材料工程基础全(共29页)

1、 材料工程(gngchng)基础复习资料熔炼(rn lin)部分1、简述液态金属(jnsh)的结构。答：液态金属的短程有序、长程无序结构 （1）原子团（由十几到几百个原子组成）内，原子间仍然保持较强的结合力和原子排列的规律性，既短程有序； （2）原子团间的距离增大（产生空穴），结合力减小，原子团具有流动性质； （3）存在能量起伏和结构起伏； （4）随温度的提高，原子团尺寸减小、流动速度提高。2、液态金属的有哪些重要的性质。答：1.液态金属的结构,短程有序、长程无序 2.液态金属的粘度：表征液态金属和合金的流动性，充型、除气、除渣的能力有关。 3.液态金属的表面张力：表面层原子处于力不平衡状态，

2、产生了垂直于液体表面、指向液体内部的力，该力总是力图使表面减小。第二项与基体润湿 4.金属凝固时的体积变化：液态金属凝固时会收缩，有缩孔和缩松现象，造成金属的性能下降，应设法控制。（液态金属具有短程有序、长程无序结构 。温度、化学成分及固态颗粒物含量对液体金属的粘度有很大的影响。 液态金属和气体组成的体系中，由于表面层原子处于力不平衡状态，产生了垂直于液体表面、指向液体内部的力，即表面张力，该力总是力图使表面减小。金属的密度随温度的提高而降低；工程上，液态金属凝固时会收缩，有缩孔和缩松现象，造成金属的性能下降。 ）3、影响金属熔体粘度的因素有哪些？答：（1）温度，粘度随温度的提高而降低。 （2

3、）化学成分，共晶成分的液态合金的粘度最低。 （3）固态颗粒含量，粘度随颗粒体积百分含量的提高而提高。4、金属氧化的热力学判据是什么？ 答：在标准状态下，金属的氧化趋势、氧化顺序和可能的氧化烧损程度，一般可用氧化物的标准生成自由焓变量G0，分解压Po2或氧化物的生成热H0作判据。通常G0、Po2或H0越小，元素氧化趋势越大，可能的氧化程度越高。在实际熔炼条件下，元素的氧化反应不仅与G0有关，反应物的活度和分压也起很大作用。气相氧的分压PO2实高，组元含量i%多及活度系数大，则氧化反应趋势大。（标准状态下，金属与一摩尔氧作用生成金属氧化物的自由焓变量称为氧化物的标准生成自由焓变G0，氧化时， G0

4、 0,在气泡内外氢分压差的作用下，使溶解的氢原子向熔体-气泡界面扩散，并在该处复合氢分子进入气泡内，然后随气泡一起上浮而自熔体逸出。（原理：利用气体分压对熔体中气体溶解度影响的原理，控制气相中氢的分压，造成与熔体中溶解气体浓度平衡的氢分压和实际气体的氢分压间存在很大的分压差，这样就产生较大的脱气驱动力，使氢很快排除）（热力学：将溶解有气体的金属熔体置于氢分压很小的真空中，或将惰性气体导入熔体，便提供了脱氢的驱动力。动力学：分压差脱气过程包括：金属熔体中的气体原子向熔体-气泡界面扩散；在熔体-气泡界面发生2H=H2反应和氢气进入惰性气泡内；氢气随气泡上浮并自熔体逸出。）分压差脱气精炼法可分为气体

5、脱气法、熔剂脱气法，沸腾脱气法和真空脱气法四种。 （1）气体脱气法：1）惰性气体精炼：惰性气体是指那些本身不溶于金属熔体(rn t)，且不与熔体发生化学反应的气体，如铝合金常用的氮气和氩气等。 2）活性气体精炼 （铝合金用氯气脱气(tu q)效果较好） 2Al+3Cl2=2AlCl3（主要(zhyo)反应） 2H+Cl2=2HCl 3）混合气体精炼 混合气体精炼能充分发挥惰性气体和活性气体的长处，并减免其害处（2）熔剂脱气法：使用固态熔剂脱气时，将脱水的熔剂用钟罩压入熔池内，依靠熔剂的热分解或与金属进行的化学反应所产生的挥发性气泡，达到脱氢的目的。 （3）真空脱气法：一般在10托真空度下能使铝

