材料科學基礎(chǔ)期末考試

期末總復習一、名詞解釋空間點陣：表示晶體中原子規(guī)那么排列的抽象質(zhì)點。配位數(shù)：直接與中心原子連接的配體的原子數(shù)目或基團數(shù)目。對稱：物體經(jīng)過一系列操作后，空間性質(zhì)復原；這種操作稱為對稱操作。超結(jié)構(gòu)：長程有序固溶體的通稱固溶體：一種元素進入到另一種元素的晶格結(jié)構(gòu)形成的結(jié)晶，其結(jié)構(gòu)一般保持和母相一致。致密度：晶體結(jié)構(gòu)中原子的體積與晶胞體積的比值。正吸附：材料外表原子處于結(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)原子到達平衡狀態(tài)，當溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子在外表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，升高局部的能量為晶界能；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，假設(shè)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。肖脫基空位：脫位原子進入其他空位或者遷移至晶界或外表而形成的空位。弗蘭克耳空位：晶體中原子進入空隙形而形成的一對由空位和間隙原子組成的缺陷。刃型位錯：柏氏矢量與位錯線垂直的位錯。螺型位錯：柏氏矢量與位錯線平行的位錯。柏氏矢量：用來表征晶體中位錯區(qū)中原子的畸變程度和畸變方向的物理量。單位位錯：柏氏矢量等于單位點陣矢量的位錯派—納力：位錯滑動時需要克服的周圍原子的阻力。過冷：凝固過程開始結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。過冷度：實際結(jié)晶溫度和理論結(jié)晶溫度之間的差值。均勻形核：在過冷的液態(tài)金屬中，依靠金屬本身的能量起伏獲得成核驅(qū)動力的形核過程。過冷度：實際結(jié)晶溫度和理論結(jié)晶溫度之間的差值。形核功：形成臨界晶核時，由外界提供的用于補償外表自由能和體積自由能差值的能量。馬氏體轉(zhuǎn)變：是一種無擴散型相變，通過切變方式由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變另一種結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變過程中，外表有浮凸，新舊相之間保持嚴格的位向關(guān)系?；蛘撸河蓨W氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的相變過程。共析轉(zhuǎn)變：單相固溶體于冷卻時在某一溫度發(fā)生等溫可逆反響，轉(zhuǎn)變成兩個或三個混合的結(jié)松不同的新相的轉(zhuǎn)變。平衡分配系數(shù)：在一定溫度下，固液兩平衡相中溶質(zhì)濃度之比值。等溫轉(zhuǎn)變曲線：固溶強化：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，應力－應變曲線升高，塑性下降的現(xiàn)象；應變時效：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)屈服效應的情況；孿生：金屬塑性變形的重要方式。晶體在切應力作用下一局部晶體沿著一定的晶面〔孿晶面〕和一定的晶向〔孿生方向〕相對于另外一局部晶體作均勻的切變，使相鄰兩局部的晶體取向不同，以孿晶面為對稱面形成鏡像對稱，孿晶面的兩邊的晶體局部稱為孿晶。形成孿晶的過程稱為孿生；臨界分切應力：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：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，位錯難于運動而通過動態(tài)回復軟化，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。二、簡答題1、晶體宏觀對稱要素有哪些？ 答：1、回轉(zhuǎn)對稱；2、對稱中心；3、對稱面；4、回轉(zhuǎn)反演軸2、影響形成晶體的原子半徑的因素有哪些？ 答：1、溫度與壓力，一般情況下，溫度降低和壓力增大會使原子半徑減小；2、結(jié)合鍵的影響；3、配位數(shù)的影響；4、原子核外層電子結(jié)構(gòu)的影響。3、簡述形成有序固溶體的必要條件。答：1〕異類原子之間的結(jié)合力大于同類原子之間結(jié)合力；2)合金成分符合一定化學式；3)低于臨界溫度〔有序化溫度〕。試述晶界的特性試述晶界的特性答：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化材料，在高溫下弱化材料強度，晶界處易于析出第二相，晶界容易使位錯塞積，造成應力集中，晶界上原子排列混亂。