材料科學(xué)與工程習(xí)題匯總有答案

1、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，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是；bcc結(jié)構(gòu)的密排方向是，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，其結(jié)構(gòu)原子體積是，每個晶胞中八面體間隙數(shù)為，四面體間隙數(shù)為。3.純鐵冷卻時在912e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，晶體體積，原子半徑發(fā)生。4.在面心立方晶胞中畫出晶面和

2、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)出晶面和晶向。5.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fcc面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半徑R=0.175×10-6mm。答案：1.110， (111)， ABCABC， 0.74 ， 12 , 4 ，； 111， (110) , 0.68 , 8 , 2 ，；， (0001) ， ABAB ， 0.74 ， 12 ， 6 ，。2.3 ， 4 ， 8 。3.FCC ， BCC ，減少，降低，膨脹，收縮。4.解答：見圖115.解答：設(shè)所決定的晶面為（hkl），晶面指數(shù)與面上

3、的直線uvw之間有hu+kv+lw=0，故有：h+k-l=0,2h-l=0?？梢郧蟮茫╤kl）（112）。6 解答：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，故可求得a0.4949×10-6mm。則（100）平面的面積Sa20.244926011×0-12mm2，每個（100）面上的原子個數(shù)為2。所以1 mm2上的原子個數(shù)4.08×1012。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，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

4、體的不均勻性主要表現(xiàn)為和。4）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。5）無序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w時，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，間隙化合物是。二、 問答1、分析氫，氮，碳，硼在a-Fe 和g-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：，氮：，碳：，硼：，a-Fe：，g-Fe ：。2、簡述形成有序固溶體的必要條件。答案：一、填空1）提高，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）元素之間尺寸差別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）

5、提高，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時形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物。三、 問答1、解答：a-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，即R，八面體間隙半徑為，即R。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=0.633 Ra，間隙元素溶入時只引起一個方向上的點(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，有時以置換方式溶入a-Fe。由于g-Fe為fcc結(jié)構(gòu)，間隙數(shù)目少，間隙半徑大，四面體間隙半

6、徑為0.225 Ra，即R，八面體間隙半徑為0.414 Ra，即R。氫，氮，碳，硼在g-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g-Fe的八面體間隙中心。2、簡答：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1. 填空1. 在液態(tài)純金屬中進(jìn)行均質(zhì)形核時，需要起伏和起伏。2 液態(tài)金屬均質(zhì)形核時，體系自由能的變化包括兩部分，其中自由能是形核的阻力，是形核的動力；臨界晶核半徑rK與過冷度vT關(guān)系為，臨界形核功vGK等于。3 動態(tài)過冷度是指。4 在工廠生產(chǎn)條件下，過冷度增大，則臨界晶核半徑，金

7、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是。二、問答1 根據(jù)凝固理論，試述細(xì)化晶粒的基本途徑。2 試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點(diǎn)。3 簡述液態(tài)金屬結(jié)晶時，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vHm=1628J/cm2，s=177×107J/cm，點(diǎn)陣常數(shù)。求銅vT=100e時均勻形核的臨界核心半徑。5：何謂過冷，過冷度，動態(tài)過冷度，它們對結(jié)晶過程有何影響？6 根據(jù)冷卻速度對金屬凝固后組織的影響，現(xiàn)要獲得微晶，非晶，亞穩(wěn)相，請指出其凝固時如何控制。7、簡述純金屬凝固時潤濕角、雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)對異

8、質(zhì)形核的影響。答案：1.填空1. 結(jié)構(gòu)和能量。2 表面，體積自由能 ,，。3 晶核長大時固液界面的過冷度。4 減少，越大，細(xì)小。5. 快速冷卻。二、問答1 解答：凝固的基本過程為形核和長大，形核需要能量和結(jié)構(gòu)條件，形核和長大需要過冷度。細(xì)化晶粒的基本途徑可以通過加大過冷度，加入形核劑，振動或攪拌。2 解答：根據(jù)金屬結(jié)晶過程的形核和長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，靠內(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，均勻形核時臨界晶核半徑rK與過冷度vT關(guān)系為，臨界形核功vGK等于。異質(zhì)形核時固相質(zhì)點(diǎn)可作為晶核長大，其臨界形核功較小，為液相與非均

