材料科學(xué)基礎(chǔ)---簡答題

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)-簡答題（總14頁）-本頁僅作為文檔封面，使用時請直接刪除即可-內(nèi)頁可以根據(jù)需求調(diào)整合適字體及大小-第二部分簡答題第一章原子結(jié)構(gòu)1原子間的結(jié)合鍵共有幾種各自的特點如何【年真題】答：（1）金屬鍵：基本特點是電子的共有化，無飽和性、無方向性，因而每 個原子有可能同更多的原子結(jié)合，并趨于形成低能量的密堆結(jié)構(gòu)。當(dāng)金屬受力 變形而改變原子之間的相互位置時不至于破壞金屬鍵，這就使得金屬具有良好 的延展性，乂由于自山電子的存在，金屬一般都具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性 能。（2）離子鍵：正負(fù)離子相互吸引，結(jié)合牢固，無方向性、無飽和性。因 此，七熔點和硬度均較高。離子晶體中很難產(chǎn)生自山運動的電子，因此他

2、們都 是良好的電絕緣體。（3）共價鍵：有方向性和飽和性。共價鍵的結(jié)合極為牢固，故共價鍵晶體 具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、熔點高、質(zhì)硬脆等特點。共價結(jié)合的材料一般是絕緣體，其導(dǎo) 電能力較差。（4）范德瓦爾斯力：范德瓦爾斯力是借助微弱的、瞬時的電偶極矩的感應(yīng) 作用，將原來穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)的原子或分子結(jié)合為一體的鍵合。它沒有方向性 和飽和性，其結(jié)合不如化學(xué)鍵牢固。（5）氫鍵：氫鍵是一種極性分子鍵，氫鍵具有方向性和飽和性，其鍵能介 于化學(xué)鍵和范德瓦耳斯力之間。2、陶瓷材料中主要結(jié)合鍵是什么？從結(jié)合鍵的角度解釋陶瓷材料所具有的特 殊性能?！灸M題一】答：陶瓷材料中主要的結(jié)合鍵是離子鍵和共價鍵。曲于離子鍵和共價鍵很 強(qiáng)，

3、故陶瓷的抗壓強(qiáng)度很高、硬度很高。因為原子以離子鍵和共價鍵結(jié)合時， 外層電子處于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，不能自山運動，故陶瓷材料的熔點很高，抗氧 化性好、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高。第二章固體結(jié)構(gòu)1、為什么密排六方結(jié)構(gòu)不能稱為一種空間點陣【年真題】答：空間點陣中每個陣點應(yīng)該具有完全相同的周圍環(huán)境。密排六方晶體結(jié)構(gòu) 位于晶胞內(nèi)的原子具有不同的周圍環(huán)境°如將晶胞角上的一個原子與相應(yīng)的晶 胞之內(nèi)的一個原子共同組成一個陣點，這樣得出的密排六方結(jié)構(gòu)應(yīng)屬于簡單六 方點陣。2. 為什么只有置換固溶體的兩個組元之間才能無限互港，而間隙固濬體則不能【模擬題一】答：因為形成固溶體時，溶質(zhì)原子的溶入會使溶劑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生點陣畸

4、變，從而使體系能量升高。溶質(zhì)與溶劑原子尺寸相差較大，點陣畸變的程度也越大，則 畸變能越高，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越低，溶解度越小。一般來說，間隙固溶體中溶質(zhì) 原子引起的點陣畸變較大，故不能無限互溶，只能有限熔解。3、試證明四方晶系中只有簡單四方點陣和體心四方點陣兩種類型?！灸M題 三】答：可以作圖加以說明。四方晶系表面也含有簡單四方、底心四方、面心四 方和體心四方結(jié)構(gòu)，然而根據(jù)選取晶胞的原則，晶胞應(yīng)具有最小的體積，盡管 可以從4個體心四方晶胞勾出面心四方晶胞（如下圖1）,從4個簡單四方晶 胞中勾出1個底心四方晶胞（如下圖2）,但它們均不具有最小的體積。因此 四方晶系實際上只有簡單四方和體心四方兩種獨立的

5、點陣。4、空間點陣和晶體點陣有何區(qū)別【模擬題四】答：空間點陣是晶體中質(zhì)點排列的幾何學(xué)抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的 周期性和對稱性，由于各陣點的周圍環(huán)境相同，它只能有14種類型；晶體點陣 又稱晶體結(jié)構(gòu)，是指晶體中實際質(zhì)點的具體排列情況，它們能組成各種類型的 排列，因此，實際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無限的。5、說明間隙固濬體與間隙化合物有什么異同。【模擬題五】答：相同點：二者一般都是由過渡族金屬與原子半徑較小的C、N、H、O、B等非金屬元素所組成。不同點：(1)晶體結(jié)構(gòu)不同。間隙固溶體屬于固溶體相，保持溶劑的晶格類型；間隙化合物屬于金屬化合物相，形成不同于其組元的新點陣。(2) 表達(dá)式不同。間隙固溶體用

