劉智恩《材料科學(xué)基礎(chǔ)》真題解析 講義

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書書書 目 錄 專題一 原子排列 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 專題二 相結(jié)構(gòu) G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 專題三 凝固 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 專題四 相圖 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 專題五 材料中的擴散 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 專題六 塑性變形 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 專題七 回復(fù)與再結(jié)晶 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 專題一 原子排列 分 年西北工業(yè)大學(xué) 在位錯發(fā)生滑移時 請分析刃位錯 螺位錯和混合位錯的位錯線 與柏氏矢量 外加切應(yīng)力 與柏氏矢量 外加切應(yīng)力 與位錯線 之間的夾角關(guān)系 及位錯線運動 方向 類型 與 與 與 位錯線運動方向 刃位錯 法線 螺位錯 法線 混合位錯一定角度 分量 一定角度法線 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請比較 晶體中 和 兩位錯的畸 變能哪個較大 答 槡 槡 槡 故 的畸變能較小 分 年西北工業(yè)大學(xué) 在 單晶中 面上有一位錯 面上有 另一位錯 若兩位錯發(fā)生反應(yīng) 請繪出新位錯 并判斷其性質(zhì) 答 新位錯為 位錯線為 面與 面的交線 兩者垂直 因此使刃 性錯位 如圖 所示 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請分別寫出立方晶系中 和 晶面族包括的晶面 答 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請解釋 與 溶解碳原子能力差異的原因 答 為體心立方晶體 其八面體間隙為扁八面體 相比而言四面體間隙較大 為面心 立方 其八面體間隙大 體心立方的四面體間隙比面心立方的八面體間隙小很多 因此溶解小原子的 能力小很多 劉智恩 材料科學(xué)基礎(chǔ) 名校真題解析及典型題精講精練 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請簡述位向差與晶界能的關(guān)系 并解釋原因 答 位向差越大晶界能越高 隨位向差增大 晶界能先快速增大 后逐漸趨于穩(wěn)定 原因 位向差 越大 缺陷越多 小角晶界位錯密度越大 畸變越嚴重 因此能量越高 分 年西北工業(yè)大學(xué) 寫出附圖的簡單立方晶體中 的晶向指數(shù)和 的晶面指數(shù) 并求 晶面的晶面間距 以及 與 兩晶面之間的夾角 注 點 為二等分點 點為三等分點 答 的晶面間距 槡 槡 與 之間的夾角 槡 槡 槡 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請判斷圖示中 和 兩位錯各段的類型 以及兩位錯所含拐折 和 的性質(zhì) 若圖示滑移面為 晶體的 面 在切應(yīng)力 的作用下 兩位錯將如何運 動 繪圖表示 答 螺位錯 刃位錯 螺位錯 刃位錯 螺位錯 螺位錯 刃位錯 螺位錯 刃位錯 螺位錯 為扭折 為割階 運動后 恢復(fù)為直線 上的 為固定點 形成位錯源 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請分別繪出 和 晶體中的最短單位位錯 并比較二者哪一 個引起的畸變較大 考試點 名師精品課程 電話 答 晶體中為 晶體中為 槡 槡 槡 槡 故 中的 引起的畸變較小 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請從原子排列 彈性應(yīng)力場 