材料科學(xué)基礎(chǔ)A1考試范圍及復(fù)習(xí)題答案

材料科學(xué)基礎(chǔ)A1考試范圍及復(fù)習(xí)題-考試范圍：要求掌握全部概念，主要知識(shí)點(diǎn)。材料結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)基本概念，金屬晶體結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)（三種主要晶體結(jié)構(gòu)，晶系、布拉菲點(diǎn)陣，晶胞原子數(shù)，密排面，密排方向，密勒指數(shù)標(biāo)定）。純金屬結(jié)晶：結(jié)晶現(xiàn)象（結(jié)晶、過冷度），晶核形成（臨界晶核、形核功），晶核長(zhǎng)大，金屬鑄錠組織（三晶區(qū)結(jié)構(gòu)）及缺點(diǎn)。二元合金相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶：合金中相（相及其分類），合金相結(jié)構(gòu)，二元合金相圖建立，二元合金相圖（重點(diǎn)）。鐵碳合金：鐵碳合金組元及基本相，F(xiàn)e-Fe3C金屬及合金塑性變形：?jiǎn)尉w塑性變形（重點(diǎn)），多晶體塑性變形，合金塑性變形，塑性變形對(duì)組織和性能影響?；貜?fù)與再結(jié)晶：形變金屬與合金在退火過程中改變，回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大。擴(kuò)散：擴(kuò)散本質(zhì)及機(jī)理，菲克定律（重點(diǎn)是第二定律及其主要解），影響擴(kuò)散原因。填空題1.每個(gè)面心立方晶胞中原子數(shù)為4，其配位數(shù)為12。2.晶格常數(shù)為a體心立方晶胞,其原子數(shù)為2,原子半徑為,配位數(shù)為8，致密度為0.68。3.刃型位錯(cuò)柏氏矢量與位錯(cuò)線相互垂直,螺型位錯(cuò)柏氏矢量與位錯(cuò)線相互平行。4.螺型位錯(cuò)位錯(cuò)線平行于滑移方向，位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向垂直于位錯(cuò)線。5.在過冷液體中，晶胚尺寸小于臨界尺寸時(shí)不能自發(fā)長(zhǎng)大。6.均勻形核既需要結(jié)構(gòu)起伏，又需要能量起伏。7.純金屬結(jié)晶時(shí)，固液界面按微觀結(jié)構(gòu)分為光滑界面和粗糙界面。8.純金屬實(shí)際開始結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，這種現(xiàn)象稱為過冷，理論結(jié)晶溫度與實(shí)際開始結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。9．合金中基本相結(jié)構(gòu)，有固溶體和金屬化合物兩類，其中前者具備較高綜合機(jī)械性能，適宜做基體相；后者具備較高熔點(diǎn)和硬度，適宜做強(qiáng)化相。10.間隙相和間隙化合物主要受組元原子尺寸原因控制。相律是分析相圖主要工具，當(dāng)系統(tǒng)壓力為常數(shù)時(shí)，相律表示式為f＝c－p＋1。依攝影律，二元合金結(jié)晶時(shí)，最多可有3個(gè)相平衡共存，這時(shí)自由度為0。依攝影區(qū)接觸法則能夠推定，兩個(gè)單相區(qū)之間必定有一個(gè)兩相區(qū)，兩個(gè)兩相區(qū)之間必須以單相區(qū)或三相共存水平線隔開。二元相圖三相區(qū)是一條水平線，該區(qū)必定與兩相區(qū)以點(diǎn)接觸，與單相區(qū)以線接觸。鑄錠宏觀組織是由表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)三個(gè)區(qū)組成。萊氏體是共晶轉(zhuǎn)變所形成奧氏體和滲碳體組成混合物。16.相變反應(yīng)式L（液）→（固）+（固）表示共晶反應(yīng)；γ（固）→（固）+（固）表示共析反應(yīng)。17.固溶體合金結(jié)晶時(shí)，其平衡分配系數(shù)Ko表示固液兩平衡相中溶質(zhì)濃度之比。鐵碳合金中，一次滲碳體由液相產(chǎn)生，二次滲碳體由奧氏體產(chǎn)生，三次滲碳體由鐵素體產(chǎn)生。19.一個(gè)滑移系是由滑移面和滑移方向組成。20.面心立方晶格滑移系有12個(gè)，體心立方晶格滑移系有12個(gè)?；瞥Ｑ鼐w中最密排晶面及晶向發(fā)生。擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力是化學(xué)位梯度。所謂上坡擴(kuò)散是指沿著濃度降低方向進(jìn)行擴(kuò)散，使?jié)舛融呌诰鶆蚧?，反?yīng)擴(kuò)散是指經(jīng)過擴(kuò)散使固溶體溶質(zhì)組元濃度超出固溶體極限而形成新相過程。24.