6、ex、隊丫表示；間隙化合物用化學(xué)分子式MX、M2X等表示。 機(jī)械性能不同。間隙固溶體的強(qiáng)度、硬度較低，塑性、韌性好；間隙化合物的強(qiáng)度、熔點較高，塑性、韌性差。第三章晶體缺陷第四章擴(kuò)散1、簡述菲克第一定律和第二定律的含義，寫出其表達(dá)式，并標(biāo)明其字母的含義?！?8年真題】答：菲克定律描述了固體中存在濃度梯度時發(fā)生的擴(kuò)散，即化學(xué)擴(kuò)散。菲克第一定律：擴(kuò)散中原子的通量與質(zhì)量濃度梯度成正比，即JD牛。式中，J為擴(kuò)散通量.表示單位時間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向X的單 dx位面積的擴(kuò)散物質(zhì)質(zhì)量，其單位是kg/(m2*s) ； D為擴(kuò)散系數(shù).其單位為nr/s ；P是擴(kuò)散物質(zhì)的質(zhì)量濃度，其單位為kg/m式中的負(fù)號表示物

7、質(zhì)的擴(kuò)散方向與 質(zhì)量濃度梯度器方向相反，即表示物質(zhì)從高的質(zhì)量濃度區(qū)向低的質(zhì)量濃度區(qū)方 dx向遷移。該定律描述了一種穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，即質(zhì)量濃度不隨時間而變化。菲克第二定律：大多數(shù)擴(kuò)散過程是非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程，某一點濃度隨時間而 變化，這類擴(kuò)散過程可以由菲克第一定律結(jié)合質(zhì)量守恒定律推導(dǎo)出的菲克第二 定律來處理。即雯二f(D竺)。ot dx ox2、將一根高碳鋼長棒與純鐵棒焊接起來組成擴(kuò)散偶，試分析在擴(kuò)散偶中碳濃度分布隨擴(kuò)散時間的變化規(guī)律，并畫出分布曲線的示意圖。【12年真題】答：高碳鋼和純鐵焊接起來組成擴(kuò)散偶，碳將經(jīng)焊接縫進(jìn)入純鐵內(nèi)，發(fā)生反應(yīng)擴(kuò)散，在純鐵內(nèi)部形成滲層組織（中間相或固溶體），且滲層組織中不存在

8、兩相混合區(qū)在界面上的濃度時突變的。分布如下圖所示：3、試從擴(kuò)散系數(shù)公式D = D*exp（-I|）說明影響擴(kuò)散的因素。【模擬題二】答：從公式表達(dá)式可以看出，擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散激活能Q和溫度T有關(guān)。擴(kuò)散激活能越低，擴(kuò)散系數(shù)越大，因此擴(kuò)散激活能低的擴(kuò)散方式的擴(kuò)散系數(shù) 較大，如晶界和位錯處的擴(kuò)散系數(shù)較大。不同類型的固溶體，原子的擴(kuò)散機(jī)制 是不同的，間隙固溶體的擴(kuò)散激活能一般均較小。溫度是影響擴(kuò)散速率的最主要因素。溫度越高，原子熱激活能量越大，越易 發(fā)生遷移，擴(kuò)散系數(shù)越大。第五章形變與再結(jié)晶1、試述李晶與滑移的異同，比較它們在塑性變形過程中的作用。【07年真 題】答：相同點：均是均勻切變，都沿一定得晶面、

9、晶向進(jìn)行，不改變晶體結(jié) 構(gòu)，都是位錯運動的結(jié)果。不同點：（1）晶體位向不同。滑移不改變晶體位向；李生改變晶體位向，形成鏡面對稱關(guān)系。(2) 位移量不同。滑移位移量較大.大于原子間距的整數(shù)倍；攣生位移 量較小，小于攣生方向上的原子間距。(3) 對塑性變形的貢獻(xiàn)不同。滑移很大，總變形量大；攣生有限，總變形 量小。(4) 壓力大小不同?；朴幸欢ㄅR界分切應(yīng)力；攣生所需臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn) 高于滑移。(5) 變性條件不同。一般先發(fā)生滑移，滑移困難時發(fā)生攣生。(6) 變性機(jī)制不同?；剖侨诲e運動的結(jié)果，攣生是分位錯運動的結(jié) 果。比較滑移與攣生在塑性變形過程中的作用：塑性變形主要通過滑移實現(xiàn)， 只有當(dāng)滑移難以

