材料科學(xué)基礎(chǔ)下學(xué)期習(xí)題整理-部分答案

1、一、 名詞解釋或填空：刃型位錯(cuò):晶體內(nèi)有一原子平面中斷于晶體內(nèi)部，這一原子平面中斷處的邊沿及其周?chē)鷧^(qū)域就是一個(gè)刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)：滑移方向與位錯(cuò)線方向互相平行的位錯(cuò)稱(chēng)為螺型位錯(cuò)。肖脫基空位：脫位原子一般進(jìn)入其他空位或者逐漸遷移到晶界或表面，這樣的空位稱(chēng)為肖脫基空位。弗蘭克空位：晶體中的原子擠入節(jié)點(diǎn)的間隙，形成間隙原子，同時(shí)原來(lái)的結(jié)點(diǎn)位置也空缺，產(chǎn)生了一個(gè)空位，通常把這一對(duì)點(diǎn)缺陷（空位和間隙原子）稱(chēng)為弗蘭克爾空位?？拼?fàn)枤鈭F(tuán)：通常把溶質(zhì)原子與位錯(cuò)交互作用后，在位錯(cuò)周?chē)鄣默F(xiàn)象稱(chēng)為柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)。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。層錯(cuò)：如果堆垛順序與正常堆垛順序有差異

2、，即堆垛層之間發(fā)生錯(cuò)排，則此處產(chǎn)生了晶體缺陷，稱(chēng)為層錯(cuò)或堆垛層錯(cuò)。不全位錯(cuò)： 柏氏矢量不等于單位點(diǎn)陣矢量或其整數(shù)倍的稱(chēng)為不全位錯(cuò)或部分位錯(cuò)。面角位錯(cuò)：在fcc晶體中形成兩個(gè)面的面角上，由三個(gè)不完全位錯(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)。擴(kuò)展位錯(cuò)與位錯(cuò)束集：由一個(gè)全位錯(cuò)分解成兩個(gè)不全位錯(cuò)，中間夾雜著一個(gè)堆垛層錯(cuò)的整個(gè)位錯(cuò)組態(tài)稱(chēng)為擴(kuò)展位錯(cuò)，擴(kuò)展位錯(cuò)所形成的兩個(gè)不全位錯(cuò)重新合并成一個(gè)全位錯(cuò)的過(guò)程稱(chēng)為 位錯(cuò)束集。奧羅萬(wàn)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(guò)粒子，在粒子周?chē)粝乱粋€(gè)位錯(cuò)環(huán)使材料得到強(qiáng)化的機(jī)制。（位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制）晶界：晶粒與晶粒的交界區(qū)相界：各相之間的交界面

3、晶界偏聚：由于晶內(nèi)和晶界的畸變能差別或空位的存在使得溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子在晶界上的富集現(xiàn)象。非平衡偏析：實(shí)際上，表面區(qū)成分的偏析主要發(fā)生在幾十納米到幾個(gè)微米的范圍，這種偏析稱(chēng)為非平衡偏析滑移系：滑移面以及該面上的一個(gè)滑移方向的組合稱(chēng)為一個(gè)滑移系交滑移：兩個(gè)或多個(gè)滑移面共同沿著一個(gè)滑移方向的滑移。實(shí)質(zhì)是螺位錯(cuò)在不該表滑移方向的情況下，從一個(gè)滑移面滑到與另外一個(gè)滑移面的交線處，轉(zhuǎn)移到另一個(gè)滑移面的過(guò)程?？棙?gòu)：多晶體中位向不同的晶粒取向變得大體一致，就稱(chēng)擇優(yōu)取向，簡(jiǎn)稱(chēng)織構(gòu)。再結(jié)晶溫度：經(jīng)過(guò)嚴(yán)重冷變形的金屬保溫1h再結(jié)晶完成95%對(duì)應(yīng)的溫度。再結(jié)晶全圖：表示冷變形程度、退火溫度、再結(jié)晶晶粒大小關(guān)系的立體

