材料科學基礎習題第三章二元合金相圖和合金的凝固之比值。3、何謂晶內偏析？是如何形成的？影響因素有哪些？對金屬性能有成分不均勻的現象形成過程：固溶體合金平衡結晶使前后從液相中結晶出的固相成分不同，實際生產中，液態合金冷卻速度較大，在一定溫度下擴散過程尚未進行完全時溫度就繼續下降，使每個晶粒內部的化學成分布均勻，先結晶的含高熔點組元較多，后結晶的含低熔點組對金屬性能的影響：使合金的機械性能下降，特別是使塑性和韌包晶反應？寫出反應式。分一定的固相的轉變過程。L—tEa+EMNCPD9、試述純金屬與固溶體合金結晶過程中形核、長大的條件及方式有量不斷增多，而液相的數量不斷減少，它們的成分分別沿固相線EMNIIβ相和共晶組織中的β相)和a(共晶組織中的)分別析出次生相II和aII。aGF1002組織組成物的相對含量：+aII+共晶組織(a+)相同點：都是由一個相分解為兩個相的三相恒溫轉變，三相成分第3章二元合金相圖和合金的凝固復習題綱重點：二元相圖的結晶過程(冷卻曲線、組織變化示意圖)；填寫相組成物、組織組成物；杠桿定律的計算；鑄錠的三個一、選擇題c不同成分，相同晶體結構a較慢b較快c適中d極為緩慢ab一定溫度c一定冷卻速度d溫度變化不大條件7.在一定溫度下，由成分一定的____c_____同時析出兩種成分一定且不相同的bcde8.在二元合金相圖中，對某已知成分合金應用杠桿定律時，首先必須明確是在做為分母線及分子線段的杠桿長度。下(4)二元合金結晶過程中共晶轉變和共析轉變的反應式和轉變產物都是相同的。)(6)在二元合金相圖中，在三相平衡的水平線上，當轉變正在進行時不能應用杠(4)室溫下合金I，II的組織組成物的相對量表達式；jknjkn1~2，均勻的液相L。2~3勻晶轉變，L→δ不斷結晶出δ相。3~3′，發生包品反應L+δ→α。3′~4，剩余液相繼續結晶為α。4~5，為單一α相，無變化。1~2，均勻的液相L。2~3，結晶出α初，隨溫度下降α相不斷析出，液相不斷減少。3~3′，剩余液相發生共晶轉變L→α+β。IIII初共II第一章原子排列與晶體結構1.fcc結構的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛順序是，致密度為，配位數是,晶胞中原子數為，把原子視為剛性球時，原子的半徑r與點陣常數a的關系是；子的半徑r與點陣常數a的關系是；hcp結構的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛順序是，致密度為，配位數是,，晶胞中原子數為，原子的半徑r與點陣常數a的關系是。2.Al的點陣常數為0.4049nm，其結構原子體積是，每個晶胞中八面體間隙數為，四面體間隙數為。3.純鐵冷卻時在912發生同素異晶轉變是從結構轉變為結構，配位數，致密度降低，晶體體積，原子半徑發生。第二章合金相結構1)隨著溶質濃度的增大，單相固溶體合金的強度，塑性，導電性，形成間隙固溶體時，固溶體的點陣常數。2)影響置換固溶體溶解度大小的主要因素是(1)；(2)；(3)；(4)和環境因素。3)置換式固溶體的不均勻性主要表現為和。4)按照溶質原子進入溶劑點陣的位置區分，固溶體可分為和。5)無序固溶體轉變為有序固溶體時，合金性能變化的一般規律是強度和硬度，塑性，導電性。是。是第三章純金屬的凝固1.填空1.在液態純金屬中進行均質形核時，需要起伏和起伏。形核的動力；臨界晶核半徑rK與過冷度T關系為，臨界形核功GK等于。3動態過冷度是指。越。5.獲得非晶合金的基本方法是。1根據凝固理論，試述細化晶粒的基本途徑。2試根據凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點。3簡述液態金屬結晶時，過冷度與臨界晶核半徑，形核功及形核率的關系。核的臨界核心半徑。6根據冷卻速度對金屬凝固后組織的影響，現要獲得微晶，非晶，亞穩相，請指出其凝固時如何控制。7、簡述純金屬凝固時潤濕角θ、雜質顆粒的晶體結構和表面形態對異質形核的影響。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，除了需要結構起伏和能量起伏外，還要有起伏。2.按液固界面微觀結構，界面可分為和。4在一般鑄造條件下固溶體合金容易產生偏析，用熱處理方法可以消除。溫度梯度下)，則固、液界面為狀。7固溶體合金凝固時，溶質分布的有效分配系數ke=，當凝固速率很大時ke趨于。8.在二元相圖中，L1→a+L2叫反應，→L+a稱為轉變，而反應a1—a2＋稱為反應，a+y稱為反應。