刘智恩《材料科学基础》真题解析 讲义

书书书 目 录 专题一 原子排列 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 专题二 相结构 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 专题三 凝固 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 专题四 相图 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 专题五 材料中的扩散 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 专题六 塑性变形 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 专题七 回复与再结晶 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 G21 专题一 原子排列 分 年西北工业大学 在位错发生滑移时 请分析刃位错 螺位错和混合位错的位错线 与柏氏矢量 外加切应力 与柏氏矢量 外加切应力 与位错线 之间的夹角关系 及位错线运动 方向 类型 与 与 与 位错线运动方向 刃位错 法线 螺位错 法线 混合位错一定角度 分量 一定角度法线 分 年西北工业大学 请比较 晶体中 和 两位错的畸 变能哪个较大 答 槡 槡 槡 故 的畸变能较小 分 年西北工业大学 在 单晶中 面上有一位错 面上有 另一位错 若两位错发生反应 请绘出新位错 并判断其性质 答 新位错为 位错线为 面与 面的交线 两者垂直 因此使刃 性错位 如图 所示 分 年西北工业大学 请分别写出立方晶系中 和 晶面族包括的晶面 答 分 年西北工业大学 请解释 与 溶解碳原子能力差异的原因 答 为体心立方晶体 其八面体间隙为扁八面体 相比而言四面体间隙较大 为面心 立方 其八面体间隙大 体心立方的四面体间隙比面心立方的八面体间隙小很多 因此溶解小原子的 能力小很多 刘智恩 材料科学基础 名校真题解析及典型题精讲精练 分 年西北工业大学 请简述位向差与晶界能的关系 并解释原因 答 位向差越大晶界能越高 随位向差增大 晶界能先快速增大 后逐渐趋于稳定 原因 位向差 越大 缺陷越多 小角晶界位错密度越大 畸变越严重 因此能量越高 分 年西北工业大学 写出附图的简单立方晶体中 的晶向指数和 的晶面指数 并求 晶面的晶面间距 以及 与 两晶面之间的夹角 注 点 为二等分点 点为三等分点 答 的晶面间距 槡 槡 与 之间的夹角 槡 槡 槡 分 年西北工业大学 请判断图示中 和 两位错各段的类型 以及两位错所含拐折 和 的性质 若图示滑移面为 晶体的 面 在切应力 的作用下 两位错将如何运 动 绘图表示 答 螺位错 刃位错 螺位错 刃位错 螺位错 螺位错 刃位错 螺位错 刃位错 螺位错 为扭折 为割阶 运动后 恢复为直线 上的 为固定点 形成位错源 分 年西北工业大学 请分别绘出 和 晶体中的最短单位位错 并比较二者哪一 个引起的畸变较大 考试点 名师精品课程 电话 答 晶体中为 晶体中为 槡 槡 槡 槡 故 中的 引起的畸变较小 分 年西北工业大学 请从原子排列 弹性应力场 滑移性质 柏氏矢量等方面对比刃 位错 螺位错的主要特征 