10、發(fā)生時發(fā)生李生，雖然攣生對塑性變形的直接貢獻(xiàn)不大，但攣 晶的產(chǎn)生改變了晶體的位向，使原處于不利的滑移系換到有利于發(fā)生滑移的位 置.從而可以激發(fā)進(jìn)一步的滑移和晶體變形。這樣，滑移和攣生交替進(jìn)行，相 輔相成，可使晶體獲得較大變形量。2、說明金屬在冷變形、回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長大四個階段的行為與表現(xiàn)，并說 明各階段促使這些晶體缺陷運動的驅(qū)動力是什么?！?7真題】答：(1)冷變形加工時主要的形變方式是滑移，由于滑移，晶體中空位和 位錯密度増加，位錯分布不均勻。缺陷運動驅(qū)動力為切應(yīng)力作用。(2) 回復(fù)過程空位擴(kuò)散、聚集或消失；位錯密度降低，位錯相互作用重新分 布(多樣化)。缺陷運動驅(qū)動力為彈性畸變能。(3

11、) 再結(jié)晶過程毗鄰低位錯密度區(qū)晶界向高位錯密度區(qū)的晶粒擴(kuò)張。位錯密 度減少，能量降低，成為低畸變或無畸變區(qū)。缺陷運動驅(qū)動力為形變儲存能。（4）晶粒長大階段彎曲界面向其曲率中心移動，微量雜質(zhì)原子偏聚在晶界 區(qū)域，對晶界移動起到拖曳作用，這與雜質(zhì)吸附在位錯中組成柯氏氣團(tuán)阻礙位 錯運動相似，影響了晶界的活動性。缺陷運動驅(qū)動力為晶粒長大前后總的界面 能差，而界面移動的驅(qū)動力是界面曲率。3、試用位錯理論解釋低碳鋼的屈服現(xiàn)象。距離說明呂德斯帶對工業(yè)生產(chǎn)的影響 及解決辦法?！?8、09真題】答：由于低碳鋼是以鐵素體為基的合金，鐵素體中的碳原子與位錯交互作 用總是趨于聚集在位錯線受拉應(yīng)力的部位以降低體系的畸變

12、能，形成柯氏氣 團(tuán)對位錯起“釘扎”作用，致使屈服強(qiáng)度升高。而位錯一旦掙脫氣團(tuán)的釘扎，便 可在較小的應(yīng)力下繼續(xù)運動，這時拉伸曲線上又會出現(xiàn)下屈服點。已經(jīng)屈服的 試樣，卸載后立即重新加載拉伸時，由于位錯已脫出氣團(tuán)的釘扎，故不出現(xiàn)屈 服點。但若卸載后，放置較長時間或稍加熱后，再進(jìn)行拉伸時，由于溶質(zhì)原子 已通過擴(kuò)散又重新聚集到位錯線周圍形成氣團(tuán)，故屈服現(xiàn)象又會重新出現(xiàn)。呂德斯帶會使低碳鋼薄板在沖壓成型時使弓箭表面粗糙不平。解決辦法： 可根據(jù)應(yīng)變時效原理，將鋼板在沖壓之前先進(jìn)行一道微量冷軋（如1%2%壓下 量）工序，使屈服點消除，隨后進(jìn)行沖壓成型，也可向鋼中加入少量Ti、Al及 C、N等形成化合物，以消

13、除屈服點。4、奧氏體不銹鋼能否通過熱處理來強(qiáng)化為什么生產(chǎn)中用什么方法使其強(qiáng)化【09 真題】答：熱處理強(qiáng)化機(jī)制主要是通過熱處理過程中相變而得到強(qiáng)化，而奧氏體 不銹鋼在熱處理時不發(fā)生相變，達(dá)不到預(yù)想的強(qiáng)化效果.因而不能通過熱處理來強(qiáng)化。生產(chǎn)中主要借冷加工實現(xiàn)強(qiáng)化的。金屬材料經(jīng)加工變形后，強(qiáng)度（硬度） 顯著提高.而塑性則很快下降，即產(chǎn)生了加工硬化現(xiàn)象。加工硬化是金屬材料 的一項重要特性，可被用作強(qiáng)化金屬的途徑，特別是那些不能通過熱處理強(qiáng)化 的材料。5、簡要說明提高一種陶瓷材料韌性的方法及原理。答：相比于金屬而言，脆、難以變形是陶瓷的一大特點，為了改善陶瓷的脆 性、提高其韌性，目前采取降低晶粒尺寸，使