9、勻形核核心的潤濕角。形核率與過冷度的關(guān)系為：，其中N為形核率，C為常數(shù)，GA、Gk分別表示形核時原子擴(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，可以近似認(rèn)為LM=vHm,根據(jù)均勻形核時臨界晶核半徑rK與過冷度vT關(guān)系為，可以計算得到r×107cm。5：解答：過冷是指金屬結(jié)晶時實際結(jié)晶溫度Tn比理論結(jié)晶溫度Tm低的現(xiàn)象。過冷度T指Tm與Tn的差值。動態(tài)過冷度指晶核長大時的過冷度。金屬形核和長大都需要過冷，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。6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

10、，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：純金屬凝固時潤濕角0°，形核功為0，固相粒子促進(jìn)形核效果最好；潤濕角180°，異質(zhì)形核功等于均勻形核功，固相粒子對形核無促進(jìn)作用；潤濕角0°<<180°，形核功比均勻形核的形核功小，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，促進(jìn)形核效果好，當(dāng)兩者結(jié)構(gòu)不相同時，一般對促進(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，促進(jìn)形核效果好，成平面狀時次之，凸形時最差第四章二元合金相圖與合

11、金凝固一、填空1. 固溶體合金凝固時，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，粗糙界面晶體的長大機(jī)制是，光滑界面晶體的長大機(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，若溫度梯度dT/dX>0（正溫度梯度下），其固、液界面呈狀，dT/dX<0時（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，快冷時可能得到全部共晶組織，這稱為。7 固溶體合金凝固時，溶質(zhì)分布的有效分配系數(shù)ke=，當(dāng)凝固速率很大時ke趨于。8. 在二元相圖中，L1a+L2叫反應(yīng)，b

12、L+a稱為轉(zhuǎn)變，而反應(yīng)aab稱為反應(yīng)，a+b®g稱為反應(yīng)。9 Fe-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，鐵素體是，其晶體結(jié)構(gòu)是，合金平衡結(jié)晶時，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，F(xiàn)e3CI是從中析出的，F(xiàn)e3CII是從中析出的，F(xiàn)e3CIII是從中析出的，它們的含碳量為，F(xiàn)e3C主要性能特點(diǎn)是，A共析反應(yīng)后的生成物稱

13、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Ni 30%(重量)的合金在平衡冷卻時的相變過程，計算室溫下的相組成與組織組成，并計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的組織為a（Al）初晶+(a+b)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1500e時Al-Ni合金系的自由能成分曲線示意圖。圖4-1 圖4-2 2 根據(jù)Cu-Sn相圖（圖4-2）

14、，Cu為fcc結(jié)構(gòu)?；卮鹣铝袉栴}：1）a相為何種晶體結(jié)構(gòu)？2）計算212時Cu-90%Sn合金在TE溫度時（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b相，其原因何在？如何消除b相？4）分析Cu-70%Sn合金平衡凝固過程，并計算共晶反應(yīng)剛完畢時相組成物和組織組成物的相對含量。5）畫出Cu-Sn系合金在450時各相自由能-成分曲線示意圖。圖4-3 圖4-43 如圖4-3為Mg-Y相圖1）填相區(qū)組成，寫出相圖上等溫反應(yīng)及Y=5%wt時的合金K在室溫時的平衡組織。2）已知Mg為hcp結(jié)構(gòu)，試計算Mg晶胞的致密度；3）指出提高合金K強(qiáng)度的可能方

15、法4）簡述圖中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)平衡相圖回答下列問題：1）寫出下列Fe3CII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。2）指出此二元系中比較適合做變形合金和鑄造合金的成分范圍。3）如何提高壓力加工合金的強(qiáng)度。4）標(biāo)注平衡反應(yīng)的成分及溫度，寫出平衡反應(yīng)式。5）分析Fe-1%C合金的平衡凝固過程，并計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)圖確定下列三種鋼在給定溫度下的顯微組織（填入表中）含碳量溫度