答 刃型位错 晶体中有一个额外原子面 形如刀刃插入晶体 刃位错引起的应力场既有正应 力又有切应力 位错线可以是折线或曲线 但位错线必与滑移 矢量 方向垂直 滑移面惟一 位错线的移动方向与晶体滑移方向平行 一致 位错线与柏氏矢量垂直 螺型位错 上下两层原子发生错排 错排区原子依次连接呈螺旋状 螺位错应力场为纯切应 力场 螺型位错与晶体滑移方向平行 故位错线一定是直线 螺型位错的滑移面是不惟一 位错 线的移动方向与晶体滑移方向相互垂直 位错线与柏氏矢量平行 分 年西北工业大学 写出 晶面族的等价晶面 答 分 年西北工业大学 单晶铜拉伸 已知拉力轴的方向为 求 面上柏氏矢量 的螺位错线上所受的 答 外力在 上的分切应力为 槡 槡 作用在位错线上的力为 槡 分 年北京科技大学 刃型位错和螺型位错模型 答 刃型位错和螺型位错模型 将晶体上半部切开 插入半个晶面 再粘合起来 这样 在相当于刃 刘智恩 材料科学基础 名校真题解析及典型题精讲精练 端部位为中心线的附近一定范围 原子发生有规则的错动 其特点是上半部受压 下半部受拉 这与 实际晶体中的刃位错造成的情景相同 称刃型位错模型 同样 将晶体的前半部切开 以刃端为界使 左右两部分沿上下发生一个原子间距的相对切变 再粘合起来 这时在已切动和未切动交界线附近 原子错动情况与真实的螺位错相似 称螺型位错模型 分 年北京科技大学 晶界与界面能 答 晶界与界面能 晶界是成分结构相同的同种晶粒间的界面 界面上的原子处在断键状态 具 有超额能量 平均在界面单位面积上的超额能量叫界面能 分 年北京科技大学 什么是点阵参数 正方晶系和立方晶系的空间点阵特征是什 么 画出立方晶系中 的晶面 答 点阵参数是描述点阵单胞几何形状的基本参数 由六个参数组成 即三个边长 和它们 之间的三个夹角 正方晶系的点阵参数特征是 立方晶系的点阵参数特征是 立方品系中 的晶面如图所示 分 年北京科技大学 以面心立方晶胞为例 描述晶体结构 晶胞 特征的常用参数 有哪些 答 晶胞中的原子个数 密排面 及密排方向 配位数 原子半径 槡 间 隙位置 八面体间隙在体心及等效位置 及个数 堆垛顺序 致密度 分 年北京科技大学 点缺陷 如间隙原子或代位原子 和线缺陷 如位错 为何会发 生交互作用 这种交互作用如何影响力学性能 答 点缺陷产生畸变 使局部能量提高 附近有弹性应变场 位错也是如此 但位错周围不同位置 应力场状态不同 有的为压应力 有的为拉应力 点缺陷会聚集到位错上使应变能降低 使系统的能量 下降 吸附溶质的位错是一种稳定组态 此时位错被钉扎而难以运动 使强度提高 会产生上下屈服点 效应 分 年北京科技大学 什么是晶面族 晶面族包含哪些晶面 答 晶体中原子或分子排列相同的晶面的组合称为晶面族 因对称关系 这些面往往不止一种 立方系 晶面族包括 四个 分 年北京科技大学 面心立方结构金属的 和 晶向间的夹角是多少 面间距是多少 答 晶面间夹角 槡 面间距 为点阵常数 分 年北京科技大学 面心立方结构和密排六方结构金属中的原子堆垛方式和致密度 是否有差异 请加以说明 考试点 名师精品课程 电话 答 按 方式堆垛 而 按 堆垛 致密度无差异 都是 分 年北京科技大学 晶体内若有较多的线缺陷 位错 或面缺陷 晶界 孪晶界等 其强度会明显升高 这些现象称为什么 强度提高的原因是什么 上述的两类缺陷是怎样进入晶体 的 举例说明如何提高这些缺陷的数目 答 