在Fick第一定律表示式中，負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散由高濃度向低濃度方向進(jìn)行。選擇題1．Fe―Fe3C合金中，合金具備最好流動(dòng)性是（B）A.C%=4.00%B.C%=4.30%C.C%=4.60%2．凝固熱力學(xué)條件為（C）。A.形核率B.系統(tǒng)自由能增加C.過冷度3．二元相圖中，當(dāng)有二次相析出時(shí)，固溶線表現(xiàn)為（A）。A.垂線B.水平線C.斜線符號(hào)<uvw>表示（C）。A.晶面族B.晶向族C.晶向A和A-B合金焊合后發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)，測(cè)得界面向A試樣方向移動(dòng)，則（A）。A.A組元擴(kuò)散速率大于B組元B.B組元擴(kuò)散速率大于A組元C.和擴(kuò)散速率大小無關(guān)在置換型固溶體中，原子擴(kuò)散方式通常為（C）。A.原子交換機(jī)制B.間隙機(jī)制C.空位機(jī)制形成臨界晶核時(shí)體積自由能降低只能賠償表面能（B）。A.1/3B.2/3C面心立方（fcc）結(jié)構(gòu)鋁晶體中，每個(gè)鋁原子在本層（111）面上原子配位數(shù)為（A）。A.6B.8C簡(jiǎn)單立方晶體致密度為（B）。A.65%B.52%C.58%機(jī)械零件在正常工作條件下多數(shù)處于（A）。A.彈性變形狀態(tài)B.塑性變形狀態(tài)C.彈塑性變形狀態(tài)實(shí)際晶體線缺點(diǎn)表現(xiàn)為（B）。A.空位和間隙原子B.位錯(cuò)C.晶界鑄件裂紋通常產(chǎn)生在（A）。A.鑄件較厚地方B.較薄地方C.有孔地方縮孔最可能出現(xiàn)部位是（A）。A.鑄件最上部B.鑄件中部C.在鑄件最上部及熱節(jié)處冷鐵配合冒口形成定向凝固能預(yù)防鑄件（A）。A.縮孔、縮松B.應(yīng)力C.變形鉛在常溫下變形屬(B)。A.冷變形B.熱變形C.彈性變形16.某金屬凝固時(shí)形核功為△G*，其臨界晶核界面能為△G，則△G*和△G關(guān)系為（A）。A.△G=3△G*B.△G=1/3△G*C.△G=△G*17.氮、氧在金屬中通常占據(jù)間隙位置，這是因?yàn)椋–）。A.金屬中間隙半徑大于氮、氧原子半徑B.氮、氧都是氣體C.氮、氧原子半徑較小，能擠入金屬中間隙位置依照二元相圖相區(qū)接觸規(guī)則，（B）。A.兩個(gè)單相之間必定有一個(gè)單相區(qū)隔開B.兩個(gè)兩相區(qū)必須以單相區(qū)或三相共存水平線隔開C.三相水平線必須和四個(gè)兩相區(qū)相鄰二次再結(jié)晶是（C）。A.相變過程B.形核長(zhǎng)大過程C.一些晶粒尤其長(zhǎng)大過程在單相組織中存在大小不等晶粒，由界面曲度驅(qū)動(dòng)界面移動(dòng)規(guī)律可知(C)。A.小晶粒將移向大晶粒一方，直到晶粒大小相等B.大小晶粒依靠吞并相鄰晶粒同時(shí)長(zhǎng)大C.界面將移向小晶粒一方，最終小晶粒將消失強(qiáng)化金屬材料各種伎倆，考慮出發(fā)點(diǎn)都在于（A）。A.盡可能降低位錯(cuò)或設(shè)置位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)障礙B.去除位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)障礙C.使位錯(cuò)適當(dāng)?shù)亟档徒饘僦型ǔ４嬖谥苜|(zhì)原子或雜質(zhì)原子，它們存在（C）。A.總是使晶格常數(shù)增大B.總是使晶格常數(shù)減小C.可能使晶格常數(shù)增大，也可能使其減小23.拉伸單晶時(shí)，滑移面轉(zhuǎn)向（A）時(shí)最易滑移。A.與外力軸成45oB.與外力軸平行C.與外力軸垂直若A、B兩組元形成電子化合物，不過該化合物中A組元所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)超出了60%，則該相晶體結(jié)構(gòu)（C）。A.與A相同B.與B相同C.與A、B都不相同在非均勻形核中，外來雜質(zhì)形狀對(duì)形核效果有主要影響，其中（A）對(duì)形核最為有利。A.凹曲面狀B.平面狀C.凸曲面狀因晶體轉(zhuǎn)動(dòng)而使原來有利于滑移晶面滑移到一定程度后變成不利于滑移晶面現(xiàn)象稱為（B）。A.物理硬化B.幾何硬化C.加工硬化一根彎曲位錯(cuò)線，（B）。A.具備唯一位錯(cuò)類型B.具備唯一柏氏矢量C.位錯(cuò)類型和柏氏矢量處處相同某一個(gè)金屬熔點(diǎn)是1083℃，該金屬最低再結(jié)晶溫度約為（A）A.269.4℃B.342.9℃在二元合金中，鑄造性能最好合金是具備（C）。A.共析成份合金B(yǎng).固溶成份合金C.共晶成份合金固態(tài)金屬擴(kuò)散最可能按（A）進(jìn)行。A.間隙擴(kuò)散機(jī)理B.換位擴(kuò)散機(jī)理C.