14、其亞微米或納米化來提高塑性和 韌性，采取氧化錯増韌、相變增韌、纖維增韌或顆粒原位生長增強(qiáng)等有效途徑 來改善之。纖維增韌原理：利用一些纖維的高強(qiáng)度和高模量，使之均勻分布于陶瓷材 料的機(jī)體中，生成一種陶瓷基復(fù)合材料。當(dāng)材料受到外載荷時，纖維可以承擔(dān) 部分的負(fù)荷，減輕了陶瓷本身的負(fù)擔(dān)，同時纖維可以組織或抑制裂紋擴(kuò)展，從 而改善了陶瓷材料的脆性，起到増韌效果。6、指出材料拉伸應(yīng)力一應(yīng)變曲線圖中尺、os、ob的含義。并解釋為什么在m 附近，應(yīng)力會發(fā)生多次微小的波動【10年真題】答：6為彈性極限，當(dāng)應(yīng)力小于6時試樣發(fā)生彈性形變，當(dāng)應(yīng)力超過*時試 樣發(fā)生塑性形變。6為屈服強(qiáng)度，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到6時試樣開始屈服。抄

15、為抗拉 強(qiáng)度，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到抄時，試樣發(fā)生斷裂。在B附近，應(yīng)力的多次微小的波動時屈服伸長現(xiàn)象。這是因為當(dāng)拉伸試樣開 始屈服時，應(yīng)力隨即突然下降，并在應(yīng)力基本恒定的情況下繼續(xù)發(fā)生屈服伸 長，所以拉伸曲線出現(xiàn)應(yīng)力平臺區(qū)。在發(fā)生屈服延伸階段，試樣的應(yīng)變是不均 勻的。這種變形帶沿試樣長度方向不斷形成與擴(kuò)展.從而產(chǎn)生拉伸曲線平臺的 屈服伸長。其中，應(yīng)力的每一次微小波動，即對應(yīng)一個新變形帶的形成。當(dāng)屈 服擴(kuò)展到整個試樣標(biāo)距范圍時，屈服延伸階段就告結(jié)束。7、六方晶系的滑移系通常是什么FCC晶體的滑移系是什么從晶體滑移角度上 分析，為什么FCC晶系的多晶體塑性變形能力通常比六方晶系的多晶體的變形 能力大。【11年

16、真題】答：滑移系是由一個滑移面和此面上的一個滑移方向合起來的，滑移面和 滑移方向通常是金屬晶體中原子排列最密的晶面和晶向。因為原子密度最大的 晶面其面間距最大，點陣阻力最小，因而容易沿著這些面發(fā)生滑移；滑移方向 為原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子間距最短，及位錯b最小。 所以六方晶系的滑移系通常是：滑移面為0001、滑移方向<H-20> ； FCC晶體 的滑移系通常為：滑移面111、滑移方向<HO>0每一個滑移系表示晶體在進(jìn)行滑移時可能采取的一個空間取向。在其他條 件相同時，晶體中的滑移系越多，滑移過程可能采取的空間取向便越多，滑移 容易進(jìn)行，它的塑性便越好。

17、據(jù)此，面心立方的滑移系共有1114<110>3=12 個，而密排六方晶體的滑移系僅有0001!<11-20>3=3個由于FCC滑移系數(shù)比 六方晶系的多，所以FCC晶系的多晶體塑性變形能力通常比六方晶系的多晶體 的變形能力大。8、在室溫（20C。）下對鉛板進(jìn)行軋制，請問這個加工過程是冷加工還是熱加 工，為什么（9、鉛的熔點是C。）【11年真題】答：熱加工是指在再結(jié)晶溫度以上的加工過程，在再結(jié)晶溫度以下的加工 過程為冷加工。鉛的再結(jié)晶溫度低于室溫.因此在室溫下對鉛板進(jìn)行加工屬于熱加工。10、某工廠用冷拉鋼絲繩將一大型鋼件調(diào)入熱處理爐內(nèi)，由于一時疏忽，未將 鋼絲繩取出，而是隨

18、同工件一起加熱至860C° （該溫度高于鋼絲繩的再結(jié)晶溫 度），保溫時間到了，打開爐門，要吊出工件時，鋼絲繩發(fā)生斷裂，試分析原 因。【12年真題】答：冷拉鋼絲繩是經(jīng)大變形量的冷拔鋼絲絞合而成，加工過程的冷加工硬 化是鋼絲的強(qiáng)度、硬度大大提高，從而能承載很重的鋼件。但是當(dāng)其加熱至 860C。時，其溫度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋼絲繩的再結(jié)晶溫度，以致產(chǎn)生回復(fù)再結(jié)晶現(xiàn)象， 加工硬化效果完全消失，強(qiáng)度、硬度大大降低。再把它用來起重時，一旦負(fù)載 超過其承載能力，必然導(dǎo)致鋼絲繩斷裂事故。10、請對比分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的特點 和機(jī)理有何異同?！灸M題二】答：（1）加工硬化：隨冷