称形变强化和晶界强化 或细晶强化 原因是两类缺陷的增多都明显阻碍位错的运动 从而 提高强度 位错的增多主要靠形变 通过萌生与增殖在晶粒内不断产生位错 晶粒细化可通过凝固时加非均 匀形核剂或高的冷却速度获得 也可通过大形变 或再结晶 或相变的方法 刘智恩 材料科学基础 名校真题解析及典型题精讲精练 专题二 相结构 分 年西北工业大学 什么是置换固溶体 影响置换固溶体固溶度的因素有哪些 形 成无限固溶体的条件是什么 答 溶质原子取代溶剂原子 并保持溶剂结构的合金相称为置换固溶体 影响因素有 原子尺 寸 晶体结构 电负性 电子浓度 两组元晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件 分 年西北工业大学 形成无限固溶体的条件是什么 简述原因 答 只有置换固溶体才可能形成无限固溶体 且两组元需具有相同的晶体结构 相近的原子半 径 相近的电负性 较低的电子浓度 原因 溶质原子取代了溶剂原子的位置 晶格畸变较小 晶格畸 变越小 能量越低 电负性相近不易形成化合物 电子浓度低有利于溶质原子溶入 分 年北京科技大学 什么是固溶体 影响固溶度的原因有哪些 固溶体与其纯溶剂 组元相比 其结构 力学性能和物理性能发生了哪些变化 答 溶质原子以原子态溶入溶剂点阵中组成的单一均匀固体 溶剂的点阵类型设保留 影响固溶度的因素有 原子尺寸因素 当溶剂 溶质原子直径尺寸相对差小于 时 有大的代位溶解度 负电性因素 溶剂 溶质的负电性差越小溶解度越大 一般小于 会有较大溶解度 电子浓度因素 有两方面的含义 一是原子价效应 即同一溶剂金属 溶质的原子价越高 溶 解度越小 二是相对价效应 印高价溶质溶人低价溶剂时的溶解度高于相反的情况 特点是 固溶体中有点阵畸变 强度 硬度会提高 而造成点阵常数变化 出现原子偏聚或有序化 甚至形成有序固溶体 固溶体的结构变化 点阵畸变 点阵常数变化 偏聚及短程有序 甚至形成有序固溶体 力学性能 变化 硬度 强度提高 塑性下降 物理性能变化 电阻加大 导电率下降 分 年北京科技大学 以金属为基的 固溶体与中间相的主要差异 如结构 键性 性 能 是什么 答 固溶体保持纯金属的晶体结构 中间相的结构一般与两组元的结构都不同 固溶体原子间以 金属键为主 中间相以共价键及离子键为主 固溶体塑 韧性好 中间相的强度高 韧性较差 分 年北京科技大学 纯金属中溶人另一组元后 假设不会产生新相 会带来哪些微观 结构上的变化 这些变化如何引起性能上的变化 答 引起点阵畸变 点阵常数会改变 会产生局部偏聚或有序 甚至出现超结构 因固溶强化使强 度提高 塑性降低 电阻一般增大 分 年北京科技大学 解释间隙固溶体和问隙相的含义 并加以比较 答 前者为固溶体 保持溶剂的晶体结构 且溶解度很低 后者是中间相 尺寸因素化合物 且 原子数成比例 性能上有很大差异 前者韧 塑性好 后者硬 塑性差 共性是两者中的合金组元都 在问隙位置 本身尺寸很小 分 年北京科技大学 为什么固溶体的强度常比纯金属高 答 因合金中两类原子尺寸不同 引起点阵畸变 阻碍位错运动 造成固溶强化 考试点 名师精品课程 电话 专题三 凝固 分 年西北工业大学 请分析解释在正温度梯度下凝固 为什么纯金属以平面状方式 生长 而固溶体合金却往往以树枝晶方式长大 答 正温度梯度下 纯金属的液固界面是等温的 小突起处的过冷度小 生长受到抑制 因此液固 界面保持平直 