39Fe-FeC相圖中含碳量小于為鋼，大于為鑄鐵；鐵碳合金室溫平衡組織均由3珠光體的含碳量是，它是由和組成的兩相混合物；萊氏體的含碳量是；在常溫下，亞共析鋼的平衡組織是，過共析鋼的平衡組織是，亞共晶FeC主要性能特點是，A共析反應后的生成物稱為。1)填出相圖中各相區的平衡相；2)指出圖中的穩定化合物和不穩定化合物；3)寫出圖中存在的恒溫反應，指明反應類型；其中組織組成物的百分數。5)試說明含Ni89%(重量)的Ni-Al合金其平衡凝固與非平衡凝固后的顯微組織的不同。6)設X合金平衡凝固完畢時的組織為a(Al)初晶+(a+)共晶，其中a初晶占80%，則此合金中Ni組元的含量是多少？2)計算212℃時Cu-90%Sn合金在TE溫度時(共晶反應前)的平衡分配系數。4)分析Cu-70%Sn合金平衡凝固過程，并計算共晶反應剛完畢時相組成物和組織組成物的相對含量。nwtKK度的可能方法4試說明純Al和鋁－銅單相固溶體結晶的異同。2)指出此二元系中比較適合做變形合金和鑄造合金的成分范圍。3)如何提高壓力加工合金的強度。4)標注平衡反應的成分及溫度，寫出平衡反應式。 7)根據Fe-Fe3C狀態圖確定下列三種鋼在給定溫度下的顯微組織(填入表中)含碳量溫度顯微組織溫度顯微組織770℃停留一段時間P+F900℃A+FAP770℃31)畫出Ⅱ合金平衡冷卻曲線以及平衡結晶后組織示意圖，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下圖中Ⅰ合金凝固后顯微組織的影響。3)Ⅰ合金在工業條件冷凝后如對合金進行擴散退火，應如何確定退火溫度。7：簡述典型金屬凝固時，固/液界面的微觀結構，長大機制，晶體在正溫度梯度下、負溫度梯度下成長時8：根據Pb-Bi相圖(圖4－6)回答下列問題：1)把空相區填上相的名稱。3)設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，則此合4)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。第五章三元合金相圖1)在圖中標出X合金(Cu-30%Zn-10%Al)的成分點。2)計算Cu-20%Zn-8%Al和Cu-25%Zn-6%Al合金中室溫下各相的百分含量，其中α相成分點為YY％2)寫出圖中的四相平衡反應式。112112擇一個合金成分其組織只有三元共晶。1)大致估計2Cr13不銹鋼的淬火加熱溫度(不銹鋼含碳量0.2％,含Cr量13％)2)指出Cr13模具鋼平衡凝固時的凝固過程和室溫下的平衡組織(Cr13鋼含碳量2%)3)寫出(1)區的三相反應及795時的四相平衡反應式。濃度三角形上的投影圖，試分析IV區及VI1)指出這個三元系的初晶面，寫出四相平衡反應式；3)要配制一個初晶為γ，具有三元共晶而無二元共晶且γ/三元共晶=0.5的合金，計算該合金的成分。第六章空位與位錯奧羅萬機制，科垂耳氣團，面角位錯，鈴木氣團，多邊形化1fcc晶體中，層錯能的高低對層錯的形成、擴展位錯的寬度和擴展位錯運動有何影響？層錯能對金屬材2.在鋁單晶體中(fcc結構)，1)位錯反應26]+6能否進行？寫出反應后擴展位錯寬度的表達式和式中各符號的含義；若反應前的2是刃位錯，則反應后的擴展位錯能進行何種運動？能在哪個晶面上進行，1)面上有一位錯2，與(111)面上的位錯2發生反應，如圖6－1。寫出位錯反應方程式，說明新位錯的性質，是否可動。3)寫出(111)與(111)兩個滑移面上兩全位錯所分解為肖克萊不全位錯的兩個反應式。4)如果兩擴展位錯運動，當它們在兩個滑移面交線AB相遇時，兩領先不全位錯為6和6，兩領先位錯能否發生反應，若能，求新位錯柏氏矢量；分析新形成位錯為何種類型位錯，能否rr00(1)試估算Es(2)估算Cu中長度為1個柏氏矢量的螺型位錯割階的能量。4平衡空位濃度與溫度有何關系？高溫淬火對低溫擴散速度有何影響？33第七章金屬塑性變形一名詞解釋二問答1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。移和孿生有何主要區別？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，并比較與多晶體加工硬化曲線的差別。4簡述冷加工纖維組織、帶狀組織和變形織構的成因及對金屬材料性能的影響。5為什么金屬材料經熱加工后機械性能較鑄造態好。9簡要說明第二相在冷塑性變形過程中的作用。10討論織構的利弊及控制方法。11敘述金屬和合金在冷塑性變形過程中發生的組織性能的變化。試回答下列問題：何影響，如何改善表面質量。