滑移性質(zhì) 柏氏矢量等方面對比刃 位錯 螺位錯的主要特征 答 刃型位錯 晶體中有一個額外原子面 形如刀刃插入晶體 刃位錯引起的應(yīng)力場既有正應(yīng) 力又有切應(yīng)力 位錯線可以是折線或曲線 但位錯線必與滑移 矢量 方向垂直 滑移面惟一 位錯線的移動方向與晶體滑移方向平行 一致 位錯線與柏氏矢量垂直 螺型位錯 上下兩層原子發(fā)生錯排 錯排區(qū)原子依次連接呈螺旋狀 螺位錯應(yīng)力場為純切應(yīng) 力場 螺型位錯與晶體滑移方向平行 故位錯線一定是直線 螺型位錯的滑移面是不惟一 位錯 線的移動方向與晶體滑移方向相互垂直 位錯線與柏氏矢量平行 分 年西北工業(yè)大學(xué) 寫出 晶面族的等價晶面 答 分 年西北工業(yè)大學(xué) 單晶銅拉伸 已知拉力軸的方向為 求 面上柏氏矢量 的螺位錯線上所受的 答 外力在 上的分切應(yīng)力為 槡 槡 作用在位錯線上的力為 槡 分 年北京科技大學(xué) 刃型位錯和螺型位錯模型 答 刃型位錯和螺型位錯模型 將晶體上半部切開 插入半個晶面 再粘合起來 這樣 在相當(dāng)于刃 劉智恩 材料科學(xué)基礎(chǔ) 名校真題解析及典型題精講精練 端部位為中心線的附近一定范圍 原子發(fā)生有規(guī)則的錯動 其特點是上半部受壓 下半部受拉 這與 實際晶體中的刃位錯造成的情景相同 稱刃型位錯模型 同樣 將晶體的前半部切開 以刃端為界使 左右兩部分沿上下發(fā)生一個原子間距的相對切變 再粘合起來 這時在已切動和未切動交界線附近 原子錯動情況與真實的螺位錯相似 稱螺型位錯模型 分 年北京科技大學(xué) 晶界與界面能 答 晶界與界面能 晶界是成分結(jié)構(gòu)相同的同種晶粒間的界面 界面上的原子處在斷鍵狀態(tài) 具 有超額能量 平均在界面單位面積上的超額能量叫界面能 分 年北京科技大學(xué) 什么是點陣參數(shù) 正方晶系和立方晶系的空間點陣特征是什 么 畫出立方晶系中 的晶面 答 點陣參數(shù)是描述點陣單胞幾何形狀的基本參數(shù) 由六個參數(shù)組成 即三個邊長 和它們 之間的三個夾角 正方晶系的點陣參數(shù)特征是 立方晶系的點陣參數(shù)特征是 立方品系中 的晶面如圖所示 分 年北京科技大學(xué) 以面心立方晶胞為例 描述晶體結(jié)構(gòu) 晶胞 特征的常用參數(shù) 有哪些 答 晶胞中的原子個數(shù) 密排面 及密排方向 配位數(shù) 原子半徑 槡 間 隙位置 八面體間隙在體心及等效位置 及個數(shù) 堆垛順序 致密度 分 年北京科技大學(xué) 點缺陷 如間隙原子或代位原子 和線缺陷 如位錯 為何會發(fā) 生交互作用 這種交互作用如何影響力學(xué)性能 答 點缺陷產(chǎn)生畸變 使局部能量提高 附近有彈性應(yīng)變場 位錯也是如此 但位錯周圍不同位置 應(yīng)力場狀態(tài)不同 有的為壓應(yīng)力 有的為拉應(yīng)力 點缺陷會聚集到位錯上使應(yīng)變能降低 使系統(tǒng)的能量 下降 吸附溶質(zhì)的位錯是一種穩(wěn)定組態(tài) 此時位錯被釘扎而難以運動 使強度提高 會產(chǎn)生上下屈服點 效應(yīng) 分 年北京科技大學(xué) 什么是晶面族 晶面族包含哪些晶面 答 晶體中原子或分子排列相同的晶面的組合稱為晶面族 因?qū)ΨQ關(guān)系 這些面往往不止一種 立方系 晶面族包括 四個 分 年北京科技大學(xué) 面心立方結(jié)構(gòu)金屬的 和 晶向間的夾角是多少 面間距是多少 答 晶面間夾角 槡 面間距 為點陣常數(shù) 分 年北京科技大學(xué) 面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)金屬中的原子堆垛方式和致密度 是否有差異 請加以說明 考試點 名師精品課程 電話 答 按 方式堆垛 而 按 堆垛 致密度無差異 都是 分 年北京科技大學(xué) 晶體內(nèi)若有較多的線缺陷 位錯 或面缺陷 晶界 孿晶界等 其強度會明顯升高 這些現(xiàn)象稱為什么 強度提高的原因是什么 上述的兩類缺陷是怎樣進入晶體 的 舉例說明如何提高這些缺陷的數(shù)目 答 稱形變強化和晶界強化 或細晶強化 原因是兩類缺陷的增多都明顯阻礙位錯的運動 從而 提高強度 位錯的增多主要靠形變 