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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: 2022-4-21 09:46
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.真题复习：金属的塑性变形及断裂

1、何为滑移系，面心立方晶体有哪些滑移系？（7分）滑移是晶体的一部分沿着另一部分作相对滑动，这种晶面称为滑移面，晶体在晶面上滑动的方向称为滑移相，一个滑移面和一个滑移相结合起来，称为滑移系。（111）[-110],(111)[-101],(111)[0-11],(-111)[101], (-111)[ 0-11], (-111)[110](1-11)[ 110], (1-11)[ 10-1], (1-11)[ 011], (11-1)[ 101], (11-1)[ 011], (11-1)[ -110]
2、试述冷变形对金属晶体的显微组织和性能的影响（7分）冷变形金属使金属晶粒变形，随着变形方式和变形量的不同，晶粒的变化也不一样。随变形量的增加，晶粒的被拉长成扁平晶粒。变形量越长，晶粒的伸长程度越显著，当变形量很大时，晶粒呈现一片如纤维状的条纹，称为显微组织。随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性下降。在物理性能方面，金属的比电阻增加，导电性能和电阻温度系数下降，热导率也略微下降。磁导率、磁饱和度下降，但磁滞和矫顽力增加。在化学性能方面，提高了金属的内能，使其化学活性提高，腐蚀速度增快。
3.多晶体中的晶界对塑性变形时的滑移具有阻碍作用，提高了变形的阻力，此即相界强化（错）
4.何为滑移？何为孪生？两者有何区别？（7分）滑移是指晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分作相对滑动，孪生指的是晶体在一定切应力的作用下，沿着一定的晶面和一定的晶相相对于另一部分晶体作均匀的切变。（1）孪生造成的晶体切变均匀，滑移不均匀。（2）孪生造成的浮凸在抛光后还能看见。（3）孪生对塑性变形的贡献比滑移小。（4）孪生的临界分切力比滑移大得多（5）孪生变形部分与未变形部分呈镜面关系。
5.固溶体中的溶质原子对位错的滑移具有阻碍作用，提高了变形的阻力，此即固溶强化。（对）
6.采用固溶强化和弥散强化的方法可以提高铝合金的强度和硬度，是否可以采用同样的方法提高其弹性模量，为什么？（8分）金属的弹性模量是一个对组织不敏感的性能指标，他取决于原子间结合力的大小，其值只与金属的本性、晶体结构、晶格常数有关，固溶强化和弥散强化都没有改变其晶体结构，因此无法提高。
7.何为滑移面，何为滑移方向，何为滑移系？（7分）前面有
8.何为晶界强化，是比较论述变形程度对单晶材料和多晶材料的显微组织和力学性能的影响。（9分）晶界越多，晶粒越细小，则其强化效果越显著，这种用细化晶粒增加晶界提高金属强度的方法称为晶界强化。在单晶体中，塑性变形伴随着晶体的转动，当变形量很大时，晶粒呈现出如纤维状的条纹，称为纤维组织。多晶体中原为任意取向的逐渐调整其取向，而彼此趋于一致，形成的组织称为形变织构。晶体的变形使其产生固定割阶、位错缠结等障碍，提高了强度，晶体的变形使晶体的强度硬度增加，而塑韧性变差。
9.纯铝强度较低，可通过加入合金元素的方法提高强度，其强化机理为固溶强化。（对）
10.何为屈服强度？何为弹性模量？两者有何不同？（8分）屈服强度是当金属材料发生屈服现象时，材料发生塑性变形而应力不增加的应力点。金属的弹性模量是一个对组织不敏感的性能指标，他取决于原子间结合力的大小，其值只与金属的本性、晶体结构、晶格常数有关。不同：屈服强度是对起始塑形变形的抗力，而弹性模量表示对弹性变形的抗力