4、圖。動(dòng)態(tài)回復(fù)、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：熱變形時(shí)由溫度和外力聯(lián)合作用下發(fā)生的回復(fù)和再結(jié)晶過(guò)程稱(chēng)為動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶冷加工、溫加工、熱加工：與再結(jié)晶溫度以及室溫比較加工硬化：金屬冷變形過(guò)程中，流變應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而增加的現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化應(yīng)變時(shí)效：第一次拉伸后，馬上進(jìn)行第二次拉伸，拉伸曲線上不會(huì)出現(xiàn)屈服階段。但第一次拉伸后的低碳鋼試樣在室溫下放置一段時(shí)間后，再進(jìn)行第二次拉伸，拉伸曲線又出現(xiàn)屈服階段，且屈服強(qiáng)度比第一次要高的現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變時(shí)效。上坡擴(kuò)散:低濃度向高濃度的擴(kuò)散過(guò)程，擴(kuò)散結(jié)果會(huì)使固溶體合金分解為合金元素含量高和合金元素含量低的兩種成分不同、結(jié)構(gòu)相同的組織狀態(tài)柯肯達(dá)爾效應(yīng)：兩種擴(kuò)散速率不同的金屬在擴(kuò)散過(guò)

5、程中會(huì)形成缺陷P315（無(wú)明確定義）反應(yīng)擴(kuò)散：通過(guò)擴(kuò)散而形成新相的現(xiàn)象。二、簡(jiǎn)答或問(wèn)答1.刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的特點(diǎn)。 教材P81 P822. 割階和扭折的特點(diǎn)；位錯(cuò)的滑移和攀移的特點(diǎn)。 教材P99-100；P87-883. 層錯(cuò)能與擴(kuò)展位錯(cuò)和交滑移的關(guān)系。 層錯(cuò)能較大，不易形成擴(kuò)展位錯(cuò)，較小，則易形成擴(kuò)展位錯(cuò) 在金屬中，層錯(cuò)能越低，層錯(cuò)寬度越大，就越不容易產(chǎn)生束集，越難產(chǎn)生交滑移。4.大角晶界、晶界非平衡偏聚、晶界能對(duì)材料性能的影響。5.滑移與孿生的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)。 教材P339-3406. BCC和FCC單晶體的主要滑移系有哪些？ BCC 110 FCC1117. 多相固溶體合金中彌散第二相

6、對(duì)材料的性能有何影響？ 這類(lèi)合金中均勻、彌散分布的第二相通過(guò)與位錯(cuò)的作用等機(jī)制能夠產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用，使合金獲得良好的綜合力學(xué)性能，強(qiáng)度很高，塑性也好。P3488. 冷變形金屬在加熱時(shí)進(jìn)行回復(fù)與再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力是什么？隨后的晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力是什么？ 回復(fù)和再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力：畸變能(冷變形時(shí)的儲(chǔ)能) 長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力：界面能和界面曲率9. 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，加工之后它們的最終熱處理工藝是什么？ 戶外用：回復(fù)退火，消除應(yīng)力，保留強(qiáng)度 戶內(nèi)用：再結(jié)晶退火，軟化金屬，降低電阻率。10. 金屬和合金在冷塑性變形過(guò)程中組織和性能的變化。 金屬和合金在冷塑性變形過(guò)程中發(fā)生的組織和

7、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)殘余應(yīng)力，金屬在單向塑性變形時(shí)出現(xiàn)變形織構(gòu)。11. 什么是屈服，產(chǎn)生的原因是什么？ 屈服：材料在拉伸或壓縮過(guò)程中，應(yīng)力超過(guò)彈性極限后，變形增加較快，材料失去抵抗變形的能力，當(dāng)應(yīng)力增加到一定值時(shí)，應(yīng)力雖不增加（微小范圍內(nèi)波動(dòng)），而變形卻急速增加的現(xiàn)象，稱(chēng)為屈服。 產(chǎn)生原因：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。12.分析多晶體金屬的變形過(guò)程及影響多晶體金屬變形的因素。（教材P343-344） 要點(diǎn)：多晶體

8、金屬的變形過(guò)程中每個(gè)晶粒的變形主要是滑移，還可能出現(xiàn)孿生和扭折，需要開(kāi)動(dòng)多個(gè)滑移系，出現(xiàn)交滑移，由于晶界的影響還有位向差效應(yīng)和晶界的阻滯效應(yīng)；影響因素主要有晶粒大小、變形溫度、變形速度。13. 單晶體和多晶體在冷塑性變形中的變形特點(diǎn)。 書(shū)上有. 我就不打了. 14. 影響冷變形后金屬再結(jié)晶溫度的主要因素，怎么獲得尺寸細(xì)小的再結(jié)晶晶粒? 影響因素：變形程度、雜質(zhì)及合金元素、第二相粒子、原始晶粒大小、加熱時(shí)間和加熱速度。 預(yù)先冷變形度小于臨界變形度，嚴(yán)格控制退火保溫時(shí)間和提高加熱速度，加入合金元素及第二相 P38115. 金屬冷變形程度的大小對(duì)再結(jié)晶晶粒尺寸的影響。 冷變形度很小的時(shí)候不發(fā)生再結(jié)晶