6、熔体中的氢含量降到0.1cm3/100g。 12、配料的计算方法和过程是怎么样的？答：配料计算其实是基于元素的含量平衡而进行的，因此在数学上有许多方法，如用求解多元一次方程的方法。配料计算程序如下：首先计算包括熔损在内的各成分需要量；其次计算由废料带入的各成分量；再计算所需中间合金和新金属料量；最后核算。配料计算的其他方法：配料计算其实是基于元素的含量平衡而进行的，因此在数学上有许多方法，如用求解多元一次方程的方法，设所需要的物料量为未知数，以每种元素平衡为一个方程，建立方程组进行求解即可。13、什么是中间合金，采用中间合金的理由是什么？答：中间合金：将有些单质做成合金，使其便于加入到合金中，

7、解决烧损，高熔点合金不易熔入等问题同时对原材料影响不大的特种合金。（为便于向铸造合金中加入一种或多种元素而特别配制的合金）（为了便于加入某些熔点较高且不易溶解或易氧化、挥发的合金元素，以便更准确地控制成分而预先制成的母合金称为中间合金。）理由：（1）是为了便于加入某些熔点较高且不易溶解或易氧化、挥发的合金元素，以便更准确地控制成分。（2）使用中间合金作炉料，可以避免熔体过热、缩短熔炼时间和降低熔损。14、真空情况下，挥发趋势如何？答：真空情况下炉气中金属蒸气原子和气体分子的平均自由程增大，质点间碰撞的机率减少，回凝速率减小，因而净挥发速率增大。15、什么是氧势图？有何作用？氧势图又称氧位图。稳

8、定单质(M)与1摩尔氧结合成氧化物（MxOy）的反应的标准自由焓变量G(即氧势) 与温度T的关系图。氧势图能直观地表明各种氧化物稳定性的次序，图中直线位置越低，它所代表的氧化物越稳定；位于G0-T图（氧势图）下方的金属可被位于上方的氧化物所氧化。（作用：标准状态下，金属的氧化趋势、氧化顺序和可能的氧化烧损程度，一般可用氧化物的标准生成自由焓变量G0，分解压Po2或氧化物的生成热H0作判据。通常G0、Po2或H0越小，元素氧化趋势越大，可能的氧化程度越高。）16、金属氧化动力学的限制性环节怎么确定？金属氧化过程由外扩散、内扩散和结晶化学转变三个环节构成。然而各个环节的速度是不相同的，总的反应速度

9、将取决于最慢的一个环节，即限制性环节。在金属熔炼过程中，气流速度较快，常常高于形成边界层的临界速度，因而外扩散一般不是限制性环节。内扩散和结晶-化学变化两个环节中哪一个是限制性环节，这取决于氧化膜的性质。17、什么(shn me)是金属氧化膜的致密度？有何作用？金属(jnsh)氧化膜的致密度为氧化物的分子体积MV与形成该氧化物的金属原子体积AV之比。即=MV/AV，越大，则氧化物越致密(zhm)。当1时，生成的氧化膜一般是致密的，连续的，有保护性的，内扩散速度慢，因而内扩散成为限制性环节。Al、Be、Si等大多数金属生成的氧化膜具有这种特性；当1时，氧化膜是疏松多孔的，无保护性的。限制性环节将

10、由内扩散变为结晶化学反应。碱金属及碱土金属（如Li、Mg、Ca）的氧化膜具有这种特性；当1时，氧化物十分致密，但内应力很大，氧化膜增长到一定厚度后即行破裂，这种现象周期性出现，故该氧化膜是非保护性的。如Fe的氧化膜。作用：确定金属氧化动力学的限制性环节。18、氧化精炼过程中，氧是如何传递的？氧的传递：金属熔体为MeO所饱和，且常有少量MeO呈独立相析出、聚集在熔池表面，与加入的熔剂一起形成炉渣溶体。MeO既可溶于炉渣，也能溶于金属，它起着传氧媒介的作用。当炉渣中（MeO）高时，可按分配定律由炉渣传入金属液中：（MeO）= MeO 因此，通过炉渣间接传氧而氧化杂质的反应可用下式表示：（MeO）+

11、Me=（MeO）+ Me 紫铜氧化精炼时的表面氧化法，传统的平炉炼钢法就是用这种传氧方式氧化杂质的。 19、写出并解释挥发速率公式。 挥发速率Uv随着体系趋于平衡状态而减小，其数量关系可用Dalton经验公式表示： P-体系的外压，b-与金属性质有关的常数，P0Me-金属的蒸气压， Pme-实际分压。可见：随外压P的减小（如真空度提高），挥发速度提高；随P0Me的提高（如温度升高）或Pme的减小（如在挥发表面上不断有气流流过、或真空抽气），挥发速度提高。20、合金熔炼使的脱气精炼一般指的是脱除什么气体，为什么？溶解于金属熔体中的气体，在铸锭凝固时析出来最易形成气孔。这些气孔中的气体主要是氢气，