10.试述晶界和第二相在塑性变形中的作用。晶界强化：晶界的存在，使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，每一晶粒的滑移带也都终止于晶界附近，另一方面，由于各晶粒间存在着位向差，为了协调变形，要求每个晶粒必须进行多滑移，而多滑移必然要发生位错的相互交割。
11.试述第二相的形状、尺寸及力学性能对塑性变形的影响。（7分）1、硬而脆的第二相呈连续的网状分布在塑性相的晶界上，使合金的塑性和韧性急剧下降。2、脆性的第二相呈片状或层状分布在塑性相的基体上，形成位错积塞群，从而阻碍塑变，提高硬度3、脆性相在塑性相中呈颗粒状分布，弥散细小的第二相粒子与位错的交互作用，从而提高了合金的塑性变形抗力。
12.试述相界的特点及其在塑形变形中的作用。

02.真题复习：金属及合金的回复与再结晶

当压力加工温度高于再结晶温度，金属会发生动态再结晶，此时再结晶软化与加工硬度过程同时进行。（对）

2.试述影响冷变形金属加热退火组织的因素及其影响规律。（9分）（参考202页到203页）（1）当变形量很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶。（2）当变形量达到2%-10%，只有部分晶粒变形，变形不均匀，再结晶晶粒大小相差悬殊，易相吞并长大，再结晶后晶粒特别粗大，这个变形度升为临界变形度。（3）当大于临界变形度后，随着变形量的增加，再结晶时形核量大而均匀，使再结晶后晶粒细小而均匀，达到一定变形量后晶粒度基本不变。（4）再结晶退火温度（5）原始晶粒尺寸（6）合金元素及杂质
3.与退火态相比，金属经严重冷变形后的导电性能较好，导热性能较差。（错）
4.将严重冷变形金属加工至再结晶温度以上保温足够时间时，其变形组织会被无畸变的组织所代替，即发生了再结晶。（对）
5.试述影响严重冷变形金属加热再结晶温度以上的温度退后后的晶粒大小的因素及其影响规律。（9分）
6.再结晶是指将严重冷变形金属加热至其再结晶温度以上保温足够时间时，其变形组织会被无畸变的组织所代替的过程。（对）
7.动态再结晶是指材料高于其再结晶温度的某一温度下进行的、同时存在加工硬化与在结晶软化的过程。（对）
8.试述变形程度对冷变形金属再结晶退火后的组织和性能的影响。
9.试述严重冷变形金属的再结晶过程以及影响再结晶晶粒大小的因素。（9分）再结晶过程：再结晶包括成核与长大两个过程，再结晶的形核，随变形量的不同有不同的形核机制。（参考199也扩展）。影响因素同2012年。
10.试述动态再结晶过程及当此过程结束后并冷却至室温后的显微组织的影响因素。（9分）答：动态再结晶也是形核和长大的过程，同时还进行着变形。冷却至室温后的组织：①稳定阶段动态再结晶呈等轴状，晶粒内部包含着被位错纠缠所包含的亚晶粒②动态再结晶晶界迁移速度较慢，这是由于边形变、边发生再结晶造成的，动态再结晶晶粒比静态要细些③如果将动态再结晶组织迅速冷却下来，就可以获得比冷变形加再结晶退火要高的强度和硬度。
11.试述以再结晶为目的的热处理温度对严重冷变形金属再结晶过程及其再结晶晶粒大小的影响。（9分）答：严重冷变形的金属内部有许多纤维组织和形变织构，当温度加热到再结晶温度时，新的无畸变等轴晶粒迅速在基体内产生并迅速在基体内产生并完全取代变形晶粒，当温度进一步升高或延长保温时间，晶粒会继续长大变的粗大。经冷塑形的金属晶体加热到再结晶温度以上的某温度热处理时，将发生回复再结晶，其再结晶温度与变形程度有关，变形程度越大，再结晶温度越低。（×）
12.试述冷变形程度对金属再结晶过程及再结晶晶粒大小的影响。（同上）答：严重冷变形的金属内部有许多纤维组织和形变织构，当温度加热到再结晶温度时，新的无畸变的等轴晶粒迅速在基体内产生，并完全取代变形晶粒，当温度进一步升高或延长保温时间，晶粒会继续长大变的粗大。①当变形量很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶。②当变形量达到2%-10%，只有部分晶粒变形，变形不均匀，再结晶晶粒大小相差悬殊，易相吞并长大，再结晶后晶粒特别粗大，这个变形度升为临界变形度。③当大于临界变形度后，随着变形量的增加，再结晶时形核量大而均匀，使再结晶后晶粒细小而均匀，达到一定变形量后晶粒度基本不变。

