二00二年试题

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1、二 00 二年试题： 一.名词解释（20 分，每个 2.5 分） （1）点阵畸变 （2）柏氏矢量 （3）相图 （4）过冷度 （5）形变织构 （6）二次再结晶 （7）滑移系 （8）孪生二.画出立方晶系中（111）面、（435）面。写出立方晶系空间点阵特征。 （10 分）三.铸锭的一般组织可分为哪几个区域？写出其名称。并简述影响铸锭结晶组织的因素。 （10 分）四.画图并简述形变过程中位错增殖的机制。（10 分）五.写出菲克第一定律的数学表达式，并说明其意义。简述影响扩散的因素。（10 分）六.简述形变金属在退火过程中显微组织、存储能及其力学性能和物理性能的变化。（10 分）七.简述固态相变与液态

2、相变的相同点与不同点。（10 分）八.画出铁碳相图，标明相图中各特征点的温度与成分，写出相图中包晶反应、共晶反应与 共析反应的表达式。（10 分）九.分析再过程中行核和张大与凝固过程中的行核和张大有何不同点。（10 分）十.分析含碳量 0.12%的铁碳合金的结晶过程。（10 分） （单考生做）十一.简述铸锭的宏观偏析。（10 分）（单考生做）十二.简述金属晶体中缺陷的类型。（10 分）（单考生做） 答案： 一，1，点阵畸变：在局部范围，原子偏离其正常的点阵位置，造成点阵畸变。 2，柏氏矢量：描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和 方向，也是位错扫过后晶体相对滑动的量

3、。 3，相图：描述各相平衡存在条件或共存关系的图解，也可称为平衡时热力学参量的几何轨 迹。 4，过冷度：相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转 变温度之差称过冷度。 5，形变织构：多晶形变过程中出现的晶体学取向择优的现象。 6，二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。 7，滑移第：晶体中一个滑移面及该面上的一个滑移方向的组合称一个滑移系。 8，孪生：晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程。 二，立方晶系中（111）面、（435）面图略。立方晶系空间点阵特征是点阵参数有如下关 系：a=b=c, =90。也可用具有哪类对称元素表示，若

4、有四个三次转轴，则对应 立方点阵。三，分为三晶区：激冷区、柱状晶区、中心等轴晶区。 影响铸锭结晶组织的因素：1，液体过冷度，越小越好。2，凝固温度范围，越大越好，有 利于枝晶的破碎。3，温度梯度，越小越有利于等轴晶。4，合金熔点低，温度梯度小。5， 搅拌或加孕育剂。 四，frank-read 源机制，图略见课本。滑移面上一个在 A，B 两点被钉扎的位错 AB，在应 力 作用下弓出（状态 2），弓出到 3 状态时，下方相邻部分反号相吸，并局部合并，完成 一次增殖过程放出一位错环（状态 4）。在应力 作用下，继续重复前面 1-4 过程。 五，一维下，J=-D ；J：扩散流量，单位时间通过单位面积扩

5、散的物质量， D：扩散系数，：浓度梯度， ：其意义为物质扩散量与该物质的浓度梯度成正比，方向相反。 影响扩散的因素：1，温度，满足 D=D0e 的关系，T 升高，D 增加。2，界面表面及位错， 是扩散的快速通道。3，第三组元，可对二元扩散有不同影响 ，如 Mo、W 降低 C 在 r-Fe 中 的扩散系数，Co、Si 加速 C 扩散，Mn 影响不大。4，晶体结构，低对称性的晶体结构中， 存在扩散的各向异性，如六方结构晶体，平等与垂直于基面的扩散系数不同。5，熔点，同 一合金系中，同一温度下熔点高的合金中扩散慢，熔点低的扩散快。 六，随退火温度的升高或时间延长，出现亚晶合并长大，再结晶武术及长大，

6、无位错的等 轴再结晶晶粒取代长条状高位错密度的形变晶粒，然后是晶粒正常长大。储存能逐渐被释 放，硬度及强度下降，伸长率上升，电阻降低，密度提高。再结晶时各种性能变化都比回 复时强烈得多。 七，相同点：都是相变，由形核、长大组成。临界半径，临界形核功形式相同。转变动力 学也相同。 不同之处：形核阻力中多了应变能一项，千万固态相变的临界半径及形核功增大，新相可 以亚稳方式出现，存在共格，半共格界面，特定的取向关系，非均匀形核。 八，铁碳相图。略 包晶反应：L（0.53%C）+-Fe(0.09%C)-Fe(0.17%C) 共晶反应：L(4.3%C)-Fe(2.11%C)+Fe3(6.69%C) 共析

7、反应：-Fe(0.77%C)-Fe(0.02%C)+Fe3C(6.69%C) 九，凝固时形核的驱动力，是新、旧化学位差，再结晶驱动力只是形变储存能。 凝固常是均匀形核，再结晶形核在现有的形变不均匀区，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，再结晶长大时可有特定取向关系。 十，含碳 0.12%的钢，由液相冷却时，先形成铁素体，到 1495包晶温度，部分进行包晶 反应；新相奥氏体在已生成的铁素体上形核并向铁素体和液相中生长。反应后是两相组织 铁素体+奥氏体，图略。铁素体相对量为：(0.17-0.12)/(0.17-0.09)=62.5%。继续冷却得 到单相奥氏

