, 即Bi組元的含量是53.44%. 1

41、00y 50%-100% 3)設(shè)Y合金中Bi組元的含量是V,依題意有共晶含量10056.1,可以解 得y=78.15,即Pb組元的含量是21.85%. 4) Pb-30%Bi合金平衡凝固過程為L(zhǎng)a,L+一3,L3,3Bi,室溫下平衡組織為3+Bi,非平衡凝固下由于L+a3包晶反響很難進(jìn)行完全,故在3晶粒內(nèi)部會(huì)保存局部a,室溫下組織為3+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,La-T, LY,1100時(shí)的平衡組織為丫. 2解答：1)Cu-30%Zn-10%Al合金的成分點(diǎn)見圖中X點(diǎn). 2) Cu-20%Zn-8%Al合金,位于

42、a+丫兩相區(qū)邊界線上,由a+丫兩相組成.Cu-25Zn-6Al 合金位于a+丫的三相區(qū)中,由a+丫的三相區(qū)組成,可以從圖中讀出各相 成分點(diǎn)： a:Cu-22.6Zn-3.45Al,丫：Cu-18Zn-11.5Al,3：Cu-30Zn-4Al 11.5-8 故Cu-20Zn-8Al合金中a%=11.53.45X100%=43.50% r%=1a%=56.5% 25-20 Cu25Zn6Al合金中=3020 x100%=50% a%=(1-)X43.5%=21.75%,丫=(1-)X56.5%=28.25% 3) Y合金凝固過程：La,La+3,3a 3解答：1)pP：L+a-3 E1P：L-3+

43、r E2P:L-a+T 2) L+a3+Y 3) O合金凝固過程：L-a,L+a3,L+a3+丫,“,3,丫同析. 4) 解答：e11085C：L-Fe2c+Y；P1-1335C：L+a丫；丫2-1380C：L+Fe3W2 一a 1700cL+WC+W刀 1200cL+刀一丫+WC 1085cL丫+Fe3C+WC 5解餐1)2Cr13.不銹鋼的淬火加熱在丫相區(qū),從圖上估計(jì)為1050c1300C； 2) 2%C,13%Cr剛的平衡凝固過程為：LY,L丫+C1； 丫一a+C3(P)；a一C3；室溫下組織為C1+P. 3) 1區(qū)的三相反響是：L+8丫 795c的四相平衡的反響式：丫+C1-a+C3

44、6解答：W區(qū)合金凝固過程為:La,La+3,a3互析； VI區(qū)合金凝固過程為：La,La+3,La+3+丫,隨后a,3,丫同析; 四相反響式為：L-a+3+丫 7解答：四相反響式為137.4C時(shí)P點(diǎn)：Lp+a131+81 99.5C時(shí)E點(diǎn)LE32+82+丫 三兀系初晶面有8、a、3、丫的四個(gè)初晶面； 2)三元合金中合金1的結(jié)晶過程為：L丫,L丫+8+3; 合金2的結(jié)晶過程為：L8,L8+3,L丫+8+3; 合金3的結(jié)晶過程為：La,LS+a,L+a3+8; 合金4的結(jié)晶過程為：La,L+a3+8. 3)由題意分析可知改合金成分位于丫(Bi)與E點(diǎn)的連線上,設(shè)其Bi含量為x, 100 x 故有5

45、0%=100-55x100%,故Bi含量為77.5%, Pb%18 即Pb%+Sn%=22.5%.由于成分線過Bi的頂點(diǎn),故所求合金中Sn%27 可求得Pb%=9%,Sn=13.5%. 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)那么的缺陷,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)

46、,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. 科垂?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

47、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?gòu)?qiáng)度升高. 面角位錯(cuò)：在fcc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)能低那么反之,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

48、,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. 1對(duì)于位錯(cuò)反響,需要同時(shí)滿足能量條件和幾何條件,反響才能進(jìn)行. Ggbj 2,G為切彈性模量,b1、b2為不全位錯(cuò)柏氏矢量,丫為層 a 一110 2是刃位錯(cuò),那么反響后的擴(kuò)展位錯(cuò)只能在原滑移面上進(jìn)行滑移; a- a110 假設(shè)反響前的2是螺型位錯(cuò),反響后形成的擴(kuò)展位錯(cuò)可以進(jìn)行束集,與其相交面如 .彳.面相交處束集,而后過渡到.1D面上進(jìn)行運(yùn)動(dòng),并有可能再次分解為擴(kuò)展位錯(cuò). aa b-101b-011 2假設(shè)1,1,1面上位錯(cuò)2與011面上的位錯(cuò)2相遇,它們之間能 aaa一101011110 滿足能量條件和幾何條件,可以發(fā)生位錯(cuò)反響,

