|
金屬學歷年試題+答案+相關資料
查看(4893) 回復(0) |
|
|
發表于
樓主
二00二年試題：
一.名詞解釋（20分，每個2.5分） （1）點陣畸變 （2）柏氏矢量 （3）相圖 （4）過冷度 （5）形變織構 （6）二次再結晶 （7）滑移系 （8）孿生 二.畫出立方晶系中（111）面、（435）面。寫出立方晶系空間點陣特征。 （10分） 三.鑄錠的一般組織可分為哪幾個區域？寫出其名稱。并簡述影響鑄錠結晶組織的因素。（10分） 四.畫圖并簡述形變過程中位錯增殖的機制。（10分） 五.寫出菲克第一定律的數學表達式，并說明其意義。簡述影響擴散的因素。（10分） 六.簡述形變金屬在退火過程中顯微組織、存儲能及其力學性能和物理性能的變化。（10分） 七.簡述固態相變與液態相變的相同點與不同點。（10分） 八.畫出鐵碳相圖，標明相圖中各特征點的溫度與成分，寫出相圖中包晶反應、共晶反應與共析反應的表達式。（10分） 九.分析再過程中行核和張大與凝固過程中的行核和張大有何不同點。（10分） 十.分析含碳量0.12%的鐵碳合金的結晶過程。（10分） （單考生做） 十一.簡述鑄錠的宏觀偏析。（10分）（單考生做） 十二.簡述金屬晶體中缺陷的類型。（10分）（單考生做） 答案： 一，1，點陣畸變：在局部范圍，原子偏離其正常的點陣位置，造成點陣畸變。 2，柏氏矢量：描述位錯特征的一個重要矢量，它集中反映了位錯區域內畸變總量的大小和方向，也是位錯掃過后晶體相對滑動的量。 3，相圖：描述各相平衡存在條件或共存關系的圖解，也可稱為平衡時熱力學參量的幾何軌跡。 4，過冷度：相變過程中冷卻到相變點以下某個溫度后發生轉變，平衡相變溫度與該實際轉變溫度之差稱過冷度。 5，形變織構：多晶形變過程中出現的晶體學取向擇優的現象。 6，二次再結晶：再結晶結束后正常長大被抑制而發生的少數晶粒異常長大的現象。 7，滑移第：晶體中一個滑移面及該面上的一個滑移方向的組合稱一個滑移系。 8，孿生：晶體受力后，以產生孿晶的方式進行的切變過程。 二，立方晶系中（111）面、（435）面圖略。立方晶系空間點陣特征是點陣參數有如下關系：a=b=c, α=β=γ=90°。也可用具有哪類對稱元素表示，若有四個三次轉軸，則對應立方點陣。 三，分為三晶區：激冷區、柱狀晶區、中心等軸晶區。 影響鑄錠結晶組織的因素：1，液體過冷度，越小越好。2，凝固溫度范圍，越大越好，有利于枝晶的破碎。3，溫度梯度，越小越有利于等軸晶。4，合金熔點低，溫度梯度小。5，攪拌或加孕育劑。 四，frank-read源機制，圖略見課本。滑移面上一個在A，B兩點被釘扎的位錯AB，在應力 作用下弓出（狀態2），弓出到3狀態時，下方相鄰部分反號相吸，并局部合并，完成一次增殖過程放出一位錯環（狀態4）。在應力 作用下，繼續重復前面1-4過程。 五，一維下，J=-D ；J：擴散流量，單位時間通過單位面積擴散的物質量， D：擴散系數， ：濃度梯度， ：其意義為物質擴散量與該物質的濃度梯度成正比，方向相反。 影響擴散的因素：1，溫度，滿足D=D0e 的關系，T升高，D增加。2，界面表面及位錯，是擴散的快速通道。3，第三組元，可對二元擴散有不同影響 ，如Mo、W降低C在r-Fe中的擴散系數，Co、Si加速C擴散，Mn影響不大。4，晶體結構，低對稱性的晶體結構中，存在擴散的各向異性，如六方結構晶體，平等與垂直于基面的擴散系數不同。5，熔點，同一合金系中，同一溫度下熔點高的合金中擴散慢，熔點低的擴散快。 