材科基出題26題

1、圖像1.根據(jù)下列條件畫出一個(gè)二元系相圖，A和B的熔點(diǎn)分別是1000C和700C，含wB=25%的合金正好在500C完全凝固，它的平 衡組織由73.3%的先共晶。和26.7%的（a +。）共晶組成。而wB=50% 的合金在500C時(shí)的組織由40%的先共晶a和60%的（a +。）共晶組成， 并且此合金的a總量為50%。答案：&5。04000 i1111pA 20 的 &O 80 B附圖泛A-B 元相圖圖像2.作圖表示立方晶體的。23）晶）（421）晶面及LILlll 1346晶向。答案：iFnd-iMM 1. I圖像3.三元相圖投影圖如圖所示，請(qǐng)?jiān)诜謩e在圖(b)(c)(d)中標(biāo)出各垂直截面中各相組

2、成答案:(b) VW垂直:徵面N)QN套直妝而(dMZ噬宜械面簡(jiǎn)答4.判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行，請(qǐng)說(shuō)明原因。a - a -a a -101 + -121 - -111; c、a100 - -101 + -101;1) 2632)22-112 + - 111 - - 111;八 a100 - - 111 + - 111.3) 3264)22答案：(1)能。(2)不能(3)不能(4)不能簡(jiǎn)答5.寫出立方晶體中晶面族100，110，111，112等所包括的等價(jià)晶面。答案：100=(100)十(010)+(001)，共 3 個(gè)等價(jià)面。110=(110)十(110 )+(101)+(101 )+(011

3、)+(011)，共 6 個(gè)等價(jià)面。111=(111)+(111 )+(Hl)+(111 )，共 4 個(gè)等價(jià)面。(112 = (112) + (112) + (112) + (112) + (121) + (121)+ (121) + (121) + (211) + (211) + (211) + (211)共 12 個(gè)等價(jià)面。計(jì)算6.純Cu的空位形成能是1.5aJ/atom(1aJ=10-18J),將純Cu加熱到850C后激冷到室溫(20C),如果高溫下的空位全部保留，試求過(guò)飽和空位濃度與室溫平衡空位濃度的比值。(玻爾茲曼常數(shù)K=1.38x10-23/K)丁二步水 互。網(wǎng)3K%：件3寶切*昭繆

4、瀑-渦/”簡(jiǎn)述7.鑄件組織有何特點(diǎn)？答案：在鑄錠組織中，一般有三層晶區(qū)：(1)最外層細(xì)晶區(qū)。其形成是由于模 壁的溫度較低，液體的過(guò)冷度交大，因此形核率較高。(2)中間為柱狀晶區(qū)。 其形成是由于模壁的溫度升高，晶核的成長(zhǎng)速率大于晶核的形核率，且沿垂直于 模壁風(fēng)向的散熱較為有利。在細(xì)晶區(qū)中取向有利的晶粒優(yōu)先生長(zhǎng)為柱狀晶粒。(3) 中心為等軸晶區(qū)。其形成是由于模壁溫度進(jìn)一步升高，液體過(guò)冷度進(jìn)一步降低， 剩余液體的散熱方向性已不明顯，處于均勻冷卻狀態(tài)；同時(shí)，未熔雜質(zhì)、破斷枝 晶等易集中于剩余液體中，這些都促使了等軸晶的形成。應(yīng)該指出，鑄錠的組織 并不是都具有3層晶區(qū)。由于凝固條件的不同，也會(huì)形成在鑄錠

5、中只有某一種晶 區(qū)，或只有某兩種晶區(qū)。簡(jiǎn)述8.比較說(shuō)明過(guò)冷度、臨界過(guò)冷度、動(dòng)態(tài)過(guò)冷度等概念的區(qū)別答案：實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之間的溫度差，稱為過(guò)冷度(AT = Tm 一 Tn)。液、固相間的自由能差便是結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力。過(guò)冷液體中，能夠形成等于臨界晶核半徑的晶胚時(shí)的過(guò)冷度，稱為臨界過(guò)冷度(AT*)。只有當(dāng)ATAT*時(shí)，才能均勻形核。臨界過(guò)冷度是形核時(shí)所要求的。晶核長(zhǎng)大時(shí)，要求液一固界面前沿液體中有一定的過(guò)冷，這種過(guò)冷稱為動(dòng) 態(tài)過(guò)冷度(ATk = Tm 一 Ti)，它是晶體長(zhǎng)大的必要條件。9.判斷并改正下列概念的錯(cuò)誤之處：所謂過(guò)冷度，是指結(jié)晶時(shí)，在冷卻曲線上出現(xiàn)平臺(tái)的溫度與熔點(diǎn) 之差；而動(dòng)態(tài)過(guò)冷

