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标题: 【知识精讲】23广工材料与化工专业考研知识——835材料科... [打印本页]

作者: 广工引路人 时间: 2022-4-20 10:30
标题: 【知识精讲】23广工材料与化工专业考研知识——835材料科...
01.章节难点

体心立方和面心立方结构的原子数，原子半径，配位数、致密度，阵点原子数，堆垛方式、晶向指数，晶面指数、晶带轴、点缺陷，线缺陷、伯氏矢量

1、晶体结构与空间点阵

晶体结构：晶体内部原子规则排列的方式。

金属的晶体结构

1.Ge与Cu类似，同属于__面心立方__的点阵类型，其内的Ge原子的配位数为_4__，晶胞原子数为_8__，致密度为_0.34___。

2.实际晶体中存在的位错是一种__一维__缺陷，存在线状原子排列的混乱区。

判断

3.在密排六方结构中，最密排面的晶面指数为（0001）。（错）

4.Si和Al类似，同属于__面心立方__点阵类型，但Si原子的配位数为__4__，Al原子的配位数为__12__，_Al__的体致密度较高。

5.实际晶体中存在的位错是一种__一维__缺陷，存在线状原子排列混乱区。

6.在面心立方结构中，最密排晶面的晶面指数为（111）。（错）

7.Ge与Ag类似，同属于__面心立方_点阵类型，但Ge原子的配位数为__4__，Ag原子的配位数为__12_，__Ag__的体致密度较高。

8.位错可以沿着滑移面滑移，螺型位错的滑移面不是_单一的__，因此可以出现交滑移和双交滑移。

9.滑移是金属的一种主要的塑性变形方式，滑移面和滑移方向通常是原子排列最密排的晶面和方向，对于面心立方晶面，其最密排方向的晶向指数为[110]。（错）

10.Si与Ag类似，同属于面心立方点阵，对于Si而言，每个阵点上的原子数为，体致密度为 0.34 ，对于Ag而言，阵点原子数为 2 ，体致密度为 0.34 。

11.刃型位错的位错线与柏氏矢量之间的几何关系为垂直。

12.金属晶体中，滑移是一种主要的塑形变形方式。（√ ）

画图题

02.真题复习纯金属结晶

由一种元素或化合物构成的晶体称为单组元晶体或纯晶体，该体系称为单元系

相平衡条件和相律

处于平衡状态的多元系中可能存在的相数可用吉布斯相律表示之:f=C-P+2 式中，f为体系自由度数，C为体系组元数，P为相数，

表示温度和压力二个变量。.

在常压下: f =C-P+1

相律给出了平衡状态下体系中存在的相数与组元数及温度、压力之间的关系，对分析和研究相图有重要的指导作用。

纯晶体的凝固

液态结构

液体中原子间的平均距离比固体中略大:液体中原子的配位数比密排结构晶体的配位数减小;

液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序，短程有序，存在结构起伏。

热力学条件

过冷度：实际结晶温度低于理论结晶温度Tm，Tm-T=过冷度

晶体的凝固是通过形核与长大两个过程进行的，形核方式可以分为两类:

1)均匀形核核

2)非均匀形核

形成的结构条件：

晶胚半径r＜r*，随着r增大，系统自由能升高，不能自动进行，晶胚不能形成稳定晶核，瞬时形成，瞬时消失。

晶胚半径r＜r*，随着r增大，系统自由能降低，自动进行，形成晶核

晶胚半径r=r*，晶胚既可能消失，也可能长大成稳定的晶核

过冷液体中的最大晶胚尺寸才能达到或超过临界晶核半径rk，过冷度越大，则超过rk的晶胚数量越多，结晶越容易进行。

晶粒的大小取决于形核率和长大速度。

1.从热力学和动力学的角度，分析比较均匀形核和非均匀形核的区别。

答：（1）非均匀形核与固相杂质相接触，减少了表面能的增加，使形核更加容易。（2）非均匀形核的形核体积小，所需要的结构起伏和能量起伏小形核容易，所需要的过冷度小，（3）非均匀形核的形状和体积由临界半径共同决定，临界半径相同时，接触角越小，越易形核。

2.合金的凝固；由形核和晶核长大两个过程组成。在形核过程中，核坯尺寸只有等于或大于临界尺寸时才能成为结晶的核心。当形成半径等于临界尺寸的核心时，体系自由能变大于0。（错）