16、顯微組織溫度顯微組織770停留一段時間P+F 900A+F 680P 剛達(dá)到770A 700P+Fe3C剛達(dá)到770A+Fe3C8)畫出1200時各相的自由能-成分曲線示意圖。圖4-5 圖4-66：A為金屬元素，B為非金屬元素，形成二元相圖如圖4-5：1）畫出合金平衡冷卻曲線以及平衡結(jié)晶后組織示意圖，計算其室溫下相組成物及組織組成物相對含量。2）試分析不同冷卻速度對下圖中合金凝固后顯微組織的影響。3）合金在工業(yè)條件冷凝后如對合金進(jìn)行擴(kuò)散退火，應(yīng)如何確定退火溫度。7：簡述典型金屬凝固時，固/液界面的微觀結(jié)構(gòu)，長大機(jī)制，晶體在正溫度梯度下、負(fù)溫度梯度下成長時固/液界面的形態(tài)。8：根據(jù)Pb-Bi相圖

17、（圖46）回答下列問題：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的相組成物為b和(Bi)，其中b相占80%，則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的組織為(Bi)初晶+b+（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？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。答案：一、填空1. 成分2. 光滑界面 ,粗糙界面3. 垂直長大機(jī)制，二維平面長大, 依靠晶體缺陷長大4 枝晶，均勻化退火5 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

18、； 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。2）穩(wěn)定化合物為、，不穩(wěn)定化合物為、。3）1455，L，包晶反應(yīng)；1387，LNi，共晶反應(yīng)；1135，L，包晶反應(yīng)；855，L，包晶反應(yīng)；640，LAl，共晶反應(yīng)；4）Ni 30%(重量)的合金在平衡冷卻時的相變過程：L；855，L，包晶反應(yīng)；L；640，

19、LAl，共晶反應(yīng)；室溫下相組成為Al，,=1-Al%=71.4%。室溫下組織組成為+(Al)共晶，(Al)共晶=1-%=28.6%。5）含Ni89%（重量）的Ni-Al合金其平衡凝固時室溫組織為Ni和Ni中析出的，非平衡凝固后會出現(xiàn)非平衡共晶組織，即為Ni和少量的1387反應(yīng)生成的L（Ni）共晶。6）X合金平衡凝固完畢時的組織a初晶占80%，則(a+b)共晶20，設(shè)此合金中Ni組元的含量是X，,可以求得X0.01%。7）1500e時Al-Ni合金系的自由能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fcc結(jié)構(gòu)；2）共晶反應(yīng)前的平衡分配系數(shù)；3) Cu-13.47%Sn

20、合金在正常條件下凝固后，由于固相平均成分線相對于固相線下移，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b相。這些少量b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，L+，L，L+（Sn），共晶反應(yīng)剛完畢時相組成物為+（Sn），組織組成物為+（+Sn）共晶。相組成物的相對含量為：和組織組成物的相對含量：（+Sn）共晶1。5）合金在450時各相自由能-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：935：L+（Y）；780：L+；776：（Y）（Y）；635：L+；557：L（Mg）。Y=5%wt時的合金K在室溫時的平衡

21、組織為（Mg）固溶體。2）Mg為hcp結(jié)構(gòu)，因為ra/2，一個hcp晶胞中有6個原子，設(shè)，則致密度為3）提高合金K強(qiáng)度的可能方法有細(xì)化晶粒，加工硬化。4）Y=10%wt之合金可能的強(qiáng)化方法有細(xì)化晶粒，加工硬化和固溶時效。4 解答：相同點(diǎn)：均需要形核與長大，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)晶時產(chǎn)生偏析，一般會產(chǎn)生成分過冷，凝固過程是在一個溫度區(qū)間進(jìn)行，而純金屬凝固在等溫進(jìn)行。5 解答：1）Fe3CII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

22、.11%，0.77%，4.3%。2）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，含碳量大于的合金有共晶反應(yīng)適合作為鑄造合金。3）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。4）平衡反應(yīng)的成分及溫度，反應(yīng)式為1495，LA，包晶反應(yīng)；1148，LFe3C，共晶反應(yīng)；727，AF+Fe3C，共析反應(yīng)；5）凝固過程：935：L，F(xiàn)e3C，F(xiàn)Fe3C（P）室溫下相組成為FFe3C，其中；室溫下組

