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材料科学基础考题lxy

一.填空

1.塑性变形程度较大时,再结晶形核机制通常是亚晶形核,塑性变形程度较小时,再结晶形核机制通常是凸出形核。

2.属在冷塑性变形中的残余应力主要有宏观应力、微观应力和点阵畸变,其中导致构件出现外观变形是的宏观应力。

3.实际生产中,因冷却速度较快使得共晶系合金形成不平衡组织,得到离异共晶和伪共晶,这些组织可以通过扩散(均匀化)退火变成平衡态的固溶体组织。

4.碳合金中的性能主要取决于碳的质量分数,钢的热脆由 S 导致, P 导致冷脆;根据钢中的含氧量和释放一氧化碳的程度,钢锭分为镇静钢、沸腾钢和半镇静钢,其中镇静钢组织致密。

5.体常温下的塑性变形方式主要有滑移和孪生,其中滑移是基本形式。

6.程材料分为金属材料,陶瓷材料,复合材料,高分子材料其中以金属材料应用最为广泛。

7.量相图和再结晶过程都可以采用金相法和硬度法方法进行。

二.判断题

1.再结晶过程和纯金属的凝固过程一样,由形核和长大两个阶段组成。()

2.再结晶和回复过程的驱动力相同。 ()

3.金属发生再结晶后形成的再结晶组织具有各向同性,其性能均匀,组织稳定.(x)

4.回复和再结晶过程以及再结晶后的晶粒长大是在应变能下降的推动下产生的.(x)

5.再结晶过程不是相变,二次再结晶过程也不是相变。()

6.构件在一次冷变形之后为了适合进一步的冷变形往往要进行去应力退火,消除硬化.(x)

7.在室温下的变形属于冷变形。(X)

8.细化晶粒是提高金属强度的重要手段。()

13.点阵畸变是回复过程的驱动力。()

14.晶粒组织越细小,其强度越高,塑韧性越好。()

15、滑移线在显微镜下可以观察到其两侧金属明显的位向差。(X)

16、冷变形后的金属具有织构,往往导致材料出现各向异性。()

17、铁碳合金中碳的质量分数越高其硬度就越好。()

18.冷卷弹簧之后为了消除其应力需要对其进行再结晶退火。(X)

19.Fe3C和(Fe,Cr)3C的共同特点在于硬度高,熔点高,塑性差。()

20.铸铁的硬度比钢的硬度高。()

三.名词解释

择优取向: 塑性变形过程中当变形量很大时,各个晶粒的取向大致趋于一致的现象。

流线:在热变形中,某些枝晶偏析、夹杂物、第二相等将随组织变形而伸长,沿变形方向分布,晶粒发生再结晶,形成新的等轴晶粒,而夹杂物等仍沿变形方向呈纤维状分布,称为流线。

纤维组织:塑性变形后的金属其晶粒组织沿着变形方向被拉长而成纤维状的条纹,这种组织称为纤维组织。

热加工:在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热加工。

加工硬化:冷塑性变形的金属随着变形程度增加其强度、硬度增加塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。

固溶强化:固溶体中随着溶质的量增加其强度、硬度增加,塑性、韧性下降的现象称为固溶强化。

屈服:具有一定塑性的材料受到外力发生塑性变形时的表现

回复:指冷变形金属加热时,尚未发生光学显微组织变化前(即再结晶前)的微观结构及性能的变化过程。

再结晶:指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时,通过新晶粒的形核及长大,以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。

再结晶温度:经过较大冷变形(变形量>70%)的金属,在1h内能够完成再结晶(或再结晶体积分数>0.95)的最低温度。

临界变形度:当变形度为2%——8%(有时为10%左右)时,再结晶后的晶粒特别粗大,此时的变形度即为。

再结晶退火:指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上,保温一段时间后,缓慢冷却至室温的过程。