通過萌生與增殖在晶粒內(nèi)不斷產(chǎn)生位錯 晶粒細化可通過凝固時加非均 勻形核劑或高的冷卻速度獲得 也可通過大形變 或再結(jié)晶 或相變的方法 劉智恩 材料科學(xué)基礎(chǔ) 名校真題解析及典型題精講精練 專題二 相結(jié)構(gòu) 分 年西北工業(yè)大學(xué) 什么是置換固溶體 影響置換固溶體固溶度的因素有哪些 形 成無限固溶體的條件是什么 答 溶質(zhì)原子取代溶劑原子 并保持溶劑結(jié)構(gòu)的合金相稱為置換固溶體 影響因素有 原子尺 寸 晶體結(jié)構(gòu) 電負性 電子濃度 兩組元晶體結(jié)構(gòu)相同是形成無限固溶體的必要條件 分 年西北工業(yè)大學(xué) 形成無限固溶體的條件是什么 簡述原因 答 只有置換固溶體才可能形成無限固溶體 且兩組元需具有相同的晶體結(jié)構(gòu) 相近的原子半 徑 相近的電負性 較低的電子濃度 原因 溶質(zhì)原子取代了溶劑原子的位置 晶格畸變較小 晶格畸 變越小 能量越低 電負性相近不易形成化合物 電子濃度低有利于溶質(zhì)原子溶入 分 年北京科技大學(xué) 什么是固溶體 影響固溶度的原因有哪些 固溶體與其純?nèi)軇?組元相比 其結(jié)構(gòu) 力學(xué)性能和物理性能發(fā)生了哪些變化 答 溶質(zhì)原子以原子態(tài)溶入溶劑點陣中組成的單一均勻固體 溶劑的點陣類型設(shè)保留 影響固溶度的因素有 原子尺寸因素 當(dāng)溶劑 溶質(zhì)原子直徑尺寸相對差小于 時 有大的代位溶解度 負電性因素 溶劑 溶質(zhì)的負電性差越小溶解度越大 一般小于 會有較大溶解度 電子濃度因素 有兩方面的含義 一是原子價效應(yīng) 即同一溶劑金屬 溶質(zhì)的原子價越高 溶 解度越小 二是相對價效應(yīng) 印高價溶質(zhì)溶人低價溶劑時的溶解度高于相反的情況 特點是 固溶體中有點陣畸變 強度 硬度會提高 而造成點陣常數(shù)變化 出現(xiàn)原子偏聚或有序化 甚至形成有序固溶體 固溶體的結(jié)構(gòu)變化 點陣畸變 點陣常數(shù)變化 偏聚及短程有序 甚至形成有序固溶體 力學(xué)性能 變化 硬度 強度提高 塑性下降 物理性能變化 電阻加大 導(dǎo)電率下降 分 年北京科技大學(xué) 以金屬為基的 固溶體與中間相的主要差異 如結(jié)構(gòu) 鍵性 性 能 是什么 答 固溶體保持純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 中間相的結(jié)構(gòu)一般與兩組元的結(jié)構(gòu)都不同 固溶體原子間以 金屬鍵為主 中間相以共價鍵及離子鍵為主 固溶體塑 韌性好 中間相的強度高 韌性較差 分 年北京科技大學(xué) 純金屬中溶人另一組元后 假設(shè)不會產(chǎn)生新相 會帶來哪些微觀 結(jié)構(gòu)上的變化 這些變化如何引起性能上的變化 答 引起點陣畸變 點陣常數(shù)會改變 會產(chǎn)生局部偏聚或有序 甚至出現(xiàn)超結(jié)構(gòu) 因固溶強化使強 度提高 塑性降低 電阻一般增大 分 年北京科技大學(xué) 解釋間隙固溶體和問隙相的含義 并加以比較 答 前者為固溶體 保持溶劑的晶體結(jié)構(gòu) 且溶解度很低 后者是中間相 尺寸因素化合物 且 原子數(shù)成比例 性能上有很大差異 前者韌 塑性好 后者硬 塑性差 共性是兩者中的合金組元都 在問隙位置 本身尺寸很小 分 年北京科技大學(xué) 為什么固溶體的強度常比純金屬高 答 因合金中兩類原子尺寸不同 引起點陣畸變 阻礙位錯運動 造成固溶強化 考試點 名師精品課程 電話 專題三 凝固 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請分析解釋在正溫度梯度下凝固 為什么純金屬以平面狀方式 生長 而固溶體合金卻往往以樹枝晶方式長大 答 正溫度梯度下 純金屬的液固界面是等溫的 小突起處的過冷度小 生長受到抑制 因此液固 界面保持平直 以平面狀生長 固溶體合金由于溶質(zhì)原子再分配 產(chǎn)生成分過冷 液固界面處的小突 起將獲得更大過冷度 因此以樹枝狀生長 分 年西北工業(yè)大學(xué) 什么是離異共晶 如何形成的 答 在共晶水平線的兩個端部附近 由于共晶量少 