12、故一般所谓金属吸气，主要指的就是吸氢。金属中的含气量，也可近似地视为含氢量。因此，脱气精炼主要是指从熔体中除去氢气。21、金属材料为什么要做成合金使用？合金在很多方面都比纯金属要好，例如合金硬度大，熔点小，耐腐蚀等，故合金的使用较广泛。铸锭部分 1、什么叫溶质再分布？答：溶质再分布是合金在非平衡凝固时，铸件成分偏离原始成分、随凝固过程和条件不同，先后凝固部分的成分不均匀、不一致的现象。2、为什么在非平衡凝固条件下，单相合金凝固铸件中会出现共晶体？答：凝固过程中溶质再分布的基本关系式 CS*=kC0 (1-fS)(k-1) CL*=CL= C0fL(k-1) 在这一情况下的溶质再分布，会导致铸锭

13、成分分布不均匀，在凝固后期，液相成分远高于C0，甚至可达到共晶体分成(fn chn)CE，使单相合金铸锭中出现共晶组织。 （非平衡凝固时，会出现溶质再分布现象。非平衡条件下单相合金凝固时，液-固界面上液态溶质成分富集，获得的凝固组织，先凝固部分(b fen)的溶质成分总是小于（或等于）原始成分，最后凝固部分的溶质含量较高，液相成分远高于C0，甚至可达到共晶体成分，使单相合金铸锭中出现共晶组织。）什么(shn me)叫成分过冷？答：如果界面前沿液体的实际温度T实低于TL，则这部分液体处于过冷状态。这一现象称为成分过冷。（k1的合金，界面前沿液体的平衡液相线温度TL降低,如果界面前沿液体的实际温度

14、T实低于TL，则这部分液体处于过冷状态。这一现象称为成分过冷。）4、成分过冷是怎样影响铸件组织的形态的？答：随着成分过冷由弱到强，单相合金的固/液界面生长方式依次成为平面状、胞状、胞状-树枝状四种形式，得到的晶体相应为平面柱状晶、胞状晶、胞状枝晶以及柱状枝晶和自由枝晶。平面柱状晶：GL/R很大时不出现成分过冷。此时界面以平面状生长。由于GL大，界面某处偶然有个别晶体凸出生长，便伸入到过热的液体（与成分-熔点有关）中，会立即被熔化，使界面仍保持为平面。在这种情况下，只能随着热经凝壳向外导出，界面才能继续向前推进。 胞状晶：若出现成分过冷，固/液界面便不能保持平面状，凝固将在界面过冷度较大的地方优

15、先进行，即在溶质偏析度较小的地方优先进行。它是在成分过冷较弱，或GL较大、R较小的条件下形成的。胞状枝晶以及柱状枝晶：随着凝固速度R的增大，成分过冷增强，胞状晶将沿着优先生长方向加速生长，其横断面也受晶体学因素的影响而出现凸缘结构；凝固速度进一步增大，该凸缘会长成锯齿状，即形成二次枝晶。自由枝晶：其形成条件是要有较强的成分过冷或较小的G1/R值。成分过冷越强，界面处成分过冷度越小，在界面前沿液体中越易于形成自由枝晶。5、细晶强化的原理是什么？ 答：晶粒越细，单位体积内的晶界面积越多，对位错的阻碍作用越大，金属的强度越高。（细小等轴晶组织各向异性小，加工时变形均匀，且使易偏聚在晶界上的杂质、夹渣

16、及低熔点共晶组织分布更均匀，因此具有细小等轴晶组织的铸锭，其机械性能和加工性能均较好。）6、细化铸锭组织的方法有哪些？增大冷却强度，对于小型铸锭，可采用水冷模可增大金属液的过冷度，对于导热性差的大型铸锭，适当降低浇温，可在一定程度上使晶粒得到细化。加强金属液流动，如改变改变浇注方式、锭模周期性振动、搅拌，加强金属的流动，增加了游离晶数目，而使晶粒细化。变质处理，向金属液内添加少量物质，促进金属液生核或改变晶体生长过程，使铸态组织细化。7、试分析溶质再分布、成分过冷对铸锭组织的影响。答：在凝固过程中，由于偏析使固/液界面前沿液体的平衡液相线温度(wnd)降低，界面处成分过冷度减小，致使界面上晶体

