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西工大材料學(xué)考研模擬題8套《材料科學(xué)基礎(chǔ)》.doc

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1、. 一、簡(jiǎn)答題(每題6分,共30分) 1.原子的結(jié)合鍵有哪幾種?各有什么特點(diǎn)? 2.面心立方晶體和體心立方晶體的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少? 3.立方晶系中,若位錯(cuò)線方向?yàn)閇001],,試說(shuō)明該位錯(cuò)屬于什么類型。 4.請(qǐng)說(shuō)明間隙化合物與間隙固溶體的異同。 5.試從擴(kuò)散系數(shù)公式說(shuō)明影響擴(kuò)散的因素。 6.何為過(guò)冷度?它對(duì)形核率有什么影響? 二、作圖計(jì)算題(每題10分,共40分) 1.在面心立方晶體中,分別畫出(101)、[110]和、[,指出哪些是滑移面、滑移方向,并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系? 2.已知Al為面心立方晶體,原子半徑為rA。若在Al晶體

2、的八面體間隙中能溶入最大的小原子半徑為rB,請(qǐng)計(jì)算rB與rA的比值是多少。 3.A-B二元合金中具有共晶反應(yīng)如下:若共晶反應(yīng)剛結(jié)束時(shí),α和β相的相對(duì)含量各占50%,試求該合金的成分。 4.已知銅的臨界分切應(yīng)力為1Mpa,問(wèn)要使面上產(chǎn)生[101]方向的滑移,應(yīng)在[001]方向上施加多大的力? 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.按下列條件繪出A-B二元相圖: (1)A組元(熔點(diǎn)600℃)與B組元(熔點(diǎn)500℃)在液態(tài)時(shí)無(wú)限互溶; (2)固態(tài)時(shí),A在B中的最大固溶度為wA=0.30,室溫時(shí)為wA=0.10;而B在固態(tài)下不溶于A; (3)300℃時(shí)發(fā)生共晶反應(yīng)。 在A-B

3、二元相圖中,分析wB=0.6的合金平衡凝固后,在室溫下的相組成物及組織組成物,并計(jì)算各相組成物的相對(duì)含量。 2.請(qǐng)繪出下列Fe-C合金極緩慢冷卻到室溫后的金相組織示意圖,并標(biāo)注各組織。(腐蝕劑均為3%硝酸酒精)   一、簡(jiǎn)答題(每題6分,共30分) 1.原子的結(jié)合鍵有哪幾種?各有什么特點(diǎn)? 離子鍵:正負(fù)離子相互吸引;鍵合很強(qiáng),無(wú)方向性;熔點(diǎn)、硬度高,固態(tài)不導(dǎo)電,導(dǎo)熱性差。 共價(jià)鍵:相鄰原子通過(guò)共用電子對(duì)結(jié)合;鍵合強(qiáng),有方向性;熔點(diǎn)、硬度高,不導(dǎo)電,導(dǎo)熱性有好有差。 金屬鍵:金屬正離子于自由電子相互吸引;鍵合較強(qiáng),無(wú)方向性;熔點(diǎn)、硬度有高有低,導(dǎo)熱導(dǎo)電性好。

4、分子鍵:分子或分子團(tuán)顯弱電性,相互吸引;鍵合很弱,無(wú)方向性;熔點(diǎn)、硬度低,不導(dǎo)電,導(dǎo)熱性差。 氫 鍵:類似分子鍵,但氫原子起關(guān)鍵作用XH-Y;鍵合弱,有方向性;熔點(diǎn)、硬度低,不導(dǎo)電,導(dǎo)熱性好。 2.面心立方晶體和體心立方晶體的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少? 晶胞原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 面心立方 4 12 74% 體心立方 2 8 68% 3.立方晶系中,若位錯(cuò)線方向?yàn)閇001],,試說(shuō)明該位錯(cuò)屬于什么類型。 因位錯(cuò)線方向垂直于柏氏矢量,所以是刃位錯(cuò)。 4.請(qǐng)說(shuō)明間隙化合物與間隙固溶體的異同。 相同點(diǎn):小原子溶入 不同點(diǎn):若小原子溶入后,

5、大小原子數(shù)量成比例,在選取點(diǎn)陣時(shí),大小原子點(diǎn)陣可以合并,這實(shí)際上改變了大原子的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),因此認(rèn)為形成新相,稱為間隙相(間隙化合物)。 若小原子溶入后,分布隨機(jī),大小原子點(diǎn)陣不能合并,仍然保留大原子點(diǎn)陣,稱為間隙固溶體。 5.試從擴(kuò)散系數(shù)公式說(shuō)明影響擴(kuò)散的因素。 從公式表達(dá)形式可以看出擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散激活能Q和溫度T有關(guān)。擴(kuò)散激活能越低擴(kuò)散系數(shù)越大,因此激活能低的擴(kuò)散方式的擴(kuò)散系數(shù)較大,如晶界和位錯(cuò)處的擴(kuò)散系數(shù)較大。溫度越高,原子活性越大,擴(kuò)散系數(shù)越大。 6.何為過(guò)冷度?它對(duì)形核率有什么影響? 過(guò)冷度:實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度的差值。 隨過(guò)冷度增大,形核率先增后減。

6、 二、作圖計(jì)算題(每題10分,共40分) 1.在面心立方晶體中,分別畫出(101)、[110]和、[,指出哪些是滑移面、滑移方向,并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系? 對(duì)面心立方晶體,(101)非密排面,因此它不是滑移面;[110]是密排方向,因此是滑移方向。但這二者不能構(gòu)成滑移系。 和[是密排面和密排方向,因此可以構(gòu)成滑移系。 2.已知Al為面心立方晶體,原子半徑為rA。若在Al晶體的八面體間隙中能溶入最大的小原子半徑為rB,請(qǐng)計(jì)算rB與rA的比值是多少。 3.A-B二元合金中具有共晶反應(yīng)如下:若共晶反應(yīng)剛結(jié)束時(shí),α和β相的相對(duì)含量各占50%,試求該合金的成分。

7、設(shè)合金成分為c%,由題知: 得:c%=0.55% 4.已知銅的臨界切分應(yīng)力為1Mpa,問(wèn)要使面上產(chǎn)生[101]方向的滑移,應(yīng)在[001]方向上施加多大的力? 對(duì)立方晶系,兩晶向[h1k1l1]和[h2k2l2]夾角公式為: 故滑移面的法線與拉力軸方向[001]的夾角為: 同理,滑移方向[101]與拉力軸方向[001]的夾角為: 由分切應(yīng)力公式得: 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.按下列條件繪出A-B二元相圖: 1)A組元(熔點(diǎn)600℃)與B組元(熔點(diǎn)500℃)在液態(tài)時(shí)無(wú)限互溶; 2)固態(tài)時(shí),A在B中的最大固溶度為wA=0.30,室溫時(shí)