領(lǐng)先相相依附在初生相上 另一相獨立存在于 晶界 在組織學(xué)上失去共晶體特點 稱為離異共晶 有時 也將端部以外附近的合金 在非平衡凝固時 得到的少量共晶 稱為離異共晶 分 年西北工業(yè)大學(xué) 兩個尺寸相同 形狀相同的銅鎳合金鑄件 一個含 另一 個含 鑄造后自然冷卻 問哪個鑄件的偏析嚴重 為什么 答 的偏析嚴重 因為液固相線差別大 說明液固相成分差別大 冷速較快不容易達到成分 均勻化 分 年北京科技大學(xué) 同分凝固與異分凝固 答 同分凝固與異分凝固 凝固時不發(fā)生成分變化的稱同分凝囿 反之 凝固時伴隨成分變化 稱 異分凝固 分 年北京科技大學(xué) 凝固過程中形核和長大與再結(jié)晶過程中形核和長大主要區(qū)別是 什么 簡述再結(jié)晶過程中核心的產(chǎn)生方式 答 凝固時形核和長大的驅(qū)動力是新 舊相化學(xué)位差 再結(jié)晶形核和長大的驅(qū)動力只是形變儲 存能 凝固時的形核常為均勻形核 再結(jié)晶形核常在現(xiàn)有的形變不均勻區(qū)中 如晶界附近 切變帶 形變 帶 第二相粒子周圍 凝固長大時與母相不會有取向關(guān)系 再結(jié)晶長大時可能有一定的取向關(guān)系 再結(jié)晶核心產(chǎn)生方式 原有晶界推移成核 也稱應(yīng)變誘導(dǎo)晶界遷移式形核 亞晶成核 即通過 亞晶合并或長大形成新晶 分 年北京科技大學(xué) 簡述凝固過程的宏觀特征 敘述凝固過程中晶體成長的機理 答 凝固時宏觀特征是 要有一定的過冷度 會放出明顯的結(jié)晶潛熱 成長機理有三種 連續(xù)式成長 二維形核及借助臺階側(cè)向生長 借螺旋位錯生長 分 年北京科技大學(xué) 圖 為一連鑄坯低倍組織照片 說明各晶區(qū)的名稱及成 因 若想得到更多的等軸晶粒 可采用哪些方法或措施 劉智恩 材料科學(xué)基礎(chǔ) 名校真題解析及典型題精講精練 答 該照片顯示出激冷區(qū) 柱狀晶區(qū)和粗等軸晶區(qū) 因鑄模溫度低造成激冷而形成細等軸晶區(qū) 因正的溫度梯度和固定的散熱方向而形成平行的柱狀晶區(qū) 因中心液相區(qū)內(nèi)的過冷或沖刷過來的碎 枝晶而獨立形核形成中心粗等軸晶 加強電磁或機械攪拌 加入非均勻形核劑或孕育劑 預(yù)熱鋼?？炖?可擴大等軸晶區(qū) 分 年北京科技大學(xué) 相同過冷度下比較均勻形核與非均勻形核的臨界半徑 臨界形 核功 臨界晶核體積 哪個大 答 臨界半徑相同 臨界形核功是均勻形核時高 臨界晶核體積也是均勻形核時大 分 年北京科技大學(xué) 合金凝固時的液 固界面前沿通常比純金屬液 固界面前沿更容 易出現(xiàn)過冷 為什么 答 合金界面前沿會出現(xiàn)組成過冷 即界面前溶質(zhì)的富集提高了局部區(qū)域的熔點 所以更易出現(xiàn) 過冷 考試點 名師精品課程 電話 專題四 相圖 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請比較二元共晶轉(zhuǎn)變與包晶轉(zhuǎn)變的異同 答 相同點 恒溫 恒成分轉(zhuǎn)變 相圖上均為水平線 分 年西北工業(yè)大學(xué) 圖 為 二元合金相圖 請分析并分別寫出 和 三 個恒溫轉(zhuǎn)變的類型和反應(yīng)式 以及 時發(fā)生兩相恒 溫轉(zhuǎn)變的類型和反應(yīng)式 請繪出 合金平衡結(jié)晶的冷卻曲線 并 注明各階段的主要相變反應(yīng) 請分析 時 的合金平衡結(jié)晶的 相組成物和組織組成物 并計算其質(zhì)量分數(shù) 注 時 時 解 包析反應(yīng) 共析反應(yīng) 共 包晶反應(yīng) 同素異構(gòu)反應(yīng) 相組成 劉智恩 材料科學(xué)基礎(chǔ) 名校真題解析及典型題精講精練 組織組成 共 共 分 年西北工業(yè)大學(xué) 鐵碳合金中可能出現(xiàn)的滲碳體有哪幾種 它們的成分有何不 同 平衡結(jié)晶后是什么樣的形態(tài) 答 一次滲碳體 規(guī)則的 粗大條狀 共晶滲碳體 萊氏體的連續(xù)基體 二次滲碳體 沿奧氏體晶 界分布 量多時為連續(xù)網(wǎng)狀 量少時是不連續(xù)網(wǎng)狀 共析滲碳體 層片狀 三次滲碳體 鐵素體晶界 處 它們成分沒有區(qū)別 