23、織組成為PFe3C，其中，F(xiàn)e3C1P1.9%。6）亞穩(wěn)轉(zhuǎn)變后組織為PFe3C，淬火冷卻后C在Fe中形成過飽和固溶體（馬氏體相變）。7) 三種鋼在給定溫度下的顯微組織如表。8）1200時各相的自由能-成分曲線示意圖如圖6：解答：1）合金的平衡冷卻曲線和組織如圖；室溫下相組成物為，其中，188.2%，組織組成為（）共晶，（）共晶125；2）合金在平衡凝固時室溫組織為，工業(yè)條件冷卻時出現(xiàn)少量非平衡共晶組織，室溫組織為少量（）共晶。3）可以根據(jù)相圖估計，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，長大機(jī)制為垂直長大方式，在正溫度梯度下固液界面保持平直，在負(fù)溫度

24、梯度下成長時固/液界面不穩(wěn)定，結(jié)晶后容易長成樹枝狀晶。8：解答：1）相區(qū)填充如圖；2）設(shè)X合金中Bi組元的含量是x，依題意有，可以解得x，即Bi組元的含量是。3）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，即Pb組元的含量是。4）Pb-30%Bi合金平衡凝固過程為L，L，L，Bi，室溫下平衡組織為Bi，非平衡凝固下由于L包晶反應(yīng)很難進(jìn)行完全，故在晶粒內(nèi)部會保留部分，室溫下組織為殘留Bi。第七章金屬塑性變形一名詞解釋固溶強(qiáng)化，應(yīng)變時效，孿生，臨界分切應(yīng)力，變形織構(gòu)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，滑移和孿生有何主要區(qū)別？3

25、 A-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，形成固溶體，A與B形成h相，其晶體結(jié)構(gòu)是hcp：1）指出a，b，h三個相的常見滑移系；2）繪出它們單晶變形時應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖，試解釋典型低層錯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。4 簡述冷加工纖維組織、帶狀組織和變形織構(gòu)的成因及對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，其力軸為001，一個滑移系的臨界分切應(yīng)力為2，取向因子COSfCOSl=0.41,

26、試問有幾個滑移系可同時產(chǎn)生滑移？開動其中一個滑移系至少要施加多大的拉應(yīng)力？圖719 簡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。11 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。12 圖71所示低碳鋼的三條拉伸曲線，1塑性變形；2去載后立即再行加載；3去載后時效再加載。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，其屈服點(diǎn)ss=100MNm-2；d=1/64mm時ss=250MNm-2。d=1/16mm時，根據(jù)霍爾配奇公式求其ss為

27、多少？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，以孿晶面為對稱面形成鏡像對稱，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滑移系啟動發(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

28、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 簡答：純金屬變形主要借助位錯運(yùn)動，通過滑移和孿生完成塑性變形，開動滑移系需要臨界切應(yīng)力，晶體中還會發(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，但會出現(xiàn)固溶強(qiáng)化，開動滑移系需要臨界切應(yīng)力較大，還有屈服和應(yīng)變時效現(xiàn)象。2 簡答：滑移時原子移動的距離是滑移方向原子間距的整數(shù)倍，孿生時原子移動的距離不是孿生方向原子間距的整數(shù)倍；滑移時滑移面兩邊晶體的位向不變，而孿生時孿生面兩邊的晶體位向不同，以孿晶面形成鏡像對稱；滑移時需要的臨界分切應(yīng)力小，孿生開始需要的臨界分切應(yīng)力很大

29、，孿生開始后繼續(xù)切變時需要的切應(yīng)力小，故孿生一般在滑移難于進(jìn)行時發(fā)生。3 簡答：1）的滑移系為110<111>，b相的常見滑移系為111<110>，h相的常見滑移系為（0001）<110>。2）它們單晶變形時應(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階段。當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到晶體的臨界分切應(yīng)力時，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似為直線，稱為易滑移階段，此時加工硬化率很小，滑移線細(xì)長，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)變增加而減少，出現(xiàn)