简答题

3.试从热力学和动力学的角度，分析比较均匀形核和非均匀形核的区别。（6分）

答：（1）非均匀形核与固相杂质相接触，减少了表面能的增加，使形核更加容易。

（2）非均匀形核的形核体积小，所需要的结构起伏和能量起伏小形核容易，所需要的过冷度小，

（3）非均匀形核的形状和体积由临界半径共同决定，临界半径相同时，接触角越小，越易形核。

4.试述细化晶粒的方法及其原理。

1在液态金属结晶时，提高冷却速度，增大过冷度，来促进自发形核，从而细化晶粒。

2变质处理。在金属结晶时，有目的地在液态金属中加入某些杂质，作为外来晶核，进行非自发形核，以达到细化晶粒的目的。

3机械振动、搅拌。依靠外面输入能量促使晶核提前形成；使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加，这已成为一种有效的细化晶粒组织的重要手段。

03.真题复习：二元合金的相结构与结晶

填空题

1.如图所示，Cu-Y二元相图中，形成的稳定化合物有____，形成的不稳定化合物有_____，共有六个三相平衡转变，其反应式分别为____,_____,_____,_____,_____,____。（每空1分）

2.当温度足够高时，过饱和固溶体会发生脱溶分解，形成基体+析出相的复相结构。（错）

3.二元系中的包晶转变是一个固相与一个液相反应，转变成另一个固相的恒温转变，合晶转变是两个液相反应，形成一个固相的恒温转变；二者的区别在于反应物是否存在固相。（对）

4.多元体在恒温恒压条件下，其自由度可表为：f=C-P+2。（错）（1分）

简答题：

5.为什么只有置换固溶体的两个组元间才能无限互溶，而间隙固溶体则不能？（6分）

答：在间隙固溶体中，溶质进入溶剂原子的间隙位置，势必使晶格常数增加，造成晶格畸变，融入的溶质越多，造成的畸变越大，溶剂晶格越不稳定，当畸变到达一定量时，溶剂晶格将无法稳定存在，因此无法形成无限固溶体。若置换固溶体中，溶质原子进入晶格结点位置，引起的晶格畸变很小，因此可以形成无限固溶体。

6.试说明在二元共晶体系中，可能出现非平衡共晶组织的场合及其原因。（6分）

某些合金在平衡冷却时，不可能存在共晶组织，但在不平衡条件下，其固相的平衡成分线将偏离平衡固相线。于是合金冷却至共晶温度时仍有少量液相存在。此时的液相成分接近于共晶成分，这部分液体将发生共晶转变，形成共晶组织，由此得到的共晶组织成为非平衡共晶组织。

填空题

1.在二元系中，存在7种三相恒温恒温转变，其中共晶转变的反应式为____,共析转变的反应式为_____，偏晶转变的反应式为_____，熔晶转变的反应式为_____，前述四种属于共晶式转变；包晶转变的反应式为____，包析转变的反应式为____，合晶转变的反应式为_____，这三种属于包晶式转变。

2.组成合金的基本的、独立的物质称为__组元__，它可以是__组成合金的元素___，或者是__化合物___,也可以是__固溶体___，例如最普遍的碳钢就是主要由__铁___和___碳__所组成的合金，黄铜则是由__铜__和__锌___组成的合金。（每空1分）

判断题

1.在置换固溶体中，各组元一般通过空位机制扩散，高温下的空位平衡浓度较高，提高温度有利于促进扩散过程的进行。（对）

2.根据相图可以判断合金的使用性能，例如共晶合金及接近共晶成分的合金，其组成往往比较细小弥散，因而具有较高的强度和硬度。（错）

3.过饱和固溶体处于热力学的不稳定状态，具有脱熔分解的趋势，当满足动力学条件时，将脱熔析出第二相，从而影响其性能。（对）

4.Cu与Ni在液态和固态下均完全互溶，形成共晶系相图。（错）（1分）

简答题

5.在讨论固溶体中溶质原子的分布时，所提及的部分有序或短程有序，与非晶态合金中的短程有序相同吗？为什么？（6分）

非晶态合金指的是金属液体在特殊的冷却条件下得到的可不经结晶而保留晶坯的非结晶态金属，该晶坯就是离子集体近程有序的表现，固溶体中的近程有序指的是溶质原子在溶剂中的分布短程有序。二者指代的对象不同。