8、為wA=0.10;而B在固態(tài)下不溶于A; 3)300℃時(shí)發(fā)生共晶反應(yīng)。 在A-B二元相圖中,分析wB=0.6的合金平衡凝固后,在室溫下的相組成物及組織組成物,并計(jì)算各相組成物的相對(duì)含量。 相組成:A+β 組織組成:A+β+AII 2.請(qǐng)繪出下列Fe-C合金極緩慢冷卻到室溫后的金相組織示意圖,并標(biāo)注各組織。(腐蝕劑均為3%硝酸酒精) 工業(yè)純鐵: F 20鋼: F+P 45鋼: F+P T8鋼: P T12鋼: P+Fe3C網(wǎng)狀 亞共晶白口鑄鐵:P+Ld’ 一、簡(jiǎn)答題(每題6分,共30分) 1.工程材料分為哪幾類?它們的結(jié)合鍵如何? 2.根據(jù)

9、凝固理論,請(qǐng)分析細(xì)化鑄錠晶粒的途徑及原理 3.固溶體非平衡凝固時(shí),形成微觀偏析和宏觀偏析的原因有何區(qū)別? 4.請(qǐng)為置換固溶體、間隙固溶體、間隙化合物、正常價(jià)化合物、電子化合物和間隙化合物各舉一具體例子。 5.為什么細(xì)晶強(qiáng)化可以同時(shí)提高合金強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性? 二、作圖計(jì)算題(每題10分,共40分) 1.鈦的晶胞(密排六方)體積在20℃時(shí)為0.106nm3,其c/a=1.59,求: (1)c、a的值; (2)鈦原子半徑。 2.已知鉬為體心立方結(jié)構(gòu),請(qǐng)回答: (1)畫出其晶胞示意圖; (2)在圖中畫出一個(gè)可能的滑移系,并標(biāo)明滑移面和滑移方向的指數(shù)。 3.一碳鋼在平衡冷

10、卻條件下,室溫組織為珠光體+二次滲碳體,其中珠光體含量為90%。請(qǐng)確定該碳鋼的含碳量,并畫出組織示意圖。 4.假設(shè)某面心立方晶體可以開動(dòng)的滑移系為,請(qǐng)回答: (1)給出滑移位錯(cuò)的單位位錯(cuò)柏氏矢量; (2)若滑移位錯(cuò)為純?nèi)形诲e(cuò),請(qǐng)指出其位錯(cuò)線方向;若滑移位錯(cuò)為純螺位錯(cuò),其位錯(cuò)線方向又如何? 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.根據(jù)下列已知條件繪出A-B二元共晶相圖: i.tA> tB(tA、tB為A、B的熔點(diǎn)); ii.共晶反應(yīng)為; iii.B在A中的固溶度隨溫度的下降而減小,室溫時(shí)為wB=0.03;A在B中的固溶度不隨溫度變化, 并請(qǐng)回答: (1)分析wB=0

11、.85的合金平衡結(jié)晶過(guò)程; (2)計(jì)算該合金室溫下的相組成物及組織組成物。(忽略二次相) 8.一楔型純銅鑄錠,經(jīng)間距恒定的軋輥軋制(如圖); (1)請(qǐng)畫出軋制后,錠子的晶粒示意圖。 (2)畫出將該錠子進(jìn)行再結(jié)晶退火后,晶粒示意圖。并分析原因。   一、簡(jiǎn)答題(每題5分,共30分) 1.何為空間點(diǎn)陣?它與晶體結(jié)構(gòu)有何異、同? 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述晶界有哪些特征? 3.何為固溶強(qiáng)化?置換固溶體與間隙固溶體相比,哪個(gè)的固溶強(qiáng)化效果強(qiáng)?請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶度的因素。 4.請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。 5.什么是反應(yīng)擴(kuò)散?請(qǐng)簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。 6.簡(jiǎn)述在什么情況下會(huì)

12、發(fā)生單滑移、多滑移和交滑移,它們的滑移線形貌特征是什么。 二、作圖計(jì)算題(每題10分,共40分) 1.請(qǐng)計(jì)算簡(jiǎn)單立方和體心立方晶體的(100)、(110)和(111)晶面的面間距(假設(shè)兩種點(diǎn)陣的點(diǎn)陣常數(shù)都是a)。 2.在面心立方晶體中,分別畫出、和、,指出哪些是滑移面、滑移方向,并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系?若外力方向?yàn)?001>,請(qǐng)問(wèn)哪些滑移系可以開動(dòng)? 3.請(qǐng)判定下列反應(yīng)能否進(jìn)行,若能夠進(jìn)行,則在簡(jiǎn)單立方晶胞繪出參加反應(yīng)位錯(cuò)的柏氏矢量。 1) 2) 4.已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖,見附圖, 1)請(qǐng)畫出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成; 2)請(qǐng)畫出X合金平衡冷

13、卻時(shí)的冷區(qū)曲線,及各階段相變反應(yīng)。 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.已知Mg-Ni合金系中一個(gè)共晶反應(yīng): L23.5%Nia純Mg+Mg2Ni54.6%Ni 設(shè)有C1和C2兩種合金,C1為亞共晶,C2為過(guò)共晶。這兩種合金的初生相質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等,但室溫時(shí)C1中a(即Mg)的總量是C2中a總量的2.5倍,請(qǐng)確定C1和C2的成分。 2.某工廠對(duì)一大型零件進(jìn)行淬火處理,經(jīng)過(guò)1100℃加熱后,用冷拉鋼絲繩吊掛,由起重吊車送往淬火水槽,行至途中鋼絲突然發(fā)生斷裂。該鋼絲是新的,且沒(méi)有瑕疵,是分析該鋼絲繩斷裂的原因。  綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題(每題6分,共

14、30分) 1.請(qǐng)簡(jiǎn)述刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)的主要特征。 2.相互垂直的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)后發(fā)生交割,原位錯(cuò)可能會(huì)發(fā)生什么變化?在后續(xù)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)中可能會(huì)有什么影響? 3.什么是離異共晶?如何發(fā)生的? 4.簡(jiǎn)述平衡結(jié)晶與非平衡結(jié)晶的不同之處。 5.形成無(wú)限固溶體的條件是什么?簡(jiǎn)述原因。 6.在固態(tài)下晶體的線缺陷對(duì)溶質(zhì)原子的擴(kuò)散有何影響? 二、作圖計(jì)算題(共40分) 1.在A滑移面上有一環(huán)形位錯(cuò),所受切應(yīng)力如圖所示,試分析在平面位錯(cuò)環(huán)上各段屬于哪種類型的位錯(cuò)?作圖表示位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向?(俯視觀看)(8分) A b 2.根據(jù)Fe-Fe3C相圖畫出含碳0.65%的鐵碳合金的冷卻曲線。指出平

15、衡冷卻室溫下相組成物、組織組成物是什么?并計(jì)算其相對(duì)含量。(12分) 3、下圖為Cu-Zn相圖,圖中有多少三相平衡,寫出它們的反應(yīng)式。(8分) 4、已知單晶銅的{111}滑移系的臨界分切應(yīng)力τk為1MPa,請(qǐng)問(wèn): ①要使面上產(chǎn)生方向的滑移,則在方向上應(yīng)施加多大的應(yīng)力? ②假設(shè)在單晶銅中只開動(dòng)滑移系,那么隨著滑移的進(jìn)行,拉伸試樣中面會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象?它對(duì)隨后的進(jìn)一步變形有何影響?(12分) 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.為了細(xì)化純鋁板晶粒,采用冷變性的方法將其變形3%~5%,之后采用620℃退火1h,組織反而粗化,增大冷變形至80%以上,再于620℃退火1h,組織仍然