30、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 簡答：冷加工纖維組織是純金屬和單相合金在冷塑性變形時和變形度很大的條件下，各晶粒伸長成纖維狀；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，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，即在各個方向上的性能不均，對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 簡答：金屬材料經(jīng)熱加工后機(jī)械性能較鑄造態(tài)好的

31、主要原因是熱加工時的高溫、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間的交互作用的平行位錯硬化理論，以及滑移面上位錯與別的滑移面上位錯林切割產(chǎn)生割階的林位錯強(qiáng)化理論。加工硬化在實際生產(chǎn)中用來控制和改變金屬材料的性能，特別是對不能熱處理強(qiáng)化的合金和純金屬尤為重要，可以進(jìn)行熱

32、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；加工硬化也會帶來塑性降低，使變形困難的影響，還會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 簡答：可有8個滑移系同時產(chǎn)生滑移（可以通過計算fcc的滑移系與001方向的夾角得到此結(jié)果）。開動其中一個滑移系至少要施加的拉應(yīng)力為9 簡答：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

33、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，可以對合金產(chǎn)生顯著強(qiáng)化作用。10 簡答：織構(gòu)由晶粒擇優(yōu)取向形成，變形織構(gòu)對再結(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，形成纖維組織，冷變形程度很高時，位錯密度增高，形成位錯纏結(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出現(xiàn)變形織構(gòu)。12 簡答：1）屈服現(xiàn)象是由溶質(zhì)原子與位錯交互

34、作用產(chǎn)生氣團(tuán)產(chǎn)生的，在外力作用下使位錯掙脫溶質(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)行比屈服伸長范圍稍大的預(yù)變形，使位錯掙脫氣團(tuán)的釘扎，然后盡快深沖。13 簡答：根據(jù)霍爾配奇公式：，則按照題意有：和，可以解得s050，k25，故可求得當(dāng)d=1/16mm時，根據(jù)霍爾配奇公式求得

35、ss5025×150 MNm-2。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，動態(tài)再結(jié)晶，臨界變形度，二次再結(jié)晶，退火孿晶2 問答1 再結(jié)晶與固態(tài)相變有何區(qū)別？2 簡述金屬冷變形度的大小對再結(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)生顯著晶粒長大性能變脆，在熱應(yīng)力作用下破斷，試找出兩種延長鎢絲壽命的方法？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，取三塊試樣分別加熱到70e，150e，300e，各保溫一小時后空冷，純鋁的熔

36、點(diǎn)為660e。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，將它們在室溫（20）進(jìn)行軋制，它們的塑性誰好誰壞？為什么？它們在室溫下可否連續(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=（）T熔，鈦熔點(diǎn)1672，883以下為hcp，883以上為bcc；鋁熔點(diǎn)為660，fcc結(jié)構(gòu)（面心立方）；鉛熔點(diǎn)為327，fcc結(jié)構(gòu)（面心立方）。8 試說明晶粒大小對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。9 如何提高固溶體合金的強(qiáng)度10

37、 試用位錯理論解釋固溶強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化，以及加工硬化的原因。答案: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：

38、金屬內(nèi)部的少量夾雜物在熱加工中順著金屬流動的方向伸長和分布，形成一道一道的細(xì)線；動態(tài)再結(jié)晶：低層錯能金屬由于開展位錯寬，位錯難于運(yùn)動而通過動態(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的變形程度有一定關(guān)系，在某個變形程度時再結(jié)晶后得到的晶粒特別粗大，對應(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少數(shù)幾個晶粒優(yōu)先長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 簡答：再結(jié)晶是一種組織轉(zhuǎn)變，從

39、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，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 簡答：變形度較小時以晶界弓出機(jī)制形核，變形度大的高層錯能金屬以亞晶合并機(jī)制形核，變形度大的低層錯能金屬以亞晶長大機(jī)制形核。冷變形度很小時不發(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 簡答：燈泡中W絲在高溫下工作，晶粒長大后在熱應(yīng)力作用下破斷，延長鎢絲壽命的方法可以加入第二相質(zhì)點(diǎn)阻止晶粒在加熱時長大，如加入