6.何为非平衡共晶组织？试举例说明这种非平衡组织对合金性能的影响。（7分）

某些合金在平衡冷却时，不可能存在共晶组织，但在不平衡条件下，其固相的平衡成分线将偏离平衡固相线。于是合金冷却至共晶温度时仍有少量液相存在。此时的液相成分接近于共晶成分，这部分液体将发生共晶转变，形成共晶组织，由此得到的共晶组织成为非平衡共晶组织。

在Wcu=4%的Al-Cu合金中，在铸造条件下会出现非平衡共晶，从而形成离异共晶，使金属的塑韧性变差，抗腐蚀性能变差。

填空题

1.在如图所示的Fe-Sb二元系中，存在___种化合物（中间相），相图中的____是一种稳定化合物，____是一种非稳定化合物，共有___个三相平衡转变，其反应式分别为_____，____，_____。（每空1分）

04.习题练习

2.组成合金的基本的、独立的物质称为__组元__，它可以是__组成合金的元素__，或者是__稳定化合物___，也可以是__固溶体__，例如根据Fe-Fe3C相图，白口铸铁就是主要由__铁素体__和__渗碳体___所组成的合金，根据Fe-C相图，灰口铸铁则为由__基体组织铁__和__石墨__组成的合金。

判断题

1、 Ag与Pg在液态和固态下均完全互溶，形成共晶系相图。（错）

2、在三元体系中，可以用重心定律求出任意三相的相对百分含量。（对）

简答题

1、何为置换固溶体？试简述影响其固溶度的因素及其影响规律。（8分）

溶质原子进入溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体为置换固溶体。

影响因素：（1）原子尺寸因素

      （2）电负性因素

      （3）电子浓度因素（4）晶体结构因素。

      具体规律参照书。

论述题

1、何为枝晶偏析？试述匀晶系相图的形状对枝晶偏析程度的影响。（9分）

枝晶偏析：合金以树枝状凝固时，枝晶中心部分与枝间的溶质浓度、成分不均匀的现象。

固液相水平距离越大，偏析越严重。凝固速度越快，扩散越不均匀，外层树枝间的成分越不均匀，偏析越严重。

填空题

1、如图所示的Sn-Sb二元系中，存在一种化合物（中间相），即相图中的____，这是一种____化合物，共有____个三相平衡转变，其反应式分别为___，____，_____，____。

2、当A、B两个组元混合时，既可以形成__固溶体__，也可能形成__中间相__。当两组元_晶体结构_、_原子尺寸__、和__电子浓度_比较接近时，容易形成_固溶体___。如果两组元的__电负性__差别较大，则可能形成__中间相___。（每空1分）

判断题

1、 Cu与Ni在液态和固态下均完全互溶，形成共晶系相图。（错）

2、在三元体系中，可以用重心定律求出任意三相的相对百分含量。（对）

简答题

1、何为间隙固溶体？何为间隙相（简单间隙相）？何为间隙化合物（复杂间隙相）？三者有何区别。（8分）

间隙固溶体：溶质原子进入溶剂原子间的一些间隙中。

间隙相与间隙化合物：根据非金属元素与金属元素的比值，当rm/rM<0.59，形成具有简单结构的化合物；否则，形成具有复杂结构的化合物，成为间隙化合物。

区别：（1）间隙相与间隙固溶体相比：间隙相是一种化合物，具有与其组元完全不同的晶体结构，而间隙固溶体则保持着溶剂组元的晶体类型。

（2）间隙相具有较高的熔点和硬度。

论述题

1、何为伪共晶？试述出现伪共晶的条件，以及冷却速度对其形成的影响。（9分）

在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金，也可能得到全部共晶组织，这种非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶组织。冷却速度较大时，将会产生过冷，就易形成共晶组织。

填空题

在如图所示的Cu-Sm二元系相图中，存在六种化合物（中间物），分别是____、____、____、___、____、_____。共有八个三相平衡转变，其反应式分别为_____、_____、____、____、______、_____、_____、_____。

判断题

1、在三元体系中，三相平衡共存时，体系的自由度f=2。（错）

简答题

1、试述间隙固溶体与间隙相的异、同点。（8分）

答：前面有

论述题

1、何为伪共晶？试述出现伪共晶的条件，以及冷却速度对其形成的影响。（9分）

答：前面有

填空题

1、如图所示的Cu-Y二元系相图中，存在五种化合物，分别为______，_____，_____，_____，_____。其中的____、____、_____是稳定化合物，共有六个三相平衡转变，其反应式分别为____、____、____、____、____。