16、粗大。分析其原因,指出上述工藝不合理之處并擬定一種合理的晶粒細(xì)化工藝。(T再=0.4T溶純鋁熔點(diǎn)為660℃) 2.簡(jiǎn)述60#鋼(含碳0.6%)平衡結(jié)晶(假設(shè)為均勻形核)需要滿足的條件。 綜合模擬測(cè)試參考答案 一簡(jiǎn)答題(每題6分,共30分) 1.請(qǐng)簡(jiǎn)述刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)的主要特征 答:刃型位錯(cuò): 晶體中有一個(gè)額外原子面,形如刀刃插入晶體 刃型位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣發(fā)生了彈性畸變 位錯(cuò)線可以是折線或曲線,但位錯(cuò)線必與滑移(矢量)方向垂直 只有一個(gè)確定的滑移面 位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向平行(一致) 位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直 螺型位錯(cuò): 上下兩層原子發(fā)生錯(cuò)排,錯(cuò)排區(qū)原子依次

17、連接呈螺旋狀 位錯(cuò)線周圍點(diǎn)陣產(chǎn)生了彈性畸變; 螺型位錯(cuò)與晶體滑移方向平行,故位錯(cuò)線一定是直線 螺型位錯(cuò)的滑移面是不確定的,凡是包含螺型位錯(cuò)的平面均可作為它的滑移面; 位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向相互垂直。 位錯(cuò)線與柏氏矢量平行 2.相互垂直的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)后發(fā)生交割,原位錯(cuò)可能會(huì)發(fā)生什么變化?在后續(xù)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)中可能會(huì)有什么影響? 答:交割后在原位錯(cuò)線上留下對(duì)方柏氏矢量大小、方向的扭轉(zhuǎn)或割接,但是該位錯(cuò)線仍是原柏氏矢量。所有的割階都是刃型位錯(cuò),而扭折可以是刃位錯(cuò)也可以是螺位錯(cuò)在后續(xù)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)中,由于:扭折與原位錯(cuò)同一滑移面,可隨主位錯(cuò)線一起運(yùn)動(dòng),幾乎不產(chǎn)生阻力,并在線力的作用下易消失

18、割階與原位錯(cuò)線不在同一滑移面,故除非割階產(chǎn)生攀移,否則割階就不能跟隨主滑移線一起運(yùn)動(dòng),成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙,稱為割階硬化 3.什么是離異共晶?如何發(fā)生的? 答:在共晶水平線的兩個(gè)端部附近,由于共晶量少,領(lǐng)先相相依附在初生相上,另一相獨(dú)立存在于晶界,在組織學(xué)上失去共晶體特點(diǎn),稱為離異共晶。有時(shí),也將端部以外附近的合金,在非平衡凝固時(shí)得到的少量共晶,稱為離異共晶。 4.簡(jiǎn)述平衡結(jié)晶與非平衡結(jié)晶的不同之處。 答:平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度非常緩慢,液相和固相中擴(kuò)散均很充分的情況下的結(jié)晶。非平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度比較快,擴(kuò)散不充分的情況下的結(jié)晶。 5.形成無(wú)限固溶體的條件是什么?簡(jiǎn)述原因。

19、 答:形成固溶體時(shí),溶質(zhì)原子的溶入會(huì)使溶劑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變,使體系自由能升高。間隙固溶體中溶質(zhì)原子溶入溶劑間隙中引起的點(diǎn)陣畸變較大,故不能形成無(wú)限互溶;置換固溶體中溶質(zhì)原子取代了溶劑原子的位置,晶格畸變較小。當(dāng)溶質(zhì)、溶劑尺寸相差越小,晶格畸變?cè)叫?,能量越低,溶解度越大;兩組元具有相同的晶體結(jié)構(gòu)可形成無(wú)限互溶。 6.在固態(tài)下晶體的線缺陷對(duì)溶質(zhì)原子的擴(kuò)散有何影響? 答:①Q↓——D↑——管道機(jī)制    ?、冢选摹葳鍣C(jī)制 二作圖計(jì)算題(共30分) 1、根據(jù)Fe-Fe3C相圖畫出含碳0.65%的鐵碳合金的冷卻曲線。指出平衡冷卻,室溫下相組成物、組織組成物是什么?并計(jì)算其相

20、對(duì)含量。(12分) 參考答案: 相組成:a+ Fe3C 組織組成:F + P + Fe3CIII(少量、忽略) 室溫下,相的相對(duì)含量:   室溫下,組織相對(duì)含量: 忽略 2、在A滑移面上有一環(huán)形位錯(cuò),所受切應(yīng)力如圖所示,試分析在平面位錯(cuò)環(huán)上各段屬于哪種類型的位錯(cuò)?作圖表示位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向?(俯視觀看)(8分) 答: 3、下圖為Cu-Zn相圖,圖中有多少三相平衡,寫出它們的反應(yīng)式。(8分) 答: ⑴包晶反應(yīng) α+ L→β;   ⑵包晶反應(yīng) β+ L→γ;   ⑶包晶反應(yīng) γ+ L→δ;   ⑷包晶反應(yīng) δ+ L→ε;   ⑸包晶反應(yīng) 

21、ε+ L→η;   ⑹共析反應(yīng) δ→r +ε;   4、已知單晶銅的{111}滑移系的臨界分切應(yīng)力τk為1MPa,請(qǐng)問(wèn): ①要使面上產(chǎn)生方向的滑移,則在方向上應(yīng)施加多大的應(yīng)力? ②假設(shè)在單晶銅中只開動(dòng)滑移系,那么隨著滑移的進(jìn)行,拉伸試樣中面會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象?它對(duì)隨后的進(jìn)一步變形有何影響?(10分) 答: (1) 滑移面的法線方向和拉力軸的夾角 與拉力軸的夾角 需要施加的力 (2)(111)面會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。晶面轉(zhuǎn)動(dòng)使晶體位相發(fā)生改變,使滑移面和滑移方向逐漸趨于平行拉伸軸線方向,從而使后續(xù)塑性變形所需外力進(jìn)一步增大。 三綜合題(每題15分,共30分) 1

22、、為了細(xì)化純鋁板晶粒,采用冷變性的方法將其變形3%~5%,之后采用620℃退火1h,組織反而粗化,增大冷變形至80%以上,再于620℃退火1h,組織仍然粗大。分析其原因,指出上述工藝不合理之處并擬定一種合理的晶粒細(xì)化工藝。(T再=0.4T溶純鋁熔點(diǎn)為660℃) 答:前一種為臨界變形度下變形,高溫退火再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力小,形核少,晶粒粗大;后種工藝,在大變形下,根據(jù)T再=0.4T溶計(jì)算,T再≈100℃,故再結(jié)晶溫度不得大于200℃為宜,由于采用了620℃高溫退火,晶粒異常長(zhǎng)大(二次再結(jié)晶),造成晶粒粗大。正確工藝:>70%以上冷變形,之后150℃退火1h 2、簡(jiǎn)述60#鋼(含碳0.6%)平