17、的生长受到抑制，枝晶根部出现缩颈而易于游离。成分过冷的作用：1、溶质偏析造成过冷度不一致使界面(jimin)不稳定；2、晶粒或枝晶根部形成缩颈；3、界面液态内的过冷度大，有利于晶粒的存在和生长。8、主要的凝固缺陷(quxin)有哪些？答：1偏析：显微偏析枝晶偏析、晶界偏析 宏观偏析正偏析、反偏析、带状偏析、重力偏析2缩孔与缩松3裂纹4气孔析出型气孔、反应型气孔、皮下气孔5非金属夹杂物9、带状偏析是怎样产生的？答：带状偏析出现在定向凝固的铸锭中，其特征是偏析带平行于固/液界面，并沿着凝固方向周期性地出现。在界面上偏析较小的地方，晶体将优先生长并突破偏析层，长出分枝，富溶质的液体被封闭在枝晶间，当

18、枝晶断续生长并与相邻村枝晶连接一起时，形成宏观的平偏析界面。带状偏析的形成与固/液界面溶质偏析引起的成分过冷有关。加强固/液界面前沿的对流、细化晶粒、降低易于偏析的溶质量，则可减少带状偏析。10、产生缩孔和缩松的原因是什么？ 答：产生缩孔和缩松的最直接原因，是金属液凝固时发生的凝固体收缩。 纯金属和共晶合金的凝固收缩只是相变引起的，故与温度无关。（是等温相变收缩）具有一定结晶温度范围的合金，凝固体收缩是相变和温度变化引起的，故与结晶温度范围有关，因而与合金成分 有关。缩松的产生还与熔体含气量有关。11、铸锭过程中的热应力是怎样产生的？答：热应力是铸锭凝固过程中温度场（变化）引起的： 凝固开始时

19、，铸锭外部冷得快，温度低，收缩量大；内部温度高，冷得慢，收缩量小。由于收缩量和收缩速率不同，铸锭内外层之间，便会互相阻碍收缩而产生应力。温度高收缩量小的内层会阻碍温度低收缩量大的外层收缩，使收缩量大的外层受拉应力（+），收缩量小的内层则受压应力（-）。12、为什么说铸锭中气孔的形成只可能是非均匀形核？答：由于气体原始浓度C0一般较小，而凝固速度通常又较大，因而仅靠气体偏析来增大固/液界面前沿浓度，促使气泡均质形核是非常困难的，甚至是不可能的。 PP外=P0+g h + 2 /r 当r很小时，所需的P很大，大到不可能实现的程度。 因此， 气泡的形核有且只有是非均匀形核。（同液态金属结晶（晶体的形

20、成）一样，气泡的形成也经历形核和长大过程，但气泡形成不仅与温度和浓度有关，由于气体原始浓度C0一般较小，而凝固速度通常又较大，因而仅靠气体偏析来增大固/液界面前沿浓度，促使气泡均质形核是非常困难的，甚至是不可能的。气泡的形成必须有一定尺寸的气泡核作为气泡非均匀形核的核心） 你怎么(zn me)知道某种材料的化学成分？答：根据熔炼合金的化学成分、加工和使用性能，确定其计算成分。计算成分的选择还与合金的用途(yngt)及使用性能、加工方法及工艺性能、合金元素的熔损、杂质的吸收和积累以及节约贵重金属的考虑等有关。一般是取各元素的中限（即平均成分）作为计算成分。（通过材料测试技术，成分分析仪，并且与合

21、金的用途及使用性能、加工方法及工艺性能、合金元素的熔损、杂质的吸收和积累以及节约贵重金属的考虑等有关）（金属材料的化学成分包括主要成分和杂质两部分，各牌号合金成分都有相应的标准进行规定和规范。合金的成分主要通过备料、配料（含中间合金、熔剂等）及成分调整等过程实现，并通过熔体质量检验方法进行监测和控制。）14、什么是计算(j sun)成分？答：一般是取各元素的中限（即平均成分）作为计算成分。计算成分的选择还与合金的用途及使用性能、加工方法及工艺性能、合金元素的熔损、杂质的吸收和积累以及节约贵重金属的考虑等有关。 熔铸材料所用的料有哪些？答：备料（新金属料、废料及中间合金）、配料（含中间合金、熔剂

22、）什么是平衡分布系数？答：衡量溶质再分布状况的主要参数是平衡分布系数k。它表示同一温度下固相成分CS与其相平衡的液相成分CL之比值，即：k=CS/CL 当合金的液相线和固相线向下倾斜时，CSCL，k1；反之，CSCL，则k1。多数合金元素及杂质在基体金属中k1，所以在以后的讨论中，将以k1的合金为主。 什么是变质处理？答：变质处理是指向金属液内添加少量物质，促进金属液生核或改变晶体生长过程，使铸态组织细化的一种方法。（在合金成分及杂质量不便调整时，可加适量变质剂进行变质处理，细化组织，均匀化成分分布，以减少低熔点共晶量并改善其分布状况。）18、细化晶体尺寸有什么好处？答：细化晶粒不仅提高金属的