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請根據(jù) 相圖回答下列問題 分 若在 下 將一純銅試樣長期置于鋅液中 請繪出擴散后從銅棒表面至內(nèi)部沿深度方向 的相分布和對應(yīng)的濃度分布曲線 請分析 的相變反應(yīng)類型 并寫出反應(yīng)式 請繪出 合金的平衡結(jié)晶的冷卻曲線 并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)或相組成 請計算 合金平衡結(jié)晶至 時的相組成含量 解 包晶 考試點 名師精品課程 電話 包晶 包晶 包晶 共析 分 年西北工業(yè)大學(xué) 根據(jù) 二元相圖 當(dāng)溫度為 和 時分別會發(fā)生什么樣的三相平衡反應(yīng) 寫出反應(yīng)式 分析 合金的平衡凝固過程 繪出冷卻曲線 標(biāo)明各階段的相變反應(yīng) 分析 合金的平衡凝固與較快速冷卻時 室溫下組織組成會有什么變化 并討論 其原因 答 包晶反應(yīng) 劉智恩 材料科學(xué)基礎(chǔ) 名校真題解析及典型題精講精練 包晶反應(yīng) 共析反應(yīng) 共析反應(yīng) 合金的平衡凝固到室溫 包 答 較快速冷卻到室溫 初 包 且 相數(shù)量相對較少 尺寸相對細小 原因 快速冷卻時 由于固態(tài)中擴散較慢 使本應(yīng)該在包晶反應(yīng)中消失的 初有剩余 既產(chǎn)生包晶 轉(zhuǎn)變不完全 另外 由于冷速快 使得 相變得細小 析出數(shù)量減少 分 年北京科技大學(xué) 簡述二元系中共晶反應(yīng) 包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)的特點 并計算 其各相平衡時的自由度 答 共晶反應(yīng)是 液相同時凝固出兩個不同成分的固相 兩固相相互配合生長 一般長成片層狀 共析與共晶相似 只是母相是固相 即一個固相同時生成另兩個不同成分的固相 包晶反應(yīng)是 液相與一個固相反應(yīng)生成另一個固相 新生成的固相包住原有的固相 反應(yīng)需要固 相中的擴散 速度較慢 三種反應(yīng)出現(xiàn)時 自由度都 即三相成分固定 溫度也固定 分 年北京科技大學(xué) 畫出 相圖 標(biāo)明 相圖中各點的溫度和含碳量 分 年北京科技大學(xué) 圖 為鐵碳相圖和一個含 的鐵碳合金緩冷凝固組 織 說明或示意畫出此合金由液相緩冷到共析溫度以下的組織變化過程 并說明圖 酌最終組 織 計算圖 中箭頭所指的樹枝狀組織的重量百分量 再分別計算共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體和 全部的珠光體組織重量百分量 含 考試點 名師精品課程 電話 解 液相冷卻時 先形成先共晶奧氏體枝晶 剩余的液相進行共晶形成萊氏體 凝固完畢 繼續(xù)冷 卻時奧氏體枝晶周圍析出二次滲碳體 到共析溫度后 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w 最后得到枝晶狀分布的 珠光體和變態(tài)萊氏體 箭頭所指的是枝晶狀珠光體 它是由奧氏體枝晶轉(zhuǎn)變來的 其相對量為 奧氏體 嚴格計算時還應(yīng)扣除二次滲碳體 即 奧氏體 奧氏體 鐵素體 珠光體 分 年北京科技大學(xué) 利用圖 的自由能一成分曲線說明 公切線將成分范圍分成 三個區(qū)域 各區(qū)域內(nèi)哪些相穩(wěn)定 為什么 解 左側(cè) 范圍是 相穩(wěn)定 因它的自由能最低 右側(cè) 范圍是 相穩(wěn)定 也因其自由 能最低 兩公切線點之間 范圍是 兩相共存穩(wěn)定 因任意一個單相存在時的自由能都 不如它分解為成分為共切點處的 時 兩相自由能的加權(quán)值 在公切線直線上 低 劉智恩 材料科學(xué)基礎(chǔ) 名校真題解析及典型題精講精練 專題五 材料中的擴散 分 年西北工業(yè)大學(xué) 置換擴散與間隙擴散的擴散系數(shù)有何不同 在擴散偶中 如果 是間隙擴散 是否會發(fā)生柯肯達爾效應(yīng) 為什么 答 間隙擴散系數(shù)與空位濃度無關(guān) 而置換擴散系數(shù)與空位濃度有關(guān) 可用公式表示 一般地 間隙擴散系數(shù)大于置換擴散系數(shù) 