03.真题复习：扩散

1 扩散的现象与本质（1）扩散:热激活的原子通过自身的热振动克服束缚而迁移它处的过程。（2）现象:柯肯达尔效应。（3）本质:原子无序跃迁的统计结果。(不就是原子的定向移动)。
2 扩散的分类（1）根据有无浓度变化自扩散:原子经由自己元素的晶体点阵而迁移的扩散。(如纯金属或固溶体的晶粒长大。无浓度变化。)互扩散:原子通过进入对方元素晶体点阵而导致的扩散。(有浓度变化)（2）根据扩散方向下坡扩散:原子由高浓度处向低浓度处进行的扩散。上坡扩散:原子由低浓度处向高浓度处进行的扩散。（3）根据就是否出现新相原子扩散:扩散过程中不出现新相。反应扩散:由之导致形成一种新相的扩散。
3 固态扩散的条件（1）温度足够高;（2）时间足够长;（3）扩散原子能固溶;（4）具有驱动力:化学位梯度。扩散定律1 菲克第一定律（扩散第一定律）(1)第一定律描述:单位时间内通过垂直于扩散方向的某一单位面积截面的扩散物质流量(扩散通量 J)与浓度梯度成正比。适用条件:稳态扩散2菲克第二定律（扩散第二定律）：适用于各处浓度随时间而变的非稳态扩散1、举例说明影响扩散的因素及其影响规律。（9分）（1）温度。温度升高，金属内部的空位浓度提高，有利于扩散。（2）键能和晶体结构。键能越高，扩撒激活能越高，越不容易发生扩散。（3）固溶体类型。不同类型的固溶体，溶质原子的扩散激活能不同，间隙原子的扩散激活能比置换原子的小，所以扩散速度大。（4）晶体缺陷。对于一定的晶体结构来说，表面扩散最快，晶界次之，亚晶界又次之，晶内扩散最慢。在位错、空位等缺陷处的原子比完整晶格处的原子扩散容易的多。（5）化学成分。在金属中加入化学成分，有时可以加速扩散，有是可以减缓扩散。2.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，因此，提高温度有利于促进扩散过程的进行。（对）3.试述科肯道尔效应及其产生原因，以及对显微组织的影响。（7分）把Cu、Ni两根金属对焊在一起，在焊接面上镶上钨丝作为界面标志。然后加热到高温并长时间保温，作为界面标志的钨丝向纯 Ni一侧移动了一段距离。产生原因：左侧的Cu、Ni扩散，右侧Ni向Cu扩散，但右侧Ni的扩散速度比Cu大，因此左侧Ni的浓度大于右侧Cu，此时过剩的Ni原子使左侧点阵膨胀，而右边原子减少的地方发生点阵收缩，其结果必然导致界面向Ni侧移动。对显微组织的影响：形成了固溶体。
4.扩散第一定律和扩散第二定律适用于不同的场合，前者适用于各处浓度随时间而变的非稳态扩散，后者适用于各点浓度不随时间而变的稳态扩散。（错）
5.原子在固体中的扩散分为自扩散和化学扩散两种，其中浓度梯度趋于零时的扩散称为_自扩散__。
6.在固相扩散中，扩散的驱动力时浓度梯度，其值可以大于零，此时为下坡扩散，也可以小于0，此时为上坡扩散，等于零，不存在扩散。（错）
第8课时真题复习：热处理
1、碳钢中的贝氏体是由奥氏体在急冷条件下转变而成的，具有体心四方单相结构。（错）（贝氏体结构不单一，是双相结构）
2、何为再结晶退火？何为重结晶退火？各有何用途？（6分）再结晶退火：将冷变形金属加热到规定温度，保温一段时间，使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，同时消除加工硬化和残余内应力的一种工艺。用途：降低硬度、提高塑性，复并改善材料性能。重结晶退火（完全退火）：重结晶退火是将钢件或钢材加热至Ac3以上20到30℃，保温足够长的时间，使组织完全奥氏体化后慢慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。用途：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善钢的切削加工性。
