中南大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)期末考試題01-06年答案

中南大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)期末考試題01-06年答案中南大學(xué)考試試卷答案2001——2002學(xué)年第二學(xué)期時(shí)間110分鐘一、名詞解釋（5分×8）1、金屬玻璃2、金屬間化合物3、離異共晶4、晶界偏聚5、科垂?fàn)枤鈭F(tuán)（CottrellAtmosphere）6、孿生7、反應(yīng)擴(kuò)散8、變形織構(gòu)參考答案：1.金屬玻璃：指金屬?gòu)囊簯B(tài)凝固后其結(jié)構(gòu)與液態(tài)金屬相同的固體；2.金屬間化合物：金屬與金屬、金屬與某些非金屬之間形成的化合物，結(jié)構(gòu)與組成金屬間化合物的純金屬不同，一一般具有熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大的特點(diǎn)。3.離異共晶：有共晶反應(yīng)的合金中，如果成分離共晶點(diǎn)較遠(yuǎn)，由于初晶數(shù)量多，共晶數(shù)量很少，共晶中與初晶相同的相依附初晶長(zhǎng)大，共晶中另外一個(gè)相呈現(xiàn)單獨(dú)分布，使得共晶組織失去其特有組織特征的現(xiàn)象；4.晶界偏聚：由于晶內(nèi)與晶界上的畸變能差別或由于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；5.科垂?fàn)枤鈭F(tuán)：溶質(zhì)原子在刃型位錯(cuò)周?chē)木奂默F(xiàn)象，這種氣團(tuán)可以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效應(yīng)等結(jié)果；6.孿生：是晶體塑性變形的一種重要方式，晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分晶體作均勻切變，使得相鄰部分晶體取向不同，并以切變晶面（攣晶面）成鏡面對(duì)稱；7.反應(yīng)擴(kuò)散：伴隨有化學(xué)反應(yīng)而形成新相的擴(kuò)散稱為反應(yīng)擴(kuò)散，如從金屬表面向內(nèi)部滲入金屬時(shí)，滲入元素濃度超過(guò)溶解度出現(xiàn)新相；8.變形織構(gòu)：經(jīng)過(guò)塑性變形后原來(lái)多晶體中位向不同的晶粒變成取向基本一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)為織構(gòu)，若織構(gòu)是在塑性變形中產(chǎn)生的，稱為變形織構(gòu)。二、問(wèn)答題1、（10分）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。參考答案：ABCDEF面的晶面指數(shù)為（0001）或（001）；面的晶面指數(shù)為；OC方向的晶向指數(shù)為或[010]；方向的晶向指數(shù)為或[011]；（0001）與、與可構(gòu)成滑移系；其中滑移系（0001）容易產(chǎn)生滑移。2、（10分）判斷位錯(cuò)反應(yīng)在面心立方晶體中能否進(jìn)行？若兩個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)的領(lǐng)先位錯(cuò)發(fā)生上述反應(yīng)，會(huì)對(duì)面心立方金屬性能有何影響。參考答案：參照幾何條和能量條要求，位錯(cuò)反應(yīng)可以進(jìn)行；反應(yīng)后位錯(cuò)不可動(dòng)，影響晶體的加工硬化機(jī)制和斷裂性能。3、（10分）寫(xiě)出非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程的表達(dá)式，說(shuō)明影響方程中擴(kuò)散系數(shù)的主要因素。參考答案：非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程的表達(dá)式為，若擴(kuò)散系數(shù)D不隨濃度變化，則可以簡(jiǎn)化為；影響方程中擴(kuò)散系數(shù)的主要因素有溫度、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、固溶體類(lèi)型、擴(kuò)散元素性質(zhì)、擴(kuò)散組元濃度等。4、（10分）指出影響冷變形后金屬再結(jié)晶溫度的主要因素。要獲得尺寸細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，有那些主要措施，為什么?參考答案：影響冷變形后金屬再結(jié)晶溫度的主要因素有：變形程度、微量雜質(zhì)和合金元素、金屬晶粒度、加熱時(shí)間、加熱速度；要獲得尺寸細(xì)小的再結(jié)晶晶粒主要措施有：加大冷變形程度，加入微量合金元素，提高加熱速度、采用細(xì)晶粒金屬。5、（15分）試述針對(duì)工業(yè)純鋁、Al－5％Cu合金、Al－5％Al2O3復(fù)合材料分別可能采用那些主要的強(qiáng)化機(jī)制來(lái)進(jìn)行強(qiáng)化。參考答案：對(duì)工業(yè)純鋁主要的強(qiáng)化機(jī)制為加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化；Al－5％Cu合金的強(qiáng)化機(jī)制為固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化；Al－5％Al2O3復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制為加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化。6、（15分）請(qǐng)?jiān)谌缦翽b－Bi－Sn相圖中（1）寫(xiě)出三相平衡和四相平衡反應(yīng)式；（2）標(biāo)出成分為5％Pb，65％Bi與30％Sn合金所在位置，寫(xiě)出該合金凝固結(jié)晶過(guò)程，畫(huà)出并說(shuō)明其在室溫下的組織示意圖。參考答案：（1）三相平衡反應(yīng)式：E2E線：L→Bi＋Sn；E1E線：L→Bi＋Pb；E點(diǎn)為四相平衡，其反應(yīng)式為L(zhǎng)→Bi＋Sn＋Pb。（2）合金所在位置（略）；該合金凝固過(guò)程為：析出初晶L→Bi，剩余液相析出二元共晶，L→Bi＋Sn，再?gòu)亩嘤嘁合嘀形龀鋈簿→Bi＋Sn＋Pb；室溫下的組織為Bi初晶＋（Bi＋Sn）二元共晶＋（Bi＋Sn＋Pb）三元共晶，室溫下的組織示意圖（略）。7、（20分）Cu－Sn合金相圖如圖所示。（1）寫(xiě)出相圖中三條水平線的反應(yīng)式，并畫(huà)出T1溫度下的成分－自由能曲線示意圖；（2）說(shuō)明Cu－10wt％Sn合金平衡和非平衡凝固過(guò)程，分別畫(huà)出室溫下組織示意圖；（3）非平衡凝固對(duì)Cu－5wt％Sn合金的組織性能有何影響，消除？