9、，晶粒尺寸基本保持不變，在臨界變形度附近再結(jié)晶晶粒特別粗大，超過(guò)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)生二次再結(jié)晶使部分晶粒粗化。16層錯(cuò)能對(duì)金屬熱塑性變形的影響。要點(diǎn)：高層錯(cuò)能金屬熱塑性變形主要通過(guò)回復(fù)軟化，低層錯(cuò)能金屬熱塑性變形主要通過(guò)再結(jié)晶軟化，其應(yīng)力應(yīng)變曲線有不同特點(diǎn)。P383-384層錯(cuò)能高的金屬，如鋁、-鐵以及一些密排六方結(jié)構(gòu)金屬（Zn、Sn），由于交滑移容易進(jìn)行，在熱變形中動(dòng)態(tài)回復(fù)是其軟化的主要方式，動(dòng)態(tài)回復(fù)所引起的軟化過(guò)程是通過(guò)刃位錯(cuò)的攀移、螺位錯(cuò)的交滑移，使異號(hào)位錯(cuò)相互抵消，位錯(cuò)密度降低的結(jié)果。層錯(cuò)能高是決定動(dòng)態(tài)回復(fù)進(jìn)行的充分的關(guān)鍵。

10、層錯(cuò)能低的金屬，由于它們的擴(kuò)展位錯(cuò)很寬，難于從節(jié)點(diǎn)和位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)中解脫出來(lái)，也難于通過(guò)交滑移金和攀移而與異號(hào)位錯(cuò)相互抵消，動(dòng)態(tài)回復(fù)進(jìn)行的很慢，亞組織中位錯(cuò)密度較高，剩余的儲(chǔ)能足以引起再結(jié)晶，因此這類(lèi)金屬在熱加工時(shí)，有利于發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。17.提高金屬、固溶體合金和復(fù)合材料強(qiáng)度的途徑有哪些?要點(diǎn)：細(xì)晶強(qiáng)化、加工硬化、固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化等。18. 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程和非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程的表達(dá)式，影響擴(kuò)散系數(shù)的主要因素有哪些？P307-312 影響因素：溫度、晶體缺陷、晶體結(jié)構(gòu)、固溶體類(lèi)型、擴(kuò)散元素性質(zhì)、擴(kuò)散組元濃度、第三元素（雜質(zhì)）。19. 材料擴(kuò)散的途徑有哪些？固體材料中原子擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力是什么？ 表面

11、擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散、體積擴(kuò)散。組元的化學(xué)勢(shì)梯度20.原子擴(kuò)散在材料中的作用。要點(diǎn)：液態(tài)金屬的凝固、成分的均勻化、擴(kuò)散型固態(tài)相變、表面化學(xué)熱處理、氧化與脫碳、粉末燒結(jié)、高溫蠕變等。 原子擴(kuò)散在材料中的影響包括晶體凝固時(shí)形核、長(zhǎng)大；合金的成分過(guò)冷；成分均勻化，包晶反應(yīng)非平衡凝固時(shí)保留高溫組織的特點(diǎn)，固態(tài)相變時(shí)的形核，晶界形核、晶界運(yùn)動(dòng)、晶界偏聚、高溫蠕變、氧化、焊接、化學(xué)熱處理（滲C、N等）、粉末冶金、涂層等各方面。21.位錯(cuò)在金屬材料中的作用。(P116 T11)要點(diǎn)：位錯(cuò)在金屬材料中可以起到強(qiáng)化作用，通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)完成塑性變形，合金中位錯(cuò)與溶質(zhì)原子發(fā)生作用形成氣團(tuán)造成屈服現(xiàn)象和應(yīng)變時(shí)效，位錯(cuò)是第二相