23、衡結(jié)晶(假設(shè)為均勻形核)需要滿足的條件 答: 綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題(每題6分,共30分) 1.請(qǐng)簡(jiǎn)述工程材料的分類。 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述滑移和孿生變形的特點(diǎn)? 3.若將一位錯(cuò)線的正方向定義為原來(lái)的反向,此位錯(cuò)的柏氏矢量是否改變?位錯(cuò)的類型是否改變? 4.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶后的組織有何差別?力學(xué)性能有何差別? 5.請(qǐng)簡(jiǎn)述金屬間化合物的一般特性。 二、作圖計(jì)算題(每題10分,共40分) 1.設(shè)有一條徑為30mm的厚壁管道,被壁厚0.1mm的鐵膜隔開。由管子一端通入氮?dú)?,保持鐵膜一側(cè)活性氮原子濃度為1200 mol/m3,另一側(cè)為100 mol/m3。如果在7

24、00℃下測(cè)得通過(guò)管道的氮?dú)饬髁繛?.810-4mol/s,求此時(shí)氮原子在鐵中的擴(kuò)散系數(shù)。 2.請(qǐng)?jiān)诹⒎骄О欣L出和兩晶面,并計(jì)算其夾角。 共析鋼 過(guò)共晶白口鑄鐵 Al-5.0wt%Cu Al-13%Si 3.請(qǐng)分別繪出室溫下,共析鋼、過(guò)共晶白口鑄鐵平衡組織;Al-5.0wt%Cu合金平衡組織;Al-13%Si合金平衡組織。 4.已知簡(jiǎn)單三元共晶的投影圖,且A-B共晶溫度最高,B-C共晶溫度稍低,A-C共晶溫度最低。請(qǐng)繪出介于B-C和A-C共晶溫度之間的等溫截面,以及AE垂直截面圖,并標(biāo)注各區(qū)域的相組成。 e A B C E

25、三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.請(qǐng)以層片狀共晶組織為例,論述二元共晶時(shí)如何滿足成分條件。 2.根據(jù)Al-Zr二元相圖回答: 1)寫出1490℃、1250℃、975℃、940℃的相變反應(yīng),并判斷反應(yīng)類型。 2)畫出x=50.0%合金平衡結(jié)晶的冷卻曲線,并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)。 3)計(jì)算x=30.0%合金平衡結(jié)晶到室溫下的相組成。 綜合模擬測(cè)試參考答案 一、簡(jiǎn)答題(每題6分,共30分) 1.請(qǐng)簡(jiǎn)述工程材料的分類。 答:金屬材料,瓷材料,高分子材料,復(fù)合材料。 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述滑移和孿生變形的特點(diǎn)? 答: 滑移變形特點(diǎn): 1)平移滑動(dòng):相對(duì)滑動(dòng)的兩部分位向

26、關(guān)系不變 2)滑移線與應(yīng)力軸呈一定角度 3)滑移不均勻性:滑移集中在某些晶面上 4)滑移線先于滑移帶出現(xiàn):由滑移線構(gòu)成滑移帶 5)特定晶面,特定晶向 孿生變形特點(diǎn): 1)部分晶體發(fā)生均勻切變 2)變形與未變形部分呈鏡面對(duì)稱關(guān)系,晶體位向發(fā)生變化 3)臨界切分應(yīng)力大 4)孿生對(duì)塑變貢獻(xiàn)小于滑移 5)產(chǎn)生表面浮凸 3.若將一位錯(cuò)線的正方向定義為原來(lái)的反向,此位錯(cuò)的柏氏矢量是否改變?位錯(cuò)的類型是否改變? 答:柏氏矢量反向。位錯(cuò)類型不變,符號(hào)改變。 4.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶后的組織有何差別?力學(xué)性能有何差別? 答:動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后獲得中心有畸變的等軸晶,晶粒部有被纏結(jié)

27、位錯(cuò)分割的亞晶。靜態(tài)再結(jié)晶后獲得低位錯(cuò)密度的等軸晶。一般,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后的強(qiáng)度、硬度比靜態(tài)再結(jié)晶的高。 5.請(qǐng)簡(jiǎn)述金屬間化合物的一般特性。 答:金屬間化合物種類繁多,機(jī)構(gòu)復(fù)雜,一般具有極高的硬度,較高的熔點(diǎn),塑形差。往往具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)。 二、作圖計(jì)算題(每題10分,共40分) 1.設(shè)有一條徑為30mm的厚壁管道,被壁厚0.1mm的鐵膜隔開。由管子一端通入氮?dú)猓3骤F膜一側(cè)活性氮原子濃度為1200 mol/m3,另一側(cè)為100 mol/m3。如果在700℃下測(cè)得通過(guò)管道的氮?dú)饬髁繛?.810-4mol/s,求此時(shí)氮原子在鐵中的擴(kuò)散系數(shù)。 答:滿足擴(kuò)散第一定律應(yīng)用條件,得:

28、 活性氮原子通量為: 鐵膜中活性氮原子濃度梯度為: 由擴(kuò)散第一定律: 2.請(qǐng)?jiān)诹⒎骄О欣L出和兩晶面,并計(jì)算其夾角。 答: α=19.1 3.請(qǐng)分別繪出室溫下,共析鋼、過(guò)共晶白口鑄鐵平衡組織;Al-5.0wt%Cu合金平衡組織;Al-13%Si合金平衡組織。 答:略 4.已知簡(jiǎn)單三元共晶的投影圖,且A-B共晶溫度最高,B-C共晶溫度稍低,A-C共晶溫度最低。請(qǐng)繪出介于B-C和A-C共晶溫度之間的等溫截面,以及AE垂直截面圖,并標(biāo)注各區(qū)域的相組成。 e A B C E 答: A B C L L+A+B L+A

29、 L+B L+B+C L+C E A L L+A L+C L+B+C A+B+C L+A+C 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.請(qǐng)以層片狀共晶組織為例,論述二元共晶時(shí)如何滿足成分條件。 答:首先通過(guò)成分起伏獲得某一組元的富集并形成共晶中的某一相(領(lǐng)先相),此時(shí)會(huì)在其周圍形成另一組元的富集,比較容易滿足另一相的形成條件,從而形成共晶中的另一相。如此反復(fù),滿足成分條件,交替形核,而形成共晶。 形核后,兩相與液相的界面處均會(huì)形成溶質(zhì)原子的富集,溶質(zhì)原子通過(guò)橫向擴(kuò)散,滿足兩相生長(zhǎng)所需的成分條件,實(shí)現(xiàn)液固界面的推進(jìn)

30、。 2.根據(jù)Al-Zr二元相圖回答: 1)寫出1490℃、1250℃、975℃、940℃的相變反應(yīng),并判斷反應(yīng)類型。 2)畫出x=50.0%合金平衡結(jié)晶的冷卻曲線,并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)。 3)計(jì)算x=30.0%合金平衡結(jié)晶到室溫下的相組成。 答: 1)1490℃:L → Al3Zr + Al2Zr共晶反應(yīng) 1250℃:Al3Zr4+ Al3Zr2→ AlZr包析反應(yīng) 975℃:β-Zr + AlZr2→ AlZr3包析反應(yīng) 940℃:β-Zr + AlZr3→ α-Zr包析反應(yīng) 2) L L→Al3Zr2 Al3Zr2+ Al3Zr4 Al3Zr4