以平面状生长 固溶体合金由于溶质原子再分配 产生成分过冷 液固界面处的小突 起将获得更大过冷度 因此以树枝状生长 分 年西北工业大学 什么是离异共晶 如何形成的 答 在共晶水平线的两个端部附近 由于共晶量少 领先相相依附在初生相上 另一相独立存在于 晶界 在组织学上失去共晶体特点 称为离异共晶 有时 也将端部以外附近的合金 在非平衡凝固时 得到的少量共晶 称为离异共晶 分 年西北工业大学 两个尺寸相同 形状相同的铜镍合金铸件 一个含 另一 个含 铸造后自然冷却 问哪个铸件的偏析严重 为什么 答 的偏析严重 因为液固相线差别大 说明液固相成分差别大 冷速较快不容易达到成分 均匀化 分 年北京科技大学 同分凝固与异分凝固 答 同分凝固与异分凝固 凝固时不发生成分变化的称同分凝囿 反之 凝固时伴随成分变化 称 异分凝固 分 年北京科技大学 凝固过程中形核和长大与再结晶过程中形核和长大主要区别是 什么 简述再结晶过程中核心的产生方式 答 凝固时形核和长大的驱动力是新 旧相化学位差 再结晶形核和长大的驱动力只是形变储 存能 凝固时的形核常为均匀形核 再结晶形核常在现有的形变不均匀区中 如晶界附近 切变带 形变 带 第二相粒子周围 凝固长大时与母相不会有取向关系 再结晶长大时可能有一定的取向关系 再结晶核心产生方式 原有晶界推移成核 也称应变诱导晶界迁移式形核 亚晶成核 即通过 亚晶合并或长大形成新晶 分 年北京科技大学 简述凝固过程的宏观特征 叙述凝固过程中晶体成长的机理 答 凝固时宏观特征是 要有一定的过冷度 会放出明显的结晶潜热 成长机理有三种 连续式成长 二维形核及借助台阶侧向生长 借螺旋位错生长 分 年北京科技大学 图 为一连铸坯低倍组织照片 说明各晶区的名称及成 因 若想得到更多的等轴晶粒 可采用哪些方法或措施 刘智恩 材料科学基础 名校真题解析及典型题精讲精练 答 该照片显示出激冷区 柱状晶区和粗等轴晶区 因铸模温度低造成激冷而形成细等轴晶区 因正的温度梯度和固定的散热方向而形成平行的柱状晶区 因中心液相区内的过冷或冲刷过来的碎 枝晶而独立形核形成中心粗等轴晶 加强电磁或机械搅拌 加入非均匀形核剂或孕育剂 预热钢模快冷 可扩大等轴晶区 分 年北京科技大学 相同过冷度下比较均匀形核与非均匀形核的临界半径 临界形 核功 临界晶核体积 哪个大 答 临界半径相同 临界形核功是均匀形核时高 临界晶核体积也是均匀形核时大 分 年北京科技大学 合金凝固时的液 固界面前沿通常比纯金属液 固界面前沿更容 易出现过冷 为什么 答 合金界面前沿会出现组成过冷 即界面前溶质的富集提高了局部区域的熔点 所以更易出现 过冷 考试点 名师精品课程 电话 专题四 相图 分 年西北工业大学 请比较二元共晶转变与包晶转变的异同 答 相同点 恒温 恒成分转变 相图上均为水平线 分 年西北工业大学 图 为 二元合金相图 请分析并分别写出 和 三 个恒温转变的类型和反应式 以及 时发生两相恒 温转变的类型和反应式 请绘出 合金平衡结晶的冷却曲线 并 注明各阶段的主要相变反应 请分析 时 的合金平衡结晶的 相组成物和组织组成物 并计算其质量分数 注 时 时 解 包析反应 共析反应 共 包晶反应 同素异构反应 相组成 刘智恩 材料科学基础 名校真题解析及典型题精讲精练 组织组成 共 共 分 年西北工业大学 铁碳合金中可能出现的渗碳体有哪几种 它们的成分有何不 同 平衡结晶后是什么样的形态 