參考答案：（1）相圖中三條水平線的反應(yīng)式（溫度由高到低）：包晶反應(yīng)：L＋α→β，共析反應(yīng)β→α＋γ，共析反應(yīng)γ→α＋δ；T1溫度下的成分－自由能曲線示意圖（略）；（2）Cu－10wt％Sn合金平衡凝固過(guò)程：析出初晶α，凝固后得到單相固溶體α，Cu－10wt％Sn合金非平衡凝固過(guò)程：析出初晶α，發(fā)生包晶反應(yīng)L＋α→β形成β，β分布在α枝晶間隙，隨后還發(fā)生共析反應(yīng)β→α＋γ和γ→α＋δ，最后形成α枝晶之間分布有塊狀δ或（α＋δ）共析體；室溫下組織示意圖（略）。（3）Cu－10wt％Sn合金非平衡凝固時(shí)由于溶質(zhì)原子在分配而產(chǎn)生枝晶偏析；造成合金鑄錠強(qiáng)度低、加工塑性差，枝晶偏析還使合金耐腐蝕性能降低；消除枝晶偏析可以采用將鑄錠在略低于固相線溫度長(zhǎng)時(shí)間均勻化退火。8、（20分）低層錯(cuò)能的工業(yè)純銅鑄錠采用T＝0.5T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）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？參考答案：（1）該材料熱加工時(shí)的真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線示意圖（略），[注意曲線中均應(yīng)有應(yīng)力峰值，在高應(yīng)變速率下出現(xiàn)應(yīng)力峰值后曲線基本水平，在低應(yīng)變速率下出現(xiàn)應(yīng)力峰值后曲線呈波浪]。高應(yīng)變速率下曲線分三個(gè)階段：未發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的加工硬化階段，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶加劇階段，完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶階段（此時(shí)加工硬化與再結(jié)晶軟化達(dá)到平衡，曲線接近水平，達(dá)到穩(wěn)態(tài)流變階段）低應(yīng)變速率下完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶階段呈波浪形，是反復(fù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化－加工硬化－動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化交替進(jìn)行的結(jié)果；（2）開(kāi)坯后金屬在室溫下繼續(xù)進(jìn)行軋制的真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線示意圖（略）；真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線一直上升，直至斷裂，主要機(jī)制為加工硬化；（3）開(kāi)坯后要獲得硬態(tài)金屬，可以進(jìn)行冷加工，機(jī)制為加工硬化；獲得軟態(tài)制品，可采用冷加工后再結(jié)晶退火；獲得半硬態(tài)制品，可采用冷加工后回復(fù)退火，或者完全再結(jié)晶退火后適當(dāng)冷變形。2002——2003學(xué)年第二學(xué)期時(shí)間110分鐘一、填空1、[110]；(111)；ABCABC……；0.74；12；4；2、異類(lèi)原子之間相互吸引力大于同類(lèi)原子之間吸引力；一定的化學(xué)成分；較慢的冷卻速度3、升高；降低；降低4、2.11％C；2.11％C；鐵素體和滲碳體（α和Fe3C）；fcc；2.11％；0.77％；4.3％；鐵素體珠光體；珠光體和Fe3CII；液相；先共晶奧氏體；鐵素體；6.69％5、（）；6、20%A-40%B-40%C二、名詞解釋（6X5=30分）1.晶帶和晶帶軸2.柱狀晶和等軸晶3.包析反應(yīng)和共析反應(yīng)4.割階和扭折5.冷加工與熱加工1.晶帶和晶帶軸：許多平行于同一晶向的不同的晶面組的總稱為晶帶，而與這些晶面組平行的晶向稱為晶帶軸；2.柱狀晶和等軸晶：金屬晶體結(jié)晶過(guò)程中沿著散熱方向優(yōu)先生長(zhǎng)形成的長(zhǎng)條形晶粒稱為柱狀晶，而如果晶粒長(zhǎng)大時(shí)沒(méi)有擇優(yōu)方向，向各個(gè)方向長(zhǎng)大速度基本相等所得到的晶粒稱為等軸晶；3.包析反應(yīng)和共析反應(yīng)：由兩個(gè)固相反應(yīng)得到一個(gè)固相的過(guò)程為包析反應(yīng)，而由一個(gè)固相分解得到其它兩個(gè)固相的反應(yīng)為共析反應(yīng)4.割階和扭折：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與其它位錯(cuò)交截后形成一定的位錯(cuò)交截折線，若交截后的位錯(cuò)折線在原來(lái)位錯(cuò)的滑移面上，此位錯(cuò)折線稱為扭折，若交截后的位錯(cuò)折線垂直于原來(lái)位錯(cuò)的滑移面，此位錯(cuò)折線稱為割階；5.冷加工與熱加工：通常根據(jù)金屬材料的再結(jié)晶溫度來(lái)加以區(qū)分，在再結(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。三、（10分）試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點(diǎn)。根據(jù)冷卻速度對(duì)金屬組織的影響，現(xiàn)要獲得非晶，亞穩(wěn)相，請(qǐng)指出其凝固時(shí)控制。試說(shuō)明在正溫度梯度下為什么固溶體合金凝固時(shí)可以呈樹(shù)枝狀方式成長(zhǎng)，而純金屬則得不到樹(shù)枝狀晶。通常鑄錠組織的特點(diǎn)為外層的細(xì)等軸晶，鑄錠表面向里有柱狀晶，心部為粗大等軸晶；要獲得非晶可以以極快速度將金屬液體冷卻，要獲得亞穩(wěn)相也必須使冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)平衡冷卻速度；由于溶質(zhì)原子再分配造成成分過(guò)冷使固溶體合金正溫度梯度下凝固時(shí)也可以呈樹(shù)枝狀方式成長(zhǎng)，而純金屬則需要在負(fù)溫度梯度下才能得到樹(shù)枝狀晶。四、（20分）如圖3的二元合金相圖，（1）分析5.6%Cu合金和5.7%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時(shí)室溫組織特點(diǎn)；（2）Al為fcc結(jié)構(gòu)，圖中的a相為何種晶體結(jié)構(gòu)？（3）指出此二元系中比較適合做變形合金何鑄造合金的成分范圍。（4）計(jì)算出亞共晶合金在溫度為T(mén)E（共晶反應(yīng)前）時(shí)的平衡分配系數(shù)。（5）設(shè)X合金平衡凝固完畢時(shí)的組織為a初晶+(a+θ)共晶，其中a初晶占80%，則此合金中剛凝固完畢時(shí)θ組元的含量是多少？（6）繪出T=560℃溫度時(shí)各相的自由能-成分曲線示意圖。