試證明一個位錯環(huán)只能有一個柏氏矢量答：如下圖設(shè)有一位錯環(huán)ABCDA，可以將其看成是ABC，CDA兩局部組成，ABC的柏氏矢量為b1，CDA的柏氏矢量為b2，由于位錯是己滑移和未滑移的交界，故還存在CA的柏氏矢量為b3。對于ABC圍成的區(qū)域：b1=b2+b3，對于CDA圍成的區(qū)域：b1=b2+b3，由兩式可得b1=b2，所以一個位錯環(huán)只能有一個柏氏矢量。同一滑移面上的兩根正刃形位錯，其柏氏矢量為b，相距L，當L遠大于柏氏矢量的模時，其總能量為多少？當它們無限接近時總能量又為多少？如果是異號位錯，其結(jié)果又怎樣呢?答：當兩根刃型位錯相距很遠時，總能量等于兩者各自能量之和，無論同號或異號都有W＝W1+W2＝2αGb2當兩根正刃型位錯無限靠近時，相當于柏氏矢量為2b的一個大位錯的能量：W＝αG〔2b〕2＝4αGb2當兩根異號刃型位錯無限靠近時，相遇抵消，其總能量為零。什么是過冷，過冷度，動態(tài)過冷度，它們對結(jié)晶過程有何影響？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ΔT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，晶粒細化。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？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ΔT關(guān)系為，臨界形核功ΔGK等于。異質(zhì)形核時固相質(zhì)點可作為晶核長大，其臨界形核功較小，，θ為液相與非均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)，ΔGA、ΔGk分別表示形核時原子擴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。說明晶體成長形狀與溫度梯度的關(guān)系答：正溫度梯度下，傳熱通過固相，平面狀長大，或是鋸齒狀；負溫度梯度下，微觀粗糙界面的金屬和合金，枝晶長大；微觀光滑界面的也是枝晶長大，但是α值大的，可以還是平面狀長大10、說明獲得單晶或全部柱狀晶的方法及考前須知答：控制冷卻方向，形成定向散熱和凝固。11、根據(jù)凝固理論，試述細化晶粒的根本途徑。答：凝固的根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。細化晶粒的根本途徑可以通過加大過冷度，參加形核劑，振動或攪拌。12、試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點。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為最外層為細小等軸晶，靠內(nèi)為柱狀晶，最內(nèi)層為粗大等軸晶。13、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。答：冷卻速度金屬凝固后的組織影響極大。冷卻快一般過冷度大，使形核半徑、形核功減少，形核過程容易，形核率增加，晶粒細化，冷卻非?？鞎r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。14、簡述純金屬凝固時潤濕角θ、雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和外表形態(tài)對異質(zhì)形核的影響答：潤濕角θ＝0°，形核功為0，固相粒子促進形核效果最好；潤濕角θ＝180°，異質(zhì)形核功等于均勻形核功，固相粒子對形核無促進作用；潤濕角0°<θ<180°，形核功比均勻形核的形核功小，θ越小，固相粒子促進形核效果越好。雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)與晶核相同或相近時，促進形核效果好，當兩者結(jié)構(gòu)不相同時，一般對促進形核效果差或不促進形核。雜質(zhì)粒子的外表成凹形時，促進形核效果好，成平面狀時次之，凸形時最差。15、試說明純Al和鋁－銅單相固溶體結(jié)晶的異同。答：相同點：均需要形核與長大，形核要滿足一定熱力學條件，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：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)間進行，而純金屬凝固在等溫進行。16、再結(jié)晶與固態(tài)相變有何區(qū)別？答：再結(jié)晶是一種組織轉(zhuǎn)變，從變形組織轉(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。17、簡述金屬冷變形度的大小對再結(jié)晶形核機制和再結(jié)晶晶粒尺寸的影響。答：變形度較小時以晶界弓出機制形核，變形度大的高層錯能金屬以亞晶合并機制形核，變形度大的低層錯能金屬以亞晶長大機制形核。冷變形度很小時不發(fā)生再結(jié)晶，晶粒尺寸根本保持不變，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，使局部晶粒粗化。