空位擴(kuò)散機(jī)理要取得結(jié)晶過程所需驅(qū)動(dòng)力，實(shí)際結(jié)晶溫度必須（C）理論結(jié)晶溫度。高于B.等于C.低于相變反應(yīng)式L（液）+（固）→（固）表示（B）反應(yīng)。A.共晶B.包晶C.包析對(duì)稱傾側(cè)晶界晶界結(jié)構(gòu)由（B）組成。A.螺型位錯(cuò)B.刃型位錯(cuò)C.割階立方晶系中，與晶面(011)垂直晶向是（A）。A.[011]B.[100]C.[101]高溫回復(fù)階段，金屬中亞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí),（C）。A.位錯(cuò)發(fā)生塞積B.形成位錯(cuò)纏結(jié)C.刃型位錯(cuò)經(jīng)過攀移和滑移組成亞晶界在二元合金相圖中，穩(wěn)定化合物為（A）。A.一條垂直線B.一條曲線C.一個(gè)區(qū)域鑄件在凝固時(shí)若不出現(xiàn)成份過冷，則鑄件組織將是（B）。全部等軸晶B.全部柱狀晶C.柱狀晶+中心等軸晶在工業(yè)生產(chǎn)條件下金屬結(jié)晶時(shí)，過冷度越大，則（B）。A.N越大B.N/G提升C.N/G降低金屬在冷變形過程后進(jìn)行機(jī)加工，通常都需要在其中增加退火，其目標(biāo)是（B）。A.消除網(wǎng)狀組織B.消除冷變形強(qiáng)化C.消除偏析組織判斷及改錯(cuò)判斷：1、Fick第一定律表示經(jīng)過某一截面擴(kuò)散流量與垂直這個(gè)截面方向上濃度梯度成正比，其方向與濃度降落方向一致。（×）2、共晶合金在鑄造中流動(dòng)性通常較差。（×）間隙固溶體和置換固溶體均可形成無限固溶體。（×）金屬鑄件可經(jīng)過再結(jié)晶退火來細(xì)化晶粒。（×）金屬鑄錠宏觀組織通常由三個(gè)晶區(qū)組成：外表層細(xì)晶區(qū)、中間柱狀晶區(qū)及心部等軸晶區(qū)。（）重結(jié)晶和再結(jié)晶都是在固態(tài)下形核與長(zhǎng)大過程，二者沒有本質(zhì)區(qū)分。（×）在立方晶系中，與是相互平行兩個(gè)晶面。（×）與純金屬結(jié)晶相比，固溶體結(jié)晶時(shí)除需要結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏外還需要濃度起伏。（）擴(kuò)散系數(shù)D相當(dāng)于濃度梯度為1時(shí)擴(kuò)散通量。（）鐵素體與奧氏體根本區(qū)分在于固溶度不一樣，前者（為bcc）小而后者（為fcc）大。（×）觀察共析鋼顯微組織，發(fā)覺圖中顯示滲碳片層密集程度不一樣。凡是片層密集處則碳含量偏多，而疏稀處則碳含量偏少。（×）縮孔、縮松產(chǎn)生原因是固態(tài)收縮得不到補(bǔ)縮。（）改錯(cuò)：所謂過冷度是指結(jié)晶時(shí)，在冷卻曲線上出現(xiàn)平臺(tái)溫度與熔點(diǎn)之差；而動(dòng)態(tài)過冷度是指結(jié)晶過程中，實(shí)際液相溫度與熔點(diǎn)之差。所謂過冷度是指結(jié)晶時(shí)，在冷卻曲線上出現(xiàn)實(shí)際結(jié)晶溫度與熔點(diǎn)之差；而動(dòng)態(tài)過冷度是指結(jié)晶過程中，液/固界面前沿液體中溫度與熔點(diǎn)之差。金屬結(jié)晶時(shí)，原子從液相無序排列到固相有序排列，使體系熵值減小，所以是一個(gè)自發(fā)過程。金屬結(jié)晶時(shí)，原子從液相無序排列到固相有序排列，使體系自由能減小，所以是一個(gè)自發(fā)過程。在任何溫度下，液態(tài)金屬中出現(xiàn)最大結(jié)構(gòu)起伏都是晶胚。在過冷液體中，液態(tài)金屬中出現(xiàn)最大結(jié)構(gòu)起伏都是晶胚。所謂臨界晶核，就是體系自由能降低完全賠償表面自由能增加時(shí)晶胚大小。所謂臨界晶核，就是體系自由能降低能夠賠償2/3表面自由能增加時(shí) 晶胚大小。在液態(tài)金屬中，凡是涌現(xiàn)出小于臨界晶核半徑晶胚都不能成核，不過只要有足夠能量起伏提供形核功，還是能夠成核。在液態(tài)金屬中，凡是涌現(xiàn)出小于臨界晶核半徑晶胚都不能成核，即便有足夠能量起伏提供，還是不能成核。非均勻形核總是比均勻形核輕易，因?yàn)榍罢呤且酝饧淤|(zhì)點(diǎn)為結(jié)晶關(guān)鍵，不像后者那樣形成界面，而引發(fā)自由能增加。非均勻形核總是比均勻形核輕易，因?yàn)榍罢呤且酝饧淤|(zhì)點(diǎn)為基底，形核功小，不像后者那樣形成界面，而引發(fā)自由能增加。不論溫度分布怎樣，慣用純金屬生長(zhǎng)都是呈樹枝狀界面。只有在負(fù)溫度梯度條件下，慣用純金屬生長(zhǎng)都是呈樹枝狀界面。液態(tài)純金屬中加入形核劑，其生長(zhǎng)形態(tài)總是呈樹枝狀。液態(tài)純金屬中加入形核劑，其生長(zhǎng)形態(tài)不會(huì)發(fā)生改變。從宏觀上觀察，如液/固界面是平直，稱為光滑界面結(jié)構(gòu)；若是呈金屬鋸齒形，稱為粗糙界面結(jié)構(gòu)。