答 一次渗碳体 规则的 粗大条状 共晶渗碳体 莱氏体的连续基体 二次渗碳体 沿奥氏体晶 界分布 量多时为连续网状 量少时是不连续网状 共析渗碳体 层片状 三次渗碳体 铁素体晶界 处 它们成分没有区别 分 年西北工业大学 请根据 相图回答下列问题 分 若在 下 将一纯铜试样长期置于锌液中 请绘出扩散后从铜棒表面至内部沿深度方向 的相分布和对应的浓度分布曲线 请分析 的相变反应类型 并写出反应式 请绘出 合金的平衡结晶的冷却曲线 并标明各阶段的相变反应或相组成 请计算 合金平衡结晶至 时的相组成含量 解 包晶 考试点 名师精品课程 电话 包晶 包晶 包晶 共析 分 年西北工业大学 根据 二元相图 当温度为 和 时分别会发生什么样的三相平衡反应 写出反应式 分析 合金的平衡凝固过程 绘出冷却曲线 标明各阶段的相变反应 分析 合金的平衡凝固与较快速冷却时 室温下组织组成会有什么变化 并讨论 其原因 答 包晶反应 刘智恩 材料科学基础 名校真题解析及典型题精讲精练 包晶反应 共析反应 共析反应 合金的平衡凝固到室温 包 答 较快速冷却到室温 初 包 且 相数量相对较少 尺寸相对细小 原因 快速冷却时 由于固态中扩散较慢 使本应该在包晶反应中消失的 初有剩余 既产生包晶 转变不完全 另外 由于冷速快 使得 相变得细小 析出数量减少 分 年北京科技大学 简述二元系中共晶反应 包晶反应和共析反应的特点 并计算 其各相平衡时的自由度 答 共晶反应是 液相同时凝固出两个不同成分的固相 两固相相互配合生长 一般长成片层状 共析与共晶相似 只是母相是固相 即一个固相同时生成另两个不同成分的固相 包晶反应是 液相与一个固相反应生成另一个固相 新生成的固相包住原有的固相 反应需要固 相中的扩散 速度较慢 三种反应出现时 自由度都 即三相成分固定 温度也固定 分 年北京科技大学 画出 相图 标明 相图中各点的温度和含碳量 分 年北京科技大学 图 为铁碳相图和一个含 的铁碳合金缓冷凝固组 织 说明或示意画出此合金由液相缓冷到共析温度以下的组织变化过程 并说明图 酌最终组 织 计算图 中箭头所指的树枝状组织的重量百分量 再分别计算共析转变后合金中铁素体和 全部的珠光体组织重量百分量 含 考试点 名师精品课程 电话 解 液相冷却时 先形成先共晶奥氏体枝晶 剩余的液相进行共晶形成莱氏体 凝固完毕 继续冷 却时奥氏体枝晶周围析出二次渗碳体 到共析温度后 奥氏体转变为珠光体 最后得到枝晶状分布的 珠光体和变态莱氏体 箭头所指的是枝晶状珠光体 它是由奥氏体枝晶转变来的 其相对量为 奥氏体 严格计算时还应扣除二次渗碳体 即 奥氏体 奥氏体 铁素体 珠光体 分 年北京科技大学 利用图 的自由能一成分曲线说明 公切线将成分范围分成 三个区域 各区域内哪些相稳定 为什么 解 左侧 范围是 相稳定 因它的自由能最低 右侧 范围是 相稳定 也因其自由 能最低 两公切线点之间 范围是 两相共存稳定 因任意一个单相存在时的自由能都 不如它分解为成分为共切点处的 时 两相自由能的加权值 在公切线直线上 低 刘智恩 材料科学基础 名校真题解析及典型题精讲精练 专题五 材料中的扩散 分 年西北工业大学 置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同 在扩散偶中 如果 是间隙扩散 是否会发生柯肯达尔效应 为什么 答 间隙扩散系数与空位浓度无关 