31、+ Al3Zr2→ AlZr AlZr L → Al3Zr2+ Al3Zr4 3)x=30.0%合金室溫下相組成為: AlZr3+AlZr2 AlZr3中含Al=25%,AlZr2中含Al=33.3% 綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題(每題5分,共30分) 1.什么是柏氏矢量?它有哪些特征? 2.固溶體的固溶度受哪些因素的影響? 3.請(qǐng)總結(jié)并簡(jiǎn)要回答二元合金平衡結(jié)晶過(guò)程中,單相區(qū)、雙相區(qū)和三相區(qū)各相成分的變化規(guī)律。 4.什么是上坡擴(kuò)散?哪些情況下會(huì)發(fā)生上坡擴(kuò)散? 5.何謂固溶強(qiáng)化?請(qǐng)簡(jiǎn)述其機(jī)制。 6.室溫下對(duì)某種金屬材料進(jìn)行塑性變形,可能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶

32、嗎?為什么? 二、作圖計(jì)算題(每題8分,共40分) 1.請(qǐng)比較FCC晶體中和兩位錯(cuò)的畸變能哪個(gè)大。 2.面心立方晶體沿[001]方向拉伸,可能有幾個(gè)滑移系開動(dòng)?請(qǐng)寫出各滑移系指數(shù),并分別繪圖示之。 3.假設(shè)某合金平衡結(jié)晶時(shí)形成的臨界晶核為邊長(zhǎng)為a的立方體。已知該合金體系的液固界面能為σ,單位體積自由能差為ΔGB。請(qǐng)推導(dǎo)均勻形核時(shí)臨界晶核邊長(zhǎng)a*和臨界形核功ΔG*的表達(dá)式。 4.500℃時(shí),Al在Cu中的擴(kuò)散系數(shù)為2.610-17m2/s;1000℃時(shí)則為1.610-12m2/s。請(qǐng)計(jì)算該擴(kuò)散偶的D0和擴(kuò)散激活能Q。(R=8.314J/molK) 5.請(qǐng)根據(jù)附圖繪出簡(jiǎn)單三元共晶相

33、圖中AF所代表的垂直截面,并標(biāo)明各個(gè)相區(qū)的相組成;繪出合金X的冷卻曲線,并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)或相組成 e A B C X F 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.請(qǐng)分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大、二次再結(jié)晶的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力和動(dòng)力學(xué)特征。 2.Al-Cu相圖的局部如附圖所示,請(qǐng)分析并回答: 1)5.6%Cu合金和5.8%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時(shí),室溫下的組織特征。 2)已知Al為FCC結(jié)構(gòu),請(qǐng)問(wèn)圖中的a相是什么晶體結(jié)構(gòu)?為什么? 3)請(qǐng)計(jì)算亞共晶合金在共晶反應(yīng)前一刻的平衡分配系數(shù)。 4)設(shè)X合金平衡結(jié)晶完成時(shí)的組織為a

34、初+(a+θ)共,其中a初占80%。請(qǐng)問(wèn),該合金剛剛凝固完畢時(shí)θ相的含量有多少。 綜合模擬測(cè)試參考答案 一、簡(jiǎn)答題(每題5分,共30分) 1.什么是柏氏矢量?它有哪些特征? 答:柏氏矢量是描述晶體中位錯(cuò)性質(zhì)及其引起畸變方向、程度的一種數(shù)學(xué)方法。它具有唯一性、同一性和可加性。 2.固溶體的固溶度受哪些因素的影響? 答:原子尺寸、晶體結(jié)構(gòu)、電負(fù)性、電子濃度。 3.請(qǐng)總結(jié)并簡(jiǎn)要回答二元合金平衡結(jié)晶過(guò)程中,單相區(qū)、雙相區(qū)和三相區(qū)各相成分的變化規(guī)律。 答:?jiǎn)蜗鄥^(qū):相成分為合金平均成分,不隨溫度變化; 雙相區(qū):兩相成分分別位于該相區(qū)的邊界,并隨溫度沿相區(qū)邊界變化; 三相區(qū):

35、三相具有確定成分,且不隨結(jié)晶過(guò)程變化。 4.什么是上坡擴(kuò)散?哪些情況下會(huì)發(fā)生上坡擴(kuò)散? 答:由低濃度處向高濃度處擴(kuò)散的現(xiàn)象稱為上坡擴(kuò)散。應(yīng)力場(chǎng)作用、電場(chǎng)磁場(chǎng)作用、晶界吸附作用和調(diào)幅分解反應(yīng)等情況下可能發(fā)生上坡擴(kuò)散。 5.何為固溶強(qiáng)化?請(qǐng)簡(jiǎn)述其強(qiáng)化機(jī)制。 答:固溶強(qiáng)化就是溶質(zhì)原子通過(guò)某種方式阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),從而使合金強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。其主要機(jī)制包括:(1)柯氏氣團(tuán),即溶質(zhì)原子與基體原子尺寸不同,產(chǎn)生的彈性應(yīng)力場(chǎng)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙;(2)玲木氣團(tuán),即溶質(zhì)原子降低了基體的層錯(cuò)能,使位錯(cuò)分解稱為擴(kuò)展位錯(cuò),阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng);(3)電交互作用,即溶質(zhì)原子為帶電粒子,與位錯(cuò)形成靜電作用力,阻礙位錯(cuò)運(yùn)

36、動(dòng)。 6.室溫下對(duì)某種金屬材料進(jìn)行塑性變形,能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶嗎?為什么? 答:可能。若再結(jié)晶溫度低于室溫,則室溫下的變形屬于熱變形,就可能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。 二、作圖計(jì)算題(每題8分,共40分) 1.請(qǐng)比較FCC晶體中和兩位錯(cuò)的畸變能哪個(gè)較大。 答: 故:b1能量較低。 2.面心立方晶體沿[001]方向拉伸,可能有幾個(gè)滑移系開動(dòng)?請(qǐng)寫出各滑移系指數(shù),并分別繪圖示之。 答:可能開動(dòng)的有8個(gè)。分別是: 、、 、、 3.假設(shè)某合金平衡結(jié)晶時(shí)形成的臨界晶核為邊長(zhǎng)為a的立方體。已知該合金體系液固界面能為σ,單位體積自由能差為ΔGB。請(qǐng)推導(dǎo)均勻形核時(shí)臨界

37、晶核邊長(zhǎng)a*和臨界形核功ΔG*的表達(dá)式。 答:ΔG = a3ΔGB+6a2σ 4.500℃時(shí),Al在Cu中的擴(kuò)散系數(shù)為2.610-17m2/s;1000℃時(shí)則為1.610-12m2/s。計(jì)算該擴(kuò)散偶的D0和擴(kuò)散激活能Q。(R=8.314J/molK) 答: Q=180435.396 J/mol =310-19J/atom D0=4.05610-5m2/s 5.請(qǐng)根據(jù)附圖作出簡(jiǎn)單三元共晶相圖中AF所代表的垂直截面,并標(biāo)明各個(gè)相區(qū)的相組成;繪出合金X的冷卻曲線,并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)或相組成 e A B C X F