從宏觀上觀察，如液/固界面是平直，稱為粗糙界面結(jié)構(gòu)；若是呈金屬鋸齒形，稱為光滑界面結(jié)構(gòu)。固溶體合金不論在平衡或非平衡結(jié)晶過程中，液/固界面上液相成份沿著液相平均成份線改變；固相成份沿著固相平均成份線改變。固溶體合金不論在平衡或非平衡結(jié)晶過程中，液/固界面上液相成份沿著液相線改變；固相成份沿著固相線改變。在共晶線上利用杠桿定律能夠計(jì)算出共晶體相對(duì)量，而共晶線屬于三相區(qū)，所以杠桿定律不但適適用于兩相區(qū)，也適適用于三相區(qū)。在共晶線上利用杠桿定律能夠計(jì)算出共晶體相對(duì)量，而共晶線屬于三相區(qū)，但杠桿定律僅適適用于兩相區(qū)，所以共晶體相對(duì)量實(shí)際上是在兩相區(qū)中算出來。將固溶體合金棒重復(fù)數(shù)次“熔化-凝固”，并采取定向快速凝固方法，能夠有效地提純金屬。將固溶體合金棒重復(fù)數(shù)次進(jìn)行區(qū)域熔煉，并采取定向遲緩凝固方法，能夠 有效地提純金屬。鐵素體和奧氏體根本區(qū)分在于固溶度不一樣，前者小而后者大。鐵素體和奧氏體根本區(qū)分在于晶體結(jié)構(gòu)不一樣，前者為bcc，而后者為fcc。在Fe-Fe3C在Fe-Fe3C系合金中，只有當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.77%<Wc<4.3%鐵碳合金平衡結(jié)晶組織中才有二次滲碳體存在不論何種成份碳鋼，伴隨含碳量增加，組織中鐵素體相對(duì)量降低，而珠光體相對(duì)量增加。對(duì)于亞共析成份碳鋼，伴隨含碳量增加，組織中鐵素體相對(duì)量降低，而珠光體相對(duì)量增加。Wc=4.3%共晶白口鐵顯微組織中，白色基體為Fe3C，其中包含F(xiàn)e3CⅠ，F(xiàn)e3CⅡ，F(xiàn)e3CⅢ，F(xiàn)e3C共析Wc=4.3%共晶白口鐵顯微組織中，白色基體為Fe3C，其中包含F(xiàn)e3CⅡ及Fe3用Ni-Cu合金焊條焊接某合金板料時(shí)，發(fā)覺焊條慢速移動(dòng)時(shí)，焊縫易出現(xiàn)胞狀組織，而快速移動(dòng)時(shí)，則易于出現(xiàn)樹枝狀組織。用Ni-Cu合金焊條焊接某合金板料時(shí)，發(fā)覺焊條慢速移動(dòng)時(shí)，焊縫易出現(xiàn)樹枝狀組織，而快速移動(dòng)時(shí)，則易于出現(xiàn)胞狀組織。假如固體中不存在擴(kuò)散流，則說明原子沒有擴(kuò)散。固體中即使不存在宏觀擴(kuò)散流，但因?yàn)樵訜嵴駝?dòng)遷移跳躍，擴(kuò)散依然存在。純物質(zhì)中自擴(kuò)散即是一個(gè)經(jīng)典例證。因固溶體原子每次跳動(dòng)方向是隨機(jī)，所以在怎樣情況下擴(kuò)散流為零。原子每次跳動(dòng)方向是隨機(jī)。只有當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，原子在任一跳動(dòng)方向上跳動(dòng)幾率才是相等。此時(shí)雖存在原子遷移（即擴(kuò)散），但沒有宏觀擴(kuò)散流。假如系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)，系統(tǒng)中必須存在熱力學(xué)勢(shì)梯度（詳細(xì)可表示為濃度梯度、化學(xué)位梯度、應(yīng)變能梯度等）。原子在熱力學(xué)勢(shì)降低方向上跳動(dòng)幾率將大于在熱力學(xué)勢(shì)增大方向上跳動(dòng)幾率。于是就出現(xiàn)了宏觀擴(kuò)散流。晶界上原子排列混亂，不存在空位，所以以空位機(jī)制擴(kuò)散原子在晶界處無法擴(kuò)散。晶界上原子排列混亂，與非晶體相類似，其原子堆積密集程度遠(yuǎn)不及晶粒內(nèi)部，因而對(duì)原子約束能力較弱，晶界原子能量及振動(dòng)頻率ν顯著高于晶內(nèi)原子。所以晶界處原子具備更高遷移能力。晶界擴(kuò)散系數(shù)也顯著高于晶內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)。間隙固溶體中溶質(zhì)濃度越高，則溶質(zhì)所占據(jù)間隙越多，供擴(kuò)散空余間隙越少，即z值越小，造成擴(kuò)散系數(shù)下降。實(shí)際上這種情況不可能出現(xiàn)。間隙固溶體溶質(zhì)原子固溶度十分有限，即使是達(dá)成過飽和狀態(tài)，溶質(zhì)原子數(shù)目要比晶體中間隙總數(shù)要小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，所以，在間隙原子周圍間隙位置可看成都是空。即對(duì)于給定晶體結(jié)構(gòu)，z為一個(gè)常數(shù)。體心立方比面心立方晶體配位數(shù)要小，故由D=1/6fzPa2關(guān)系式可見，α-Fe中原子擴(kuò)散系數(shù)要小于γ-Fe中擴(kuò)散系數(shù)。