再结晶织构:冷变形金属在再结晶过程中形成具有择优取向的晶粒

脱熔转变:过饱和固溶体中析出一个成分不同的新相或形成溶质原子富集的亚稳区过渡相的过程。目的:形成强化相

调幅(增幅)分解:指过饱和固溶体在一定温度下分解成结构相同、成分不同两个相的过程。四.选择题

1.金属在热加工时产生的纤维组织将使金属具有( A )

A.各向异性;

B.各向同性;

C.伪无向性。

2.钢在再结晶温度以下的变形( C )。

A.有加工硬化,有再结晶现象;

B.无加工硬化,无再结晶现象;

C.有加工硬化,无再结晶现象;

D.无加工硬化,有再结晶现象。

3.铅板在室温下的加工属于( A )

A 热加工;

B 冷加工;

C 再结晶;

4、进行回复退火可以实现( B )

A 应力消除,组织不变;

B 应力大大下降,组织不变;

C 应力消除,组织改变;

D 应力大大下降,组织改变

5.若固相反应是一般的,当物质扩散的速度可以与相界面上的化学反应速度相比较,称之为(B)。

(A) 扩散动力学范围 (B) 过度范围 (C) 化学反应范围 (D) 扩散热力学范围

6. 若固相反应是一般的,当物质扩散的速度远小于相界面上的化学反应速度,称之为(A)。

(A) 扩散动力学范围 (B) 过度范围 (C) 化学反应范围 (D) 抛物线方程范围

7. 若固相反应是一般的,当物质扩散的速度远大于相界面上的化学反应速度,称之为(C)。

(A) 扩散动力学范围 (B) 过度范围 (C) 化学反应范围 (D)扩散热力学范围

8. 对于大型钢板的氧化层的厚度与时间的关系,采用(A)计算与实际吻合。

(A) 抛物线方程 (B) 金斯特林格方程 (C) 杨德方程 (D)其它

9. 固相反应的金斯特林格方程在(C)情况下计算的结果与实际很吻合。

(A) 扩散截面不变的系统 (B) 反应初期 (C) 整个反应期 (D) 平板模型下

10. 固相反应的速度往往由反应过程中速度(B)的环节所控制。

(A) 最快 (B) 最慢 (C) 一般 (D) 其它

11. 固相反应的杨德方程在(B)情况下计算的结果与实际很吻合。

(A) 扩散截面不变的系统 (B) 反应初期 (C) 整个反应期 (D) 平板模型下

五.问答题

1.什么是再结晶,一次再结晶,什么是二次再结晶,静态再结晶?这几者有什么区别。答:再结晶指的是冷塑性变形的金属在加热过程中由冷变形的组织转变为新的无畸变组织的过程。二次再结晶指的是再结晶后的晶粒在随后的长大过程中出现晶粒异常粗大的现象。一次再结晶是相对于二次再结晶而言,其本质就是冷变形金属的再结晶。热加工过程中变形中断或终止变形以后在随后的冷却过程中发生的再结晶称为静态再结晶,其与冷变形后的再结晶是一致的。

2.滑移和孪生变形的金属在显微形态上各有什么特点。

滑移过程后在显微镜下可以看见抛光表面存在许多平行的滑移线,当重新抛光以后,因为滑移并未导致晶体位向的改变,因此可能观察不到滑移线。发生孪生变形后的试样抛光表面上可以看到明显的浮凸,在显微镜下呈现出带状或者透镜状组织。

3.再结晶过程的驱动力是什么,为什么它不是相变?

答:冷塑性变形的金属中存在着大量储存能,造成晶粒中存在严重的点阵畸变,这是引起再结晶的驱动力。由于再结晶过程中晶粒的晶格形式类型、化学成分都保持不变,所以再结晶不是相变过程。

4.结合Hall—Petch公式分析金属材料晶粒大小对强度的影响。

通常金属晶粒越小,材料的强度越高,塑性、韧性越好。实践表明多晶体金属的屈服强度随晶粒细化程度增高而增强。

5、烧结初期,晶粒长大能促进坯体致密化么?晶粒长大能影响烧结速率么?