38、L L→B L→A+B L→A+B+C A+B+C L L+C L+A+C L+B+C A+B+C A F L+A 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.請(qǐng)分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大、二次再結(jié)晶的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力和動(dòng)力學(xué)特征。 答: 熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力 動(dòng)力學(xué)特征 回復(fù) 存儲(chǔ)能(點(diǎn)陣畸變能) 馳豫過(guò)程 再結(jié)晶 存儲(chǔ)能(點(diǎn)陣畸變能) 形核長(zhǎng)大 正常長(zhǎng)大 總界面能 長(zhǎng)大 二次再結(jié)晶 總界面能+總表面能 長(zhǎng)大 2.Al-Cu相圖的局部如附圖所示,請(qǐng)分析并回答: 1)分析5.6

39、%Cu合金和5.8%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時(shí),室溫下的組織特征。 2)已知Al為FCC結(jié)構(gòu),請(qǐng)問(wèn)圖中的a相是什么晶體結(jié)構(gòu)?為什么? 3)請(qǐng)計(jì)算亞共晶合金在共晶反應(yīng)前一刻的平衡分配系數(shù)。 4)設(shè)X合金平衡結(jié)晶完成時(shí)的組織為a初+(a+θ)共,其中a初占80%。請(qǐng)問(wèn),該合金剛剛凝固完畢時(shí)θ相的含量有多少。 答: 1)5.6%Cu合金平衡結(jié)晶至室溫組織為a初+θII,快速冷卻至室溫將還出現(xiàn)少量非平衡共晶組織; 5.8%Cu合金平衡結(jié)晶組織為a初+(a+θ)共+θII,快冷組織會(huì)出現(xiàn)離異共晶。 2)a相仍然是FCC結(jié)構(gòu)。a相為固溶體,保持Al的晶體結(jié)構(gòu)。 3

40、) 4) X=11.2%Cu 綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題(每題5分,共30分) 1.工程材料包括哪幾類,各有何特點(diǎn)? 2.固體中常見的有哪些相結(jié)構(gòu)? 3.何謂平衡結(jié)晶?何謂非平衡結(jié)晶? 4.擴(kuò)散第一定律和第二定律的應(yīng)用條件是什么? 5.何謂臨界變形度? 6.請(qǐng)簡(jiǎn)述共晶反應(yīng)的主要特征。 二、作圖計(jì)算題(每題8分,共40分) 1.請(qǐng)計(jì)算fcc晶體的致密度。 2.現(xiàn)有Zn在Cu中的稀固溶體,已知Zn的擴(kuò)散系數(shù)在727℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為3.6710-11cm2/s,在327℃時(shí)為8.3210-18cm2/s,請(qǐng)確定Zn在Cu中的擴(kuò)散激活能。(R=8.314

41、J/molK) 3.一個(gè)fcc晶體在方向在2MPa正應(yīng)力下屈服,已測(cè)得開動(dòng)的滑移系是,請(qǐng)確定使該滑移系開動(dòng)的分切應(yīng)力τ。 4.請(qǐng)繪出Cu含量為4%的Al-Cu合金,經(jīng)過(guò)80%和20%冷變形后的金相組織。 5.請(qǐng)分別在晶胞中繪出(110)、(111)晶面,[111]、[001]晶向。 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.若需要對(duì)純鋁試樣進(jìn)行強(qiáng)化,可以采用什么強(qiáng)化手段?通過(guò)何種手段實(shí)現(xiàn)? 2.試分析金屬結(jié)晶(均勻形核)的熱力學(xué)條件、結(jié)構(gòu)條件及能量條件。 綜合模擬測(cè)試參考答案 一、簡(jiǎn)答題(每題5分,共30分) 1.固溶體晶粒存在偏

42、析,主軸與枝間成分不同,整個(gè)晶粒還是不是一個(gè)相? 答:仍然是一個(gè)相,因?yàn)楣倘荏w可以有相應(yīng)的成分變化圍。 2.固體中常見的有哪些相結(jié)構(gòu)? 答:固溶體中常見的相結(jié)構(gòu)有固溶體,化合物,非晶相,分子相。 3.何謂平衡結(jié)晶?何謂非平衡結(jié)晶? 答:平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度非常緩慢,液相和固相中擴(kuò)散均很充分的情況下的結(jié)晶。非平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度比較快,擴(kuò)散不充分的情況下的結(jié)晶。 4.擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是什么?對(duì)于濃度梯度隨時(shí)間變化的情況,能否應(yīng)用擴(kuò)散第一定律? 答:擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散,即與時(shí)間無(wú)關(guān)的擴(kuò)散。對(duì)于非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的情況也可以應(yīng)用擴(kuò)散第一定律,但必須對(duì)其進(jìn)行修正。

43、 5.按熱力學(xué)分,固態(tài)相變有哪幾類?分類依據(jù)是什么?鐵碳合金中,F(xiàn)e3CII的形成屬于其中的哪一類? 答:按熱力學(xué)分固態(tài)相變分為一級(jí)相變、二級(jí)相變和高級(jí)相變。Fe3CII的形成屬于一級(jí)相變。 6.復(fù)合材料按增強(qiáng)體形態(tài)可以分為哪幾類? 答:可以分為連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。 二、作圖計(jì)算題(每題8分,共40分) 1.已知H原子半徑r為0.0406nm,純鋁是fcc晶體,其原子半徑R為0.143nm,請(qǐng)問(wèn)H原子溶入Al時(shí)處于何種間隙位置? 答:fcc晶體的八面體間隙,四面體間隙。 根據(jù)題意知,因此H原子應(yīng)處于八面體間隙。 2.現(xiàn)有

44、Zn在Cu中的稀固溶體,已知Zn的擴(kuò)散系數(shù)在727℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為3.6710-11cm2/s,在327℃時(shí)為8.3210-18cm2/s,請(qǐng)確定Zn在Cu中的擴(kuò)散激活能。(R=8.314J/molK) 答:; 3.一個(gè)fcc晶體在方向在2MPa正應(yīng)力下屈服,已測(cè)得開動(dòng)的滑移系是,請(qǐng)確定使該滑移系開動(dòng)的分切應(yīng)力τ。 答: 4.對(duì)于Cu含量0.04的Al-Cu合金,經(jīng)過(guò)80%冷變形后,分別在700K,350K保溫1小時(shí),請(qǐng)畫出緩慢冷卻到室溫后的金相組織,并分析兩組織出現(xiàn)差異的原因。 答:700K退火1小時(shí)后發(fā)生形成單一α相,冷卻是脫溶出θ相。250K則僅發(fā)生

45、回復(fù),金相組織保持冷變形的組織形態(tài)。繪圖略 5.請(qǐng)根據(jù)附圖作出簡(jiǎn)單三元共晶相圖的垂直截面,并標(biāo)明各個(gè)相區(qū)的相組成;繪出合金X的冷卻曲線,并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)或相組成 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.若需要對(duì)純鋁試樣進(jìn)行強(qiáng)化,可以采用什么強(qiáng)化手段?通過(guò)何種手段實(shí)現(xiàn)? 答:細(xì)晶強(qiáng)化,可以通過(guò)快速結(jié)晶或變形再結(jié)晶實(shí)現(xiàn); 加工硬化,經(jīng)適當(dāng)?shù)睦渌苄宰冃魏罂梢蕴岣邚?qiáng)度。 2.圖示Cu-Cd二元相圖全圖及其400℃~600℃圍的局部放大: 1)請(qǐng)根據(jù)相圖寫出549℃、547℃、544℃、397℃和314℃五條水平線的三相平衡反應(yīng)類型及其反應(yīng)式; 2)已知