23、强度，同时还提高其韧性。前者是因为晶界阻碍滑移，后者是因为晶界不仅阻碍裂纹的扩展，而且随着晶界数量的增多，在每一晶界处的应力集中更小了。是唯一一种同时可以增大强度及韧性的方法。（细小等轴晶组织各向异性小，加工时变形均匀，且使易偏聚在晶界上的杂质、夹渣及低熔点共晶组织分布更均匀，因此具有细小等轴晶组织的铸锭，其机械性能和加工性能均较好。）什么是微观偏析？什么是宏观偏析？答：铸锭中化学成分不均匀的现象称为偏析，微观偏析是指一个晶粒范围内的偏析。宏观偏析是指较大区域内的偏析。（前者是指一个晶粒范围内的偏析，包括枝晶偏析和晶界偏析。后者是指较大区域内的偏析，故又称为区域（宏观）偏析，包括正偏析、负偏析

24、、带状偏析和重力偏析。）（A枝晶偏析（在生产条件下，由于铸锭冷凝较快，固凝两相中溶质来不及扩散，枝晶内部先后结晶部分的成分不同，这就是枝晶偏析，或称为晶内偏析）B晶界偏析 k1的合金凝固时，溶质会不断自固相向液相排出，导致最后凝固的晶界含有较多的溶质和杂质，即形成胞状晶时，k1的溶质也会在胞状晶晶界偏聚，形成胞状偏析宏观(hnggun)：指较大区域内的偏析（正、反偏析）)20、变质(bin zh)剂的作用。答：以不溶性质(xngzh)点存在于金属液中的非均质晶核作用；是溶质的偏析及吸附作用。21、什么叫机械合金化？答：机械合金化是利用机械作用使原料发生强烈的变形及粉碎。并在不断的变形、粉碎及焊

25、合的循环中发生合金化，形成均匀成分的合金。22、当气体中有气体时怎么去除？答：进行脱气精炼，脱除溶解于金属中的气体气体。从金属中脱除途径有三：一是气体原子扩散至金属表面，然后脱离吸附状态而逸出；二是以气泡形式从金属熔体中排除；三是与加入的元素形成化合物，以非金属夹杂物形式排除。根据脱气机理的不同，脱气精炼可分为分压差脱气、化合脱气、电解脱气和预凝固脱气等。 23、大气环境下，氧化为何不可避免？当炉气中氧的实际分压Po2实不等于一大气压时，反应的自由焓变量为： 满足Po2实Po2条件时，氧化反应才能自动正向进行。 大气中氧的分压为0.21atm，在熔炼温度下，大多数金属氧化物的分解压Po2都很小

26、。例如，1000时Cu2O的Po2为10-7atm；1600时FeO的Po2为10-8atm；750时Al2O3的Po2为10-46atm。因此，在大气中熔炼金属时氧化反应是不可避免的。 24、氧化精炼的目的，实现条件，实现过程目的：精练的目的在于防止、除去金属吸收杂质和减少污染。实现条件：采用氧化精炼应具备的三个条件：一是基休金属的氧化物能溶解于自身金属液中，并能氧化杂质元素；二是杂质元素氧化物不溶于金属熔体中，并易与后者分离； 三是基体金属氧化物可用其他元素还原实现过程：（1）将杂质元素及部分基体金属氧化； （2）去除杂质元素氧化物； （3）将氧化的基体金属氧化物还原。25、溶质分布与成分

27、过冷的关系？溶质再分布是合金在非平衡凝固时，铸件成分偏离原始成分、随凝固过程和条件不同，先后凝固部分的成分不均匀、不一致的现象溶质再分布的结果，使溶质在固/液界面前沿发生偏析。k1的合金，界面前沿熔体中的溶质富集；k1的合金，界面前沿熔体中的溶质贫化。与此同时，如果界面前沿液体的实际温度T实低于TL，则这部分液体处于过冷状态。这一现象称为成分过冷如何保证材料的化学成分？合金的成分主要通过备料、配料及成分调整等过程实现，并通过熔体质量检验方法(fngf)进行监测和控制（金属材料的化学成分包括主要成分和杂质两部分，各牌号合金成分都有相应的标准进行规定和规范。合金的成分主要通过备料、配料（含中间合金