第八章回復與再結晶問答2簡述金屬冷變形度的大小對再結晶形核機制和再結晶晶粒尺寸的影響。3燈泡中W絲在高溫下工作，發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？4戶外用的架空銅導線(要求一定的強度)和戶內電燈用花線，在加工之后可否采用相同的最終熱處理2)說明它們強度、硬度的高低和塑性方面的區別并簡要說明原因。7今有工業純鈦、純鋁和純鉛鑄錠，試問如何選擇它們的軋制開坯溫度？開坯后，將它們在室溫(20℃)進行軋制，它們的塑性誰好誰壞？為什么？它們在室溫下可否連續軋制下去？鈦、鉛、鋁分別怎樣才能軋再熔再熔8試說明晶粒大小對金屬材料室溫及高溫力學性能的影響，在生產中如何控制材料的晶粒度。9如何提高固溶體合金的強度10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。第九章表面與界面正吸附，晶界能，小角度晶界，晶界偏析1試說明界面對復合材料結合強度的影響。2試述晶界的特性。3分析晶界能的變化。4分析影響晶界遷移的因素第十章原子擴散1)試設計最佳滲碳工藝；2)在滲碳溫度不變，在1000℃時滲碳，要將滲碳厚度增加1倍，即要求在其表面下0.4cm處滲碳后碳含xx表10－12Dt與erf(2Dt)的對應值xxxxxxx2Dterf(2Dt)2Dterf(2Dt)2Dterf(2Dt)面到心部的組織分布。5一塊用作承載重物的低碳鋼板，為提高其表面硬度采用表面滲碳，試分析：6銅-鋅基單相固溶體進行均勻化處理，試討論如下問題：2)將此合金均勻化退火前進行冷加工，對均勻化過程是加速還是無影響？說明理由。7原子擴散在材料中的應用8何謂上坡擴散，舉兩個實例說明金屬中上坡擴散現象。9、簡述固溶體合金的擴散機制第一章原子排列與晶體結構2r=aa10.解答：設所決定的晶面為(hkl)，晶面指數與面上的直線[uvw]之間有hu+kv+lw=0，故有：2r=aPbfccRaa4949×10-6mm。則 (100)平面的面積S＝a2＝0.244926011×0-12mm2，每個(100)面上的原子個數為2。1n=所以1mm2上的原子個數s＝4.08×1012。第三章合金相結構2)(1)晶體結構；(2)元素之間電負性差；(3)電子濃度；(4)元素之間尺寸差別3)存在溶質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)溶質原子溶入點陣原子溶入溶劑點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.59時形成的復雜結構的化合物。Ra起一個方向上的點陣畸變，故多數處于a-Fe的八面體間隙中心。B原子較大，有aFe。第三章純金屬的凝固2.填空4減少，越大，細小。5.快速冷卻。1解答：凝固的基本過程為形核和長大，形核需要能量和結構條件，形核和長大需要過冷度。細化晶粒的基本途徑可以通過加大過冷度，加入形核劑，振動或攪拌。2解答：根據金屬結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rmLmT功訂GK等于m。異質形核時固相質點可作為晶核長大，其臨界形核功較小，sm，θ為液相與非均勻形核核心的m，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系為：kTkT，其中N為形核率，C為常數，ΔGA、ΔkG分別表示形核時原子擴散激活能和臨界形核功。在通常工業凝固條件下形核率隨過冷度增大而增大。kTrm形核功減少，形核過程容易，形核率增加，晶粒細化。核過程容易，形核率增加，晶粒細化，冷卻非常快時可以得到非晶，在一般工業條件下快速冷卻可以得到亞穩相。最好；潤濕角θ＝180°，異質形核功等于均勻形核功，固相粒子對形核無促進作用；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。雜質顆粒的晶體結構與晶核相同或相近時，促進形核效果好，當兩者結構不相同時，一般對促進形核不促進形核。共晶雜質粒子的共晶第四章二元合金相圖與合金凝固一、填空1.成分2.光滑界面,粗糙界面3.垂直長大機制，二維平面長大,依靠晶體缺陷長大4枝晶，均勻化退火6._偽共晶_。k 1解答：1)見圖中標注。兩相區由相鄰的兩個單相區所構成。水平線代表三相區，見3)中的恒溫反2)穩定化合物為δ、ε，不穩定化合物為β、γ。L－Al＋β，共晶反應；Al,β=1-Al%=71.4%。