6、度是指結(jié)晶過(guò)程中，實(shí)際液相的溫度與熔點(diǎn)之差。答案：應(yīng)為“在冷卻曲線上出現(xiàn)的實(shí)際結(jié)晶溫度與熔點(diǎn)之差液-固界面 前沿液態(tài)中的溫度與熔點(diǎn)之差”金屬結(jié)晶時(shí)，原子從液相無(wú)序排列到固相有序排列，使體系熵值減少，因此是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。答案：應(yīng)為“使體系自由能減小”從非均勻形核功的計(jì)算公式A =A (2蜘：*OS39)中可以看出，非 均當(dāng)潤(rùn)濕角e =00時(shí)，非均勻形核的形核功最大。答案：應(yīng)為“非均勻形核的形核功最小”在研究某金屬細(xì)化晶粒工藝時(shí)，主要尋找那些熔點(diǎn)高、且與該金屬晶格常數(shù)相近的形核劑，其形核的催化效能最高。答案：正確。從宏觀上觀察，若液一固界面是平直的稱為光滑界面結(jié)構(gòu)，若是金屬鋸齒形的稱為粗糙界面結(jié)構(gòu)

7、。答案：應(yīng)為“平直的稱為粗糙界面結(jié)構(gòu)鋸齒形的稱為平滑界面結(jié)構(gòu)”合金中的第二相粒子一般可阻礙再結(jié)晶，但促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大。答案：不對(duì)。合金中的第二相粒子一般可阻礙再結(jié)晶，也會(huì)阻止晶粒長(zhǎng)大回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過(guò)程均是形核及核長(zhǎng)大過(guò)程，其驅(qū)動(dòng)力均為儲(chǔ)存能。答案：不對(duì)。只有再結(jié)晶過(guò)程才是形核及核長(zhǎng)大過(guò)程，其驅(qū)動(dòng)力是儲(chǔ)存能先結(jié)晶部分總是富高熔點(diǎn)組元，后結(jié)晶的部分是富低熔點(diǎn)組元。答案：正確非平衡凝固總是導(dǎo)致凝固終結(jié)溫度高于平衡凝固時(shí)的終結(jié)溫度答案：錯(cuò)誤。應(yīng)該是低于溫度高，層錯(cuò)能低均是使回復(fù)發(fā)生多邊化的有利因素答案：錯(cuò)誤。應(yīng)該是“層錯(cuò)能高”計(jì)算10.碳在a-Ti中的擴(kuò)散速率在以下溫度被確定：測(cè)量溫度擴(kuò)散系數(shù)

8、DS/s)736C2X10-13782 C5X10-13835C1.3X10-12試確定公式D=D exp(-Q/RT)是否適用；若適用，則計(jì)算出擴(kuò)散常0數(shù)D0和激活能Q。試求出500C下的擴(kuò)散速率。停丁二R P w以滄三國(guó)敏撫身割狀人D嘰曹印扃)5*成& Pc? i菽我由SV? 一3弱另 = 6?套手=|初曲0輪M式舸土5知曲從P*筍T)攻陽(yáng))伽十次)K = 773七虹小口八弁泌偵3沖3 =玷5加E%計(jì)算11.有一截面為10mmx10mm的鎳基合金試樣，其長(zhǎng)度為40mm，拉 伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表，試計(jì)算其抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度氣2,延伸率5以及彈性模量E。載荷（N）標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）040.043,1

9、0040.186,20040.2102,00040.4104,80040.8109,60041.6113,80042.4121,30044.0126,90046.0127,60048.0113,800 （破斷）50.2jj.7ggjL- 分二方竺喳_ u /。注HQx脫= 25以秋務(wù)齦援計(jì)斗辟性榛量jgF，gm題5正此叟二伊./徹mw對(duì)紜;2，宓板冷3 5/10 快簡(jiǎn)答：12.簡(jiǎn)要分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、固熔強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化在本質(zhì)上有何異同。答案:加工硬化是由于位錯(cuò)塞積、纏結(jié)及其相互作用，阻止了位錯(cuò)的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)。細(xì)晶強(qiáng)化是由于晶界上的原子排列不規(guī)則，且雜質(zhì)和缺陷多，能量較高，阻 礙位錯(cuò)的通過(guò)；且