49、反響式為：222, 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). 3111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)反響式為： 一101211112 266aaa_a0116121利 2.解答: a 在2110 2111216 一2 (6)(2 12 12)2 1)(12) d 擴(kuò)展位錯(cuò)寬度 中, 2 a 3 尹1212g a b前一110 2 故反響能進(jìn)行. 2 b,滿足能量條件；同時(shí) /、a 11110 2,滿足幾何條件, 錯(cuò)能.假設(shè)反響前的 111面上的位錯(cuò) 111晶面上 aa- -211a121 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

50、6和6,兩領(lǐng)先位錯(cuò)之 a 110 間依據(jù)能量條件和幾何條件要求,可以判斷位錯(cuò)反響可以進(jìn)行.新位錯(cuò)柏氏矢量為6 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=0.730.92Gb2； 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1.7252.3X1011J/cm2o CAexp 4解答：平衡空位濃度kT,A為材料常數(shù),k=1.38X1023J/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存至低溫,對(duì)低溫加熱擴(kuò)散有促進(jìn)作用. CAexpEV 5 解答

51、：平衡空位濃度kT,Al的空位形成能為0.76eV=0.76X1.602X 10 19J,k=1.38X1023J/K,系數(shù)A=1.計(jì)算可得27300K時(shí)空位濃度C1=1.7X1013,627時(shí)空位濃度為C2=5.54X105,故從27升溫到627時(shí)空位濃度增加 C23.258108 C1倍. 6解答：兩平行同號(hào)刃型位錯(cuò)之間滑移面上的受力: Gbbxx2y2 FxZ7/_22、2 21xy,6為切彈性模量,b,b為兩刃型位錯(cuò)的柏氏矢量,丫為泊 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,偏離該位置那么遠(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

52、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升,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； 攣生：金屬塑性

53、變形的重要方式.晶體在切應(yīng)力作用下一局部晶體沿著一定的晶面攣晶面 和一定的晶向攣生方向相對(duì)于另外一局部晶體作均勻的切變,使相鄰兩局部的晶體取向 不同,以攣晶面為對(duì)稱面形成鏡像對(duì)稱,攣晶面的兩邊的晶體局部稱為攣晶.形成攣晶的過 程稱為李生； 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),通過滑移和攣生完成塑性變形,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

54、相合金的根本變形過程與純金屬的根本過程是一樣的,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)答：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,攣生時(shí)原子移動(dòng)的距離不是攣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,而攣生時(shí)攣生面兩邊的 晶體位向不同,以攣晶面形成鏡像對(duì)稱；滑移時(shí)需要的臨界分切應(yīng)力小,攣生開始需要的臨 界分切應(yīng)力很大,攣生開始后繼續(xù)切變時(shí)需要的切應(yīng)力小,故攣生一般在滑移難于進(jìn)行時(shí)發(fā) 生. 3簡(jiǎn)答：1的滑移系為110,相的常見滑移系為111,相的常見滑移系為0001. 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

55、工硬化曲線可以分為三個(gè)階段.當(dāng)切應(yīng)力到達(dá)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犁性變形時(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

56、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,提升了材料的致密性,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,合金成分均勻性提升,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,這些都可以提升金屬材料的性 6

57、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)中用來限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)一步提升材料的強(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fcc的滑移系與

58、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升合金強(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、含量與基體根本接近,那么合金塑性是兩相的變形水平平均值.第二相硬、脆,合金變形只在基體中進(jìn)行,第二相根本不變形；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防止或利用.織構(gòu)限制可以通過限制合金元素的

59、 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：金屬和合金在冷津性變形過程中發(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)剩余應(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

60、變形不均勻,造成工件外表不平整.可以通過 參加與溶質(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. k coscos 0.79 041 2 1.93(MN/m) 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