共晶共晶共晶共晶5)含Ni89%(重量)的Ni-Al合金其平衡凝固時室溫組織為Ni和Ni中析出的ε，非平衡凝固后會出現共晶非平衡共晶組織，即為Ni和少量的1387℃反應生成的L－(ε＋Ni)共晶6)X合金平衡凝固完畢時的組織a初晶占80%，則(a+b)共晶＝20％，設此合金中Ni組元的含量是X，X1%。C60.92)共晶反應前的平衡分配系數L；2)共晶反應前的平衡分配系數L；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，在合金凝固過程中共晶反應剛完畢時相組成物為η+(Sn)，組織組成物為η+(η+Sn)。共晶和組織組成物的相對含量：99.3一60.9(η+Sn)％＝1－η％＝23.7共晶5)合金在450℃時各相自由能---成分曲線示意圖如圖所示。3解答：1)相區填寫如圖所示。相圖中各等溫反應如下：Y=5%wt時的合金K在室溫時的平衡組織為(Mg)固溶體。2)Mg為hcp結構，因為r＝a/2，一個hcp晶胞中有6個原子，設a=34p=atom==0.74p=atom==0.74V13cell(6aa)c223)提高合金K強度的可能方法有細化晶粒，加工硬化。4)Y=10%wt之合金可能的強化方法有細化晶粒，加工硬化和固溶時效。4解答：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，即需要不同點：固溶體合金形核除需要能量起伏和結構起伏外，還需要成分起伏，非平衡結晶時產生偏析，一般會產生成分過冷，凝固過程是在一個溫度區間進行，而純金屬凝固在等溫進行。FeCII合金成分分別2)二元系中比較適合做變形合金和合金為單相固溶體，適合作為鑄造合金的成分范圍為含有較多共晶體合金有共晶反應適合作為鑄造合金。3)提高壓力加工合金的強度的方法主要有加工硬化，合金元素固溶產生的固溶強化，細化晶粒強化，熱4)平衡反應的成分及溫度，反應式為727℃，A－F+FeC，共析反應；0.770.02183FFeC；室溫下組織組成為P＋Fe3CⅡ，其中6.69一0.77，Fe3CⅡ％＝1－P％＝1.9%。6)亞穩轉變后組織為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。905，β＝1－α％＝88.2%，組織組成為β＋(α＋β)共晶，9050，(α＋β)共晶％＝1－β％＝25％；Ⅰ合金在平衡凝固時室溫組織為α＋βⅡ，工業條件冷卻時出現少量非平衡共晶組織，室溫組織為α＋βⅡ＋少量(α＋β)共晶。3)可以根據相圖估計，在共晶溫度下盡可能高的溫度進行退火。界面保持平直，在負溫度梯度下成長時固/液界面不穩定，結晶后容易長成樹枝狀晶。XBix10041.8，可以解得x＝53.44，即Bi組元=100y100%3)設Y合金中Bi組元的含量是y，依題意有共晶含量10056.1，可以解得y＝78.15，4)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包晶反應很難進行完全，故在β晶粒內部會保留部分α，室溫下組織為β＋殘留α＋Bi。第五章三元合金相圖時的平衡組織為γ。由α＋‘＋γ的三相區組成，可以從圖中讀出各相成分點：3)Y合金凝固過程：L－α，L－α＋β，β－αE1P：L－β+γE2P：L－α+γ2)L+α－β+γ3)O合金凝固過程：L－α,L+α－β,L+α－β+γ,α,β,γ同析。6解答：Ⅳ區合金凝固過程為：L－α,L－α＋β，α－β互析；Ⅵ區合金凝固過程為：L－α,L－α＋β，L－α＋β+γ,隨后α，β，γ同析；三元系初晶面有δ、α、β、γ的四個初晶面；2)三元合金中合金1的結晶過程為：L－γ，L－γ+δ+β；合金2的結晶過程為：L－δ，L－δ+β，L－γ+δ+β；晶過程為：L－α，L－δ+α,L＋α－β+δ；合金4的結晶過程為:：L－α,L＋α－β+δ。3)由題意分析可知改合金成分位于γ(Bi)與E點的連線上，設其Bi含量為x, Pb%18=PbSnBi故所求合金中Sn%27第六章空位與位錯空位平衡濃度：金屬晶體中，空位是熱力學穩定的晶體缺陷，在一定的空位下對應一定的空位濃度，通常用金屬晶體中空位總數與結點總數的比值來表示。柏氏回路：確定柏氏族矢量的過程中圍繞位錯線作的一個閉合回路，回路的每一步均移動一個原子間距，使起點與終點重合。堆垛層錯：密排晶體結構中整層密排面上原子發生滑移錯排而形成的一種晶體缺陷。抵消后產生新位錯，原被釘扎錯位線段恢復到原狀，不斷重復產生新位錯的，這個不斷產生新位錯、被釘扎的位錯線即為弗蘭克-瑞德位錯源。