18、燈泡中W絲在高溫下工作，發(fā)生顯著晶粒長大性能變脆，在熱應力作用下破斷，試找出兩種延長鎢絲壽命的方法？ 答：燈泡中W絲在高溫下工作，晶粒長大后在熱應力作用下破斷，延長鎢絲壽命的方法可以參加第二相質(zhì)點阻止晶粒在加熱時長大，如參加ThO2顆粒；或在燒結(jié)中使制品中形成微細的空隙也可以抑制晶粒長大，如參加少量K、Al、Si等雜質(zhì)，在燒結(jié)時汽化形成極小的氣泡。19、戶外用的架空銅導線〔要求一定的強度〕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？答：戶外用的架空銅導線要求一定的強度可以進行回復退火，只去應力，保存強度；戶內(nèi)電燈用花線可以進行再結(jié)晶退火，軟化金屬，降低電阻率。20、金屬晶體塑性變形時，滑移和孿生有何主要區(qū)別？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力小，孿生開始需要的臨界分切應力很大，孿生開始后繼續(xù)切變時需要的切應力小，故孿生一般在滑移難于進行時發(fā)生。21、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。答：純金屬變形主要借助位錯運動，通過滑移和孿生完成塑性變形，開動滑移系需要臨界切應力，晶體中還會發(fā)生扭轉(zhuǎn)；單相合金的根本變形過程與純金屬的根本過程是一樣的，但會出現(xiàn)固溶強化，開動滑移系需要臨界切應力較大，還有屈服和應變時效現(xiàn)象。22、A-B二元系中，A晶體結(jié)構(gòu)是bcc，形成α固溶體，B晶體結(jié)構(gòu)是fcc，形成β固溶體，A與B形成相，其晶體結(jié)構(gòu)是hcp：1〕指出，，三個相的常見滑移系；2〕繪出它們單晶變形時應力-應變曲線示意圖，試解釋典型低層錯能面心立方單晶體的加工硬化曲線，并比擬與多晶體加工硬化曲線的差異。答：1〕α的滑移系為{110}<111>，相的常見滑移系為{111}<110>，相的常見滑移系為〔0001〕<110>。2〕它們單晶變形時應力-應變曲線示意圖如圖。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。當切應力到達晶體的臨界分切應力時，其應力-應變曲線近似為直線，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，加工硬化隨應變增加而減少，出現(xiàn)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。23．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。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。24、為什么金屬材料經(jīng)熱加工后機械性能較鑄造態(tài)好。簡答：金屬材料經(jīng)熱加工后機械性能較鑄造態(tài)好的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化，這些都可以提高金屬材料的性能。25、何為加工硬化？列出產(chǎn)生加工硬化的各種可能機制。〔不必說明〕，加工硬化現(xiàn)象在工業(yè)上有哪些作用？簡答：金屬材料經(jīng)冷加工后，強度增加，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化的合金和純金屬尤為重要，可以進行熱處理強化的合金，加工硬化可以進一步提高材料的強度；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。26、簡要說明第二相在冷塑性變形過程中的作用。答：第二相在冷塑性變形過程中的作用一般是提高合金強度，但還取決于第二相的種類數(shù)量顆粒大小形狀分布特點及與基體結(jié)合界面結(jié)構(gòu)等，對塑性變形影響復雜。第二相強度高于基體但有一定塑性，其尺寸、含量與基體根本接近，那么合金塑性是兩相的變形能力平均值。第二相硬、脆，合金變形只在基體中進行，第二相根本不變形；第二相均勻、彌散分布在固溶體基體上，可以對合金產(chǎn)生顯著強化作用。27、討論織構(gòu)的利弊及控制方法。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防止或利用。織構(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。28、表達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。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)剩余應力，金屬在單向塑性變形時出現(xiàn)變形織構(gòu)。29、如下圖，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。