六，隨退火溫度的升高或時間延長，出現亞晶合并長大，再結晶武術及長大，無位錯的等軸再結晶晶粒取代長條狀高位錯密度的形變晶粒，然后是晶粒正常長大。儲存能逐漸被釋放，硬度及強度下降，伸長率上升，電阻降低，密度提高。再結晶時各種性能變化都比回復時強烈得多。 七，相同點：都是相變，由形核、長大組成。臨界半徑，臨界形核功形式相同。轉變動力學也相同。 不同之處：形核阻力中多了應變能一項，千萬固態相變的臨界半徑及形核功增大，新相可以亞穩方式出現，存在共格，半共格界面，特定的取向關系，非均勻形核。 八，鐵碳相圖。略 包晶反應：L（0.53%C）+δ-Fe(0.09%C)→γ-Fe(0.17%C) 共晶反應：L(4.3%C)→γ-Fe(2.11%C)+Fe3(6.69%C) 共析反應：γ-Fe(0.77%C)→α-Fe(0.02%C)+Fe3C(6.69%C) 九，凝固時形核的驅動力，是新、舊化學位差，再結晶驅動力只是形變儲存能。 凝固常是均勻形核，再結晶形核在現有的形變不均勻區，如晶界附近、切變帶、形變帶、第二相粒子周圍。凝固長大時與母相不會有取向關系，再結晶長大時可有特定取向關系。 十，含碳0.12%的鋼，由液相冷卻時，先形成鐵素體，到1495℃包晶溫度，部分進行包晶反應；新相奧氏體在已生成的鐵素體上形核并向鐵素體和液相中生長。反應后是兩相組織鐵素體+奧氏體，圖略。鐵素體相對量為：(0.17-0.12)/(0.17-0.09)=62.5%。繼續冷卻得到單相奧氏體。 十一，宏觀偏析：正常偏析和比重偏析。 正常偏析：指按合金的分配系數先析出的含溶質低，后凝固的含溶質多。因鑄錠尺寸大，由表面到中心成分不均勻，偏析出現在宏觀尺度上，稱宏觀偏析。 反常偏析：仍遵守分配系數關系，只是形成大量枝晶后，富集溶質的液相會沿枝晶間的通道逆向反流到先凝固的鑄錠表面附近，千萬由表面到中心成分分布的反常。 比重偏析：是凝固時，固相與液相比重不同，而沉積或漂浮，從而造成鑄錠下端與上端成分的不均勻，也是宏觀尺度。 十二，按尺寸分為：點缺陷，如溶質、雜質原子、空位；線缺陷，如位錯；面缺陷，如各種晶界、相界、表面等；體缺陷，如孔洞、氣泡等。體缺陷對材料性能是絕對有害的。 說明： 1，答案應該都是正確的，但打字的過程中難免出現錯誤。 2，用word中的公式編輯器編碼緝的公式可能顯示不正常，有的公式干脆就略了。 3，題目中的圖片都沒有給出。以后可能會補上。 二00三年 二00三年試題：[20080304] 1.名詞解釋（30分）： （1）刃型位錯和螺型位錯模型 （2）晶界與界面能 （3）同分凝固與異分凝固 （4）形變織構 （5）二次再結晶 （6）淬透性與淬硬性 2.簡述二元系中共晶反應、包晶反應和共析反應的特點；并計算其各相平衡時的自由度。（12） 3.什么是點陣參數？正方晶系和立方晶系的空間點陣特征是什么？畫出立方晶系中（1 2 -3）的晶面。（12） 4.凝固過程中形核和長大與再結晶過程中形核和長大主要區別是什么？簡述再結晶過程中核心的產生方式。（12） 5.簡述菲克第一定律和菲克第二定律的含義，寫出其表達式，并標明其字母的物理含義。（12） 6.簡述晶界和晶粒大小對多晶體范性變形的作用與影響。（12） 7.什么是一次帶狀組織和二次帶狀組織？分析一次帶狀組織和二次帶狀組織形成的原因。（12） 8.畫出Fe-C相圖，標明Fe-C相圖中各點的溫度和含碳量。（12） 9.簡述固態相變的一般特點。