Orowan機制：合金相中與基體非共格的較硬第二相粒子與位錯線作用時不變形，位錯繞過粒子，在粒子周圍留下一個位錯環使材料得到強化的機制。科垂爾氣團：圍繞刃型位錯形成的溶質原子聚集物，通常阻礙位錯運動，產生固溶強化效果。鈴木氣團：溶質原子在層錯區偏聚，由于形成化學交互作用使金屬強度升高。位錯組態。彎曲的單晶體中由于在加熱中通過位錯的滑移和攀移運動，形成規律的位錯壁，成為小角度傾斜晶界，單晶體因而變成多邊形的過程。1解答：層錯能高，難于形成層錯和擴展位錯，形成的擴展位錯寬度窄，易于發生束集，容易發生交滑層錯能低則反之，易于形成層錯和擴展位錯，形成的擴展位錯寬度較寬，難于發生束集和交滑移，冷變形中線性硬化階段明顯，熱變形中主要發生動態再結晶軟化。2.解答：1)對于位錯反應，需要同時滿足能量條件和幾何條件，反應才能進行。在2)6]+6中，前22，aaa前2后62，滿足幾何條件，故反應能進行。擴展位錯寬度2爪y，G為切彈性模量，b1、b2為不全位錯柏氏矢量，γ擴展位錯寬度2爪y，G為切彈性模量，b1、b2為不全位錯柏氏矢量，γ為層錯能。若反應aa[110]前的2是刃位錯，則反應后的擴展位錯只能在原滑移面上進行滑移；若反應前的2是螺aa量條件aaa和幾何條件，可以發生位錯反應，反應式為：222。新位錯位于(001)面上，是位錯的兩個反應式為：aaaaaa (111)晶面上：266，(111)面上的位錯266件和幾何條件要求，可以判斷位錯反應可以進行。新位錯柏氏矢量為6；新形成位錯為在(001)面上刃型位錯，牽制到其它兩個不全位錯和兩個層錯均不能運動，會引起冷加工中的加工硬化。cmv溫度越高，空位濃度越大。高溫淬火后由于高濃度空位被保留至低溫，對低溫加熱擴散有促進作用。C。位置3處第二個位錯處于與原點處位錯垂直的上方，處于穩定態。1)對變形影響。通過位錯運動完成塑性變形；2)對性能影響，與第二相粒子，通過切過或繞過機制強化材料，冷加工中位錯密度增加也能強化材料，或通過形成科垂爾氣團強化材料，以及位錯運動中相互交截，或形成割階、面角位錯等使材料強化；3)對再結晶中的晶核形成機制有影響；是優先擴散通道。第七章金屬塑性變形一名詞應變時效：具有屈服現象的金屬材料在受到拉伸等變形發生屈服后，在室溫停留或低溫加熱后重新拉伸又出現屈服效應的情況；孿生：金屬塑性變形的重要方式。晶體在切應力作用下一部分晶體沿著一定的晶面(孿晶面)和一定的晶向(孿生方向)相對于另外一部分晶體作均勻的切變，使相鄰兩部分的晶體取向不同，以孿晶面為對稱面形成鏡像對稱，孿晶面的兩邊的晶體部分稱為孿晶。形成孿晶的過程稱為孿生；變形織構：多晶體中位向不同的晶粒經過塑性變形后晶粒取向變成大體一致，形成晶粒的擇優取向，擇優取向后的晶體結構稱為變形織構，織構在變形中產生，稱為變形織構。二問答2簡答：滑移時原子移動的距離是滑移方向原子間距的整數倍，孿生時原子移動的距離不是孿生方向原子間距的整數倍；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，孿生開始后繼續切變時需要的切應力小，故孿生一般在滑移難于進行時發生。n)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。當切應力達到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生，位錯彼此交截，滑移線較短；第三階多晶體加工硬化曲線一般不出現易滑移的第一階段，而加工硬化率明顯高于單晶體。4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；變形織構是金屬和合金在在冷塑性變形時晶粒發生擇優取向而形成的。上述冷加工纖維組織、帶狀組織和變形織構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簡答：金屬材料經熱加工后機械性能較鑄造態好的主要原因是熱加工時的高溫、大變形量使氣泡、疏小和分布，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，熱加工還可使能。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生割階的林位錯強化理論。加工硬化在實際生產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7簡答：可有8個滑移系同時產生滑移(可以通過計算fcc的滑移系與[001]方向的夾角得到此結果)。