40、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大，如加入少量K、Al、Si等雜質(zhì)，在燒結(jié)時汽化形成極小的氣泡。4 簡答：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 簡答：1）純鋁經(jīng)90%冷變形后在70e，150e，300e保溫后空冷的組織示意圖如圖。2）純鋁試樣強(qiáng)度、硬度以70e退火后最高，150e退火試樣的強(qiáng)度、硬度次之，300e保溫后強(qiáng)度、硬度最低，而塑性則以70e退火后最低，150e退火試樣的居中，300e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再（）T熔估計，故純鋁的再結(jié)晶溫度

41、為100e左右，在70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；150e加熱發(fā)生再結(jié)晶，強(qiáng)度、硬度下降，塑性好，300e保溫后發(fā)生晶粒長大，強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步下降，塑性很好。7 簡答：可計算得到三種純金屬的再結(jié)晶溫度大約為純鈦：550，純鋁：100，純鉛低于0。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200，800，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

42、。8 簡答：晶粒大小對金屬材料的室溫力學(xué)性能可用HallPetch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，發(fā)生晶粒沿晶界的相對滑動，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、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)控制晶粒長大。9 簡答：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 簡答：固溶強(qiáng)化的可能位錯機(jī)制主要是溶質(zhì)原子氣團(tuán)對位錯的釘扎，增加了位錯滑移阻力。如溶質(zhì)原子與位錯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)

43、展位錯交互作用的鈴木氣團(tuán)使層錯寬度增加，位錯難于束集，交滑移困難；溶質(zhì)原子形成的偏聚和短程有序，位錯運(yùn)動通過時破壞了偏聚和短程有序使得能量升高，增加位錯的阻力，以及溶質(zhì)原子與位錯的靜電交互作用對位錯滑移產(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運(yùn)動強(qiáng)化材料，如位錯繞過較硬、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間的交互作用的平行位錯硬化理論，以及滑移面上位錯與別的滑移面上位錯林切割產(chǎn)生割階的林位錯強(qiáng)化理論。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 試說明界面對復(fù)合材料結(jié)

44、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。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

45、附，有因為尺寸因素造成的平衡偏聚和空位造成的非平衡偏聚。2 問答1 簡答：復(fù)合材料由顆粒或纖維與基體構(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，晶界在加熱時會發(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，晶界容易使位錯塞積，造成應(yīng)力集中，晶界上原子排

46、列混亂。3 簡答：一般金屬的晶界能與晶粒位向差有關(guān)，并隨位向差增大而增大，小角度晶界的晶界能小于大角度晶界的晶界能，但大角度晶界能一般可以看成常數(shù)，約為（56）×105J/cm2。5 簡答：影響晶界遷移的因素主要有界面能、溶質(zhì)原子、第二相質(zhì)點(diǎn)數(shù)量、尺寸和溫度。界面能降低是晶界遷移的驅(qū)動力，與晶界曲率半徑成反比，與界面的表面能成正比，因此大角度晶界遷移率總是大于小角度晶界的遷移率；溶質(zhì)原子阻礙晶界遷移；第二相質(zhì)點(diǎn)數(shù)量越多、尺寸越小對晶界的遷移阻礙作用越大，溫度越高晶界遷移越快。第十章原子擴(kuò)散1 簡答：影響擴(kuò)散的因素主要有溫度，溫度越高，擴(kuò)散越快；晶體缺陷如界面、晶界位錯容易擴(kuò)散；不同致密度的晶體結(jié)構(gòu)溶質(zhì)原子擴(kuò)散速度不一樣，低致密度的晶體中溶質(zhì)原子擴(kuò)散快，各向異性也影響溶質(zhì)原子擴(kuò)散；在間隙固溶體中溶質(zhì)原子擴(kuò)散容易；擴(kuò)散原子性質(zhì)與基體金屬性質(zhì)差別越大，擴(kuò)散越容易；一般溶質(zhì)原子濃度越高，擴(kuò)散越快；加入其它組元與溶質(zhì)原子形成化合物阻礙其擴(kuò)散。2 解答：Ni為fcc結(jié)構(gòu)，一個晶胞中