不會發(fā)生 因為間隙擴散中考慮間隙原子定向流動 未考慮置換互溶式擴散 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請簡述在固態(tài)條件下 晶體缺陷 固溶體類型對溶質(zhì)原子擴散 的影響 答 晶體缺陷處的原子具有較高能量 且原子排列比較雜亂 有利于擴散 間隙原子擴散激活能 比置換原子擴散激活能低 因此間隙原子擴散速度高 分 年北京科技大學(xué) 簡述菲克第一定律和菲克第二定律的含義 寫出其表達式 并標(biāo) 明其字母的物理含義 答 菲克第一定律 擴散流量 即單位時間通過單位面積的物質(zhì)量 擴 散系數(shù) 濃度梯度 菲克第二定律 濃度隨時間的變化率 流量的梯度 分 年北京科技大學(xué) 擴散的微觀機制有哪些 一般情況下 哪種機制擴散快 一些 一個經(jīng)凝固而有微觀非平衡偏析的合金 采用哪些措施可加速擴散使合金均勻化 描述該過程應(yīng)用 哪種擴散第二定律的解 答 擴散的微觀機制主要有間隙機制和代位機制 按間隙機制擴散時更快 因間隙原子尺寸小 又不需空位的存在 可通過加熱退火 形變后再退火 高能粒子輻射提高空位濃度加強擴散 但不經(jīng) 濟不實用 用正弦解可描述擴散時的濃度分布 分 年北京科技大學(xué) 菲克第二定律的解之一是誤差函數(shù)解 槡 它 可用于純鐵的滲碳過程 若溫度固定 不同時間碳的濃度分布則如圖 已知滲碳 小時后達到 某一特定濃度的滲碳層厚度為 問再繼續(xù)滲碳 小時后 相同濃度的滲層厚度是多少 考試點 名師精品課程 電話 答 因濃度 擴散系數(shù) 都不變 有 槡 代入相應(yīng)值得 分 年北京科技大學(xué) 圖 為測出的釷在不同溫度及以不同方式擴散時擴散系 數(shù)與溫度的關(guān)系 從該實驗數(shù)據(jù)圖中能得出哪些信息 答 隨溫度升高 擴散速度加快 表面擴散最快 晶內(nèi)擴散最慢 擴散系數(shù) 與溫度 是指數(shù)關(guān) 系 即該圖是 對數(shù)處理的結(jié)果 利用直線關(guān)系可求常數(shù) 和激活能 劉智恩 材料科學(xué)基礎(chǔ) 名校真題解析及典型題精講精練 專題六 塑性變形 分 年西北工業(yè)大學(xué) 在室溫下對鐵板 其熔點為 和錫板 其熔點為 分別進行來回彎折 隨著彎折的進行 各會發(fā)生什么現(xiàn)象 為什么 答 根據(jù) 再 可知 在室溫下加工為冷加工 在室溫下加工為熱加工 因此隨著彎曲的進行 鐵板發(fā)生加工硬化 繼續(xù)變形 導(dǎo)致鐵板斷裂 板屬于熱加工 產(chǎn)生動態(tài)再結(jié)晶 彎曲可長時間彎折 分 年西北工業(yè)大學(xué) 何為固溶強化 請簡述其強化機制 答 固溶強化就是溶質(zhì)原子阻礙位錯運動 從而使合金強度提高的現(xiàn)象 主要機制包括 柯氏 氣團 即溶質(zhì)原子的彈性應(yīng)力場阻礙位錯運動 鈴木氣團 即溶質(zhì)原子降低基體層錯能 使位錯分解 為擴展位錯 阻礙位錯交滑移或攀移 電交互作用 即帶電溶質(zhì)原子與位錯形成靜電交互作用 阻礙 位錯運動 分 年西北工業(yè)大學(xué) 面心立方晶體沿 方向拉伸 可能有幾個滑移系開動 請寫 出各滑移系指數(shù) 并分別繪圖示之 答 共 個滑移系 其中可能開動的有 個 如圖所示 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請分析對工業(yè)純鋁 合金 合金可以采用 的強化機制 并解釋機理 分 答 工業(yè)純鋁 細晶強化 利用晶界和位向差對位錯運動的阻礙作用進行強化 加工硬化 利用冷變形后纏結(jié)位錯之間的相互作用進行強化 固溶強化 利用碳原子引起鐵的晶格畸變對位錯運動的阻礙作用進行強化 加 工硬化 同上 細晶強化 同上 沉淀強化 利用碳化物對位錯運動的阻礙作用進行強化 沉淀強化 時效強化 利用沉淀相對位錯運動的阻礙作用進行強化 加工硬 化 同上 考試點 名師精品課程 電話 細晶強化 同上 分 年西北工業(yè)大學(xué) 何謂金屬材料的加工硬化 如何解決加工硬化對后續(xù)冷加工帶 來的困難 答 隨變形量增大 強度硬度升高 塑形下降的現(xiàn)象 軟化方法是再結(jié)晶退火 分 年北京科技大學(xué) 形變織構(gòu) 答 