8、体。 十一，宏观偏析：正常偏析和比重偏析。 正常偏析：指按合金的分配系数先析出的含溶质低，后凝固的含溶质多。因铸锭尺寸大， 由表面到中心成分不均匀，偏析出现在宏观尺度上，称宏观偏析。 反常偏析：仍遵守分配系数关系，只是形成大量枝晶后，富集溶质的液相会沿枝晶间的通 道逆向反流到先凝固的铸锭表面附近，千万由表面到中心成分分布的反常。 比重偏析：是凝固时，固相与液相比重不同，而沉积或漂浮，从而造成铸锭下端与上端成 分的不均匀，也是宏观尺度。 十二，按尺寸分为：点缺陷，如溶质、杂质原子、空位；线缺陷，如位错；面缺陷，如各 种晶界、相界、表面等；体缺陷，如孔洞、气泡等。体缺陷对材料性能是绝对有害的。说明

9、： 1，答案应该都是正确的，但打字的过程中难免出现错误。 2，用 word 中的公式编辑器编码缉的公式可能显示不正常，有的公式干脆就略了。 3，题目中的图片都没有给出。以后可能会补上。二 00 三年 二 00 三年试题：20080304 1.名词解释（30 分）： （1）刃型位错和螺型位错模型 （2）晶界与界面能 （3）同分凝固与异分凝固 （4）形变织构 （5）二次再结晶 （6）淬透性与淬硬性2.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。 （12） 3.什么是点阵参数？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（1 2 - 3）的晶面。（12） 4

10、.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。（12） 5.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。 （12） 6.简述晶界和晶粒大小对多晶体范性变形的作用与影响。（12） 7.什么是一次带状组织和二次带状组织？分析一次带状组织和二次带状组织形成的原因。 （12） 8.画出 Fe-C 相图，标明 Fe-C 相图中各点的温度和含碳量。（12） 9.简述固态相变的一般特点。（12）（统考生做，单考生不做） 10.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。（12） （统考生做，单 考生不做） 11.什么

11、是固溶体？影响固溶体的原因有哪些？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？（12）（统考生做，单考生不做） 12. 列举三种增加凝固过程中核心数的方法，简要分析其增加核心数的原因。（12）（统 考生做，单考生不做） 13.简述含碳量为 0.25%的钢的结晶过程和固态组织转变过程。（12）（统考生做，单考生 不做） 14.简述连续脱溶和不连续脱溶的含义。（12）（统考生做，单考生不做） 15.根据缺陷相对与晶体尺寸和其影响范围的大小，缺陷可以分为哪几类？简述这几类缺陷 的特征。（12）（统考生做，单考生不做）答案：一，1，刃型位错和螺型位错模型：将晶体上半部切开，插

12、入半个晶面，再粘合起来；这样，在相当于刃端部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型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。 2，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。 3，同分凝固与异分凝固：凝固时不发生成分变化的称同分凝固；反之，凝固时伴随成分变 化，称异分凝固。

13、 4，形变织构：多晶形变过程中出现的晶体学取向择优现象。 二次再结晶：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。 6，淬透性与淬硬性：淬透性指合金淬成马氏体的能力，主要与临界冷却有关，大小用淬透 层深度表示。而淬硬性指淬火后能达到的最高硬度。主要与钢中的碳含量有关。 二，共晶反应是：液相同时凝固出两个不同成分的固相相互配合生长，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。 这三种反应出现时，自由度都是 0，即三相成分固定，

14、温度也固定。 三，点阵参数是描述点阵单胞几何开关的基本参数，由六个参数组成，即三个边长 a、b、c 和它们之间的三个夹角 、。 正文晶系的点阵参数特征是 abc，=90。 立方晶系的点阵参数特征是 a=b=c，=90 立方晶系中(123)的晶面特征图略。 四、凝固时形核和长大的驱动力是新、旧相化们差，再结晶器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：1，原有晶界推移成核，也称应变诱导晶界迁移式形核；2，

15、亚晶成 核，即通过亚晶合并或长大形成新晶粒。 五、菲克第一定律第二定律，见课本。 六，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 用下，取向因子大的滑移系先开动，当相邻晶粒相接触的区域受到周围晶粒的影响而不能 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； FCC/BCC 结构都有 5 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等， 晶界一方面是位错运动的障碍，造成位错塞积和强化；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。

16、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。 对性能的影响到遵循 hall-petch 关系 s=0+Kd-1/2 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。 七，一次带状组织是凝固时形成枝晶，热轧后成带状而产生的；在 CuCl 浸蚀下，黑色条带是枝晶干（含溶质不），白色条带常是富集杂质的枝晶间，也称原始带状。二次带状是固 态转变的产物，在硝酸酒精浸蚀下，白色带状是先共析铁素体，黑色带状是珠光体，也称 显微带关组织。只有在一次带状的基础上才会产生二次带状。这些带状都与元素的偏析和 夹杂物的特殊分布有关。 八，略。 九，1，相变阻力中多了应变能一项。 2，形核方面：非均匀形核，存在特定的取向关系，常为共格或半共格界面。 3，生长方面：出现惯习现象，