材料科学基础试题及答案..pdf
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1、第一章原子排列与晶体结构 1.fcc 结构的密排方向是,密排面是,密排面的堆垛顺序是,致密度 为,配位数是,晶胞中原子数为,把原子视为刚性球时,原子的半径r 与 点阵常数 a 的关系是; bcc 结构的密排方向是,密排面是,致密度 为,配位数是,晶胞中原子数为,原子的半径r 与点阵常数a 的关系 是;hcp 结构的密排方向是,密排面是,密排面的堆垛顺序是, 致密度为,配位数是,,晶胞中原子数为,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是。 2.Al 的点阵常数为0.4049nm,其结构原子体积是 ,每个晶胞中八面体间隙数 为,四面体间隙数为。 3.纯铁冷却时在912发生同素异晶转变是从结构转变为结构
2、, 配位数, 致密度降低,晶体体积,原子半径发生。 4.在面心立方晶胞中画出 )(211 晶面和 211 晶向,指出110中位于( 111)平面上的 方向。在 hcp 晶胞的( 0001)面上标出)(0121晶面和 0121 晶向。 5.求 111 和 120 两晶向所决定的晶面。 6 在铅的( 100)平面上, 1mm 2 有多少原子?已知铅为fcc 面心立方结构,其原子半径 R=0.175 10 -6mm。 第二章 合金相结构 一、填空 1)随着溶质浓度的增大,单相固溶体合金的强度,塑性,导电性,形成间 隙固溶体时,固溶体的点阵常数。 2)影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是(1); (2
3、); ( 3); (4)和环境因素。 3)置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。 4)按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分,固溶体可分为和。 5) 无序固溶体转变为有序固溶体时,合金性能变化的一般规律是强度和硬度,塑 性,导电性。 6)间隙固溶体是,间隙化合物 是。 二、问答 1、 分析氢,氮,碳,硼在-Fe 和-Fe 中形成固溶体的类型,进入点阵中的位置和固溶 度大小。 已知元素的原子半径如下:氢:0.046nm,氮:0.071nm,碳:0.077nm,硼:0.091nm, -Fe:0.124nm, -Fe : 0.126nm。 2、简述形成有序固溶体的必要条件。 第三章纯金属的凝固 1.填空
4、1. 在液态纯金属中进行均质形核时,需要起伏和起伏。 2 液态金属均质形核时,体系自由能的变化包括两部分,其中自由能是形核的阻 力,是形核的动力;临界晶核半径rK与过冷度T 关系为,临界形核功 GK等于 。 3 动态过冷度是指。 4 在工厂生产条件下,过冷度增大,则临界晶核半径,金属结晶冷却速度越快, N/G 比值,晶粒越。 5. 获得非晶合金的基本方法是。 二、问答 1 根据凝固理论,试述细化晶粒的基本途径。 2 试根据凝固理论,分析通常铸锭组织的特点。 3 简述液态金属结晶时,过冷度与临界晶核半径,形核功及形核率的关系。 4 铜的熔点Tm=1356K , 熔化热Hm=1628J/cm 2,
5、 =177107J/cm, 点阵常数 a=0.3615nm。 求铜T=100时均匀形核的临界核心半径。 5:何谓过冷,过冷度,动态过冷度,它们对结晶过程有何影响? 6根据冷却速度对金属凝固后组织的影响,现要获得微晶,非晶,亚稳相,请指出其凝固 时如何控制。 7、简述纯金属凝固时润湿角、杂质颗粒的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。 第四章二元合金相图与合金凝固 一、填空 1. 固溶体合金凝固时,除了需要结构起伏和能量起伏外,还要有起伏。 2. 按液固界面微观结构,界面可分为和。 3. 液态金属凝固时,粗糙界面晶体的长大机制是,光滑界面晶体的长大机制是 和。 4 在一般铸造条件下固溶体合金容易产
6、生偏析,用热处理方法可以消除。 5 液态金属凝固时,若温度梯度dT/dX0(正温度梯度下) ,其固、液界面呈状, dT/dX ,相的常见滑移系为111 ,相的常见滑移 系为( 0001)。 2)它们单晶变形时应力-应变曲线示意图如图。 典型的面心立方单晶体的加工硬化曲线可以分为三个阶段。当切应力达到晶体的临界分切应 力时,其应力 -应变曲线近似为直线,称为易滑移阶段,此时加工硬化率很小,滑移线细长, 分布均匀; 随后加工硬化率显著增加,称为线性硬化阶段,滑移系在几组相交的滑移系上发 生,位错彼此交截,滑移线较短;第三阶段称为抛物线硬化阶段,加工硬化随应变增加而减 少,出现许多碎断滑移带,滑移带
7、端部出现交滑移痕迹。 多晶体加工硬化曲线一般不出现易滑移的第一阶段,而加工硬化率明显高于单晶体。 4 简答: 冷加工纤维组织是纯金属和单相合金在冷塑性变形时和变形度很大的条件下,各 晶粒伸长成纤维状; 带状组织是复相合金在冷塑性变形和变形度大的条件下第二相被破碎或 伸长,沿变形方向成带状分布而形成的;变形织构是金属和合金在在冷塑性变形时晶粒发生 择优取向而形成的。 上述冷加工纤维组织、带状组织和变形织构都使材料的性能具有方向性,即在各个方向上的 性能不均, 对使用性能有不良影响,但少数金属材料,如用作变压器的硅钢片,各向异性能 更好满足使用要求。 5 简答: 金属材料经热加工后机械性能较铸造态