即使體心立方晶體配位數(shù)小，但其屬于非密堆結(jié)構(gòu)。與密堆結(jié)構(gòu)面心立方晶體相比較，f值相差不大（0.72和0.78）之間，但原子間距大，原子因約束力小而振動(dòng)頻率ν高，其作用遠(yuǎn)大于配位數(shù)影響。而且原子遷移所要克服阻力也小，詳細(xì)表現(xiàn)為擴(kuò)散激活能低，擴(kuò)散常數(shù)較大，實(shí)際情況是在同一溫度，α-Fe有更高自擴(kuò)散系數(shù)，而且溶質(zhì)原子在α-Fe中擴(kuò)散系數(shù)要比γ-Fe高。四、名詞解釋1.間隙固溶體和有序固溶體溶質(zhì)原子不是占據(jù)溶劑晶格正常結(jié)點(diǎn)位置，而是填入溶劑原子間一些間隙中，這么得到固溶體稱為間隙固溶體。當(dāng)溶質(zhì)原子按適當(dāng)百分比并按一定次序和一定方向，圍繞著溶劑原子分布時(shí)，這種固溶體就叫有序固溶體。2.光滑界面和粗糙界面光滑界面：從原子尺度看，液固界面是光滑平整，液、固兩相被截然分開；在光學(xué)顯微鏡下，光滑界面有波折若干小平面組成，所以又稱為小平面界面。粗糙界面：從原子尺度看，液固界面高低不平，并存在這幾個(gè)原子間距厚度過渡層，在過渡層中液、固兩相原子犬牙交織地分布著。因?yàn)檫^渡層很薄，在光學(xué)顯微鏡下，這類界面是平直，又稱為非小平面界面。3.變質(zhì)處理和晶粒度變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入一些難熔固態(tài)顆粒，造成大量能夠成為非自發(fā)晶核固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)晶核數(shù)目大大增加，從而提升了形核率，細(xì)化晶粒。這種方法稱為變質(zhì)處理。晶粒度：晶粒大小稱為晶粒度，通慣用晶粒平均面積或平均直徑來表示。4.包析轉(zhuǎn)變，熔晶轉(zhuǎn)變，偏晶轉(zhuǎn)變，合晶轉(zhuǎn)變包析轉(zhuǎn)變：是由兩個(gè)固相共同作用形成一個(gè)固相恒溫轉(zhuǎn)變。熔晶轉(zhuǎn)變：是由一個(gè)固相恒溫分解為一個(gè)液相和另一個(gè)固相恒溫轉(zhuǎn)變。偏晶轉(zhuǎn)變：是由一個(gè)液相L1分解為一個(gè)固相和另一成份液相L2恒溫轉(zhuǎn)變。合晶轉(zhuǎn)變：是由兩個(gè)成份不一樣液相L1和L2相互作用形成一個(gè)固相恒溫轉(zhuǎn)變。5.平衡凝固，非平衡凝固，正常凝固平衡凝固：是指合金在極遲緩冷卻條件下進(jìn)行結(jié)晶過程。非平衡凝固：凝固過程中，液、固兩相成份偏離液、固相線，使凝固過程進(jìn)行到一更低溫度才能完成，而且凝固后固體成份是不均勻，這種偏離平衡凝固條件下結(jié)晶過程稱為非平衡凝固。正常凝固：固溶體經(jīng)正常凝固后整個(gè)錠子質(zhì)量濃度分布以下列圖所表示（k0＜1），這符合通常鑄錠中濃度分布，所以稱為正常凝固。圖正常凝固后溶質(zhì)濃度在鑄錠內(nèi)分布6.鐵素體，奧氏體，萊氏體，珠光體，滲碳體鐵素體：碳溶于α-Fe中形成間隙固溶體，為體心立方結(jié)構(gòu)，慣用符號(hào)F或α表示。奧氏體：碳溶于γ-Fe中形成間隙固溶體，為面心立方結(jié)構(gòu)，慣用符號(hào)A或γ表示。萊氏體：奧氏體和滲碳體共晶混合物稱為萊氏體。珠光體：鐵素體和滲碳體機(jī)械混合物。滲碳體：鐵和碳相互作用形成具備復(fù)雜晶格間隙化合物。滲碳體具備很高硬度，但塑性很差，延伸率靠近于零。在鋼中以片狀存在或網(wǎng)絡(luò)狀存在于晶界。在萊氏體中為連續(xù)基體，有時(shí)呈魚骨狀。7．滑移和孿生，滑移系和滑移帶滑移：晶體塑性變形是晶體一部分相對(duì)于另一部分沿一些晶面和晶向發(fā)生滑動(dòng)結(jié)果，這種變形方式叫滑移。孿生：是晶體一部分沿一定晶面和一定晶向相對(duì)于另一部分晶體做均勻地切變過程稱為孿生?；葡担阂粋€(gè)滑移面和此面上一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系?；茙В簩?duì)單晶體試樣進(jìn)行拉伸時(shí)，當(dāng)試樣經(jīng)適量塑性變形后，在金相顯微鏡下能夠觀察到，在拋光試樣表面上出現(xiàn)許多相互平行滑移線，相互靠近一組滑移線就組成了一個(gè)滑移帶。8.加工硬化加工硬化：金屬材料伴隨冷塑變形程度增大，強(qiáng)度和硬度逐步升高，塑性和韌性逐步降低現(xiàn)象稱為加工硬化或冷作硬化。9.交滑移和多滑移交滑移：是指兩個(gè)或多個(gè)滑移面共同沿著一個(gè)滑移方向滑移。交滑移實(shí)質(zhì)是螺位錯(cuò)在不改變滑移方向情況下，從一個(gè)滑移面滑到交線處，轉(zhuǎn)到另一個(gè)滑移面過程。多滑移：因?yàn)樽冃螘r(shí)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)果，有兩組以上滑移面同時(shí)轉(zhuǎn)到有利位向，使滑移可能在兩個(gè)以上滑移面上同時(shí)或交替地進(jìn)行，形成“多滑移”。