3、试述碳含量对碳钢中马氏体的组织形貌和性能的影响。（9分）含碳量小于0.2%时几乎全部形成板条马氏体，含碳量大于1%只形成片状马氏体，在0.2%-1%之间时是板条马氏体与片状马氏体的混合组织。①马氏体力学性能的显著特点是高硬度和高强度，随着含碳量的增加，马氏体的硬度会随着增加，当含碳量小于0.5%时，马氏体的硬度急剧增加，当含碳量增至0.6%时，虽然马氏体硬度会有所提高，但由于残留奥氏体的增加其钢的硬度有所下降。②碳含量低形成板条马氏体有很高的强度和良好的塑形，碳含量高形成片状马氏体，具有很高的强度，但韧性差，硬而脆。
4、试述在不改变基体成分（表面成分除外）的条件下，提高纯铝力学性能的方法及其原理。（9分）加工硬化：随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，产生固定割阶，位错缠结等障碍，使位错阻力增大，引起变形抗力增加，从而提高金属的强度。细晶强化：加入微晶和合金元素能使组织显著细化，从而提高合金的强度和塑性。
5、试绘出共析钢的C曲线，根据此C曲线说明共析钢经退火、正火、分级淬火和等温淬火四种工艺处理后的组织、性能，并说明四种工艺的用途。（8分）经球化退火处理后，获得粒状珠光体，硬度较低，切削性能好，退火的用途是降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能。通过正火后，得到索氏体组织，其片间距小，硬度大。正火主要用于提高普通零件的力学性能。分级淬火得到马氏体，马氏体具有很高的硬度，但是塑韧性较差，分级淬火可以有效的减小淬火内应力，防止工件变形和开裂。等温淬火得到的是下贝氏体，下贝氏体具有较高的强度和较好的塑性、韧性。等温淬火使工件具有较高的硬度和强韧性。
6.试述共析碳钢的加热奥氏体化过程，分析影响奥氏体晶粒度的因素和影响规律（10分）奥氏体化过程：奥氏体的形核、奥氏体的长大、剩余渗碳体的溶解、奥氏体成分均匀化。影响规律：见P238-P239。
7.将共析碳钢加热至奥氏体化温度下保温足够长的时间，然后出炉冷却至室温，常常将这种热处理方法称为正火，称所得到的组织称为索氏体。（对）
8.碳钢中的马氏体的亚结构与固溶于其内的碳含量有关，高碳马氏体的亚结构为孪晶，低碳马氏体的亚结构为位错。（对）
9.低碳钢的渗碳处理有何作用和用途？试述低碳钢的渗碳处理一般应在奥氏体温度范围内进行的原因（7分）渗碳处理可使钢件表面获得高渗碳层，从而使零件兼有高碳钢和低碳钢的性能。只有温度到达了奥氏体温度，奥氏体有更大的溶碳量。
10.试述亚共析碳钢的加热奥氏体化过程，分析影响奥氏体晶粒度的因素及其影响规律（10分）奥氏体形核、奥氏体的长大、先共析渗碳体的溶解、奥氏体成分均匀化。①加热温度和保温时间，加热温度越高，保温时间越长，晶粒越粗大，但不会无限长大②加热速度，加热速度越快，过热度越大，形核率和长大率越快，奥氏体晶粒越细小③钢的化学成分，碳在一定范围内促进奥氏体晶粒长大，含碳量过高反而抑制晶粒的长大④钢的原始组织，钢的原始组织越细小，奥氏体晶粒越细小。
11.将过共析碳钢加热至奥氏体化温度下保温足够长时间，然后随炉缓慢冷却至室温，常常将这种热处理方法称为退火，所得到的平衡组织由珠光体和二次渗碳体组成。（对）
12.碳钢中的马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和固溶体，是一种亚稳态组织，加热至一定温度时，将发生碳的脱溶分解和铁素体基体的回复等过程，对应的热处理称为回火。（对）