19、塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑 性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。原因：隨變形量增加，位錯密度増加，由于位 錯之間的交互作用（堆積、纏結(jié)），使得位錯難以繼續(xù)運動，從而使變形抗力增 加。（2）細(xì)晶強(qiáng)化：通過細(xì)化晶粒來同時提高金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的 方法稱細(xì)晶強(qiáng)化。因為晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒 數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時 増加，金屬在斷裂前消耗的功也越大，因而其韌性也比較好。該強(qiáng)化機(jī)制是唯 的同時増大強(qiáng)度和塑性的機(jī)制。（3）彌散強(qiáng)化：當(dāng)在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時，第二相顆粒越細(xì)，分布越均 勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、

20、韌性略有下降，這種強(qiáng)化方法稱彌散強(qiáng)化 或沉淀強(qiáng)化。原因：由于硬的顆粒不易被切變，因而阻礙了位錯的運動，提高 了變形抗力。（4）固溶強(qiáng)化：隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下 降.稱固溶強(qiáng)化。原因：由于溶質(zhì)原子與位錯相互作用的結(jié)果，溶質(zhì)原子不僅 使晶格發(fā)生畸變，而且易被吸附在位錯附近形成柯氏氣團(tuán)，使位錯被釘扎住， 位錯要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高。包括彈性交互作用（柯 氏氣團(tuán)）、電交互作用（玲木氣團(tuán)）和化學(xué)交互作用。（5）復(fù)相強(qiáng)化：由于第二相的相對含量與基體處于同數(shù)量級是產(chǎn)生的強(qiáng)化機(jī) 制。其強(qiáng)化程度取決于第二相的數(shù)量、尺寸、分布、形態(tài)等，且如果第二相強(qiáng) 度低于基體則

21、不一定能夠起到強(qiáng)化作用。11、纖維組織和織構(gòu)是怎樣形成的它們有何不同對金屬的性能有什么影響【模 擬題三】答：材料經(jīng)冷加工后，除使紊亂取向的多晶材料變成有擇優(yōu)取向的材料 外，還使材料中的不熔雜質(zhì)、第二相和各種缺陷發(fā)生變形。由于晶粒、雜質(zhì)。 第二相、缺陷等都沿著金屬的主變形方向被拉長成纖維狀，故稱為纖維組織。 般說來，纖維組織使金屬縱向（纖維）方向強(qiáng)度高于橫向方向。這是因為在 橫斷面上雜質(zhì)、第二相、缺陷等脆性、低強(qiáng)度“組元”的截面面積小，而在縱斷 面上截面面積大。當(dāng)零件承受較大載荷或承受沖擊和交變載荷時，這種各向異 性就可能引起很大的危險。金屬在冷加工以后，各晶粒的位向就有一定的關(guān)系。如某些晶面或

22、晶向彼 此平行，且都平行于零件的某一外部參考方向，這樣一種位向分布就稱為擇優(yōu)取向或簡稱為織構(gòu)。形成織構(gòu)的原因并不限于冷加工，而這里主要是指形變織構(gòu)。無論從位向 還是從性能看.有織構(gòu)的多晶材料都介于單晶體和完全紊亂取向的多晶體之 間。由于織構(gòu)引起金屬各向異性，在很多情況下給金屬加工帶來不便，如冷軋 鎂板會產(chǎn)生(0001) <1120> ,若進(jìn)一步加工很容易開裂；深沖金屬杯的制耳， 金屬的熱循環(huán)生長等。但有些情況下也有其有利的一面。12、金屬鑄件能否通過再結(jié)晶退火來細(xì)化晶粒【模擬題四】答：再結(jié)晶退火必須用于經(jīng)冷變形加工的材料，其目的是改善冷變形后材料 的組織和性能。再結(jié)晶退火的溫度較低

23、，一般在臨界點以下。若對鑄件采用再 結(jié)晶退火，其組織不會發(fā)生相變，也沒有形成新晶核的驅(qū)動力(如冷變形儲存 能等)，所以不會形成新晶粒，也就不能細(xì)化晶粒。13、冷變形金屬在加工時經(jīng)過哪三個階段，它們各自特點是什么【模擬題四】答：經(jīng)過的三個階段是回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大。(1) 回復(fù)：不發(fā)生大角度晶界遷移，晶粒的形狀和大小與變形態(tài)相同。(2) 再結(jié)晶：首先在畸變度答的區(qū)域產(chǎn)生新的無畸變晶粒核心，然后消耗 周圍的變形基體長大，直到完全變成無畸變的細(xì)等軸晶粒，但晶體結(jié)構(gòu)并沒有 改變，性能發(fā)生明顯變化并恢復(fù)到變形前的情況。(3) 晶粒長大：在晶界表面能的驅(qū)動下，新晶粒互相吞食而長大，從而得 到在該條件下較