圖3（1）5.6%Cu合金在平衡結(jié)晶時(shí)室溫組織為，快速冷卻不平衡結(jié)晶時(shí)室溫組織還出現(xiàn)少量非平衡共晶組織（α＋θ）共晶；5.7%Cu合金在平衡結(jié)晶時(shí)室溫組織為α＋θⅡ＋（α＋θ）共晶，快速冷卻不平衡結(jié)晶時(shí)室溫組織出現(xiàn)離異共晶；（2）fcc結(jié)構(gòu)；（3）Cu含量少于5.65％的合金；（4）k0＝0.17（5）9.7％（6）T=560℃溫度時(shí)各相的自由能-成分曲線示意圖如圖。五、（10分）圖4為Fe-W-C三元系的液相面投影圖。寫(xiě)出1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反應(yīng)式。選擇一個(gè)合金成分其組織在剛凝固完畢時(shí)只有三元共晶。各四相平衡反應(yīng)式分別為，1700℃：L＋WC＋W→η，1200℃：L＋η→WC＋γ，1085℃：L→γ＋WC＋γ；Ⅰ合金成分其組織在剛凝固完畢時(shí)只有三元共晶。六、（10分）圖5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)沖壓制表面質(zhì)量有何不利影響。1.由于柯垂耳氣團(tuán)的影響2.屈服現(xiàn)象使得沖壓制表面不平整。七、（10分）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，在加工之后可否采用相同的最終熱處理工藝？為什么？不能采用相同的最終熱處理工藝，戶外用的架空銅導(dǎo)線一般用回復(fù)退火，戶內(nèi)電燈用花線采用再結(jié)晶退火。八、（10分）提高固溶體合金的強(qiáng)度固溶強(qiáng)化，加工硬化，細(xì)晶強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化九、（10分）試說(shuō)明晶界對(duì)材料性能及變形的影響。晶界影響到材料的各個(gè)方面，具有晶界能，影響到多晶材料中的第二相的形狀，晶界可以運(yùn)動(dòng)，有晶界偏聚，晶界電荷變化，承擔(dān)載荷傳遞作用，晶界熔點(diǎn)低，易過(guò)燒，晶界是易擴(kuò)散通道，晶界處易形核，晶界易受腐蝕；晶界對(duì)金屬材料在常溫下強(qiáng)化，高溫下弱化十、（10分）簡(jiǎn)單說(shuō)明原子擴(kuò)散對(duì)材料的影響；舉兩個(gè)實(shí)例說(shuō)明金屬中的上坡擴(kuò)散現(xiàn)象。原子擴(kuò)散對(duì)材料的影響如鑄中晶粒形核和長(zhǎng)大、晶界運(yùn)動(dòng)、氧化…….等許多過(guò)程均牽涉到原子擴(kuò)散；金屬中的上坡擴(kuò)散實(shí)例如柯垂耳氣團(tuán)的形成，調(diào)幅分解過(guò)程等。十一、（15分）工業(yè)純銅的熔點(diǎn)為1083e，在劇烈冷變形后的工業(yè)純銅板上取三個(gè)試樣，第一個(gè)試樣加熱到200e，第二個(gè)試樣加熱到500e，第三個(gè)試樣加熱到800e，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。試樣熱處理后的顯微組織示意圖（略，分別為纖維組織，再結(jié)晶組織和晶粒長(zhǎng)大組織）；200e加熱試樣強(qiáng)度高，塑性低，500e加熱試樣強(qiáng)度低，塑性好，800e加熱試樣強(qiáng)度更低。2003——20xx學(xué)年第二學(xué)期時(shí)間110分鐘1.名詞解釋（3分/個(gè)＝18分）變溫截面：三元相圖中垂直成分三角形的截面；過(guò)冷度：ΔT指Tm與Tn的差值二維平面長(zhǎng)大；偏析反應(yīng)：a+b?g稱為包析反應(yīng)；固溶體：一個(gè)固體組元（溶質(zhì)）溶解在另外一個(gè)組元（溶劑）晶格中，保持溶劑晶格特點(diǎn)的物質(zhì)；成分過(guò)冷：合金凝固中由于溶質(zhì)原子再分配形成的過(guò)冷；形核功：金屬凝固過(guò)程中形成晶核需要的額外能量。2.寫(xiě)出固溶體的分類(lèi)（10分）：置換、間隙固溶體；有限、無(wú)限固溶體；有序、無(wú)序固溶體；一次、二次固溶體；3.試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點(diǎn)及成因。解答：根據(jù)金屬結(jié)晶過(guò)程的形核和長(zhǎng)大理論以及鑄錠的散熱過(guò)程，可以得出通常鑄錠組織的特點(diǎn)為最外層為細(xì)小等軸晶，靠?jī)?nèi)為柱狀晶，最內(nèi)層為粗大等軸晶。4.根據(jù)鐵碳亞穩(wěn)平衡相圖回答下列問(wèn)題：解答：Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖如圖。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的合金成分分別為含碳量2.11%，0.77%，4.3%。2）平衡反應(yīng)的成分及溫度，反應(yīng)式為：1495℃，L0.53＋δ0.09－A0.17，包晶反應(yīng)；1148℃，L4.3－A2.11＋Fe3C，共晶反應(yīng)；727℃，A0.77－F0.0218+Fe3C，共析反應(yīng)；3）凝固過(guò)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%。4）三種鋼在給定溫度下的顯微組織如表。1200℃時(shí)各相的自由能成分曲線示意圖如圖5Cu-Zn-Al合金室溫下的等溫截面和2%Al的垂直截面圖，回答問(wèn)題：解答：1）Cu-30%Zn-10%Al合金的成分點(diǎn)見(jiàn)圖中X點(diǎn)。2）Cu-20%Zn-8%Al合金，位于α+γ兩相區(qū)邊界線上，由α＋γ兩相組成。Cu-25Zn-6Al合金位于α＋＋γ的三相區(qū)中，由α＋＋γ的三相區(qū)組成，可以從圖中讀出各相成分點(diǎn)：α：Cu-22.6Zn-3.45Al,γ：Cu-18Zn-11.5Al,β：Cu-30Zn-4Al故Cu-20Zn-8Al合金中α％＝×100％＝43.50%，γ％＝1－α％＝56.5%Cu－25Zn－6Al合金中＝×100％=50%α%=(1-)×43.5%=21.75%,γ％=(1-)×56.5%=28.25%3)Y合金凝固過(guò)程：L－α，L－α＋β，β－α20xx——20xx學(xué)年第二學(xué)期時(shí)間110分鐘1.（10分）畫(huà)出fcc晶胞中（111）晶面上的所有[110]晶向；在hcp晶胞中畫(huà)出晶向和晶面。OACBD圖1fcc晶胞圖2hcp晶胞參考答案：fcc晶胞如圖1，ACE所在晶面為（111）晶面，[110]晶向?yàn)镺D方向。hcp晶胞如圖2，晶向?yàn)镺a3反方向，晶面為ABCD面。2.（10分）舉出凝固理論在金屬材料結(jié)晶中的幾個(gè)應(yīng)用，加以簡(jiǎn)單說(shuō)明。參考答案：鑄錠組織控制、單晶體制備、非晶體制備等……。3.（10分）畫(huà)出Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖，根據(jù)相圖回答下列問(wèn)題：a.標(biāo)出合金在室溫下的組織組成；b.寫(xiě)出相圖中三個(gè)等溫反應(yīng)式；c.分析含碳量為0.45％的合金的平衡冷卻過(guò)程；計(jì)算其在室溫下的組織組成物的相對(duì)百分含量；d.畫(huà)出0.45％C的合金在1148℃時(shí)的成分－自由能曲線示意圖；e.試分析元素C及Cr在Fe中的可能存在形式及其作用。