判断题

1、形成二元匀晶相图的条件时两组元在固体下无限互溶，液态下有限互溶（错）

简答题

1、试述间隙固溶体和置换固溶体的异同点。（8分）

答：异：置换固溶体能形成无限固溶体，间隙固溶体不能；置换固溶体中溶质进入晶格的点阵位置，间隙固溶体中溶剂进入晶格的间隙位置；间隙固溶体中产生的固溶强化作用比置换固溶体强。

同：置换固溶体与间隙固溶体都没有改变溶剂的晶格结构。

四、论述题

何伟共晶转变？何为偏晶转变？两者有何区别。（9分）

共晶转变：液相在恒温下同时结晶出两个固相的转变。

偏晶转变：一定成分的液相分解成一定成分的固相和一定成分的液相。

偏晶转变与共晶转变类似，都是由液相转变成另外两相，只是其中有一相为液相3002

05

真题复习：铁碳合金

1.平衡凝固的亚共晶铸铁的室温组织中，存在__珠光体__,__二次渗碳体___，__低温莱氏体___三种组织组成物，根据形成过程和形态的不同，可将其内的渗碳体分为__共析渗碳体_，__共晶渗碳体__，__二次渗碳体__，__三次渗碳体____四种。

2.按含碳量和室温平衡组织的不同，可将铁碳合金分为工业纯铁，碳钢和铸铁三种，碳钢和铸铁是按有无共析转变，即有无珠光体来划分的。无共析转变，即无珠光体的合金被称为碳钢，有共析转变，即有珠光体的合金被称为铸铁。（错）（1分）

3.试画出Fe-Fe3C二元系相图，写出该体系中所有的三相平衡转变的反应式，并说明转变名称与类型。（6分）

答：看书写，铁碳相图中每一条横线有代表一个三相平衡表达式，见书110页。

4.自行绘制Fe-Fe3C二元系相图，完成下列各小题：（15分）

（1）分析碳含量为0.77%的合金的冷却过程，绘制出冷却曲线；（3分）

（2）计算碳含量为0.77%合金的珠光体中的渗碳体的百分含量；（3）

（3）分析碳含量为4.3%合金的冷却过程，绘制出冷却曲线；（3分）

（4）计算碳含量为4.3%合金的莱氏体中的渗碳体的百分含量；（3分）

（5）比较两者的区别。（3分）

5.试画出Fe-Fe3C二元系相图，并说明该体系中，在室温下存在那些组织组成物？并比较分析这些组织组成物的力学性能。（7分）

6.根据Fe-Fe3C二元系相图（自行绘出），完成下列各小题：

（1）分析碳含量为0.77%的合金的平衡冷却过程，计算室温下的组织组成物；（3分）

（2）分析碳含量为0.76%的合金快速冷却过程，写出室温下的组织组成物；（3分）

（3）分析碳含量为0.80%的合金的缓慢（平衡）冷却过程，计算室温下各组织组成物的百分含量；（3分）

（4）分析碳含量为0.80%的合金快速冷却过程，写出室温下的组织组成物。（3分）试着从显微组织上比较（1）和（2）、（3）和（4）、（1）和（3）、（2）和（4）之间的区别。（3分）

7.碳既可以溶于α-Fe中形成间隙固溶体，也可溶于γ-Fe中形成间隙固溶体，常称前者为_铁素体__，其晶体结构类型为bcc结构，称后者为__奥氏体__，其晶体结构类型为fcc结构。

8.试画出Fe-Fe3C二元系相图，并说明该体系中，存在哪些渗碳体，并分析这些渗碳体的形貌以及对合金力学性能的影响。

一次渗碳体：粗大片状：硬度大，降低强度，有一定塑性；

二次渗碳体：网状，降低钢强度，增加脆性

三次渗碳体：不连续条状，几乎无影响

共晶渗碳体：鱼骨状，降低铸铁强度，增加硬度和耐磨性

共析渗碳体：层片状，提高钢强度，硬度，降低塑性和韧性

9.试画出Fe-Fe3C二元系相图，并说明该体系中，碳以哪几种相的形式存在，并比较分析这些相的性能有何不同？

碳溶于α-Fe为铁素体，为软韧相；碳溶于γ-Fe为奥氏体，有良好的塑性；碳以渗碳体形式存在，是硬脆相。

10.试计算平衡凝固条件下，共晶温度下莱氏体中奥氏体和渗碳体的相对重量百分含量。

11.根据Fe-Fe3C二元系相图，试述含碳量对碳钢平衡凝固组织和力学性能的影响。
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