46、β相成分為wcd=46.5%,400℃時(shí)γ相的成分為wcd=57%,請(qǐng)計(jì)算400℃時(shí)wCd=50%合金的相組成。 答: 1)549℃:包晶反應(yīng),(Cu)+L→β 547℃:包晶反應(yīng),β +L→γ 544℃:共晶反應(yīng),L→ γ + δ 397℃:包晶反應(yīng),δ + L→ ε 314℃:共晶反應(yīng),L→ ε +(Cd) 2) 或 綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題(每題5分,共30分) 1.已知fcc晶體的致密度比bcc晶體的大,請(qǐng)解釋為什么fcc的固溶度仍比bcc的大? 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶體固溶度的因素有哪些。 3.均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑,

47、非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一表面能,為什么非均勻形核比均勻形核容易? 4.原子的熱運(yùn)動(dòng)如何影響擴(kuò)散? 5.如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變形? 6.基體、增強(qiáng)體和界面在復(fù)合材料中各起什么作用? 二、作圖計(jì)算題(每題10分,共40分) 1.請(qǐng)分別計(jì)算簡(jiǎn)單立方晶體與面心立方晶體(100)、(110)和(111)晶面的間距。 2.已知某晶體在500℃時(shí),每1010個(gè)原子中可以形成有1個(gè)空位,請(qǐng)問(wèn)該晶體的空位形成能是多少?(已知該晶體的常數(shù)A=0.0539,波耳滋曼常數(shù)K=1.38110-23J / K) 3.請(qǐng)判定在fcc中下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行: 4.已知三元簡(jiǎn)單共晶的

48、投影圖,見附圖。 1)請(qǐng)畫出DF代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成; 2)請(qǐng)畫出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線,及各階段相變反應(yīng)。 三、綜合分析題 1.如附圖所示,請(qǐng)分析:(22分) 1)兩水平線的反應(yīng)類型,并寫出反應(yīng)式; 2)分析Ab、bg′、g′d、d′、d′h′、h′e、eB七個(gè)區(qū)域室溫下的組織組成物(j點(diǎn)成分小于g點(diǎn)成分); 3)分析I、II合金的平衡冷卻過(guò)程,并注明主要的相變反應(yīng); 4)寫出合金I平衡冷卻到室溫后相組成物相對(duì)含量的表達(dá)式及合金II平衡冷卻到室溫后組織組成物相對(duì)含量的表達(dá)式。 2.請(qǐng)對(duì)比分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大、異常長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力及力學(xué)性能變化

49、。(8分) 綜合模擬測(cè)試參考答案 一、簡(jiǎn)答題(每題5分,共30分) 1.已知fcc晶體的致密度比bcc晶體的大,請(qǐng)解釋為什么fcc的固溶度仍比bcc的大? 答:間隙分為四面體間隙和八面體間隙。在fcc中八面體間隙較大,而bcc中因八面體間隙為扁八面體間隙,故其四面體間隙較大。因此fcc晶體能夠容納更多的溶質(zhì)原子。 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶體固溶度的因素有哪些。 答:1)原子尺寸因素:置換固溶體的溶質(zhì)與溶劑原子尺寸越相近固溶度越大。 間隙固溶體的溶質(zhì)原子與溶劑間隙尺寸越相近固溶度越大。 2)晶體結(jié)構(gòu)因素:置換固溶體溶質(zhì)溶劑的晶體結(jié)構(gòu)相似固溶度越大。 3)電負(fù)性因素:溶質(zhì)與溶劑

50、的電負(fù)性越相近固溶度越大。 4)電子濃度因素:電子濃度越低固溶度越大。 3.均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑,非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一表面能,為什么非均勻形核比均勻形核容易? 答:非均勻形核與均勻形核的臨界晶核半徑相等,但非均勻形核的臨界晶核體積小。非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一表面能,但非均勻形核的表面能小于均形核的表面能,即非均勻形核的臨界形核功小。因此非均勻形核比較容易。 4.原子的熱運(yùn)動(dòng)如何影響擴(kuò)散? 答:原子熱運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)烈,原子的躍遷距離增大,躍遷頻率增大,躍遷幾率增大,將使得擴(kuò)散系數(shù)增大,即促進(jìn)擴(kuò)散。 5.如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變

51、形? 答:冷、熱變形溫度的分界是再結(jié)晶溫度。 6.基體、增強(qiáng)體和界面在復(fù)合材料中各起什么作用? 答:基體:1)固定和粘附增強(qiáng)體2)保護(hù)增強(qiáng)體免受物理化學(xué)損傷3)隔離和阻斷損傷。 增強(qiáng)體:1)承擔(dān)載荷;2)阻礙基體變形。 界面:協(xié)調(diào)變形 二、作圖計(jì)算題(每題10分,共40分) 1.請(qǐng)分別計(jì)算簡(jiǎn)單立方晶體與面心立方晶體(100)、(110)和(111)晶面的間距。 晶面 (100) (110) (111) 簡(jiǎn)單立方 (1分) (2分) (2分) 面心立方 (1分) (2分) (2分) 2.已知某晶體在500℃時(shí),每1010個(gè)原子中可以形成有1個(gè)空

52、位,請(qǐng)問(wèn)該晶體的空位形成能是多少?(已知該晶體的常數(shù)A=0.0539,波耳滋曼常數(shù)K=1.38110-23J / K) 答: 3.請(qǐng)判定在fcc中下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行: 答:幾何條件: 能量條件: 滿足幾何條件和能量條件,反應(yīng)可以進(jìn)行。 4.已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖,見附圖, 1)請(qǐng)畫出DF代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成; 2)請(qǐng)畫出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線,及各階段相變反應(yīng)。 答: 三、綜合分析題 1.如附圖二所示,請(qǐng)分析:(22分) 1)兩水平線的反應(yīng)類型,并寫出反應(yīng)式; 2)分析Ab、bg′、g′d、d′、d′h′、h′e、eB七個(gè)

53、區(qū)域室溫下的組織組成物(j點(diǎn)成分小于g點(diǎn)成分); 3)分析I、II合金的平衡冷卻過(guò)程,并注明主要的相變反應(yīng); 4)寫出合金I平衡冷卻到室溫后相組成物相對(duì)含量的表達(dá)式及合金II平衡冷卻到室溫后組織組成物相對(duì)含量的表達(dá)式。 答: 1)水平線kj為包晶反應(yīng): 水平線gh為共晶反應(yīng): 2)Ab:α bg′:α+βII g′d:α+(α+β)共+βII d’:(α+β)共 d′h′:β+(α+β)共+αII h′e:β+αII eB:β 3)合金I合金II 4)合金I相組成: 合金II組織組成: 2.請(qǐng)對(duì)比分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大