參考答案a．畫(huà)Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖如圖3所示。b．合金在室溫下的組織組成：相圖中從左到右依次為：F，F(xiàn)＋Fe3CⅢ，F(xiàn)＋P，P，P＋Fe3CⅡ，Ld＋P＋Fe3CⅡ，Ld，Ld＋Fe3CⅠ；c．含碳量為0.45％的合金的平衡冷卻過(guò)程為：L，L→A，A，A→Fe3CⅡ，A→P，室溫下得到P＋Fe3CⅡ組織；d．略e．元素C在Fe中可以固溶在Fe中，起到強(qiáng)化作用，與Fe形成化合物如Fe3C，分布形態(tài)不好會(huì)降低合金強(qiáng)度與塑性；Cr可以固溶在Fe中，起到強(qiáng)化作用，Cr也可與Fe、C形成合金碳化物。4.（10分）試總結(jié)位錯(cuò)在金屬材料中的作用。參考答案要點(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)是第二相形核的擇優(yōu)場(chǎng)所，位錯(cuò)影響擴(kuò)散速度。5.（10分）分析原子擴(kuò)散在金屬材料中的作用。參考答案要點(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。6.（10分）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。參考答案要點(diǎn)多晶體金屬的變形過(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。7.（10分）分析層錯(cuò)能對(duì)金屬熱塑性變形的影響。參考答案要點(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)。8.（10分）提高金屬材料強(qiáng)度的途徑有哪些?參考答案要點(diǎn)細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、加工硬化、沉淀強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化等。9.（10分）解釋下列名詞：成分過(guò)冷；離異共晶；反應(yīng)擴(kuò)散；面角位錯(cuò)；晶界偏聚參考答案成分過(guò)冷：由于在結(jié)晶過(guò)程中固溶體合金的溶質(zhì)原子再分配造成固溶體合金在正溫度梯度下，其凝固界面前沿的液相中在合適的溫度梯度下也有過(guò)冷現(xiàn)象出現(xiàn)，稱為成分過(guò)冷；離異共晶：有共晶反應(yīng)的合金中，如果成分離共晶點(diǎn)較遠(yuǎn)，由于初晶數(shù)量多，共晶數(shù)量很少，共晶中與初晶相同的相依附初晶長(zhǎng)大，共晶中另外一個(gè)相呈現(xiàn)單獨(dú)分布，使得共晶組織失去其特有組織特征的現(xiàn)象；反應(yīng)擴(kuò)散：伴隨有化學(xué)反應(yīng)而形成新相的擴(kuò)散稱為反應(yīng)擴(kuò)散，如從金屬表面向內(nèi)部滲入金屬時(shí)，滲入元素濃度超過(guò)溶解度出現(xiàn)新相；面角位錯(cuò)：在位錯(cuò)反應(yīng)中，fcc晶體中不同滑移面上的全位錯(cuò)分解為不全位錯(cuò)后，領(lǐng)先不全位錯(cuò)反應(yīng)生成新的不可動(dòng)位錯(cuò)，導(dǎo)致出現(xiàn)的三個(gè)不全位錯(cuò)之間夾雜兩個(gè)層錯(cuò)的不可動(dòng)位錯(cuò)組態(tài)；晶界偏聚：由于晶內(nèi)與晶界上的畸變能差別或由于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；10.（10分）如圖Pb-Sn-Bi三元合金相圖，試寫(xiě)出圖中五條單變量線及P點(diǎn)、E點(diǎn)反應(yīng)的反應(yīng)式；分析圖中合金2的平衡結(jié)晶過(guò)程，指出它的開(kāi)始凝固溫度。參考答案圖中五條單變量線的反應(yīng)式分別為，e1P：L→α＋δ；e2P：L→γ＋δ；e3P：L→γ＋β；pP：L＋β→α；PE：L→δ＋βP點(diǎn)反應(yīng)：L＋α→δ＋β；E點(diǎn)分反應(yīng)：L→δ＋β＋γ。圖中合金2的平衡結(jié)晶過(guò)程：L→δ，L→δ＋β，L→δ＋β＋γ，合金2的開(kāi)始凝固溫度從圖中可以得到為150℃。20xx——20xx學(xué)年第二學(xué)期時(shí)間110分鐘1.名詞解釋螺型位錯(cuò)：b與位錯(cuò)線平行的位錯(cuò)非平衡偏聚：由于空位引起的位錯(cuò)小角晶界：相鄰晶粒之間同一個(gè)晶面間夾角低于10度的晶界滑移系：滑移面與其上的一個(gè)滑移方向的總稱變形織構(gòu)：變形中形成的大部分晶粒位向取向相同的現(xiàn)象再結(jié)晶溫度：75％變形量下保溫1h后開(kāi)始再結(jié)晶的溫度動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：高層錯(cuò)能金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行變形時(shí)，發(fā)生的軟化過(guò)程二、簡(jiǎn)答題1.（圖略）分別為：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；2.戶外用的架空銅導(dǎo)線采用回復(fù)退火軟化，只去應(yīng)力，保留強(qiáng)度；戶內(nèi)電燈用花線采用再結(jié)晶退火軟化3.纖維組織，流線，亞結(jié)構(gòu)為胞狀組織；加工硬化，內(nèi)應(yīng)力，織構(gòu)4.屈服是試樣拉伸中在不變應(yīng)力下繼續(xù)延展的現(xiàn)象，由于Cotrell氣團(tuán)引起5.根據(jù)硬度變化，高變形量金屬保溫1h后測(cè)量硬度變化6.位錯(cuò)反應(yīng)幾何條：b1+b2abcabc能量條：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)，系固定位錯(cuò)。篇2：中南大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題中南大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題本文關(guān)鍵詞：材料科學(xué)，課后，習(xí)題，中南大學(xué)，基礎(chǔ)中南大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題本文簡(jiǎn)介：第一章原子排列與晶體結(jié)構(gòu)1.fcc結(jié)構(gòu)的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛順序是，致密度為，配位數(shù)是,晶胞中原子數(shù)為，把原子視為剛性球時(shí)，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是；bcc結(jié)構(gòu)的密排方向是，密排面是,致密度為,配位數(shù)是,晶胞中原子數(shù)為，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是；hcp結(jié)構(gòu)的密