24、為穩(wěn)定的尺寸。第六章凝固1、討論形成晶相和玻璃相的條件，指出為什么大多數(shù)陶瓷材料可以結(jié)晶，形成玻璃相也是常見的，而金屬很容易進(jìn)行結(jié)晶，但很難形成玻璃相【08年真題】答：對于有可能進(jìn)行結(jié)晶的材料，決定液體冷卻時是否能結(jié)晶或者形成玻璃 的外部條件是冷卻速度.內(nèi)部條件是黏度。如果冷卻速度足夠高，任何液體原 則上都可以轉(zhuǎn)化為玻璃。特別是對那些分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料熔融態(tài)時黏度很大 的液體，冷卻時原子遷移擴(kuò)散困難.則晶體的形成過程很難進(jìn)行，容易形成過 冷液體。溫度下降至Tg以下時，過冷液體固化成玻璃。金屬材料由于其晶體結(jié)構(gòu)比較簡單，且熔融時黏度小，冷卻時很難阻止結(jié) 晶過程的發(fā)生，故固態(tài)下的金屬大多為晶體；但

25、如果冷卻很快時，能阻止某些 合金的結(jié)晶過程，此時過冷液態(tài)的原子排列方式保留至固態(tài)，原子在三維空間 則不呈周期性的規(guī)則排列。陶瓷材料晶體一般比較復(fù)雜，特別是能形成三維網(wǎng)絡(luò)的SiO2等，盡管大多 數(shù)陶瓷材料可進(jìn)行結(jié)晶，但也有一些是非晶體，這主要是指玻璃和硅酸鹽結(jié) 構(gòu)。2、鑄錠的一般組織可分為哪幾個區(qū)域？寫出其名稱，并簡述影響鑄錠結(jié)晶組織 的因素。【08年真題】答：在鑄錠組織中，一般有三層晶區(qū)：(1) 表層細(xì)晶區(qū)。其形成是由于模壁的溫度較低，液體的過冷度較大，因此 形核率較高。(2) 柱狀晶區(qū)。其形成是由于模壁的溫度升高.晶核的成長速率大于晶核的 形核率，且沿垂直于模壁方向的散熱較為有利。在細(xì)晶區(qū)中

26、取向有利的晶粒優(yōu) 先生長為柱狀晶粒。(3) 中心等軸區(qū)。其形成是由于模壁溫度進(jìn)一步升高，液體過冷度進(jìn)一步降 低，剩余液體的散熱方向性已不明顯，處于均勻冷卻狀態(tài)；同時，未熔雜質(zhì)、 破斷枝晶等易集中于剩余液體中，這些都促使了等軸晶的形成。影響鑄錠結(jié)晶組織的因素：冷卻速度、澆注溫度。通?？斓睦鋮s速度，高 的澆注溫度和定向散熱有利于柱狀晶的形成；如果金屬純度較高、鑄錠截面較 小時，柱狀晶快速成長，有可能形成穿晶。相反，慢的冷卻速度，低的澆注溫 度，加入有效形核劑或攪動等均有利于形成中心等軸晶。3、合金凝固時發(fā)生成分過冷的原因是什么？請畫出成分過冷的溫度分布曲線。 【10年真題】答：在合金的凝固的過程中

27、，由于液相中溶質(zhì)的分布發(fā)生變化而改變了凝 固凝固溫度，這可由相圖中的液相相來確定，因此，界面前沿的液體中的實際 溫度低于由溶質(zhì)分布所決定的凝固溫度時，產(chǎn)生過冷，即成分過冷。Ko<l成分過冷的溫度分布示意圖如下圖所示：4、分別寫出固濬體的自由能公式中的混合爛、混合焙的表達(dá)式。畫圖示意出當(dāng)相互作用參數(shù)不同時自由能一成分曲線的形狀有何不同【10年真題】答：5、什么叫臨界晶核它的物理意義及過冷度的定量關(guān)系如何【11年真題】答：半徑為F的晶核稱為臨界晶核，r*為臨界半徑。它的物理意義：由AGr曲線可知，AG有最大值，當(dāng)晶胚的r小于r* 時，則其長大將導(dǎo)致體系自由能的增加，故這種尺寸晶胚不穩(wěn)定，難以

28、長大， 最終熔化而消失。當(dāng)rME時，晶胚的長大使體系自由能降低，這些晶胚就稱 為穩(wěn)定的晶核。因此臨界晶核是晶胚可以長大地半徑最小的晶核。珅與過冷度的定量關(guān)系：盧=洱¥，即臨界半徑由過冷度占丁決定，過冷 Lm A/度越大，r*越小，則形核的幾率増大，晶核的數(shù)目也増多。6、分析純金屬生長形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系。【12年真題】答：在正溫度梯度的情況下，結(jié)晶潛熱只能通過固相而散開，相界面的推 移速度受固相傳熱速度所控制，晶體的生長接近于平面狀向前推移，這是由于 溫度梯度是正的，當(dāng)界面上偶爾有突起部分，而伸入溫度較高的液體中時，它 的生長速度就會緩解甚至停止，周圍部分的較凸起部分大而會趕上來，使