54、、異常長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力及力學(xué)性能變化。(8分) 答: 回復(fù) 再結(jié)晶 正常長(zhǎng)大 異常長(zhǎng)大 驅(qū)動(dòng)力 存儲(chǔ)能 (主要是點(diǎn)陣畸變能) 存儲(chǔ)能 (主要是點(diǎn)陣畸變能) 總界面能 總界面能和表面能 力學(xué)性能變化 基本保持變形后性能 恢復(fù)到冷變形前的水平 基本保持再結(jié)晶后的水平 性能惡化 強(qiáng)度、塑性下降 綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題(每題5分,共30分) 1.何為空間點(diǎn)陣?它與晶體結(jié)構(gòu)有何異、同? 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述晶界有哪些特征? 3.何為固溶強(qiáng)化?置換固溶體與間隙固溶體相比,哪個(gè)的固溶強(qiáng)化效果強(qiáng)?請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶度的因素。 4.請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪

55、些。 5.什么是反應(yīng)擴(kuò)散?請(qǐng)簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。 6.簡(jiǎn)述在什么情況下會(huì)發(fā)生單滑移、多滑移和交滑移,它們的滑移線形貌特征是什么。 二、作圖計(jì)算題(每題10分,共40分) 1.請(qǐng)計(jì)算簡(jiǎn)單立方和體心立方晶體的(100)、(110)和(111)晶面的面間距(假設(shè)兩種點(diǎn)陣的點(diǎn)陣常數(shù)都是a)。 2.在面心立方晶體中,分別畫出、和、,指出哪些是滑移面、滑移方向,并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系?若外力方向?yàn)?001>,請(qǐng)問(wèn)哪些滑移系可以開動(dòng)? 3.請(qǐng)判定下列反應(yīng)能否進(jìn)行,若能夠進(jìn)行,則在簡(jiǎn)單立方晶胞繪出參加反應(yīng)位錯(cuò)的柏氏矢量。 1) 2) 4.已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖,見附圖, 1)

56、請(qǐng)畫出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成; 2)請(qǐng)畫出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線,及各階段相變反應(yīng)。 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.已知Mg-Ni合金系中一個(gè)共晶反應(yīng): L23.5%Nia純Mg+Mg2Ni54.6%Ni 設(shè)有C1和C2兩種合金,C1為亞共晶,C2為過(guò)共晶。這兩種合金的初生相質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等,但室溫時(shí)C1中a(即Mg)的總量是C2中a總量的2.5倍,請(qǐng)確定C1和C2的成分。 2.某工廠對(duì)一大型零件進(jìn)行淬火處理,經(jīng)過(guò)1100℃加熱后,用冷拉鋼絲繩吊掛,由起重吊車送往淬火水槽,行至途中鋼絲突然發(fā)生斷裂。該鋼絲是新的,且沒(méi)有瑕疵,是分析該鋼絲繩斷

57、裂的原因。 綜合模擬測(cè)試參考答案 一、簡(jiǎn)答題(每題5分,共30分) 1.何為空間點(diǎn)陣?它與晶體結(jié)構(gòu)有何異、同? 答:空間點(diǎn)陣是對(duì)晶體結(jié)構(gòu)按照一定法則進(jìn)行的高度數(shù)學(xué)抽象;晶體結(jié)構(gòu)是對(duì)晶體的直觀表示。點(diǎn)陣只有七大類,14種,晶體結(jié)構(gòu)有無(wú)限多種。 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述晶界有哪些特征? 答:晶界有自發(fā)變直的趨勢(shì);晶界引起晶體強(qiáng)度升高;晶界擴(kuò)散比晶體擴(kuò)散速度快;晶界容易收到腐蝕;晶界容易吸附溶質(zhì)原子和雜質(zhì);晶界是相變首先發(fā)生的地方。 3.何為固溶強(qiáng)化?置換固溶體與間隙固溶體相比,哪個(gè)的固溶強(qiáng)化效果強(qiáng)?請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶度的因素。 答:溶質(zhì)原子溶入晶格中,阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),引起強(qiáng)度升高,塑性下降

58、的現(xiàn)象。晶體結(jié)構(gòu)類型、原子尺寸差、電負(fù)性差異、電子濃度都會(huì)影響固溶度。 4.請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。 答:熱力學(xué)條件;結(jié)構(gòu)條件;能量條件;成分條件。 5.什么是反應(yīng)擴(kuò)散?請(qǐng)簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。 答:擴(kuò)散時(shí),元素超過(guò)最大固溶度因而形成新相的擴(kuò)散。。反應(yīng)快速分為有擴(kuò)散無(wú)反應(yīng)層和有反應(yīng)層;兩層之間有明確的界面;反應(yīng)擴(kuò)散速度取決于擴(kuò)散速度和反應(yīng)速度。 6.簡(jiǎn)述在什么情況下會(huì)發(fā)生單滑移、多滑移和交滑移,它們的滑移線形貌特征是什么。 答:變形量小或滑移系少的時(shí)候發(fā)生單滑移;變形量大或滑移系多時(shí)多個(gè)滑移系同時(shí)或交替開動(dòng)稱為多滑移;當(dāng)螺位錯(cuò)為了避開障礙物改變滑移面時(shí)稱為交滑移。單滑

59、移滑移線為平行直線;多滑移為交叉的兩組平行直線;交滑移為波紋線 二、作圖計(jì)算題(每題10分,共40分) 1.請(qǐng)計(jì)算簡(jiǎn)單立方和體心立方晶體的(100)、(110)和(111)晶面的面間距(假設(shè)兩種點(diǎn)陣的點(diǎn)陣常數(shù)都是a)。 答: (100) (110) (111) 簡(jiǎn)單立方 (1分) (1分) (2分) 體心立方 a(2分) (2分) (2分) 2.在面心立方晶體中,分別畫出、和、,指出哪些是滑移面、滑移方向,并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系?若外力方向?yàn)?001>,請(qǐng)問(wèn)哪些滑移系可以開動(dòng)? 3.請(qǐng)判定下列反應(yīng)能否進(jìn)行,若能夠進(jìn)行,則在簡(jiǎn)單立方

60、晶胞繪出參加反應(yīng)位錯(cuò)的柏氏矢量。 (1) 幾何條件:,滿足幾何條件 能量條件: 不滿足能量條件,反應(yīng)不能進(jìn)行。 (2) 幾何條件:,滿足幾何條件 能量條件: 滿足能量條件,反應(yīng)可以進(jìn)行。 4.已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖,見附圖, 1)請(qǐng)畫出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成; 2)請(qǐng)畫出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線,及各階段相變反應(yīng)。 三、綜合分析題(每題15分,共30分) 1.已知Mg-Ni合金系中一個(gè)共晶反應(yīng): L23.5%Nia純Mg+Mg2Ni54.6%Ni 設(shè)有C1和C2兩種合金,C1為亞共晶,C2為過(guò)共晶。這兩種合金的初生相質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等,但室溫時(shí)C1中a(即Mg)的總量是C2中a總量的2.5倍,請(qǐng)確定C1和C2的成分。 答:1)見習(xí)題集,圖略 2) x1=12.7%,x2=37.8% 2.某工廠對(duì)一大型零件進(jìn)行淬火處理,經(jīng)過(guò)1100℃

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