（12）（統考生做，單考生不做） 10.簡述凝固過程的宏觀特征，敘述凝固過程中晶體成長的機理。（12） （統考生做，單考生不做） 11.什么是固溶體？影響固溶體的原因有哪些？固溶體與其純溶劑組元相比，其結構、力學性能和物理性能發生了哪些變化？（12）（統考生做，單考生不做） 12. 列舉三種增加凝固過程中核心數的方法，簡要分析其增加核心數的原因。（12）（統考生做，單考生不做） 13.簡述含碳量為0.25%的鋼的結晶過程和固態組織轉變過程。（12）（統考生做，單考生不做） 14.簡述連續脫溶和不連續脫溶的含義。（12）（統考生做，單考生不做） 15.根據缺陷相對與晶體尺寸和其影響范圍的大小，缺陷可以分為哪幾類？簡述這幾類缺陷的特征。（12）（統考生做，單考生不做） 答案： 一，1，刃型位錯和螺型位錯模型：將晶體上半部切開，插入半個晶面，再粘合起來；這樣，在相當于刃端部為中心線的附近一定范圍，原子發生有規則的錯動。其特點是上半部受壓，下半部受拉。這與實際晶體中的刃型位錯造成的情景相同，稱刃型位錯模型。同樣，將晶體的前半部切開，以刃端為界使左右兩部分沿上下發生一個原子間距的相對切變，再粘合起來，這時在已切動和未切動交界線附近，原子錯動情況與真實的螺位錯相似，稱螺型位錯模型。 2，晶界與界面能：晶界是成分結構相同的同種晶粒間的界面。界面上的原子處在斷鍵狀態，具有超額能量。平均在界面單位面積上的超額能量叫界面能。 3，同分凝固與異分凝固：凝固時不發生成分變化的稱同分凝固；反之，凝固時伴隨成分變化，稱異分凝固。 4，形變織構：多晶形變過程中出現的晶體學取向擇優現象。 二次再結晶：再結晶結束后正常長大過程被抑制而發生少數晶粒異常長大的現象。 6，淬透性與淬硬性：淬透性指合金淬成馬氏體的能力，主要與臨界冷卻有關，大小用淬透層深度表示。而淬硬性指淬火后能達到的最高硬度。主要與鋼中的碳含量有關。 二，共晶反應是：液相同時凝固出兩個不同成分的固相相互配合生長，一般長成片層狀。 共析與共晶相似，只是母相是固相，即一個固相同時生成另兩個不同成分的固相。 包晶反應是：液相與一個固相反應生成另一個固相，新生成的固相包住原有的固相，反應需要固相中的擴散，速度較慢。 這三種反應出現時，自由度都是0，即三相成分固定，溫度也固定。 三，點陣參數是描述點陣單胞幾何開關的基本參數，由六個參數組成，即三個邊長a、b、c和它們之間的三個夾角α、β、γ。 正文晶系的點陣參數特征是a≠b≠c，α=β=γ=90°。 立方晶系的點陣參數特征是a=b=c，α=β=γ=90° 立方晶系中(123)的晶面特征圖略。 四、凝固時形核和長大的驅動力是新、舊相化們差，再結晶器形核和長大的驅動力只是形變儲存能。 凝固時的形核常為均勻形核；再結晶形核常在現有的形變不均勻區中，如晶界附近、切變帶、形變帶、第二相粒子周圍；凝固長大時與母相不會有取向關系，再結晶長大時可能有一定的取向關系。 再結晶核心產生方式：1，原有晶界推移成核，也稱應變誘導晶界遷移式形核；2，亞晶成核，即通過亞晶合并或長大形成新晶粒。 五、菲克第一定律第二定律，見課本。 六，多晶中，每個晶粒與周圍相鄰晶粒取向不同，滑移開始的早晚不同，滑移系數目也不同；晶粒間的協調是靠有足夠的獨立滑移系的開動來實現的，即某一晶粒在一特定力軸作用下，取向因子大的滑移系先開動，當相鄰晶粒相接觸的區域受到周圍晶粒的影響而不能自己主滑移系開動進行形變時，可開動次生的、新的滑移系，以協調各種復雜的形變方式；FCC/BCC結構都有5個獨立滑移系，可實現任一種方式的形變。