試答復以下問題：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)象對金屬變形制件外表質(zhì)量有何影響，如何改善外表質(zhì)量。答：1〕屈服現(xiàn)象是由溶質(zhì)原子與位錯交互作用產(chǎn)生氣團產(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，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，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，造成工件外表不平整?？梢酝ㄟ^參加與溶質(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，消除或減輕屈服現(xiàn)象，或在深沖之前進行比屈服伸長范圍稍大的預變形，使位錯掙脫氣團的釘扎，然后盡快深沖。30、試說明晶粒大小對金屬材料室溫及高溫力學性能的影響，在生產(chǎn)中如何控制材料的晶粒度。答：晶粒大小對金屬材料的室溫力學性能可用Hall－Petch公式描述，晶粒越細小，材料強度越高；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)生擴散蠕變，晶粒太細小金屬材料的高溫強度反而降低。生產(chǎn)中可以通過選擇適宜的合金成分獲得細小晶粒，利用變質(zhì)處理，振動、攪拌，加大過冷度等措施細化鑄錠晶粒，利用加工變形細化晶粒，合理制訂再結(jié)晶工藝參數(shù)控制晶粒長大。31、如何提高固溶體合金的強度答：固溶強化，細晶強化，加工硬化，第二相強化，相變〔熱處理〕強化等32、試用位錯理論解釋固溶強化，彌散強化，以及加工硬化的原因。答:固溶強化的可能位錯機制主要是溶質(zhì)原子氣團對位錯的釘扎，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爾氣團和斯諾克氣團，溶質(zhì)原子與擴展位錯交互作用的鈴木氣團使層錯寬度增加，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)生的阻力使材料強度升高。彌散強化也是通過阻礙位錯運動強化材料，如位錯繞過較硬、與基體非共格第二相的Orowan機制和切割較軟、與基體共格的第二相粒子的切割機制。產(chǎn)生加工硬化的各種可能機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)生割階的林位錯強化理論。33、試說明界面對復合材料結(jié)合強度的影響。答：復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)分為基體與復合物的機械固體嚙合結(jié)合、形成化學反響的化合層結(jié)合、形成完全或局部固溶體的結(jié)合幾種情況。結(jié)合層的結(jié)合面體積分數(shù)越大，結(jié)合層強度越高，基體與復合物之間的結(jié)合鍵力越大，結(jié)合強度越高。三、計算題1、計算立方系中〔011〕和〔-111〕，〔-111〕和〔-100〕面的夾角。答：略2、求和兩晶向所決定的晶面。答：設(shè)所決定的晶面為〔hkl〕，晶面指數(shù)與面上的直線[uvw]之間有hu+kv+lw=0，故有：h+k-l=0,2h-l=0。可以求得〔hkl〕＝〔112〕。3、在鉛的〔100〕平面上，1mm2有多少原子？鉛為fcc面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半徑R=0.175×10-6mm答：Pb為fcc結(jié)構(gòu)，原子半徑R與點陣常數(shù)a的關(guān)系為，故可求得a＝0.4949×10-6mm。那么〔100〕平面的面積S＝a2＝0.244926011×0-12mm2，每個〔100〕面上的原子個數(shù)為2所以1mm2上的原子個數(shù)＝4.08×1012。4、己知Cu由300℃升至1000℃時，晶體中空位濃度為300℃的1.36×105倍，試計算銅晶體的空位形成能。答：略5、己知單位位錯a[-101]/2能和肖萊克不全位錯a[12-1]/6相結(jié)合，形成弗蘭克不全位錯，試說明：〔1〕此位錯反響能否進行〔2〕如果這個反響能夠進行，反響生成的位錯能不能發(fā)生交滑移。答：〔1〕設(shè)新生成的位錯b，那么b=a/2[-101]+a/6[12-1]=a/3[-111]。很明顯符合幾何條件。由能量條件可知：反響前能量： (b1)2+(b2)2=2/3a2，反響后能量為：b2=a2/3。反響前能量大于反響后能量，滿足能量條件，故反響能進行?！?〕易知新生成的位錯的位錯線位于〔-111〕面上，而新生成的位錯b又與〔-111〕面垂直，可知位錯錢和柏氏矢量決定的平面一定不是面心立方晶體的密排面，所以一般情況下不能發(fā)生滑移。6、銅的熔點Tm=1356K，熔化熱ΔHm=1628J/cm2，σ=177×10－7J/cm，點陣常數(shù)a=0.3615nm。求銅ΔT=100e時均勻形核的臨界核心半徑。