排方向是，中南大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題本文內(nèi)容：第一章原子排列與晶體結(jié)構(gòu)1.fcc結(jié)構(gòu)的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛順序是，致密度為，配位數(shù)是,晶胞中原子數(shù)為，把原子視為剛性球時(shí)，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是；bcc結(jié)構(gòu)的密排方向是，密排面是,致密度為,配位數(shù)是,晶胞中原子數(shù)為，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是；hcp結(jié)構(gòu)的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛順序是，致密度為，配位數(shù)是,，晶胞中原子數(shù)為，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是。2.Al的點(diǎn)陣常數(shù)為0.4049nm，其結(jié)構(gòu)原子體積是，每個(gè)晶胞中八面體間隙數(shù)為，四面體間隙數(shù)為。3.純鐵冷卻時(shí)在912e發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變是從結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)，配位數(shù)，致密度降低，晶體體積，原子半徑發(fā)生。4.在面心立方晶胞中畫(huà)出晶面和晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。在hcp晶胞的（0001）面上標(biāo)出晶面和晶向。5.求和兩晶向所決定的晶面。6在鉛的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知鉛為fcc面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半徑R=0.175×10-6mm。第二章合金相結(jié)構(gòu)一、填空1）隨著溶質(zhì)濃度的增大，單相固溶體合金的強(qiáng)度，塑性，導(dǎo)電性，形成間隙固溶體時(shí)，固溶體的點(diǎn)陣常數(shù)。2）影響置換固溶體溶解度大小的主要因素是（1）；（2）；（3）；（4）和環(huán)境因素。3）置換式固溶體的不均勻性主要表現(xiàn)為和。4）按照溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑點(diǎn)陣的位置區(qū)分，固溶體可分為和。5）無(wú)序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w時(shí)，合金性能變化的一般規(guī)律是強(qiáng)度和硬度，塑性，導(dǎo)電性。6）間隙固溶體是，間隙化合物是。二、問(wèn)答1、分析氫，氮，碳，硼在a-Fe和g-Fe中形成固溶體的類(lèi)型，進(jìn)入點(diǎn)陣中的位置和固溶度大小。已知元素的原子半徑如下：氫：0.046nm，氮：0.071nm，碳：0.077nm，硼：0.091nm，a-Fe：0.124nm，g-Fe：0.126nm。2、簡(jiǎn)述形成有序固溶體的必要條。第三章純金屬的凝固1.填空1.在液態(tài)純金屬中進(jìn)行均質(zhì)形核時(shí)，需要起伏和起伏。2液態(tài)金屬均質(zhì)形核時(shí)，體系自由能的變化包括兩部分，其中自由能是形核的阻力，是形核的動(dòng)力；臨界晶核半徑rK與過(guò)冷度vT關(guān)系為，臨界形核功vGK等于。3動(dòng)態(tài)過(guò)冷度是指。4在工廠生產(chǎn)條下，過(guò)冷度增大，則臨界晶核半徑，金屬結(jié)晶冷卻速度越快，N/G比值，晶粒越。5.獲得非晶合金的基本方法是。二、問(wèn)答1根據(jù)凝固理論，試述細(xì)化晶粒的基本途徑。2試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點(diǎn)。3簡(jiǎn)述液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)，過(guò)冷度與臨界晶核半徑，形核功及形核率的關(guān)系。4銅的熔點(diǎn)Tm=1356K，熔化熱vHm=1628J/cm2，s=177×10－7J/cm，點(diǎn)陣常數(shù)a=0.3615nm。求銅vT=100e時(shí)均勻形核的臨界核心半徑。5：何謂過(guò)冷，過(guò)冷度，動(dòng)態(tài)過(guò)冷度，它們對(duì)結(jié)晶過(guò)程有何影響？6根據(jù)冷卻速度對(duì)金屬凝固后組織的影響，現(xiàn)要獲得微晶，非晶，亞穩(wěn)相，請(qǐng)指出其凝固時(shí)控制。7、簡(jiǎn)述純金屬凝固時(shí)潤(rùn)濕角θ、雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)對(duì)異質(zhì)形核的影響。第四章二元合金相圖與合金凝固一、填空1.固溶體合金凝固時(shí)，除了需要結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏外，還要有起伏。2.按液固界面微觀結(jié)構(gòu)，界面可分為和。3.液態(tài)金屬凝固時(shí)，粗糙界面晶體的長(zhǎng)大機(jī)制是，光滑界面晶體的長(zhǎng)大機(jī)制是和。4在一般鑄造條下固溶體合金容易產(chǎn)生偏析，用熱處理方法可以消除。5液態(tài)金屬凝固時(shí)，若溫度梯度dT/dX>0（正溫度梯度下），其固、液界面呈狀，dT/dX篇3：中南大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題答案中南大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題答案本文關(guān)鍵詞：材料科學(xué)，課后，習(xí)題，中南大學(xué)，答案中南大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題答案本文簡(jiǎn)介：第一章原子排列與晶體結(jié)構(gòu)1.[110]，(111)，ABCABC…，0.74，12,4，；[111]，(110),0.68,8,2，；，(0001)，ABAB，0.74，12，6，。2.0.01659nm3，4，8。3.FCC，BCC，減少，降低，膨脹，收縮。4.解答：見(jiàn)圖1－15.解答：設(shè)所決定的中南大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題答案本文內(nèi)容：第一章原子排列與晶體結(jié)構(gòu)1.[110]，(111)，ABCABC…，0.74，12,4，；[111]，(110),0.68,8,2，；，(0001)，ABAB，0.74，12，6，。2.0.01659nm3，4，8。3.FCC，BCC，減少，降低，膨脹，收縮。4.