12、形核的擇優(yōu)場(chǎng)所，位錯(cuò)影響擴(kuò)散速度。三、分析或解答1.在簡(jiǎn)單立方晶體的（100）面上有一個(gè)b= a 001的螺位錯(cuò)，如果它(a)被（001）面上的b= a 010刃位錯(cuò)交割，(b)被（001）面上b= a 100的螺位錯(cuò)交割，試問(wèn)在這兩種情形下每個(gè)位錯(cuò)上會(huì)形成割階還是彎折？P116課后習(xí)題有 網(wǎng)上有答案2.帶割階的螺型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)情況。3.兩個(gè)伯氏矢量互相垂直的刃型位錯(cuò)的交割分析： 4.伯氏矢量互相垂直的刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)交截分析：P100 5.試分析在fcc中，下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行?并指出其中三個(gè)位錯(cuò)的性質(zhì)類(lèi)型？反應(yīng)后生成的新位錯(cuò)能否運(yùn)動(dòng)？位錯(cuò)反應(yīng)幾何條件：b1+b2 a b c a b c 能

13、量條件： 因此 位錯(cuò)反應(yīng)能進(jìn)行。 對(duì)照湯姆森四面體，此位錯(cuò)反應(yīng)相當(dāng)于 （全位錯(cuò)） （肖克萊） （弗蘭克 ）新位錯(cuò) 的位錯(cuò)線為 和 的交線位于(001)面上，且系純?nèi)行臀诲e(cuò)。由于(001)面系fcc非密排面，故不能運(yùn)動(dòng)，是固定位錯(cuò)。6.在fcc晶體中，位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行？若反應(yīng)前的是刃位錯(cuò)，反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯(cuò)能在哪個(gè)晶面上進(jìn)行何種運(yùn)動(dòng)？ .刃位錯(cuò)只能滑移，不能交滑移7.標(biāo)出hcp晶胞中晶面ABCDEF面、ABO面的晶面指數(shù)， OC方向、OC方向的晶向指數(shù)。這些晶面與晶向中，那些可構(gòu)成滑移系？指出最容易產(chǎn)生滑移的滑移系。 這個(gè)應(yīng)該不會(huì)出吧 = .= 滑移系是00018.銅的熔點(diǎn)為1083，在冷變形后的

14、工業(yè)純銅板上取三個(gè)試樣，第一個(gè)試樣加熱到200，第二個(gè)試樣加熱到500，第三個(gè)試樣加熱到800，各保溫一小時(shí)，然后空冷。試畫(huà)出各試樣熱處理后的顯微組織示意圖，說(shuō)明它們?cè)趶?qiáng)度和塑性方面的區(qū)別及原因。要點(diǎn)：200變形組織，強(qiáng)度高，塑性低；500：再結(jié)晶起始形核組織，仍為纖維組織，強(qiáng)度較高，塑性較好；800：再結(jié)晶組織，強(qiáng)度低，塑性高。9.低層錯(cuò)能的工業(yè)純銅鑄錠采用T0.5T熔點(diǎn)溫度熱加工開(kāi)坯軋制。1）畫(huà)出該材料分別在高、低應(yīng)變速率下熱加工時(shí)的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線示意圖，并說(shuō)明影響曲線變化的各種作用機(jī)制；2）開(kāi)坯后該金屬在室溫下繼續(xù)進(jìn)行軋制，畫(huà)出此時(shí)的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線示意圖，并說(shuō)明影響曲線變化的機(jī)制；3

15、）開(kāi)坯后該金屬要獲得硬態(tài)、半硬態(tài)和軟態(tài)制品，最后工序中可采用那些方法，為什么？10. Fcc單晶體塑性變形分為幾個(gè)階段？怎樣用位錯(cuò)理論解釋各個(gè)階段的特點(diǎn)？P351-352三個(gè)階段 ：易滑移階段、線性硬化階段、拋物線硬化階段11.圖所示低碳鋼的三條拉伸曲線，A、塑性變形；B、去載后立即再行加載；C、去載后時(shí)效后再加載。試回答下列問(wèn)題：1）解釋圖示三曲線的屈服現(xiàn)象及B，C中屈服點(diǎn)上升的原因；2）屈服現(xiàn)象對(duì)提高金屬?gòu)?qiáng)度有何實(shí)際意義；3）屈服現(xiàn)象對(duì)沖壓制件表面質(zhì)量有何不利影響。 12.已知碳在奧氏體中擴(kuò)散系數(shù)D=210-5exp(-138103/RT)m2/s，問(wèn)在時(shí)使試樣1mm處深度處碳濃度達(dá)到.所需時(shí)間 .滲碳?xì)夥瘴粗? = 難道是100%已知試樣為純鐵，時(shí)碳在奧氏體中最大溶解度為.，誤差函數(shù)如表：表 X/2Dt與erf(x/2D