答：在金屬凝固時，可以近似認為Lm=ΔHm,根據(jù)均勻形核時臨界晶核半徑為過冷度ΔT關(guān)系為，可以計算得到r＝0.79×10－7cm＝0.79nm。7、根據(jù)Cu-Sn相圖，Cu為fcc結(jié)構(gòu)。答復以下問題：1〕相為何種晶體結(jié)構(gòu)？2〕計算212℃時Cu-90%Sn合金在TE3〕Cu-13.47%Sn合金在正常條件下凝固后，相的晶界上出現(xiàn)少量相，其原因何在？如何消除相？4〕分析Cu-70%Sn合金平衡凝固過程，并計算共晶反響剛完畢時相組成物和組織組成物的相對含量。答：1〕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〕共晶反響前的平衡分配系數(shù)；3)Cu-13.47%Sn合金在正常條件下凝固后，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)生包晶反響而出現(xiàn)少量相。這些少量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－ε，L92.4+ε38.2—η59.0，L—η，L99.3—η60.9+〔Sn〕，η－共晶反響剛完畢時相組成物為η+〔Sn〕，組織組成物為η+〔η+Sn〕共晶。相組成物的相對含量為：和組織組成物的相對含量：〔η+Sn〕共晶％＝1－η％＝23.7％8、根據(jù)Pb-Bi相圖，答復以下問題：把空相區(qū)〔1,2,3,4,5〕填上相的名稱。設(shè)X合金平衡凝固完畢時的相組成物為和(Bi)，其中相占80%，那么X合金中Bi組元的含量是多少？設(shè)Y合金平衡凝固完畢時的組織為(Bi)初晶+[+〔Bi〕]共晶，且初晶與共晶的百分含量相等，那么此合金中Pb組元的含量是多少？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。1〕1：α+L；2：α+β；3：β+Bi；4：Bi+L；5：β+L2〕設(shè)X合金中Bi組元的含量是x，依題意有，可以解得x＝53.44，即Bi組元的含量是53.44％。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＝78.15，即Pb組元的含量是21.85％。4〕Pb-30%Bi合金平衡凝固過程為L—α，L＋α—β，L—β，β—Bi，室溫下平衡組織為β＋Bi，非平衡凝固下由于L＋α—β包晶反響很難進行完全，故在β晶粒內(nèi)部會保存局部α，室溫下組織為β＋殘留α＋Bi。9、根據(jù)鐵碳亞穩(wěn)平衡相圖答復以下問題：寫出以下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。指出此二元系中比擬適合做變形合金和鑄造合金的成分范圍。如何提高壓力加工合金的強度。標注平衡反響的成分及溫度，寫出平衡反響式。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，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。根據(jù)Fe-Fe3C含碳量溫度顯微組織溫度顯微組織0.4770℃9000.77680剛到達7701.0700剛到達770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成分分別為含碳量2.11%，0.77%，4.3%。2〕二元系中比擬適合做變形合金的合金為單相固溶體，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4.3％的合金有共晶反響適合作為鑄造合金。3〕提高壓力加工合金的強度的方法主要有加工硬化，合金元素固溶產(chǎn)生的固溶強化，細化晶粒強化，熱處理強化，第二相強化，彌散質(zhì)點的彌散強化。4〕平衡反響的成分及溫度，反響式為1495℃，L0.53＋δ0.09－A0.171148℃，L4.3－A2.11＋Fe3727℃，A0.77－F0.0218+Fe35〕凝固過程：935℃：L—γ，γ—Fe3CⅡ，γ—F＋Fe3CⅡ〔P室溫下相組成為F＋Fe3CⅡ，其中；室溫下組織組成為P＋Fe3CⅡ，其中，F(xiàn)e3CⅡ％＝1－P％＝1.9%。6〕亞穩(wěn)轉(zhuǎn)變后組織為P＋Fe3CⅡ，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。含碳量溫度顯微組織溫度顯微組織0.4770℃P+F900A+F0.77680P剛到達770A1.0700P+Fe3CⅡ剛到達770A+Fe3C10：如下圖，A為金屬元素，B為另一金屬或非金屬元素，其二元相圖各曲線如下圖：1〕畫出Ⅱ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以下圖中Ⅰ合金凝固后顯微組織的影響。3〕Ⅰ合金在工業(yè)條件冷凝后如對合金進行擴散退火，應如何確定退火溫度。答：1〕Ⅱ合金的平衡冷卻曲線和組織如圖；室溫下相組成物為α＋β，其中，β＝1－α％＝88.2%，組織組成為β＋〔α＋β〕共晶，，〔α＋β〕共晶％＝1－β％＝25％；Ⅰ合金在平衡