解答：見(jiàn)圖1－15.解答：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）。6解答：Pb為fcc結(jié)構(gòu)，原子半徑R與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系為，故可求得a＝0.4949×10-6mm。則（100）平面的面積S＝a2＝0.244926011×0-12mm2，每個(gè)（100）面上的原子個(gè)數(shù)為2。所以1mm2上的原子個(gè)數(shù)＝4.08×2。第二章合金相結(jié)構(gòu)一、填空1）提高，降低，變差，變大。2）（1）晶體結(jié)構(gòu)；（2）元素之間電負(fù)性差；（3）電子濃度；（4）元素之間尺寸差別3）存在溶質(zhì)原子偏聚和短程有序。4）置換固溶體和間隙固溶體。5）提高，降低，降低。6）溶質(zhì)原子溶入點(diǎn)陣原子溶入溶劑點(diǎn)陣間隙中形成的固溶體，非金屬原子與金屬原子半徑的比值大于0.59時(shí)形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物。二、問(wèn)答1、解答：a-Fe為bcc結(jié)構(gòu)，致密度雖然較小，但是它的間隙數(shù)目多且分散，間隙半徑很小，四面體間隙半徑為0.291Ra，即R＝0.0361nm，八面體間隙半徑為0.154Ra，即R＝0.0191nm。氫，氮，碳，硼由于與a-Fe的尺寸差別較大，在a-Fe中形成間隙固溶體，固溶度很小。a-Fe的八面體間隙的[110]方向R=0.633Ra，間隙元素溶入時(shí)只引起一個(gè)方向上的點(diǎn)陣畸變，故多數(shù)處于a-Fe的八面體間隙中心。B原子較大，有時(shí)以置換方式溶入a-Fe。由于g-Fe為fcc結(jié)構(gòu)，間隙數(shù)目少，間隙半徑大，四面體間隙半徑為0.225Ra，即R＝0.028nm，八面體間隙半徑為0.414Ra，即R＝0.0522nm。氫，氮，碳，硼在g-Fe中也是形成間隙固溶體，其固溶度大于在a-Fe中的固溶度，氫，氮，碳，硼處于g-Fe的八面體間隙中心。2、簡(jiǎn)答：異類(lèi)原子之間的結(jié)合力大于同類(lèi)原子之間結(jié)合力；合金成分符合一定化學(xué)式；低于臨界溫度（有序化溫度）。第三章純金屬的凝固1.填空1.結(jié)構(gòu)和能量。2表面，體積自由能,，。3晶核長(zhǎng)大時(shí)固液界面的過(guò)冷度。4減少，越大，細(xì)小。5.快速冷卻。二、問(wèn)答1解答：凝固的基本過(guò)程為形核和長(zhǎng)大，形核需要能量和結(jié)構(gòu)條，形核和長(zhǎng)大需要過(guò)冷度。細(xì)化晶粒的基本途徑可以通過(guò)加大過(guò)冷度，加入形核劑，振動(dòng)或攪拌。2解答：根據(jù)金屬結(jié)晶過(guò)程的形核和長(zhǎng)大理論以及鑄錠的散熱過(guò)程，可以得出通常鑄錠組織的特點(diǎn)為最外層為細(xì)小等軸晶，靠?jī)?nèi)為柱狀晶，最內(nèi)層為粗大等軸晶。3解答：液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)，均勻形核時(shí)臨界晶核半徑rK與過(guò)冷度vT關(guān)系為，臨界形核功vGK等于。異質(zhì)形核時(shí)固相質(zhì)點(diǎn)可作為晶核長(zhǎng)大，其臨界形核功較小，，θ為液相與非均勻形核核心的潤(rùn)濕角。形核率與過(guò)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(shí)原子擴(kuò)散激活能和臨界形核功。在通常工業(yè)凝固條下形核率隨過(guò)冷度增大而增大。4解答：在金屬凝固時(shí)，可以近似認(rèn)為L(zhǎng)M=vHm,根據(jù)均勻形核時(shí)臨界晶核半徑rK與過(guò)冷度vT關(guān)系為，可以計(jì)算得到r＝0.79×10－7cm＝0.79nm。5：解答：過(guò)冷是指金屬結(jié)晶時(shí)實(shí)際結(jié)晶溫度Tn比理論結(jié)晶溫度Tm低的現(xiàn)象。過(guò)冷度ΔT指Tm與Tn的差值。動(dòng)態(tài)過(guò)冷度指晶核長(zhǎng)大時(shí)的過(guò)冷度。金屬形核和長(zhǎng)大都需要過(guò)冷，過(guò)冷度增大通常使形核半徑、形核功減少，形核過(guò)程容易，形核率增加，晶粒細(xì)化。6解答：冷卻速度極大影響金屬凝固后的組織。冷卻快一般過(guò)冷度大，使形核半徑、形核功減少，形核過(guò)程容易，形核率增加，晶粒細(xì)化，冷卻非常快時(shí)可以得到非晶，在一般工業(yè)條下快速冷卻可以得到亞穩(wěn)相。7、解答：純金屬凝固時(shí)潤(rùn)濕角θ＝0°，形核功為0，固相粒子促進(jìn)形核效果最好；潤(rùn)濕角θ＝180°，異質(zhì)形核功等于均勻形核功，固相粒子對(duì)形核無(wú)促進(jìn)作用；潤(rùn)濕角0°，b相的常見(jiàn)滑移系為{111}，h相的常見(jiàn)滑移系為（0001）。2）它們單晶變形時(shí)應(yīng)力-應(yīng)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(gè)階段。當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到晶體的臨界分切應(yīng)力時(shí)，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似為直線，稱為易滑移階段，此時(shí)加工硬化率很小，滑移線細(xì)長(zhǎng)，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(cuò)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(yīng)變?cè)黾佣鴾p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。4簡(jiǎn)答：冷加工纖維組織是純金屬和單相合金在冷塑性變形時(shí)和變形度很大的條下，各晶粒伸長(zhǎng)成纖維狀；帶狀組織是復(fù)相合金在冷塑性變形和變形度大的條下第二相被破碎或伸長(zhǎng)，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(shí)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(gè)方向上的性能不均，對(duì)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。5簡(jiǎn)答：金屬材料經(jīng)熱加工后機(jī)械性能較鑄造態(tài)好的主要原因是熱加工時(shí)的高溫、大變形量使氣泡、疏松和微裂紋得到機(jī)械焊合，提高了材料的致密性，消除了鑄造缺陷，同時(shí)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(xì)化，這些都可以提高金屬材料的性能。