29、凸起 部分消失，這種過程使得液固界面保持平面狀態(tài)。在負(fù)溫度梯度時，相界面上產(chǎn)生的結(jié)晶潛熱可以通過固相也可以通過液相 而消失，相界面的推移不止由傳熱速度所控制，在這種情況下，如果部分的相 界面生長凸起，到前面的液體中，則能處于溫度更低的液相中，使得凸出部分 的生長速度増大而進(jìn)一步的伸向液體中，在這種情況下，液固界面將以樹枝狀生長。7、液體金屬凝固時都需要過冷，那么固態(tài)金屬熔化時是否會出現(xiàn)過熱，為什么 【模擬題一】答：固態(tài)金屬熔化時不一定出現(xiàn)過熱。如熔化時，液相若與氣相接觸，當(dāng) 有少量液體金屬在固相表面形成時，就會很快覆蓋在整個表面（因為液體金屬 總是潤濕同一種固態(tài)金屬）,由下圖表面張力平衡可知m

30、cosO+rsL二而實驗 指出r.v+rs/rsv,說明在熔化時，自由能的變化AG （表面）0,即不存在表面 能障礙，也就不必過熱。實際金屬多屬于這種情況。如果固體金屬熔化時液相 不與氣相接觸，則有可能使固體金屬過熱，然而，這在實際上是難以做到的。8、簡述金屬晶體長大地機(jī)制?！灸M題二】答：晶體長大機(jī)制是指晶體微觀長大方式，它與液一固界面結(jié)構(gòu)有關(guān)。具有粗糙界面的物質(zhì)，因界面上約有50%的原子位置空著，這些空位都可 接受原子，故液體原子可以單個進(jìn)入空位，與晶體相連接，界面沿其法線方向 垂直推移，呈連續(xù)式長大。具有光滑界面的晶體長大，不是單個原子的附著， 而是以均勻形核的方式，在晶體學(xué)小平面界面上

31、形成一個原子層后的二維晶核 與原界面間形成臺階，單個原子可以在臺階上填充，使二維晶核側(cè)向長大，在 該層填滿后，則在新的界面上形成新的二維晶核，繼續(xù)填滿，如此反復(fù)進(jìn)行。若晶體的光滑界面存在有螺型位錯的露頭，則該界面成為螺旋面，并形成 永不消失的臺階，原子附著到臺階上使晶體長大。9、試述結(jié)晶相變的熱力學(xué)條件、動力學(xué)條件、能量和結(jié)構(gòu)條件。【模擬題四】答：分析結(jié)晶相變時系統(tǒng)自由能的變化可知，結(jié)晶的熱力學(xué)條件為&（）； 由單位體積自由能的變化牛I可知，只有"（）,才有 Gb<0o即只有 Lin過冷才能使AG"。動力學(xué)條件為液一固界面前沿液體的溫度TTn）（熔點），即存在

32、動態(tài)過冷。由臨界晶核形成功可知，當(dāng)形成一個臨界晶核時，還有+的表面能 必須由液體中的能量起伏來提供。液體中存在的結(jié)構(gòu)起伏，是結(jié)晶時產(chǎn)生晶核的基礎(chǔ)。因此，結(jié)構(gòu)起伏是結(jié) 晶過程必須具備的結(jié)構(gòu)條件。10、比較說明過冷度、臨界過冷度、動態(tài)過冷度等概念的區(qū)別?！灸M題五】答：實際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之間的溫度差，稱為過冷度（AT二Tin- Tn）。它是相變熱力學(xué)條件所要求的，只有>（）時，才能造成固相的自由能 低于液相自由能的條件，液、固相間的自由能差便是結(jié)晶的驅(qū)動力。過冷液體中，能夠形成等于臨界晶核半徑的晶胚時的過冷度.稱為臨界過 冷度（!"）。顯然，當(dāng)實際過冷度!'<

33、*時，過冷液體中的最大的晶胚尺 寸也小于臨界晶核半徑，故難于成核；只有 T>AT*時，才能均勻形核。所 以，臨界過冷度是形核時所要求的。晶核長大時，要求液一固界面前沿液體中有一定的過冷，才能滿足（罕）尸（罕）x,這種過冷稱為動態(tài)過冷度, dr dt它是晶體長大地必要條件。第七章相圖1、杠桿定律與重心法則有什么關(guān)系在三元相圖的分析中怎樣運用杠桿定律和重 心法則【07年真題】答：杠桿定律與重心法則的關(guān)系：杠桿定律應(yīng)用于三元相圖兩相平衡時， 而重心法則則是應(yīng)用于三元系統(tǒng)處于三相平衡時，當(dāng)設(shè)想先把三相中的任意兩 相混合成一體，然后再把這個混合體和第三相混合成合金，那么這兩部分即 可應(yīng)用杠桿定律中