而置换扩散系数与空位浓度有关 可用公式表示 一般地 间隙扩散系数大于置换扩散系数 不会发生 因为间隙扩散中考虑间隙原子定向流动 未考虑置换互溶式扩散 分 年西北工业大学 请简述在固态条件下 晶体缺陷 固溶体类型对溶质原子扩散 的影响 答 晶体缺陷处的原子具有较高能量 且原子排列比较杂乱 有利于扩散 间隙原子扩散激活能 比置换原子扩散激活能低 因此间隙原子扩散速度高 分 年北京科技大学 简述菲克第一定律和菲克第二定律的含义 写出其表达式 并标 明其字母的物理含义 答 菲克第一定律 扩散流量 即单位时间通过单位面积的物质量 扩 散系数 浓度梯度 菲克第二定律 浓度随时间的变化率 流量的梯度 分 年北京科技大学 扩散的微观机制有哪些 一般情况下 哪种机制扩散快 一些 一个经凝固而有微观非平衡偏析的合金 采用哪些措施可加速扩散使合金均匀化 描述该过程应用 哪种扩散第二定律的解 答 扩散的微观机制主要有间隙机制和代位机制 按间隙机制扩散时更快 因间隙原子尺寸小 又不需空位的存在 可通过加热退火 形变后再退火 高能粒子辐射提高空位浓度加强扩散 但不经 济不实用 用正弦解可描述扩散时的浓度分布 分 年北京科技大学 菲克第二定律的解之一是误差函数解 槡 它 可用于纯铁的渗碳过程 若温度固定 不同时间碳的浓度分布则如图 已知渗碳 小时后达到 某一特定浓度的渗碳层厚度为 问再继续渗碳 小时后 相同浓度的渗层厚度是多少 考试点 名师精品课程 电话 答 因浓度 扩散系数 都不变 有 槡 代入相应值得 分 年北京科技大学 图 为测出的钍在不同温度及以不同方式扩散时扩散系 数与温度的关系 从该实验数据图中能得出哪些信息 答 随温度升高 扩散速度加快 表面扩散最快 晶内扩散最慢 扩散系数 与温度 是指数关 系 即该图是 对数处理的结果 利用直线关系可求常数 和激活能 刘智恩 材料科学基础 名校真题解析及典型题精讲精练 专题六 塑性变形 分 年西北工业大学 在室温下对铁板 其熔点为 和锡板 其熔点为 分别进行来回弯折 随着弯折的进行 各会发生什么现象 为什么 答 根据 再 可知 在室温下加工为冷加工 在室温下加工为热加工 因此随着弯曲的进行 铁板发生加工硬化 继续变形 导致铁板断裂 板属于热加工 产生动态再结晶 弯曲可长时间弯折 分 年西北工业大学 何为固溶强化 请简述其强化机制 答 固溶强化就是溶质原子阻碍位错运动 从而使合金强度提高的现象 主要机制包括 柯氏 气团 即溶质原子的弹性应力场阻碍位错运动 铃木气团 即溶质原子降低基体层错能 使位错分解 为扩展位错 阻碍位错交滑移或攀移 电交互作用 即带电溶质原子与位错形成静电交互作用 阻碍 位错运动 分 年西北工业大学 面心立方晶体沿 方向拉伸 可能有几个滑移系开动 请写 出各滑移系指数 并分别绘图示之 答 共 个滑移系 其中可能开动的有 个 如图所示 分 年西北工业大学 请分析对工业纯铝 合金 合金可以采用 的强化机制 并解释机理 分 答 工业纯铝 细晶强化 利用晶界和位向差对位错运动的阻碍作用进行强化 加工硬化 利用冷变形后缠结位错之间的相互作用进行强化 固溶强化 利用碳原子引起铁的晶格畸变对位错运动的阻碍作用进行强化 加 工硬化 同上 细晶强化 同上 沉淀强化 利用碳化物对位错运动的阻碍作用进行强化 沉淀强化 时效强化 利用沉淀相对位错运动的阻碍作用进行强化 加工硬 化 同上 考试点 名师精品课程 电话 细晶强化 同上 