晶粒长大是晶界迁移过程,而非传质过程,因而不能促进坯体致密化。

晶粒长大会影响烧结速率,细颗粒增加烧结的推动力,促进烧结。

6、为什么烧结粉末体中加入添加剂可以促进烧结?

(1)外加剂与烧结主体形成固溶体。

(2)外加剂与烧结主体形成液相

(3)外加剂与烧结主体形成化合物。

(4)外加剂阻止多晶转变

(5)外加剂其扩大烧结范围的作用。

7、烧结的模型有哪几种?各适用于哪些典型传质过程?

双球模型(1.中心距不变蒸发-凝聚传质 2.中心距缩短扩散传质 3.单球压块塑性流变传质)

8、分析二次再结晶过程对材料的性能有何种效应?

二次再结晶会形成非常粗大的晶粒及很不均匀的组织,不仅会降低材料的强度和塑性、韧性,还会降低再次冷加工工件的表面粗糙度。

9、烧结推动力是什么?它可凭借哪些方式推动物质的迁移,各适用于何种烧结机理?

烧结的推动力是粉状物体的表面能大于多晶烧结体的界面能。

适用于固态烧结的传质方式:蒸发-凝聚传质、扩散传质、塑性流变。

适用于液相烧结的传质方式:流动传质、溶解-沉淀传质

10、材料的许多性能如强度、光学性能都要求晶粒尺寸微小分布均匀,工艺上如何控制烧结达到该目的?

(1)控制烧结时间和温度。(2)抑制二次再结晶的长大。

11、比较杨德方程和金斯特林格方程区别

(1)杨德方程是在球形反应截面保持不变。而金斯特林格的球形截面发生变化。

(2)杨德方程只适用于反应初期,反应转化率较小的情况,而金斯特林格方程适用范围更广。

12、分析影响固相反应的因素

(1)反应物化学成分与结构的影响

(2)反应物颗粒尺寸及分布的影响。颗粒越小反应越快,颗粒尺寸分布越集中对反应速率

越有利。

(3)反应温度,压力和气氛的影响。

(4)矿化物及其他影响因素。矿化物会影响晶核的生成速率,结晶速率及晶格结构,降低体系共熔点,改善液相性质。

13、扩散系数与哪些因素有关?为什么?

(1)扩散介质晶体的类型与结构;扩散相与扩散介质的性质差异;晶体结构缺陷;温度和杂质的影响。

(2)晶体结构不同,致密度不同,在致密度小时,缺陷越多时越易发生扩散,当温度提高,扩散系数越大。

14.带状组织消除方法:1.不在两相区变形。2.减少夹杂元素含量。3.采用高温扩散退火,消除元素偏析。

15.固态相变形核:1.均匀形核。2.非均匀形核(1.晶界形核。2.位错形核。3.点缺陷形核)

16.复合材料(增强体+基体+界面):P(颗粒增强复合材料) f(连续纤维增强复合材料) w (短纤维增强复合材料)

六.计算题

1、在1500度 MgO正常晶粒长大期间,观察到晶体在1小时内从1um直径长大到10um。如已知晶界扩散能为251.2KJ/mol,求在1600度条件下,4小时晶粒的大小。

2、粒径为1um球状Al2O3由过量的MgO微粒包围,观察尖晶石的形成,在恒定温度下,第1h有20%的Al2O3起了反应,计算完全反应的时间。(1)用杨德方程计算;(2)用金斯特林格方程计算

3、设有以直径为3cm的厚壁管道,被厚度为0.001cm的铁膜片隔开,在膜片的一边,每cm3中含有5*1019个N原子,该气体不断地通过管道。在膜片的另一边的气体中,每cm3中含有1*1018个N原子。如果氮在铁中的扩散系数是4*10-7 cm2/s,试计算700度时通过铁膜片的氮原子总数。