10.臨界分切應(yīng)力和取向因子臨界分切應(yīng)力：晶體中使滑移系開動(dòng)最小分切應(yīng)力，數(shù)值大小取決于金屬晶體結(jié)構(gòu)、純度、加工狀態(tài)、試驗(yàn)溫度與加載速度，當(dāng)條件一定時(shí)，各種晶體臨界分切應(yīng)力各有定值，而與外力大小、方向及作用方式無關(guān)。取向因子：稱為取向因子，或稱施密特因子（Schmid），取向因子越大，則分切應(yīng)力越大。11.回復(fù)和再結(jié)晶回復(fù)：為了消除金屬加工硬化現(xiàn)象，將變形金屬加熱到某一溫度，以使其組織和性能發(fā)生改變。在加熱溫度較低時(shí)，原子活動(dòng)能力不大，這時(shí)金屬晶粒大小和形狀沒有顯著改變，只是在晶內(nèi)發(fā)生點(diǎn)缺點(diǎn)消失以及位錯(cuò)遷移等改變，所以，這時(shí)金屬強(qiáng)度、硬度和塑性等機(jī)械性能改變不大，而只是使內(nèi)應(yīng)力及電阻率等性能顯著降低。此階段為回復(fù)階段。再結(jié)晶：被加熱到較高溫度時(shí)，原子也具備較大活動(dòng)能力，使晶粒外形開始改變。從破碎拉長(zhǎng)晶粒變成新等軸晶粒。和變形前晶粒形狀相同，晶格類型相同，把這一階段稱為“再結(jié)晶”。12.原子擴(kuò)散，反應(yīng)擴(kuò)散，上坡擴(kuò)散，下坡擴(kuò)散，自擴(kuò)散，互擴(kuò)散下坡擴(kuò)散：是指沿著濃度降低方向進(jìn)行擴(kuò)散，即由高濃度向方向低濃度擴(kuò)散，使?jié)舛融呌诰鶆蚧?。上坡擴(kuò)散：是指沿著濃度升高方向進(jìn)行擴(kuò)散，即由低濃度向高濃度方向擴(kuò)散，使?jié)舛劝l(fā)生兩級(jí)分化。反應(yīng)擴(kuò)散：經(jīng)過擴(kuò)散使固溶體溶質(zhì)組元濃度超出固溶體極限而形成新相過程稱為反應(yīng)擴(kuò)散或相變擴(kuò)散。原子擴(kuò)散：在擴(kuò)散過程中基體晶格一直不變，沒有新相產(chǎn)生，這種擴(kuò)散稱為原子擴(kuò)散。自擴(kuò)散：自擴(kuò)散就是不伴有濃度改變擴(kuò)散，它與濃度梯度無關(guān)。自擴(kuò)散只發(fā)生在純金屬和均勻固溶體中?；U(kuò)散：互擴(kuò)散是伴有濃度改變擴(kuò)散，它與異類原子濃度差關(guān)于。在擴(kuò)散過程中，異類原子相對(duì)擴(kuò)散，相互滲透，所以又稱為“異擴(kuò)散”或“化學(xué)擴(kuò)散”。五、簡(jiǎn)答題1．作圖表示立方晶體(123)、(421)、()晶面及[]、[346]。2.在立方系中繪出{110}、{111}晶面族所包含晶面及(112),()晶面。3.什么叫臨界晶核？它物理意義及與過冷度定量關(guān)系怎樣？ 依照自由能與晶胚半徑改變關(guān)系，能夠知道半徑r<rk晶胚不能成核；r>rk晶胚才有可能成核；而r=rk晶胚既可能消失，也可能穩(wěn)定長(zhǎng)大。所以，半徑為rk晶胚成為臨界晶核。其物理意義是，過冷液體中涌現(xiàn)出來短程有序原子團(tuán)，當(dāng)其尺寸r≥rk時(shí)，這么原子團(tuán)便可成為晶核而長(zhǎng)大。臨界晶核半徑，其大小與過冷度關(guān)于4.試述結(jié)晶相變熱力學(xué)條件，動(dòng)力學(xué)條件，能量及結(jié)構(gòu)起伏。 分析結(jié)晶相變時(shí)系統(tǒng)自由能改變可知，結(jié)晶熱力學(xué)條件為ΔG<0；由單位體積自由能改變，可知，只有T>0，才有ΔGV<0。即只有過冷，才能使ΔGV<0。動(dòng)力學(xué)條件為液相過冷度大于形核所需臨界過冷度，即。由臨界晶核形核功ΔGK=1/3σA可知，當(dāng)形成一個(gè)臨界晶核時(shí)，還有1/3表面能必須有液體中能量起伏來提供。液體中存在結(jié)構(gòu)起伏，是結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生晶核基礎(chǔ)，所以，結(jié)構(gòu)起伏是結(jié)晶過程必須具備結(jié)構(gòu)條件。5.依照凝固理論，試述細(xì)化晶?；韭窂健?由凝固理論可知，結(jié)晶時(shí)單位體積中晶粒數(shù)目z取決于形核率和晶體長(zhǎng)大速率G兩個(gè)原因，即?；韭窂剑海?）增加過冷度ΔT。ΔT增加，和G都隨之增加，不過增加率大于G增加率。因而，/G值增加，即z增多。（2）加入形核劑，即變質(zhì)處理。加入形核劑后，能夠促使過冷液體發(fā)生非均勻形核。它不但使非均勻形核所需要基底增多，而且使臨界晶核體積減小，這都將使晶核數(shù)目增加，從而細(xì)化晶粒。（3）振動(dòng)結(jié)晶。振動(dòng)，首先提供了形核所需要能量，另首先能夠使正在生長(zhǎng)晶體破斷，可增加更多結(jié)晶關(guān)鍵，從而使晶粒細(xì)化。