分 年西北工业大学 何谓金属材料的加工硬化 如何解决加工硬化对后续冷加工带 来的困难 答 随变形量增大 强度硬度升高 塑形下降的现象 软化方法是再结晶退火 分 年北京科技大学 形变织构 答 多晶形变过程中出现的晶体学取向择优现象 分 年北京科技大学 简述晶界和晶粒大小对多晶体范性变形的作用与影响 答 多晶中 每个晶粒与周围相邻晶粒取向不同 滑移开始的早晚不同 滑移系数目也不同 晶粒 间的协调是靠有足够的独立滑移系的开动来实现的 即某一晶粒在一特定力轴作用 取向因子大的 滑移系先开动 当相邻晶粒相接触的区域受周围晶粒的影响而不能随自己主滑移系开动进行形变时 可开动次生的 新的滑移系 以协调各种复杂的形变方式 结构都有 个独立滑移系 可实 现任一种方式的形变 晶界两侧滑移面不平行 晶界一方面是位错运动的障碍 造成塞积和强化 同 时要求晶界附近多系滑移的出现 以协调晶界两侧的形变 晶粒大小对形变的影响是 晶粒细小 整个晶粒可较形变均匀 不同的滑移系组合少 晶粒粗大 时 形变过程中晶内不同区域 不能相互协调 要求不同的滑移系组合并开动 常常出现晶粒 碎化 即一个大晶粒 随形变的进行 碎化 成几部分 不同部分内有不同的滑移系开动 对性能的影响遵循 关系 即晶粒越细 晶界越多 晶界对运动位错阻碍越显著 提高强度幅 度越大 分 年北京科技大学 写出面心立方金属的一一个具体的滑移系 多晶体变形时 在 一定的形变量下 为何有的晶粒内是单系滑移而另一些晶粒内是多系滑移 为何有的晶粒内滑移量 大而另一些晶粒内滑移量小 答 如 这是形变的不均匀性 晶粒中某 一滑移系相对于力轴的取向因子大时先滑 移开动 取向因子小时后滑移开动 所以各晶粒的形变量不同 硬取向力轴引起多系滑移 如 方向 软取向力轴对应单系滑移 如 方向 分 年北京科技大学 什么是形变织构 有哪几类 如何表示 答 形变过程导致晶粒发生转动 最后各晶粒内的某些晶向趋于平行 这种因形变而导致取向择 优称为形变织构 织构分为板织构和丝织构 板织构表示为 表示经轧制变形后 晶 粒的 面转向平行于轧面 晶粒的 方向转到平行于轧向 丝织构表示为 分 年北京科技大学 常温下金属塑性变形有哪些 要机制 它们间的主要差异是 什么 答 主要形变机制是滑移和孪生 滑移产生的切变量是原子间距的整数倍 孪生产生的切变量是 原子间距的一个分数 由此产生一系列其他方面的差异 分 年北京科技大学 面心立方金属铜在三种不同条件下的真应力一应变曲线如图 刘智恩 材料科学基础 名校真题解析及典型题精讲精练 说明它们可能是在怎样的温度和应变速率下形成的 为何有这样的形状 图 第七题第 小题图 答 有明显加工硬化的是在低温 或高应变速率 下变形 出现硬化 软化抗衡 动态回复 的是在 中温 或中等应变速率 下变形 有一明显软化阶段 动态再结晶 的是在高温 或低应变速率 下 变形 分 年北京科技大学 什么是上 下屈服点效应 在纯铁或低碳钢中 原因是什么 答 含 间隙原子的低碳钢形变时 滑移启动时的抗力较大 上屈服点 滑移进行时的抗力较 小 下屈服点 在应力应变曲线上可明显看出 原因是间隙原子聚集在位错上 柯氏气团 钉扎了位 错 出现上屈服点 位错一旦摆脱钉扎后便不受影响 对应下屈服点 考试点 名师精品课程 电话 专题七 回复与再结晶 分 年西北工业大学 请分析影响回复和再结晶的因素各有哪些 以及影响因素的异 同 并请分析其原因 温度 升 促进促进促进原子扩散 