開=k==k==1.93(MN/m2)9簡答：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量顆粒大小形狀分布特點及與基體結合界面結構等，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，可以對合金產生顯著強化作用。10簡答：織構由晶粒擇優取向形成，變形織構對再結晶織構形成有主要影響，織構造成材料性能各向異形工藝(如變向軋制)和退火工藝等多種因素的配合。11簡答：金屬和合金在冷塑性變形過程中發生的組織性能的變化主要有晶粒被拉長，形成纖維組織，冷形金屬中出現殘余應力，金屬在單向塑性變形時出現變形織構。12簡答：1)屈服現象是由溶質原子與位錯交互作用產生氣團產生的，在外力作用下使位錯掙脫溶質原子的釘扎，材料出現屈服現象，曲線2在位錯脫離釘扎后溶質原子來不及重新聚集形成氣團，故無屈服現象；曲線3在出現屈服后時效再加載，溶質原子可以重新聚集形成氣團，故又出現屈服現象；2)屈服現象使金屬材料在拉伸和深沖過程中變形不均勻，造成工件表面不平整。可以通過加入與溶質原子形成穩定化合物的其它元素，減少間隙溶質原子含量，減少氣團，消除或減輕屈服現象，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。11111100=+k()一2250=+k()一211 第八章回復與再結晶變形織構：多晶體中位向不同的晶粒經過塑性變形后晶粒取向變成大體一致，形成晶粒的擇優取向，擇優取向后的晶體結構稱為變形織構，織構在變形中產生，稱為變形織構；再結晶織構是具有變形織構的金屬經過再結晶退火后出現的織構，位向于原變形織構可能相同或不同，但常與原織構有一定位向關系。再結晶全圖：表示冷變形程度、退火溫度與再結晶后晶粒大小的關系(保溫時間一定)的圖。冷加工與熱加工：再結晶溫度以上的加工稱為熱加工，低于再結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；動態再結晶：低層錯能金屬由于開展位錯寬，位錯難于運動而通過動態回復軟化，金屬在熱加工中由溫度和外力聯合作用發生的再結晶稱為動態再結晶。臨界變形度：再結晶后的晶粒大小與冷變形時的變形程度有一定關系，在某個變形程度時再結晶后得到的二次再結晶：某些金屬材料經過嚴重變形后在較高溫度下退火時少數幾個晶粒優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過加工和再結晶退火后出現的孿晶組織。為無畸變新晶粒的過程，再結晶前后組織形態改變，2簡答：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。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，少數晶粒發二次再結晶，使部分晶粒粗化。3簡答：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加入第ThO晶4簡答：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，保留強度；戶內電燈用花線可以進行再結晶退火，軟化金屬，降低電阻率。工業純金屬的再結晶溫度一般可用T＝(0.3~0.4)T估計，故純鋁的再結晶溫度為100左右，在再熔加熱發生再結晶，強度、硬度下降，塑性好，300保溫后發生晶粒長大，強度、硬度進一步下降，塑性軋制開坯溫度要在再結晶溫度以上進行，故工業純鈦、純鋁和純鉛鑄錠的軋制開坯溫度可分別取200℃，并獲得很薄的帶材，但純鈦不能繼續軋制，要獲得很薄的帶材需要在再結晶溫度以上反復進行軋制。1材料強度越高；高溫下由于晶界產生粘滯性流動，發生晶粒沿晶界的相對滑動，并產生擴散蠕變，晶粒太細小金屬材料的高溫強度反而降低。生產中可以通過選擇合適的合金成分獲得細小晶粒，利用變質處理，振動、攪拌，加大過冷度等措施細化大。10簡答：固溶強化的可能位錯機制主要是溶質原子氣團對位錯的釘扎，增加了位錯滑移阻力。如溶質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，以及溶質原子與位錯的靜電交互作用對位錯滑移產生的阻力使強度升高。產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生割階的林位錯強化理論。