晶界兩側滑移面不平等，晶界一方面是位錯運動的障礙，造成位錯塞積和強化；同時要求晶界附近多系滑移的出現，以協調晶界兩側的形變。晶粒大小對形變的影響是：晶粒細小，整個晶粒可較形變均勻，不同的滑移系組合少；晶粒粗大時，形變過程中晶內不同區域不能相互協調，要求不同的滑移系組合并開動，常常出現晶粒“碎化”，即一個大晶粒，隨形變的進行“碎化”成幾部分，不同部分內有不同的滑移系開動。 對性能的影響到遵循hall-petch關系σs=σ0+Kd-1/2 即晶粒越細，晶界越多晶界對運動位錯阻礙越顯著，提高強度幅度越大。 七，一次帶狀組織是凝固時形成枝晶，熱軋后成帶狀而產生的；在CuCl浸蝕下，黑色條帶是枝晶干（含溶質不），白色條帶常是富集雜質的枝晶間，也稱原始帶狀。二次帶狀是固態轉變的產物，在硝酸酒精浸蝕下，白色帶狀是先共析鐵素體，黑色帶狀是珠光體，也稱顯微帶關組織。只有在一次帶狀的基礎上才會產生二次帶狀。這些帶狀都與元素的偏析和夾雜物的特殊分布有關。 八，略。 九，1，相變阻力中多了應變能一項。 2，形核方面：非均勻形核，存在特定的取向關系，常為共格或半共格界面。 3，生長方面：出現慣習現象，即有脫溶貫序；特殊/規則的組織形態，如片狀、針關。 4，有亞穩相出現以減少相變阻力。 十，凝固時宏觀特征是：要有一定的過冷度，會放出明顯的結晶潛熱。 成長機理有三種：連續式成長、二維形核及借助臺階側向生長、借螺旋位錯生長。 十一，溶質原子原子態溶入溶劑點陣中組成的單一均勻固體；溶劑的點陣類型被保留。 影響固溶度的因素有： 1，原子尺寸因素。當溶劑、溶質原子直徑尺寸相對差小于±15%時，有大的代位溶解度。 2，負電性因素。溶劑、溶質的負電性差越小溶解度越大，一般小于0.4~0.5%會有較大溶解度。 電子濃度因素。有兩方面的含義：一是原子價效應，即同一溶劑金屬，溶質的原子價越高，溶解度越小；二是相對價效應，即高價溶質溶入低價溶劑時的溶解度高于相反的情況。 特點是：固溶體中有點陣畸變（強度、硬度會提高）而造成點陣常數變化；出現原子偏聚或有序化，甚至形成有序固溶體。 固溶體的結構變化：點陣畸變，點陣常數變化，偏聚及短程有序，甚至形成有序固溶體。力學性能變化：硬度、強度提高，塑性下降，物理性能變化：電阻加大，導電率下降。 十二，1，提高冷卻速度從而加大了過冷度。相變驅動力加大，提高了形核率。 2。加孕育劑。提供大量的非均勻形核地點，提高了形核率，降低了形核位壘。 3，機械或電磁攪拌。將枝晶振碎增加核數目或加強熱滿打滿算能量落，提高了，形核率。 十三，如圖所示。由液相先凝固出鐵素體，在1495℃進行包晶反應，生成奧氏體；繼續冷卻，由生產剩余的液相再次析出奧氏體，然后變成單相奧氏體。冷至約800℃，從奧氏體中析出先共析鐵素體，在727℃進行共析反應，形成珠光體，最后得到鐵素體加珠光體組織。 十四，連續脫溶：隨新相生成，母相成分連續的由過飽和態轉變到飽和態。 不連續脫溶：也稱胞狀脫溶，此時在母相和新生成的a相間存在一個界面，跨過界面母相由過飽和不連續地突變到飽和狀態狀態，點陣常數也不連續。 十五，有四類： 點缺陷：沿三個方向的尺寸很小，溶質原子、間隙原子、空位。 線缺陷：沿兩個方向的尺寸很小，第三個方向睥尺寸很大，甚至可貫穿整個晶體，指位錯。 面缺陷：沿一個方向上的尺寸很小，另兩個方向上的尺寸很大，如晶界，相界。 