6簡(jiǎn)答：金屬材料經(jīng)冷加工后，強(qiáng)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(jī)制有滑移面上平行位錯(cuò)間的交互作用的平行位錯(cuò)硬化理論，以及滑移面上位錯(cuò)與別的滑移面上位錯(cuò)林切割產(chǎn)生割階的林位錯(cuò)強(qiáng)化理論。加工硬化在實(shí)際生產(chǎn)中用來(lái)控制和改變金屬材料的性能，特別是對(duì)不能熱處理強(qiáng)化的合金和純金屬尤為重要，可以進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的合金，加工硬化可以進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度；加工硬化是實(shí)現(xiàn)某些工和半成品加工成型的主要因素；加工硬化也會(huì)帶來(lái)塑性降低，使變形困難的影響，還會(huì)使材料在使用過(guò)程中尺寸不穩(wěn)定，易變形，降低材料耐蝕性。7簡(jiǎn)答：可有8個(gè)滑移系同時(shí)產(chǎn)生滑移（可以通過(guò)計(jì)算fcc的滑移系與[001]方向的夾角得到此結(jié)果）。開(kāi)動(dòng)其中一個(gè)滑移系至少要施加的拉應(yīng)力為9簡(jiǎn)答：第二相在冷塑性變形過(guò)程中的作用一般是提高合金強(qiáng)度，但還取決于第二相的種類(lèi)數(shù)量顆粒大小形狀分布特點(diǎn)及與基體結(jié)合界面結(jié)構(gòu)等，對(duì)塑性變形影響復(fù)雜。第二相強(qiáng)度高于基體但有一定塑性，其尺寸、含量與基體基本接近，則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(jìn)行，第二相基本不變形；第二相均勻、彌散分布在固溶體基體上，可以對(duì)合金產(chǎn)生顯著強(qiáng)化作用。10簡(jiǎn)答：織構(gòu)由晶粒擇優(yōu)取向形成，變形織構(gòu)對(duì)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避免或利用?？棙?gòu)控制可以通過(guò)控制合金元素的種類(lèi)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。11簡(jiǎn)答：金屬和合金在冷塑性變形過(guò)程中發(fā)生的組織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)。12簡(jiǎn)答：1）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，曲線2在位錯(cuò)脫離釘扎后溶質(zhì)原子來(lái)不及重新聚集形成氣團(tuán)，故無(wú)屈服現(xiàn)象；曲線3在出現(xiàn)屈服后時(shí)效再加載，溶質(zhì)原子可以重新聚集形成氣團(tuán)，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(guò)程中變形不均勻，造成工表面不平整。可以通過(guò)加入與溶質(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(tuán)，消除或減輕屈服現(xiàn)象，或在深沖之前進(jìn)行比屈服伸長(zhǎng)范圍稍大的預(yù)變形，使位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)的釘扎，然后盡快深沖。13簡(jiǎn)答：根據(jù)霍爾—配奇公式：，則按照題意有：和，可以解得s0＝50，k＝25，故可求得當(dāng)d=1/16mm時(shí)，根據(jù)霍爾—配奇公式求得ss＝50＋25×＝150MNm-2。第八章回復(fù)與再結(jié)晶1名詞變形織構(gòu)：多晶體中位向不同的晶粒經(jīng)過(guò)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(guò)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(shí)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(gè)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(dòng)的方向伸長(zhǎng)和分布，形成一道一道的細(xì)線；動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：低層錯(cuò)能金屬由于開(kāi)展位錯(cuò)寬，位錯(cuò)難于運(yùn)動(dòng)而通過(guò)動(dòng)態(tài)回復(fù)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(dòng)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(shí)的變形程度有一定關(guān)系，在某個(gè)變形程度時(shí)再結(jié)晶后得到的晶粒特別粗大，對(duì)應(yīng)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(guò)嚴(yán)重變形后在較高溫度下退火時(shí)少數(shù)幾個(gè)晶粒優(yōu)先長(zhǎng)大成為特別粗大的晶粒，周?chē)^細(xì)的晶粒逐漸被吞掉的反常長(zhǎng)大情況。退火孿晶：某些面心立方金屬和合金經(jīng)過(guò)加工和再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶組織。2問(wèn)答1簡(jiǎn)答：再結(jié)晶是一種組織轉(zhuǎn)變，從變形組織轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)畸變新晶粒的過(guò)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(shí)，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。2簡(jiǎn)答：變形度較小時(shí)以晶界弓出機(jī)制形核，變形度大的高層錯(cuò)能金屬以亞晶合并機(jī)制形核，變形度大的低層錯(cuò)能金屬以亞晶長(zhǎng)大機(jī)制形核。冷變形度很小時(shí)不發(fā)生再結(jié)晶，晶粒尺寸基本保持不變，在臨界變形度附近方式再結(jié)晶晶粒特別粗大，超過(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)二次再結(jié)晶，使部分晶粒粗化。3簡(jiǎn)答：燈泡中W絲在高溫下工作，晶粒長(zhǎng)大后在熱應(yīng)力作用下破斷，延長(zhǎng)鎢絲壽命的方法可以加入第二相質(zhì)點(diǎn)阻止晶粒在加熱時(shí)長(zhǎng)大，如加入ThO2顆粒；或在燒結(jié)中使制品中形成微細(xì)的空隙也可以抑制晶粒長(zhǎng)大，如加入少量K、Al、Si等雜質(zhì)，在燒結(jié)時(shí)汽化形成極小的氣泡。