第九章表面與界面正吸附：材料表面原子處于結合鍵不飽和狀態，以吸附介質中原子或晶體內部溶質原子達到平衡狀態，當溶質原子或雜質原子在表面濃度大于在其在晶體內部的濃度時稱為正吸附；界附近區域內晶格發生畸變，與晶內相比，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，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：溶質原子或雜質原子在晶界或相界上的富集，也稱內吸附，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。1簡答：復合材料由顆粒或纖維與基體構成，存在大量界面。按照顯微結構，其界面層可以區分為基體與復合物的機械固體嚙合結合、形成化學反應的化合層結合、形成完全或部分固溶體的結合幾種情況。結合層的結合面體積分數越大，結合層強度越高，基體與復合物之間的結合鍵力越大，結合強度越高。2簡答：晶界具有晶界能，容易發生溶質原子和雜質原子的晶界偏聚，是原子易擴散通道，晶界在加熱故可以列出一些典型的滲碳溫度與時間如下：時會發生遷移，晶界是相變等優先形核的地方，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故可以列出一些典型的滲碳溫度與時間如下：3簡答：一般金屬的晶界能與晶粒位向差有關，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，約為(5~6)×10－5J/cm2。遷移的因素主要有界面能、溶質原子、第二相質點數量、尺寸和溫度。界面能降低是晶界遷移的驅動力，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；溶質原子阻礙晶界遷移；第二相質點數量越多、尺寸越小對晶界的遷移阻礙作用越大，溫度越高晶界遷移越快。第十章原子擴散同致密度的晶體結構溶質原子擴散速度不一樣，低致密度的晶體中溶質原子擴散快，各向異性也影響溶質般溶質原子濃度越高，擴散越快；加入其它組元與溶質原子形成化合物阻礙其擴散。Ni/MgONi/MgOmV=N擴散走的原子每秒鐘從界面擴散走的每秒鐘從界面擴散走的Ni原子體積總原子數，故3解答：1)滲碳情況符合菲克第二定律的特殊解的應用條件，可以利用菲克第二定律進行解決。CCX SX=erf()菲克第二定律特殊解公式：CSC04Dts0xs0x0.1 4簡答：由于反應擴散的原因，試樣中不能出現兩相區，故試樣從表面到心部的組織最外層為α相，靠里層為γ相，心部不受脫碳影響為α相和γ相。 時零件中碳濃度梯度為0，滲碳無法進滲碳順利進行。6簡答：1)在有限的時間內不可能使枝晶偏析完全消失，2)冷加工可以促進均勻化過程；經過冷加工后枝晶被破碎，縮短了枝晶間距。7簡答：原子擴散在材料中的影響包括晶體凝固時形核、長大；合金的成分過冷；成分均勻化，包晶運動、晶界偏聚、高溫蠕變，反應產物的形成均為上坡擴散。9簡答：間隙固溶體中溶質原子在間隙中發生間隙擴散，在置換式固溶體中發生原子與空位交換實現擴散的空位機制。第五章鐵碳相圖習題參考答案一、解釋下列名詞奧氏體：碳溶入γ－中形成的間隙固溶體。滲碳體：鐵與碳形成的具有復雜晶體結構的金屬化合物。珠光體：鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。萊氏體：由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。共析：經共析反應生成的滲碳體即珠光體中的滲碳體稱共晶：經共晶反應生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為、鋼：含碳量大于，小于的鐵碳合金。二、填空題1、常溫平衡狀態下，鐵碳合金基本相有鐵素體(F)、滲碳體(FeC)等兩個。32、Fe－Fe3C相圖有4個單相區，各相區的相分別是液相(L)、δ相、鐵素體(F)、奧氏體(A)。3、Fe－FeC相圖有三條水平線，即HJB、ECF和PSK線，它們代表的反應分別是包晶反應、共3晶反應和共析反應。4、工業純鐵的含碳量為≤5、共晶白口鐵的含碳量為4、工業純鐵的含碳量為≤5、共晶白口鐵的含碳量為ⅢⅡ，室溫平衡組織占3、一鋼試樣，在室溫平衡組織中，珠光體占，鐵素體占，該鋼的含碳量為。37、鋼的組織特點是高溫組織為奧氏體(A)，具有良好的塑、韌性，因而適于熱加工成形。8、白口鑄鐵的特點是液態結晶都有共晶轉變，室溫平衡組織中都有萊氏體，因而適于通過鑄造成形。三、簡答題如何變化？的比容不同？