體缺陷：在三個方向上的尺寸較大，但不是很大，如第二相粒子，顯微空洞 二00四年試題 1. 簡述題：（4分/小題，共40分） （1）滑移臨界分切應力（2）金屬鍵（3）中間相（4）布喇菲點陣（5）再結晶溫度（6）滑移系（7）位錯（8）二次再結晶（9）偏析（10） 馬氏體相變 2.單相金屬或合金各晶粒間的界面一般稱之為晶界，通常晶界又分為小角度晶界和大角度晶界兩大類，試問：劃分為兩類晶界的依據是什么？ 并討論構成小角度晶界的結構模型。（10分） 3.分別畫出立方晶系晶胞內的（110）、（112）晶面和[110]、[111]晶向。（10分） 4.討論晶體結構和空間點陣之間的關系（10分） 5.什么是固溶體？討論影響固溶體溶解度的主要因素。（10分） 6.分析和討論冷加工金屬或合金變形后回復再結晶過程中組織和性能的變化特征。（10分） 7.畫出Fe-Fe3C相圖，分析含碳量為1.1wt%（重量百分比）的鐵碳合金從液相平衡凝固到室溫時的轉變過程，畫出組織轉變示意圖，并計算出室 溫撕各組織的相對含量。（20分） 8.分析和討論影響金屬或合金中原子擴散的主要因素。（10分） 9.以Al-4.5%Cu合金為例，分析過飽和固溶體的脫溶分解過程（脫溶貫序），并討論脫溶溫度對脫溶貫序的影響。（10分） 10.金屬的固態相變與金屬的結晶過程基本一樣，大多也包括形核和生長兩個基本階段，但在固態相變過程中新、舊兩相的比容不同，使系統額 外增加了應變能以及由相界面上的原子不匹配而引起的彈性應變能，因此固態相變在許多方面與結晶過程有著顯著的差別。試分析固態相變的 一般特點。（10分） 11.寫出所附Au－Ｈｆ體系相圖（圖１）中的三相反應，并劃出虛線框內部分的相平衡關系局部擴大示意圖。（10分） 12.分析固態相變和回復再結晶過程的驅動力。 13.敘述鋼錠中常見的宏觀組織缺陷，消除或改善方法。 14.敘述常見的金屬晶體的內外界面。 答案： 一，1，滑移臨界分切應力：滑移系開動所需的最小分切應力；它是一個定值，與材料本身的性質有關，與外力取向無關。 2，金屬鍵：自由電子與原子核之間靜電作用產生的鍵合力。 3，中間相：合金中組元之間形成的、與純組元結構不現的相。在相圖的中間區域。 4，布喇菲點陣：除考慮晶胞外形外，還考慮陣點位置所構成的點陣。或：除考慮旋轉對稱性外，還考慮平移對稱性，經有心化后構成的全部陣點。 5，再結晶溫度：形變金屬在一定時間內剛好完成再結晶的最低溫度。 6，滑移系：晶體中一個可滑移面及該面上一個滑移晶向合稱一個滑移系。 7，位錯：是晶體內的一種線缺陷，其特點是沿一條線方向原子有規律地發生錯排，這種缺陷用一線方向和一個柏氏矢量共同描述。 8，二次再結晶：不規則結晶結束后，正常長大過程被抑制而發生的少數晶粒反常長大的現象。 9，偏析：合金中化學成分的不均勻性。 10，馬氏體相變：其過程遵循無擴散、切變方式的相轉變。 二，依據是按界面兩側晶粒間的取向差，<15的稱小角度晶界，>15的稱大角度晶界。小角度晶界的結構模型是位錯模型，比如對稱傾轉晶界用一組平等的刃位錯來描述。 三，見圖 四，兩者之間的關系可用“空間點陣+基元=晶體結構”來描述。 空間點陣只有14種，基元可以是無窮多種，因面構成的具體的晶體結構也是無窮多種。 五，溶質原子以原子態溶入溶劑點陣中而組成的單一均勻固體；溶劑的點陣類型被保留。 影響固溶度的因素有： 1，原子尺寸因素。