10、晶粒細(xì)小時(shí)，變形均勻，應(yīng)力集中小，裂紋不易萌生和傳播。固熔強(qiáng)化是由于位錯(cuò)與熔質(zhì)原子交互作用，即柯氏氣團(tuán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。彌散強(qiáng)化是由于位錯(cuò)繞過(guò)、切過(guò)第二相粒子，需要增加額外的能量（如表面 能或錯(cuò)排能）；同時(shí)，粒子周圍的彈性應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn) 動(dòng)。13.某面心立方晶體的可動(dòng)滑移系為（1H）10。（1）指出引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量；（2）如果滑移是由純?nèi)行臀诲e(cuò)引起的，試指出位錯(cuò)線的方向；（3）如果滑移是由純螺型位錯(cuò)引起的，試指出位錯(cuò)線的方向；（4）指出在上述（2）、（3）兩種情況下滑移時(shí)位錯(cuò)線的滑移方向；（5）假定在該滑移系上作用一大小為0.7MPa的切應(yīng)力，試計(jì)算單位刃型位錯(cuò)和

11、 單位螺型位錯(cuò)線受力的大小和方向（取點(diǎn)陣常數(shù)a=0.2nm）a解：（1）引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量為b = -110，即沿滑移方向上相鄰兩個(gè)原子間的連線所表示的矢量。（2）設(shè)位錯(cuò)線方向?yàn)閡vw。因刃位錯(cuò)線與其柏氏矢量垂直，同時(shí)也垂直于滑移面法線，即uvw = 111x 110 = 112（3）因螺位錯(cuò)與其柏氏矢量平行，故uvw = 110。（4）在（2）時(shí)，位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向平行于b ；在（3）時(shí)，位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向垂直于b。（5）在外間切應(yīng)力t的作用下，位錯(cuò)線單位長(zhǎng)度上所受的力的大小為g =t b，方向與位錯(cuò)線垂直。而 b =、：（2）2 + （2）2 = 2a所以 F =tb = 0.7x笠a

12、 = 0.7x *2X0.2X10 = 9.899x 10-11 MN/m22F刃的方向垂直于位錯(cuò)線；F螺的方向也垂直于位錯(cuò)線。一個(gè)位錯(cuò)環(huán)能否各部分都是螺型位錯(cuò)，能否各部分都是刃型位錯(cuò)?為什么？解：螺型位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線平行，一根位錯(cuò)只有一個(gè)柏氏矢量，而一個(gè)位 錯(cuò)環(huán)不可能與一個(gè)方向處處平行，所以一個(gè)位錯(cuò)環(huán)不能各部分都是螺型位錯(cuò)。刃 位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直，如果柏氏矢量垂直位錯(cuò)環(huán)所在的平面，則位錯(cuò)環(huán) 處處都是刃型位錯(cuò)。這種位錯(cuò)的滑移面是位錯(cuò)環(huán)與柏氏矢量方向組成的棱柱面， 這種位錯(cuò)又稱棱柱位錯(cuò)。簡(jiǎn)述再結(jié)晶形核的驅(qū)動(dòng)力和過(guò)程？驅(qū)動(dòng)力：變形金屬回復(fù)后未釋放的儲(chǔ)存能。過(guò)程：1.凸出形核：粗大亞晶

13、在某些晶界上向細(xì)小亞晶弓出形成。亞晶形核：亞晶合并機(jī)制：通過(guò)某些取向差較小的相鄰亞晶界上的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)解 離、拆散并轉(zhuǎn)移到其他亞晶界上形成。亞晶遷移機(jī)制：變形量很大、層錯(cuò)能低的金屬中，某些亞晶直接長(zhǎng) 大成晶核再結(jié)晶溫度的定義及其影響因素。答：再結(jié)晶溫度是冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度。再結(jié)晶溫度的影響因素：1、 變形程度的影響冷變形量越大，再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力越大，再結(jié)晶溫度越低； 變形量達(dá)到一定程度后，再結(jié)晶溫度趨于穩(wěn)定。2、原始晶粒尺寸 原始晶粒細(xì)小，冷變形后儲(chǔ)存的能量大，晶界提供較多的形 核位置，再結(jié)晶溫度降低。3、 微量溶質(zhì)原子提高金屬的再結(jié)晶溫度，溶質(zhì)原子的偏聚阻礙位錯(cuò)的滑移 和晶界的遷移，不利于再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大。4、第二相粒子 第二相粒子尺寸大，間距寬時(shí)，有利形核，促進(jìn)再結(jié)晶；第二 相粒子尺寸小，間距密集時(shí)，阻礙再結(jié)晶。根據(jù)Fe-Fe3C相圖，計(jì)算：室溫下，含碳0.6%的鋼中珠光體 和鐵素體各占多少；室溫下，含碳1.2%的鋼中珠光體和二次滲碳 體各占多少；鐵碳合金中，二次滲碳體和