6.依照Pb-Sn相圖，試分析：1)什么成份合金適于壓力加工，什么成份合金適于鑄造?2)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，用什么方法能夠提升WSn<19%鉛合金強(qiáng)度？ 1）壓力加工時(shí)，要求合金有良好塑性變形能力，組織中不允許有過多脆性第二相，所以要求鋁合金中合金元素含量較低，通常不超出極限固溶度成份。對(duì)Al-Cu合金，常選取WCu=4%合金。該成份合金加熱后可處于完全單相α狀態(tài)，塑性好，適于壓力加工。鑄造合金要求其流動(dòng)性好。合金結(jié)晶溫度范圍愈寬，其流動(dòng)性愈差。從相圖上看，共晶成份流動(dòng)性最好，所以通常來說共晶成份合金具備優(yōu)良鑄造性能，適于鑄造。但考慮到其它多方面原因，通常選取WCu=10%Al-Cu合金來進(jìn)行鑄造。2）要提升合金強(qiáng)度，可采取冷塑性變形方法。經(jīng)過冷變形，產(chǎn)生加工硬化效應(yīng)，從而提升合金強(qiáng)度。7.一樣形狀和大小兩塊鐵碳合金，其中一塊是低碳鋼，一塊是白口鑄鐵。試問，用什么簡(jiǎn)便方法可快速將它們區(qū)分開來? 因?yàn)樗鼈兒剂坎灰粯樱顾鼈兙邆洳灰粯犹卣?。最顯著使硬度不一樣，前者硬度低，韌性好，后者硬度高，脆性大。若從這方面考慮，能夠有多個(gè)簡(jiǎn)便方法來將二者區(qū)分開來，如1）用鋼銼試銼，硬者為鑄鐵，易銼者應(yīng)為低碳鋼；2）用榔頭敲砸，易破斷者為鑄鐵，砸不停者為低碳鋼，等等。8.試比較45(WC=0.45%)、T8(WC=0.8%)、T12(WC=1.2%)鋼硬度、強(qiáng)度和塑性有何不一樣？ 由含碳量對(duì)碳鋼性能影響可知，伴隨鋼中碳含量增加，鋼中滲碳體增多，硬度也隨之升高，基本上呈直線上升。在wc=0.77%以前，強(qiáng)度也是呈直線上升。在wc=0.77%時(shí)，組織全為珠光體，強(qiáng)度最高；但在wc>0.77以后，隨碳量繼續(xù)增加，組織中將會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體，致使強(qiáng)度很快下降；當(dāng)wc≥2.11%后，組織中出現(xiàn)共晶萊氏體，強(qiáng)度將很低。而塑性是伴隨碳量增加而單調(diào)下降，在出現(xiàn)萊氏體后，塑性將幾乎降為零。所以，總而言之，T12硬度最高，45鋼硬度最低；T12塑性最差，45鋼塑性最好；T8鋼均居中，而T8鋼強(qiáng)度最高。9.試述孿生與滑移異同，比較它們?cè)谒苄宰冃芜^程中作用。 答：滑移與孿生相同點(diǎn)：二者都是晶體塑性變形基本方式，都是在切應(yīng)力作用下，沿著一定晶面、晶向發(fā)生切變。變形前后，晶體結(jié)構(gòu)類型不變。不一樣點(diǎn)：孿生使一部分晶體發(fā)生了均勻切變，而滑移只是集中在一些滑移面上?；茣r(shí)，晶體已滑移與未滑移部分晶體位向相同，而孿生部分與基體位向不一樣，是具備特殊鏡面對(duì)稱關(guān)系。孿生變形原子變形位移小于孿生方向原子間距，為其原子間距分?jǐn)?shù)倍；滑移變形時(shí)，原子移動(dòng)距離是滑移方向上原子間距整數(shù)倍。與滑移類似，孿生要素也與晶體結(jié)構(gòu)關(guān)于，不過同一結(jié)構(gòu)孿晶面、孿生方向能夠與滑移面、滑移方向不一樣。孿生臨界分切壓力比滑移臨界分切應(yīng)力大很多。孿生變形應(yīng)力-應(yīng)變曲線與滑移不一樣，展現(xiàn)出鋸齒狀波動(dòng)，主要是孿晶“形核”時(shí)，所需要切應(yīng)力大于孿晶界面擴(kuò)展應(yīng)力所致。通常情況下，先發(fā)生滑移，當(dāng)滑移難以進(jìn)行時(shí)候，才發(fā)生孿生變形。孿生對(duì)于塑性變形直接貢獻(xiàn)比滑移小得多，不過孿生改變了晶體位向，使硬位向滑移系轉(zhuǎn)到軟位向，激發(fā)了晶體深入滑移。10.試用多晶體塑性變形理論解釋，室溫下金屬晶粒越細(xì)強(qiáng)度越高，塑性也就越好現(xiàn)象。答：晶界是妨礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而各晶粒位向不一樣，相互約束，也妨礙晶粒變形。所以，金屬晶粒愈細(xì)，其晶界總面積愈大，每個(gè)晶粒周圍不一樣取向晶粒數(shù)便愈多，對(duì)塑性變形抗力也愈大。所以，金屬晶粒愈細(xì)強(qiáng)度愈高。同時(shí)晶粒愈細(xì)，金屬單位體積中晶粒數(shù)便越多，變形時(shí)一樣變形量便可分散在更多晶粒中發(fā)生，產(chǎn)生較均勻變形，而不致造成局部應(yīng)力集中和引發(fā)裂紋過早產(chǎn)生和發(fā)展。所以，塑性、韌性也越好。11.回復(fù)和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)力是什么？