當溶劑、溶質原子直徑尺寸相對差小于15%時，有利于大的代位固溶體溶解度；當兩組元的直徑相對差大于41%時，有利于高的間隙固溶體的溶解度。 2，負電性因素。溶劑、溶質的負電性差越小溶解度越大，一般小于0.4~0.5會有圈套溶解度。 3，電子濃度因素。有兩方面的含義：一是原子價效應，即同一溶劑金屬中，溶質原子價越高，溶解度越小；二是相對價效應，即高價溶質溶入低價溶劑時的溶解度高于相反的情況。 六，隨退火溫度的升高或時間延長，出現亞晶合并長大，再結晶形核及長大，無位錯的等軸再結晶晶粒取代長條狀高位錯密度的形變晶粒，然后是晶粒正常長大。儲存能逐漸釋放，特別是再結晶階段釋放的最顯著；硬度及強度下降，伸長率上升；電阻降低，密度提高。再結晶時各種性能變化都比回復時強烈得多。 七，鐵碳相圖略。 1.1%的鋼由液相冷卻時先進入L+γ奧氏本兩相區，形成枝晶或等軸狀γ奧氏相，然后進入奧氏體單相區；繼續冷卻到~760℃剩余的奧氏體轉變為珠光體，最后的組織是珠光體+網狀二次滲碳體，如圖所示 珠光體的相對含量：(6.67-1.1)/(6.67-0.77)=94.4% 網狀滲碳體相對含量：(1.1-0.77)/(6.67-0.77)=5.6% 影響擴散的因素有： 1，溫度；2，界面、表面及位錯：3，第三組元：4，晶體結構：5，熔點：同一合金系中，同一溫度下熔點高的合金擴散慢，熔點低的擴散快。 九，Al-4.5%Cu合金固溶處理后，在最佳時效溫度~150時效，會出現脫溶貫序： 過飽和固溶體→GP區→θ’’→ θ’→ θ 其中GP區是銅原子富集區：θ’’、θ’是四方結構亞穩相，圓盤狀，沿基體的{100}面析出，具有共格/半共格界面，與基體存在特定的取向關系；θ是四方結構穩定相，不規則形狀。 提高時效溫度，脫溶加快，但過飽和度減少，相變驅動力減少，可能導致辭直接析出平衡相，時效強化能力減弱；時效溫度過低則情況相反，達到最佳性能的時間過長。 十，1，相變阻力中多了應變能一項。 2，形核方面：非均勻形核為主：具有特定的取向關系；相界面常為共格或半共格的。 3，生長方面：具有慣習現象，有特定的組織形態，如片狀、針狀。 4，有亞穩相。 十一，L+Au5Hf→FCC(Au) L+Au4Hf→Au5Hf L+Au3Hf→Au4Hf L+Au2Hf→Au3Hf L→Au2Hf+β-AuHf Au2Hf+β-AuHf→Au10Hf7 β-AuHf→Au10Hf7+α-AuHf L→β-AuHf+AuHf2 β-AuHf+AuHf2→α-AuHf L→AuHf2+BCC(Hf) BCC(Hf) →AuHf2+HCP(Hf) 十二，固態相變的驅動力是新、舊兩相間的自由能差，回復再結晶的驅動力是形變儲存能。 十三，宏觀缺陷有：宏觀偏析（如正常偏析、反常偏析、畢生偏析）和帶狀組織以及縮孔、疏松、氣泡等。嚴格來講，也包括三晶區的組織不均勻性。 宏觀缺陷（化學不均勻性、物理不均勻性和組織不均勻性）往往是相互聯系的，一般希望盡可能多而細的中心等軸晶，可采用加孕育劑、加大冷速、這樣，與柱狀晶/枝狀晶區相伴隨的宏觀偏析和縮孔、氣泡也就明顯改善了。 十四，它們包括晶界、相界、表面、孿晶界、層錯。 晶界是同種晶粒之間的交界面；相界是結構、成分不，同的相間的交界面；表面是晶體與大氣或外界接觸的界面；孿晶界是發生孿生后產生的新界面，是特殊的大角晶界，可是共格的或半共格的；低能層錯是單相晶體內因堆垛順序反常變化后出現的新界面，也是低能界面，與孿晶界能量相近。zz |
|
回復話題 |
||
|
|
|
|