28、、熔剂等）及成分调整等过程实现，并通过熔体质量检验方法进行监测和控制。）铸锭表面(biomin)和芯部的应力是怎么样的？铸锭在凝固和冷却过程中，由于收缩受到阻碍而产生的应力统称为铸造应力，按其形成的原因，可分为(fn wi)热应力、相变应力和机械应力。热应力是铸锭凝固过程中温度场（变化）引起的：凝固开始时，铸锭外部冷得快，温度低，收缩量大；内部温度高，冷得慢，收缩量小。由于收缩量和收缩速率不同，铸锭内外层之间，便会互相阻碍收缩而产生应力。温度高收缩量小的内层会阻碍温度低收缩量大的外层收缩，使收缩量大的外层受拉应力（+），收缩量小的内层则受压应力（-）。在整个凝固过程中，热应力的大小和分布将随铸

29、锭断面的温度梯度而变化。当上述各种应力相反时，可使铸锭中应力相互抵消或减小。当上述三种应力同时存在于同一区域并且都为拉或压应力时，则破坏作用更大。28、液态金属粘度概念及公式答：液体中流速不同的两个相邻液层间产生摩擦阻力，阻碍液体的流动，该内摩擦力是液体的基本物理特性之一，称为粘度。公式：29、什么是液态金属的表面张力？答：液态金属和气体组成的体系中，由于表面层原子处于力不平衡状态，产生了垂直于液体表面、指向液体内部的力，该力总是力图使表面减小。30、为什么熔点高的金属表面张力大？答：（不知道呢）31、结合挥发速率的Dalton公式说明影响金属挥发的因素。答：P-体系的外压，b-与金属性质有关

30、的常数，P0Me-金属的蒸气压，Pme-实际分压。32、根据Stokes定律说明影响静置除渣时间的主要因素，进一步说明为什么用静置法难以去除小直径的夹渣？答：u为夹杂物上浮或下沉的速度；为金属液的粘度；r表示球形夹杂半径; PMe和Pi分别为金属熔体和夹杂的密度，g是重力加速度。当合金和温度一定时，由于熔体的粘度及熔体与夹渣的比重差不会有很大变化，所以主要靠增大夹渣尺寸与熔体分离。如夹渣以不同尺寸的颗粒混杂存在，则较大颗粒上浮得快。在其上浮过程中，将吸收其他较小夹杂而急速长大，故难以去除小直径的夹渣。33、金属吸收气体由哪四个过程组成？谁是限制性环节？答：1）气体分子碰撞到金属表面；2）在金属

31、表面上气体分子离解为原子；3）气体原子（化学）吸附在金属表面上； 4）气体原子扩散进入金属内部（反应）。前三个过程是吸附过程，最后一个是扩散溶解过程。占支配地位的是扩散过程（限制性环节），它决定着金属的吸气速度。 34、实践表明，混合气体精炼时当氯气的浓度为16%时，除气效果最好。35、合金的成分主要通过备料、配料及成分调整等过程(guchng)实现，并通过熔体质量检验方法进行监测和控制。36、加工(ji gng)材料用合金，其组织多以单相固溶体为主。37铁模铸锭的组织由哪三个区域(qy)组成？ 答：铁模铸锭的组织由三个区域组成：表面细等轴晶区(又称激冷晶区)，柱状晶区和中心等轴晶区。 38、

32、防止缩孔及缩松的途径是什么？答：在保证铸锭自下而上顺序凝固的条件下，尽可能使缩松转化为铸锭头部的缩孔，然后通过人工补缩来消除。39、在凝固过程中产生的裂纹称为热裂纹，凝固后冷却过程中产生的裂纹称为冷裂纹。40、配料计算举例： 配制一炉10吨LY12合金，该硬铝作二次挤压棒材用。 根据国家标准和制品要求，确定计算成分： Cu、Mg、Mn分别取4.60、1.55、0.70%。 杂质Fe、Si分别控制在0.45和0.35%以下。 新：旧料比=60:40。 LY12和炉料成分列于下表。 （1）按计算成分计算各元素需要量及杂质量 主要成分 Cu 100004.6%=460kg Mg 100001.55%

33、=155kg Mn 100000.7%=70kg 杂 质 Fe 100000.45%=45kg Si 100000.35%=35kg Zn 100000.2%=20kg Ni 100000.1%=10kg 杂质总和 100001.5%=150kg （2）废料中带入的各成分元素量 Cu 40004.35%=174kg Mg 40001.50%=60kg Mn 40000.60%=24kg Fe 40000.5%=20kg Si 40000.5%=20kg Zn 40000.3%=12kg Ni 40000.1%=4kg 杂质总量 40001.5%=60kg （3）计算所需中间合金及新金属量Cu板