冷型变量 增大 促进促进提供驱动力 溶质原子阻碍阻碍阻碍位错和晶界的运动 第二相粒子促进促进或阻碍既可能提高驱动力 也阻碍位错和晶界的运动 原始晶粒 细小 促进促进增大再结晶驱动力 晶粒位向无影响无影响 热蚀沟无影响一般无影响尚未形成热蚀沟 分 年西北工业大学 某合金的再结晶激活能为 该合金在 完成再结 晶需要 小时 请问在 下完成再结晶需要多长时间 气体常数 答 所以 小时 分 年西北工业大学 经冷加工的金属微观组织变化如图 所示 随温度升高 并在某 一温度下保温足够长的时间 会发生图 的变化 请分析四个阶段微观组织 体系能量和宏观性能 变化的机理和原因 答 图 晶粒拉长 缺陷数量增大形成位错亚结构 产生变形织构 存储能升高 位错缠结导致加 工硬化 强度硬度升高 塑形下降 组织取向明显导致各向异性 图 回复 晶粒基本不变 位错发生滑移 攀移等 位错重排 数量略有减少 空位大量减少 内 应力得到消除 加工硬化基本保留 图 再结晶 形成新的无畸变新晶粒 存储能全部释放 变形产生的点阵畸变消除 加工硬化 消除 力学性能基本恢复到冷变形前的水平 图 晶粒长大 晶粒粗化 体系能量因界面能的下降而下降 强度下降 塑形也下降 分 年北京科技大学 二次再结晶 刘智恩 材料科学基础 名校真题解析及典型题精讲精练 答 再结晶结束后正常长大过程被抑制而发生少数晶粒异常长大的现象 分 年北京科技大学 简述回复再结晶退火时材料组织和性能变化的规律 为何实际 生产中常需要再结晶退火 答 随退火温度的升高或退火时间的延长 形变组织中的位错缠结演变为亚晶 亚晶进行合并并 长大 在形变不均匀区内发生再结晶形核及长大 等轴晶取代形变长条晶粒 随后是晶粒正常长大 在 性能上 强度 硬度下降 电阻下降 塑 韧性提高 密度提高 这些过程在再结晶阶段比回复阶段更显 著 材料不断的塑性变形造成强烈的加工硬化 难以继续加工 同时 形变组织不稳定 韧性 塑性差 使用性能不好 再有 强的形变织构的形成也是不希望的 分 年北京科技大学 再结晶形核地点有什么特点或特征 哪些地点可能是优先的 形核地点 答 局部高的位错密度 形变储存能 或有大的位错密度差异 高迁移率大角晶界附近 优先形核 地点为 原始晶界 形变时形成的新大角晶界处或通过亚晶长大而逐步形成的大角晶界 第二相粒子 附近等 分 年北京科技大学 给出金属发生再结晶的基本条件 驱动力 答 要有一定的形变储存能 一定的温度 分 年北京科技大学 指出再结晶 结晶之间的主要区别 答 再结晶只是一种组织变化 没有结构变化 驱动力是形变储存能 结晶是从非晶态的液相 气 相或固态非晶体中形成晶体的过程 分 年北京科技大学 图 示意画出 种常见的再结晶形核机制 请解释该地点优 先形核的原因和形核过程 答 这是应变诱导晶界迁移机制 晶界两侧应变量不同 位错密度不同 形变储存能不同 造成高 应变能的一侧被低应变能的一侧吃掉 形成新晶粒 分 年北京科技大学 再结晶动力学公式为 各参数表示的含义是什么 以 的关系作图 曲线的形状大致是怎样的 如何处理可得一条直线 处理成直线有何用途 答 是再结晶分数 是时间 都是常数 主要与形核率和长大速度有关 主要和形核机 制 地点和新相形状有关 以 的关系作图 曲线的形状是 或 形状 转变量时转变速度最 快 对数处理可得一条直线 处理成直线可通过测不同时问的再结晶量求出 值 了解更多的微观 信息 考试点 名师精品课程 电话