4簡(jiǎn)答：戶外用的架空銅導(dǎo)線要求一定的強(qiáng)度可以進(jìn)行回復(fù)退火，只去應(yīng)力，保留強(qiáng)度；戶內(nèi)電燈用花線可以進(jìn)行再結(jié)晶退火，軟化金屬，降低電阻率。5簡(jiǎn)答：1）純鋁經(jīng)90%冷變形后在70e，150e，300e保溫后空冷的組織示意圖如圖。2）純鋁試樣強(qiáng)度、硬度以70e退火后最高，150e退火試樣的強(qiáng)度、硬度次之，300e保溫后強(qiáng)度、硬度最低，而塑性則以70e退火后最低，150e退火試樣的居中，300e保溫后塑性最好；工業(yè)純金屬的再結(jié)晶溫度一般可用T再＝（0.3~0.4）T熔估計(jì)，故純鋁的再結(jié)晶溫度為100e左右，在70℃保溫合金只是發(fā)生回復(fù)，顯微組織仍保持加工狀態(tài)，強(qiáng)度。硬度最高，塑性差，組織為纖維組織；150e加熱發(fā)生再結(jié)晶，強(qiáng)度、硬度下降，塑性好，300e保溫后發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步下降，塑性很好。7簡(jiǎn)答：可計(jì)算得到三種純金屬的再結(jié)晶溫度大約為純鈦：550℃，純鋁：100℃，純鉛低于0℃。金屬的軋制開(kāi)坯溫度要在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行，故工業(yè)純鈦、純鋁和純鉛鑄錠的軋制開(kāi)坯溫度可分別取200℃，800℃，室溫即可。開(kāi)坯后在室溫軋制，鉛的塑性最好，鋁的塑性也較好，鈦的塑性最差。在室溫下純鋁和純鉛可以連續(xù)軋制，并獲得很薄的帶材，但純鈦不能繼續(xù)軋制，要獲得很薄的帶材需要在再結(jié)晶溫度以上反復(fù)進(jìn)行軋制。8簡(jiǎn)答：晶粒大小對(duì)金屬材料的室溫力學(xué)性能可用Hall－Petch公式描述，晶粒越細(xì)小，材料強(qiáng)度越高；高溫下由于晶界產(chǎn)生粘滯性流動(dòng)，發(fā)生晶粒沿晶界的相對(duì)滑動(dòng)，并產(chǎn)生擴(kuò)散蠕變，晶粒太細(xì)小金屬材料的高溫強(qiáng)度反而降低。生產(chǎn)中可以通過(guò)選擇合適的合金成分獲得細(xì)小晶粒，利用變質(zhì)處理，振動(dòng)、攪拌，加大過(guò)冷度等措施細(xì)化鑄錠晶粒，利用加工變形細(xì)化晶粒，合理制訂再結(jié)晶工藝參數(shù)控制晶粒長(zhǎng)大。9簡(jiǎn)答：固溶強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化，加工硬化，第二相強(qiáng)化，相變（熱處理）強(qiáng)化等。10簡(jiǎn)答：固溶強(qiáng)化的可能位錯(cuò)機(jī)制主要是溶質(zhì)原子氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)的釘扎，增加了位錯(cuò)滑移阻力。如溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性交互作用的科垂?fàn)枤鈭F(tuán)和斯諾克氣團(tuán)，溶質(zhì)原子與擴(kuò)展位錯(cuò)交互作用的鈴木氣團(tuán)使層錯(cuò)寬度增加，位錯(cuò)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(cuò)運(yùn)動(dòng)通過(guò)時(shí)破壞了偏聚和短程有序使得能量升高，增加位錯(cuò)的阻力，以及溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的靜電交互作用對(duì)位錯(cuò)滑移產(chǎn)生的阻力使材料強(qiáng)度升高。彌散強(qiáng)化也是通過(guò)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)化材料，如位錯(cuò)繞過(guò)較硬、與基體非共格第二相的Orowan機(jī)制和切割較軟、與基體共格的第二相粒子的切割機(jī)制。產(chǎn)生加工硬化的各種可能機(jī)制有滑移面上平行位錯(cuò)間的交互作用的平行位錯(cuò)硬化理論，以及滑移面上位錯(cuò)與別的滑移面上位錯(cuò)林切割產(chǎn)生割階的林位錯(cuò)強(qiáng)化理論。1名詞正吸附：材料表面原子處于結(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)原子達(dá)到平衡狀態(tài)，當(dāng)溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子在表面濃度大于在其在晶體內(nèi)部的濃度時(shí)稱為正吸附；晶界能：晶界上原子從晶格中正常結(jié)點(diǎn)位置脫離出來(lái)，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，升高部分的能量為晶界能；小角度晶界：多晶體材料中，每個(gè)晶粒之間的位向不同，晶粒與晶粒之間存在界面，若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?yàn)槌叽缫蛩卦斐傻钠胶馄酆涂瘴辉斐傻姆瞧胶馄邸?問(wèn)答1簡(jiǎn)答：復(fù)合材料由顆?；蚶w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(fù)合物的機(jī)械固體嚙合結(jié)合、形成化學(xué)反應(yīng)的化合層結(jié)合、形成完全或部分固溶體的結(jié)合幾種情況。結(jié)合層的結(jié)合面體積分?jǐn)?shù)越大，結(jié)合層強(qiáng)度越高，基體與復(fù)合物之間的結(jié)合鍵力越大，結(jié)合強(qiáng)度越高。2簡(jiǎn)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(kuò)散通道，晶界在加熱時(shí)會(huì)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(qiáng)化材料，在高溫下弱化材料強(qiáng)度，晶界處易于析出第二相，晶界容易使位錯(cuò)塞積，造成應(yīng)力集中，晶界上原子排列混亂。3簡(jiǎn)答：一般金屬的晶界能與晶粒位向差有關(guān)，并隨位向差增大而增大，小角度晶界的晶界能小于大角度晶界的晶界能，但大角度晶界能一般可以看成常數(shù)，約為（5～6）×10－5J/cm2。4簡(jiǎn)答：影響晶界遷移的因素主要有界面能、溶質(zhì)原子、第二相質(zhì)點(diǎn)數(shù)量、尺寸和溫度。界面能降低是晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力，與晶界曲率半徑成反比，與界面的表面能成正比，因此大角度晶界遷移率總是大于小角度晶界的遷移率；溶質(zhì)原子阻礙晶界遷移；第二相質(zhì)點(diǎn)數(shù)量越多、尺寸越小對(duì)晶界的遷移阻礙作用越大，溫度越高晶界遷移越快。第十章原子擴(kuò)散1簡(jiǎn)答：影響擴(kuò)散的因素主要有溫度，溫度越高，擴(kuò)散越快；晶體缺陷如界面、晶界位錯(cuò)容易擴(kuò)散；不同致密度的晶體結(jié)構(gòu)溶質(zhì)原子擴(kuò)散速度不一樣，低致密