8、好的主要原因是热加工时的高温、大变形 量使气泡、 疏松和微裂纹得到机械焊合,提高了材料的致密性,消除了铸造缺陷,同时改善 夹杂物和脆性相的形态、大小和分布,使枝晶偏析程度减弱,合金成分均匀性提高,热加 工中形成合理的加工流线,热加工还可使金属显微组织细化,这些都可以提高金属材料的性 能。 6 简答: 金属材料经冷加工后,强度增加,硬度增加,塑性降低的现象称为加工硬化。产 生加工硬化的各种可能机制有滑移面上平行位错间的交互作用的平行位错硬化理论,以及滑 移面上位错与别的滑移面上位错林切割产生割阶的林位错强化理论。 加工硬化在实际生产中用来控制和改变金属材料的性能,特别是对不能热处理强化的合金和
9、纯金属尤为重要,可以进行热处理强化的合金,加工硬化可以进一步提高材料的强度;加工 硬化是实现某些工件和半成品加工成型的主要因素;加工硬化也会带来塑性降低,使变形困 难的影响,还会使材料在使用过程中尺寸不稳定,易变形,降低材料耐蚀性。 7 简答: 可有 8 个滑移系同时产生滑移(可以通过计算fcc 的滑移系与 001 方向的夹角得 到此结果) 。开动其 中一个滑移系至少 要施加的拉应力为 )MN/m(93.1 41.0 79.0 coscos 2k 9 简答: 第二相在冷塑性变形过程中的作用一般是提高合金强度,但还取决于第二相的种 类数量颗粒大小形状分布特点及与基体结合界面结构等,对塑性变形影响
10、复杂。第二相强度 高于基体但有一定塑性,其尺寸、 含量与基体基本接近,则合金塑性是两相的变形能力平均 值。第二相硬、脆,合金变形只在基体中进行,第二相基本不变形;第二相均匀、弥散分布 在固溶体基体上,可以对合金产生显著强化作用。 10 简答: 织构由晶粒择优取向形成,变形织构对再结晶织构形成有主要影响,织构造成材 料性能各向异性。 各向异性在不同情况需要避免或利用。织构控制可以通过控制合金元素的 种类和含量、杂质含量、变形工艺(如变向轧制)和退火工艺等多种因素的配合。 11 简答: 金属和合金在冷塑性变形过程中发生的组织性能的变化主要有晶粒被拉长,形成 纤维组织, 冷变形程度很高时,位错密度增
11、高,形成位错缠结和胞状组织,发生加工硬化, , 变形金属中出现残余应力,金属在单向塑性变形时出现变形织构。 12 简答:1)屈服现象是由溶质原子与位错交互作用产生气团产生的,在外力作用下使 位错挣脱溶质原子的钉扎,材料出现屈服现象,曲线 2 在位错脱离钉扎后溶质原子来不及重 新聚集形成气团,故无屈服现象; 曲线 3 在出现屈服后时效再加载,溶质原子可以重新聚集 形成气团,故又出现屈服现象; 2)屈服现象使金属材料在拉伸和深冲过程中变形不均匀,造成工件表面不平整。可以通过 加入与溶质原子形成稳定化合物的其它元素,减少间隙溶质原子含量,减少气团, 消除或减 轻屈服现象, 或在深冲之前进行比屈服伸长
12、范围稍大的预变形,使位错挣脱气团的钉扎,然 后尽快深冲。 13 简答: 根据霍尔配奇公式: 2 1 0 kd s,则按照题意有: 2 1 0 4 1 100)(k 和 2 1 0 64 1 250)(k ,可以解得0 50, k 25,故可求得当 d=1/16mm 时,根据霍尔配奇公式求得s5025 2 1 16 1 )( 150 MNm -2 第八章回复与再结晶 1 名词 变形织构: 多晶体中位向不同的晶粒经过塑性变形后晶粒取向变成大体一致,形成晶粒的择 优取向,择优取向后的晶体结构称为变形织构,织构在变形中产生,称为变形织构; 再结晶织构是具有变形织构的金属经过再结晶退火后出现的织构,位向
13、于原变形织构可能相 同或不同,但常与原织构有一定位向关系。 再结晶全图: 表示冷变形程度、退火温度与再结晶后晶粒大小的关系(保温时间一定) 的图。 冷加工与热加工: 再结晶温度以上的加工称为热加工,低于再结晶温度又是室温下的加工称 为冷加工。 带状组织:多相合金中的各个相在热加工中可能沿着变形方向形成的交替排列称为带状组 织; 加工流线: 金属内部的少量夹杂物在热加工中顺着金属流动的方向伸长和分布,形成一道一 道的细线; 动态再结晶: 低层错能金属由于开展位错宽,位错难于运动而通过动态回复软化,金属在热 加工中由温度和外力联合作用发生的再结晶称为动态再结晶。 临界变形度: 再结晶后的晶粒大小与
14、冷变形时的变形程度有一定关系,在某个变形程度时再 结晶后得到的晶粒特别粗大,对应的冷变形程度称为临界变形度。 二次再结晶: 某些金属材料经过严重变形后在较高温度下退火时少数几个晶粒优先长大成为 特别粗大的晶粒,周围较细的晶粒逐渐被吞掉的反常长大情况。 退火孪晶:某些面心立方金属和合金经过加工和再结晶退火后出现的孪晶组织。 2 问答 1 简答: 再结晶是一种组织转变,从变形组织转变为无畸变新晶粒的过程,再结晶前后组 织形态改变,晶体结构不变;固态相变时,组织形态和晶体结构都改变;晶体结构是否改变 是二者的主要区别。 2 简答: 变形度较小时以晶界弓出机制形核,变形度大的高层错能金属以亚晶合并机制
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