34、 （460174）99.7%=287kgMg锭 （15560）99.85%=95kgAl-Mn （7024）10%=460kgAl锭 10000（4000+287+95+460） =5158kg（4）核算(h sun) 1）核算各种炉料装入量之和与配料总量是否相符，炉料中各元素的加入量之和与合金(hjn)中各该元素需要是否相等（计算从略，见表3-4）。 2）计算(j sun)杂质及杂质总量是否在允许范围内 Fe 20+0.14+0.05+2.74+8.25=31.1845kg Si 20+0.03+2.74+6.7=29.4735kg Zn 12+1.38=13.8820kg Ni 4+0.5

35、7+0.002+0.46=5.03210kg 杂质总量 60+0.86+0.14+6.9+15.5=83.4150kg 核算表明，计算基本正确，可以投料。 新技术1、什么是合金化？ 答：以扩散和化学反应为标志，形成合金。（是指金属或合金粉末在高能球磨中通过粉末颗粒和磨球之间长时间的激烈的冲击、碰撞，使粉末反复产生冷焊、断裂，导致粉末颗粒中原子扩散，从而获得合金化粉末的一种粉末制备技术。）2、固态下发生合金化的根本原因（基本原理）是什么？答：利用机械作用使原料发生强烈的变形及粉碎。并在不断的变形、粉碎及焊合的循环中发生合金化，形成均匀成分的合金。其中引入大量应变、缺陷以及纳米量级的微结构，因而具

36、有特殊的热力学和动力学特征，可以制备出在常规条件下难以合金化的新合金。（在磨球的碰撞冲击和摩搓的作用下，粉末发生强烈的塑性变形并破碎，形成洁净的原子化表面，在压力作用下相互冷焊在一起，形成复合颗粒。（复合颗粒的产生）复合颗粒变形、破碎，反复的焊合与破碎就形成了具有多层结构的复合颗粒，且平均尺寸不断细化，形成了无数的扩散-反应偶。（层细化、扩散-反应偶）应力应变和大量点阵缺陷（空位、位错、晶界等）的产生，使系统储能很高，每摩尔达十几千焦，粉末活性被大幅度提高；同时，磨球及颗粒相互之间的碰撞瞬间会造成界面温升,这些变化不仅可促进界面处的扩散,而且可以诱发某些系统的多相化反应,最终导致均匀合金形成。

37、（能量升高促进扩散和化学反应）3、机械合金化的技术特点是什么？答：(1)工艺简单，过程容易控制。(2)能在室温下实现合金化。(3)与粉末冶金及自蔓延高温合成工艺相比，机械合金化不受混料均匀化的制约，将原料混合及合金化一次完成。(4)制备体系范围大。 (5)诱发固态相变，制备非晶及准晶材料，从而避开了准晶、非晶形成时对熔体冷速及形核条体的苛刻要求。 (6)可形成稳态相，也可制备出一系列的纳米(n m)晶材料和过饱和固溶体等亚稳态材料。 (7)能实现弥散、固溶和细晶三位一体的强化(qinghu)机制。(8)可诱发在常温或低温下难以进行(jnxng)的固-固，固-液和固-气多相化学反应。 （一些在常

38、温或低温下难以进行的反应可以发生在弥散强化金属材料、纳米材料、非晶态合金、难熔合金、稀土永磁材料等领域中得到了应用）4、MA方法获得纳米晶、非晶材料的机制是什么？答：纳米晶材料的形成机制： 在高应变速率下，由位错密集网络组成的切变带的形成是主要的形变机制。这些变形集中的切变带宽约0.11m，球磨初期位错密度增大，原子级应变亦随之增大。当达到某一位错密度时，晶粒解体为由小角度晶界分隔的亚晶粒并导致原子级水平应变下降。继续球磨，切变带中的亚晶粒进一步细化到最终晶粒尺寸，晶粒间的相对取向演变为大角度晶界的无规则取向。由于纳米晶粒本身位错密度极低，当粉末达到完全纳米晶结构时，开动纳米晶粒内的位错需要克