13.分别将几何形状和尺寸完全相同的纯铁和低碳钢铸锭加热到稍低于其固相线室温某温度下保温足够长时间，其显微组织及成分会发生什么变化？为什么？纯铁无明显变化，铸锭是铸台组织，有较大的柱状晶，易形成枝晶偏析，该操作可使晶内偏析状况改善，原子分散更加均匀，显微组织的大小和化学成分均匀，但会使晶粒粗大，降低硬度，因为其温度较高。
14.灰口铸铁与白口铸铁同属铁碳合金，成分范围相同，其区别在于前者经过等温淬火处理，后者经过分级淬火处理。（错）
15.试述铜合金的强化原理，并说明与钢的强化有何不同？（7分）铜合金的强化原理主要包括固溶强化，时效强化，过剩相强化。此上三种都属于合金化强化。固溶强化是在合金元素与铜形成固溶体，达到强化铜合金的目的。时效强化是过饱和固溶体发生脱熔反应，形成过渡相，具有很强的时效强化作用。过剩相相差比是过饱和固溶体出现过剩相可阻碍位错运动，使合金强度升高的机理。总之，铜合金的强化都是通过形成合金固溶，而钢还可以通过形成同素异构相变进行淬火强化。
16.试述过共析碳钢的过冷奥氏体的冷却转变过程，分析退火、正火、淬火工艺对其转变产物和组织形貌的影响。先析出二次渗碳体，奥氏体转变成珠光体，然后到中温区过冷奥氏体转变为贝氏体组织，低温Mf以下，马氏体转变结束，得到M+A残。退火：缓慢冷却，过冷奥氏体转变为P+二次渗碳体，珠光体是粗片状的。正火：冷却较快，得到索氏体+二次渗碳体，细片状；淬火：冷却极快，珠光体转变为托氏体和马氏体。
17.将共析碳钢加热至奥氏体化温度下保温足够长时间，然后随炉冷却，常常将这种热处理方法称为退火，所得到的组织称为珠光体，由铁素体和渗碳体两相组成。（对）
18.本别将几何形状和尺寸完全相同的纯铝铸锭和铝合金铸锭加热到稍低于其固相线的某温度下保温足够长时间，其显微组织会发生什么变化？为什么？（8分）纯铝铸锭无明显变化，铝合金铸锭的固溶度会发生变化，产生固溶强化。
19.试述亚共析碳钢的过冷奥氏体的冷却转变过程，分析退火、正火、淬火对其转变产物和组织的影响。
20.将共析碳钢加热至奥氏体化温度下保温足够长时间，然后随炉冷却，常常将这种热处理方法称为退火，所得到的组织称为珠光体，由铁素体和渗碳体两相组成。（对）
21.分别将几何形状和尺寸完全相同的纯铁和T8工具钢置于碳浓度为0.4%的渗碳气氛中，在1000℃下保温足够长时间，其显微组织和成分会发生什么变化？为什么？
22.试述亚共析碳钢的过冷奥氏体的等温转变过程，分析淬火工艺对其转变产物和组织形貌的影响。（10分）先析出a-铁素体，随后奥氏体向珠光体转变，最后产物为珠光体加a-铁素体。等温淬火时，快速冷却到贝氏体转变温度区间，转变为下贝氏体组织，下贝氏体中的铁素体针细小而均匀分布。
23.将共析碳钢加热至奥氏体化温度下保温足够长的时间，然后冷却至室温，其室温组织与冷却速度有关。当冷却速度很高时，足以使冷却曲线不和C曲线相交，可以得到碳在α-Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体。（对）
24.试述过共析碳钢的过冷奥氏体的等温转变过程，分析退火工艺对其转变产物和组织形貌的影响（10分）先析出二次渗碳体，最后得到珠光体加二次渗碳体，退火后的转变产物是珠光体加二次渗碳体。判断1、将过共析碳钢加热至A1温度下保温足够时间，然后冷却至室温，其室温组织与冷却速度有关，当冷却速度非常快，冷却曲线不与C曲线相交时，可以得到碳在a-Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体，此时为单相组织。( )2、共析碳钢经退火热处理后的组织是索氏体（）
简答
25.分别将几何形状和尺寸完全相同的纯铁和含碳量为0.2%钢置于碳浓度为0.4%的渗碳气氛中，在1000℃下保温足够长时间，其显微组织和成分会发生什么变化？如果将保温温度降低至共析温度以下，例如700℃，其显微组织及成分又会发生什么变化？

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