一塊質量一定的鐵發生(γ→α原子排列的緊密程度不同，γ的致密度為，α)轉變時，其體積的致密度為，因此一塊質量一定的鐵發生(γ→α)轉變時體積將發生膨脹。、鐵素體()，奧氏體()，滲碳體()，珠光體()，萊氏體()的結構、組織形態、性能答：鐵素體結構為體心立方晶格。由于碳在α中的溶解度很小，它的性能與純鐵相近。塑性、韌奧氏體()結構為面心立方晶格。因其晶格間隙尺寸較大，故碳在γ中的溶解度較大。有很滲碳體()具有復雜晶格的間隙化合物。滲碳體具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在鋼中以片狀存在或網絡狀存在于晶界。在萊氏體中為連續的基體，有時呈魚骨狀。珠光體()為鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片狀。珠光體有較高的強度和硬度，但塑性較差。萊氏體()為奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。在萊氏體中，滲碳體是連續分布的相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。由于滲碳體很脆，所以萊氏體是塑性很差的組織。3答：⑴碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，是使用最廣泛的金屬材料。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的重要工具，了解與掌握鐵碳合金相圖，對于鋼鐵材料的研究和使用，各種熱加工工藝的制訂以及工藝廢品原因的分析等方面都有重要指導意義。⑵為選材提供成分依據：鐵碳相圖描述了鐵碳合金的組織隨含碳量的變化規律，合金的性能決定于合金的組織，這樣根據零件的性能要求來選擇不同成分的鐵碳合金；為制定熱加工工藝提供依據：對鑄造，根據相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點，確定鑄造溫度；根據相圖上液相線和固相線間距離估計鑄造性能的好壞。對于鍛造：根據相圖可以確定鍛造溫度。碳相圖加以選擇。⑶由于鐵碳相圖是以無限緩慢加熱和冷卻的速度得到的，而在實際加熱和冷卻通常都有不同程度3及、、、各區的相組成物和組織組成物。物晶轉變，反應式：0.0218％Ld′+Fe3C+Ld+Fe3C+Fe3CC4.3％LdLd+Fe3C912℃℃Ld′F1148℃時具有C點成分的液體中同時結晶出具有點成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物——萊氏體E3：碳在YFe中的最大溶解度點1148℃2.11%C：aFe一YFe同素異構轉變點(3)912℃0%C：碳在6Fe中的最大溶解度為1495℃0.09%C：包晶轉變點1495℃0.17%C在這一點上發生包晶轉變，反應式：LB+6H一AJ當冷卻到1495℃時具有點成分的液相與具有點成分的固相δ反應生成具有點成分的固相。：YFe一6Fe同素異構轉變點(4)1394℃0%CaFe中的最大溶解度點0.0218%C72A一F+Fec：共析點℃在這一點上發生共析轉變，反應式：A一F+Fec時從具有點成分的奧氏體中同時析出具有點成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物——珠光體(p3)F(p3)曲線，又稱溫度線，隨溫度的降低，碳在奧化體中的溶解度減少，FeC多余的碳以3形式析出，所以具有~的鋼冷卻到線與線之間時的組織以區的顯微組織是F+A。忽略，認為從℃冷卻到室溫的顯微組織不變。的鐵碳合金冷卻到℃時都有共析轉變發生。、簡述相圖中三個基本反應：包晶反應，共晶反應及共析反應，寫出反應式，標出含碳量答：共析反應：冷卻到℃時具有點成分的奧氏體中同時析出具有點成分的鐵素體和滲碳體的兩相包晶反應：冷卻到℃時具有點成分的液相與具有點成分的固相δ反應生成具有點成分的γγ、亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的組織有何特點和異同點。答：亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成。其中鐵素體呈塊狀。珠光體中鐵素體與滲碳體呈片狀分布。共析鋼的組織由珠光體所組成。過共析鋼的組織由珠光體和二次滲碳體所組成，其中二次滲碳體在晶界形成連續的網絡狀。不同點：亞共析鋼的組織是鐵素體和珠光體，共析鋼的組織是珠光體，過共析鋼的組織是珠光體和二答：在~點間合金