多晶形變過程中出現(xiàn)的晶體學(xué)取向擇優(yōu)現(xiàn)象 分 年北京科技大學(xué) 簡述晶界和晶粒大小對多晶體范性變形的作用與影響 答 多晶中 每個晶粒與周圍相鄰晶粒取向不同 滑移開始的早晚不同 滑移系數(shù)目也不同 晶粒 間的協(xié)調(diào)是靠有足夠的獨立滑移系的開動來實現(xiàn)的 即某一晶粒在一特定力軸作用 取向因子大的 滑移系先開動 當(dāng)相鄰晶粒相接觸的區(qū)域受周圍晶粒的影響而不能隨自己主滑移系開動進行形變時 可開動次生的 新的滑移系 以協(xié)調(diào)各種復(fù)雜的形變方式 結(jié)構(gòu)都有 個獨立滑移系 可實 現(xiàn)任一種方式的形變 晶界兩側(cè)滑移面不平行 晶界一方面是位錯運動的障礙 造成塞積和強化 同 時要求晶界附近多系滑移的出現(xiàn) 以協(xié)調(diào)晶界兩側(cè)的形變 晶粒大小對形變的影響是 晶粒細小 整個晶?？奢^形變均勻 不同的滑移系組合少 晶粒粗大 時 形變過程中晶內(nèi)不同區(qū)域 不能相互協(xié)調(diào) 要求不同的滑移系組合并開動 常常出現(xiàn)晶粒 碎化 即一個大晶粒 隨形變的進行 碎化 成幾部分 不同部分內(nèi)有不同的滑移系開動 對性能的影響遵循 關(guān)系 即晶粒越細 晶界越多 晶界對運動位錯阻礙越顯著 提高強度幅 度越大 分 年北京科技大學(xué) 寫出面心立方金屬的一一個具體的滑移系 多晶體變形時 在 一定的形變量下 為何有的晶粒內(nèi)是單系滑移而另一些晶粒內(nèi)是多系滑移 為何有的晶粒內(nèi)滑移量 大而另一些晶粒內(nèi)滑移量小 答 如 這是形變的不均勻性 晶粒中某 一滑移系相對于力軸的取向因子大時先滑 移開動 取向因子小時后滑移開動 所以各晶粒的形變量不同 硬取向力軸引起多系滑移 如 方向 軟取向力軸對應(yīng)單系滑移 如 方向 分 年北京科技大學(xué) 什么是形變織構(gòu) 有哪幾類 如何表示 答 形變過程導(dǎo)致晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動 最后各晶粒內(nèi)的某些晶向趨于平行 這種因形變而導(dǎo)致取向擇 優(yōu)稱為形變織構(gòu) 織構(gòu)分為板織構(gòu)和絲織構(gòu) 板織構(gòu)表示為 表示經(jīng)軋制變形后 晶 粒的 面轉(zhuǎn)向平行于軋面 晶粒的 方向轉(zhuǎn)到平行于軋向 絲織構(gòu)表示為 分 年北京科技大學(xué) 常溫下金屬塑性變形有哪些 要機制 它們間的主要差異是 什么 答 主要形變機制是滑移和孿生 滑移產(chǎn)生的切變量是原子間距的整數(shù)倍 孿生產(chǎn)生的切變量是 原子間距的一個分數(shù) 由此產(chǎn)生一系列其他方面的差異 分 年北京科技大學(xué) 面心立方金屬銅在三種不同條件下的真應(yīng)力一應(yīng)變曲線如圖 劉智恩 材料科學(xué)基礎(chǔ) 名校真題解析及典型題精講精練 說明它們可能是在怎樣的溫度和應(yīng)變速率下形成的 為何有這樣的形狀 圖 第七題第 小題圖 答 有明顯加工硬化的是在低溫 或高應(yīng)變速率 下變形 出現(xiàn)硬化 軟化抗衡 動態(tài)回復(fù) 的是在 中溫 或中等應(yīng)變速率 下變形 有一明顯軟化階段 動態(tài)再結(jié)晶 的是在高溫 或低應(yīng)變速率 下 變形 分 年北京科技大學(xué) 什么是上 下屈服點效應(yīng) 在純鐵或低碳鋼中 原因是什么 答 含 間隙原子的低碳鋼形變時 滑移啟動時的抗力較大 上屈服點 滑移進行時的抗力較 小 下屈服點 在應(yīng)力應(yīng)變曲線上可明顯看出 原因是間隙原子聚集在位錯上 柯氏氣團 釘扎了位 錯 出現(xiàn)上屈服點 位錯一旦擺脫釘扎后便不受影響 對應(yīng)下屈服點 考試點 名師精品課程 電話 專題七 回復(fù)與再結(jié)晶 分 年西北工業(yè)大學(xué) 請分析影響回復(fù)和再結(jié)晶的因素各有哪些 以及影響因素的異 同 并請分析其原因 溫度 升 促進促進促進原子擴散 冷型變量 增大 促進促進提供驅(qū)動力 溶質(zhì)原子阻礙阻礙阻礙位錯和晶界的運動 第二相粒子促進促進或阻礙既可能提高驅(qū)動力 