34、的推論，即當(dāng)給定材料在一定溫度下處于兩相平衡狀態(tài)時， 若其中一相的成分給定，另一相的成分點必在兩已知成分點連線的延長線上。 結(jié)合直線定律，再進(jìn)一步應(yīng)用杠桿定律，可推導(dǎo)出合金成分正好位于成分三角 形（三相平衡的三相成分點構(gòu)成）的質(zhì)量重心，即重心法則?？梢?，重心法則 是由一定假設(shè)，借肋直線法則、杠桿定律而推導(dǎo)出來的。杠桿定律用來計算三元系中兩相平衡時，兩個相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；另外可以由 直線法則及杠桿定律作出有用的推論：當(dāng)給定材料在一定溫度下處于兩相平衡 時，若其中一相的成分給定，另一相的成分點必在兩已知成分點連線的延長線 上；若兩個平衡相的成分點已知，材料的成分點必然位于此兩個成分點的連線 上。重心法

35、則可用來計算三元系中三相平衡時，三個相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。2、三元相圖的垂直截面與二元相圖有何不同為什么杠桿定律可以應(yīng)用于二元相 圖而不能應(yīng)用于三元相圖的垂直截面圖【09年真題】答：盡管三元相圖的垂直截面圖與二元相圖的形狀很相似，但是它們之間存 在著本質(zhì)的差別，二元相圖的液相線與固相線可以用來表示合金在平衡凝固過 程中液相與固相濃度隨溫度變化的規(guī)律，而三元相圖的垂直截面就不能表示相濃度隨溫度而變化的關(guān)系，只能用于了解冷凝過程中額相變溫度，不能應(yīng)用直 線法則來確定兩相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，也不能用杠桿定律計算兩相的相對量。3、三元勻晶相圖中，如果是一個兩相區(qū)，根據(jù)相律，該相區(qū)的自由度是多少如 果一個合金成分位于該

36、相區(qū)，如何知道兩相的成分和含量【12年真題】答：（1）有相律可知f=c-p+l=2,即自由度為2.（2）可用直線法則、杠桿定律、重心定律計算兩相的成分和含量。 直線法則：在一定溫度下三組元材料兩相平衡時，材料的成分點和其兩個 平衡相的成分點必然位于成分三角形內(nèi)的一條直線上。如下圖所示，設(shè)在一定 溫度下成分點o的合金處于。+卩兩相平衡狀態(tài)，Q相及P相的成分點分別為a、 bo由圖中可讀出三元合金o、o、p相中B組元的含量分別為Ao】、Aa】、Abi ； C組元的含量分別為AO2、Aa2、Ab2o由含量關(guān)系可推導(dǎo)出解析幾何中三點共 線的關(guān)系式：.W . W 由此可證明。、a、b必在一條直線上。同 A

37、az-Ab2 Aoi- Abi樣在等邊成分三角形中，上述關(guān)系依然存在。 杠桿定律：由前面推導(dǎo)還可以得出妙=驢乎=晉=年Ab-Aai ab ab 重心定律：成分為R的三元合金在某一溫度下,分解成三個相，則R的成分點必定位于Ac（卩y的重心位置上。如圖，合金成分o,三相a、p、y成分分別為P、Q、S ,則由杠桿定律可以得到各相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：OROMOT3$ =, CDa =,=QRPMSTo o點正好位于成分三角形PQS的質(zhì)量重心。4、第八章綜合24、概念辨析題（說明下列各組概念的異同。任選六題，每小題3分，共 18分）1晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣 2熱加工與冷加工3上坡擴(kuò)散與下坡擴(kuò)散4間隙固溶體與間隙化合物5相與組織6交滑移與多滑移7金屬鍵與共價鍵8全位錯與不全位錯9共晶轉(zhuǎn)變與共析轉(zhuǎn)變答：1晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣異：點的屬性、數(shù)目、有無缺陷；同：描述晶體中的規(guī)律性。2熱加工與冷加工異：熱加工時發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶與加工硬化；冷加工只發(fā)生加工硬化； 同：發(fā)生塑性變形。3上坡擴(kuò)散與下坡擴(kuò)散異：擴(kuò)散方向；同：驅(qū)動力-化學(xué)位梯度。4間隙固溶體與間隙化合物異：結(jié)構(gòu)與組成物的關(guān)系；同：小原子位于間隙位置。5相與組織異：組織具有特定的形態(tài)；同：都是材料的