答：回復(fù)和再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力是金屬變形后未被釋放儲(chǔ)存能。其中回復(fù)階段所釋放儲(chǔ)存能略占總變形能10％，再結(jié)晶階段所釋放儲(chǔ)存能略占總變形能90％。12.請(qǐng)敘述冷塑性變形后金屬材料在發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶過程中缺點(diǎn)和組織改變。答：在回復(fù)階段，不發(fā)生大角度晶界遷移，晶粒形狀和大小與變形態(tài)相同，仍保持纖維狀或扁平狀，從光學(xué)顯微組織上幾乎看不出改變。在再結(jié)晶階段，首先在畸變度大區(qū)域產(chǎn)生新無畸變晶粒關(guān)鍵，然后逐步消耗周圍變形基體而長(zhǎng)大，直到形變組織完全改組為新、無畸變細(xì)等軸晶粒為止。13.為何鋼鐵零件滲碳溫度通常要選擇在γ-Fe相區(qū)中進(jìn)行？若不在γ相區(qū)中進(jìn)行會(huì)有什么結(jié)果?答：因α-Fe中最大碳溶解度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）只有0.0218%，大于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.0218%鋼鐵，在滲碳時(shí)零件中碳濃度梯度為零，滲碳無法進(jìn)行，即使是純鐵，在α相區(qū)滲碳時(shí)鐵中濃度梯度很小，在表面也不能取得高含碳層；因?yàn)闇囟鹊?，擴(kuò)散系數(shù)也很小，滲碳過程極慢，沒有實(shí)際意義。γ-Fe中碳溶解度高，滲碳時(shí)在表層可取得較高碳濃度梯度時(shí)滲碳順利進(jìn)行。另外，γ-Fe區(qū)溫度高，加速了擴(kuò)散過程。14.簡(jiǎn)述Fe-Fe3C相圖中三個(gè)基本反應(yīng)：包晶反應(yīng),答：共析反應(yīng)：冷卻到727℃時(shí)具備S點(diǎn)成份奧氏體中同時(shí)析出具備P點(diǎn)成份鐵素體和滲碳體兩相混合物。γ0.8F0.02+Fe包晶反應(yīng)：冷卻到1495℃時(shí)具備B點(diǎn)成份液相與具備H點(diǎn)成份固相δ反應(yīng)生成具備J點(diǎn)成份固相A。L0.5+δ0.1γ0.16共晶反應(yīng)：1148℃時(shí)具備C點(diǎn)成份液體中同時(shí)結(jié)晶出具備E點(diǎn)成份奧氏體和滲碳體兩相混合物。L4.3γ2.14+Fe3C六、計(jì)算題1.計(jì)算WC=4%鐵碳合金按亞穩(wěn)態(tài)冷卻到室溫后，組織中珠光體、二次滲碳體和萊氏體相當(dāng)含量；并計(jì)算組織組成物珠光體中滲碳體和鐵素體相對(duì)含量。解：組織中，P相對(duì)含量為10.6%，F(xiàn)e3CII相對(duì)含量為3.10%，Ld′相對(duì)含量為86.3%。珠光體中F相對(duì)含量為9.38%，F(xiàn)e3C共析相對(duì)含量為1.22%2.對(duì)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%鋼進(jìn)行滲碳，滲碳時(shí)鋼件表面碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持為1.2%，要求在其表面以下2mm處碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%，若D=。(1)試求滲碳所需時(shí)間；(2)若想將滲碳厚度增加1倍，需多少滲碳時(shí)間?解：能夠用半無限長(zhǎng)棒擴(kuò)散來解答。（1）查表得，=0.7，可求得t=102400s=1707min=28.4h。（2）因?yàn)樘幚項(xiàng)l件不變，所認(rèn)為常數(shù)，即=在溫度相同時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)也相同，所以滲層深度與處理時(shí)間之間關(guān)系：因?yàn)閤2/x1=2，所以t2/t1=4，這時(shí)時(shí)間為409600s=113.8hr七、鐵碳合金相關(guān)分析題3．繪制Fe-Fe3C相圖，描述wc=3.5%答：Fe-Fe3C圖1Fe-Fe3C圖2wc=3.5%鐵碳合金冷卻曲線及轉(zhuǎn)變過程wc=3.5%鐵碳合金為亞共晶白口鐵。wc=3.5%鐵碳合金冷卻曲線及轉(zhuǎn)變過程見圖2。在結(jié)晶過程中，在1-2點(diǎn)之間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出初晶奧氏體，奧氏體成份沿JE線改變，而液相成份沿BC線改變，當(dāng)溫度降至2點(diǎn)時(shí)，液相成份達(dá)成共晶點(diǎn)C，于恒溫（1148℃）下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，即Lc→γE+Fe3組織物含量以下：5.畫出Fe-Fe3C相圖，指出圖中S、C