也阻礙位錯和晶界的運動 原始晶粒 細小 促進促進增大再結(jié)晶驅(qū)動力 晶粒位向無影響無影響 熱蝕溝無影響一般無影響尚未形成熱蝕溝 分 年西北工業(yè)大學(xué) 某合金的再結(jié)晶激活能為 該合金在 完成再結(jié) 晶需要 小時 請問在 下完成再結(jié)晶需要多長時間 氣體常數(shù) 答 所以 小時 分 年西北工業(yè)大學(xué) 經(jīng)冷加工的金屬微觀組織變化如圖 所示 隨溫度升高 并在某 一溫度下保溫足夠長的時間 會發(fā)生圖 的變化 請分析四個階段微觀組織 體系能量和宏觀性能 變化的機理和原因 答 圖 晶粒拉長 缺陷數(shù)量增大形成位錯亞結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生變形織構(gòu) 存儲能升高 位錯纏結(jié)導(dǎo)致加 工硬化 強度硬度升高 塑形下降 組織取向明顯導(dǎo)致各向異性 圖 回復(fù) 晶?；静蛔?位錯發(fā)生滑移 攀移等 位錯重排 數(shù)量略有減少 空位大量減少 內(nèi) 應(yīng)力得到消除 加工硬化基本保留 圖 再結(jié)晶 形成新的無畸變新晶粒 存儲能全部釋放 變形產(chǎn)生的點陣畸變消除 加工硬化 消除 力學(xué)性能基本恢復(fù)到冷變形前的水平 圖 晶粒長大 晶粒粗化 體系能量因界面能的下降而下降 強度下降 塑形也下降 分 年北京科技大學(xué) 二次再結(jié)晶 劉智恩 材料科學(xué)基礎(chǔ) 名校真題解析及典型題精講精練 答 再結(jié)晶結(jié)束后正常長大過程被抑制而發(fā)生少數(shù)晶粒異常長大的現(xiàn)象 分 年北京科技大學(xué) 簡述回復(fù)再結(jié)晶退火時材料組織和性能變化的規(guī)律 為何實際 生產(chǎn)中常需要再結(jié)晶退火 答 隨退火溫度的升高或退火時間的延長 形變組織中的位錯纏結(jié)演變?yōu)閬喚?亞晶進行合并并 長大 在形變不均勻區(qū)內(nèi)發(fā)生再結(jié)晶形核及長大 等軸晶取代形變長條晶粒 隨后是晶粒正常長大 在 性能上 強度 硬度下降 電阻下降 塑 韌性提高 密度提高 這些過程在再結(jié)晶階段比回復(fù)階段更顯 著 材料不斷的塑性變形造成強烈的加工硬化 難以繼續(xù)加工 同時 形變組織不穩(wěn)定 韌性 塑性差 使用性能不好 再有 強的形變織構(gòu)的形成也是不希望的 分 年北京科技大學(xué) 再結(jié)晶形核地點有什么特點或特征 哪些地點可能是優(yōu)先的 形核地點 答 局部高的位錯密度 形變儲存能 或有大的位錯密度差異 高遷移率大角晶界附近 優(yōu)先形核 地點為 原始晶界 形變時形成的新大角晶界處或通過亞晶長大而逐步形成的大角晶界 第二相粒子 附近等 分 年北京科技大學(xué) 給出金屬發(fā)生再結(jié)晶的基本條件 驅(qū)動力 答 要有一定的形變儲存能 一定的溫度 分 年北京科技大學(xué) 指出再結(jié)晶 結(jié)晶之間的主要區(qū)別 答 再結(jié)晶只是一種組織變化 沒有結(jié)構(gòu)變化 驅(qū)動力是形變儲存能 結(jié)晶是從非晶態(tài)的液相 氣 相或固態(tài)非晶體中形成晶體的過程 分 年北京科技大學(xué) 圖 示意畫出 種常見的再結(jié)晶形核機制 請解釋該地點優(yōu) 先形核的原因和形核過程 答 這是應(yīng)變誘導(dǎo)晶界遷移機制 晶界兩側(cè)應(yīng)變量不同 位錯密度不同 形變儲存能不同 造成高 應(yīng)變能的一側(cè)被低應(yīng)變能的一側(cè)吃掉 形成新晶粒 分 年北京科技大學(xué) 再結(jié)晶動力學(xué)公式為 各參數(shù)表示的含義是什么 以 的關(guān)系作圖 曲線的形狀大致是怎樣的 如何處理可得一條直線 處理成直線有何用途 答 是再結(jié)晶分數(shù) 是時間 都是常數(shù) 主要與形核率和長大速度有關(guān) 主要和形核機 制 地點和新相形狀有關(guān) 以 的關(guān)系作圖 曲線的形狀是 或 形狀 轉(zhuǎn)變量時轉(zhuǎn)變速度最 快 對數(shù)處理可得一條直線 處理成直線可通過測不同時問的再結(jié)晶量求出 值 了解更多的微觀 信息 考試點 名師精品課程 電話