39、服极大的阻力，因此以后的变形主要通过晶界的滑动来实现，最终形成无规则取向的纳米晶材料。 非晶态合金的形成机制：目前主要有两种：一种是固态反应机制，由于终态的非晶相比起始态的组元具有更低的自由能，可保证非晶形成的热力学条件。反应形成非晶核之后，组元间通过互扩散，使非晶核长大，最终形成非晶材料。另一种为缺陷形成机制，即研磨引入的缺陷增多，导致体系混乱度增大而非晶化。 5、自蔓延燃烧（SHS）形成的基本条件是什么？答：对那些放热量很大的化学反应系统，启动反应需很高的加热温度，但在球磨过程中由于组织细化，系统储能很高，使系统反应启动所需的临界温度Tig下降，当某一瞬间碰撞处界面温度TeTig时，此处反

40、应被启动，放出的大量热使反应迅速完成。（目前正在研究发展中，SHS过程本质上是剧烈的（放热）化学反应反应过程讨论较多的化学参数是SHS燃烧反应绝热温度Tad=（adiabatic temperature），即假设体系在没有热量损失的条件下，化学反应放出的热量使体系能够达到的最高温度。）6、自蔓延高温合成有哪些特点？答：（1）除了需要提供少许的点火能量外，反应基本上是在自身所产生的能量推动下进行的，最大限度地利用了原子间的化学能，与其它方法需使用大量的电能、热能、机械能相比，该工艺具有明显的节能效果。(节约能源） （2）整个过程通常在几秒钟或几分钟之间就完成，因而其生产效率极高。（快速高效） （

41、3）设备简单，固定资产投入低。（4）反应过程燃烧波前沿的温度极高，可蒸发掉原始坯样中的杂质元素，得到高纯度的合成产物。 （5）升温及冷却速度极快，易于形成高浓度缺陷和非平衡结构，生成高活性的亚稳态产物。 （6）然而这一方法也存在产物一般为多孔状、有时反应不完全等缺陷，通过采用加压烧结、改善(gishn)反应条件等措施，这些问题可以得到解决。7、举两例说明SHS技术(jsh)在材料制备上的应用有哪些？答：（1）（化合物）粉体合成(hchng) （2）块材制备 （3）制备复合材料（4）制备蜂窝状陶瓷材料 （5）制备单晶体 （6）制备超导材料8、什么叫绝热温度？答：绝热温度是假设体系在没有热量损失的

42、条件下，化学反应放出的热量使体系能够达到的最高温度。 9、 什么叫梯度功能材料？答：梯度功能材料是一类组成结构和性能在材料厚度或长度方向连续或准连续变化的非均质复合材料，其最大特点是克服了两种性能完全不同材料接触界面处产生的物理、化学和力学不相容性。10、什么叫机械合金化？答：机械合金化是将不同成分的粉末在高能球磨机中进行较长时间的研磨，使其在固相状态下达到合金化。（机械合金化是利用机械作用(如球磨及冷轧)使原料发生强烈的变形及粉碎。并在不断的变形、粉碎及焊合的循环中发生合金化，形成均匀成分的合金）11、什么叫自蔓延高温合成？答：自蔓延高温合成是指利用外部提供必要的能量诱发高放热化学反应体系局

43、部发生化学反应（点燃），形成化学反应燃烧波，此后化学反应在自身放出热量的支持下继续进行，直至反应结束。 12、7000系铝合金可用什么方法保证其强度和抗应力腐蚀能力？ 答：弥散强化（自蔓延高温合成）（高温燃烧合成）13、多孔Ni-Ti合金可用什么方法制备？答：自蔓延高温合成（SHS法）14、你还知道什么其他材料制备新技术？答：离子注入和离子束沉积制备技术、外延生长薄膜制备技术（ FGM法）材料工程基础 王效琪部分思考题1：判断正误并改正1、弹簧的塑性变形量很小。（T）2、弹簧的屈强比很高。（F）屈服强度不高，所以其屈服比低3、橡皮筋的变形量大，所以塑性好。（F）变形量大不代表塑性好4、屈服强度

44、以下屈服点的数值确定。（T）5、塑性材料才有屈服强度。（F）有塑性变形发生的材料就有屈服强度6、钢铁在1000的条件下进行轧制，属于热加工，因为轧制温度远高于室温。（F）由再结晶温度确定7、锡的熔点为232，在室温20的条件下加工属于热加工。（T）0.4（232+273）-273=-718、锡的熔点为232，在-50的条件下加工属于冷加工。（F）属于热加工应力：应力是内力的集度，是力的作用在面积上的效果应变(yngbin)应力(yngl)-应变曲线屈服(qf)平台屈服强度：屈服强度又称为屈服极限 ，常用符号s，是材料屈服的临界应力值抗拉强度屈强比塑性:塑性（或范性)是一种在某种给定载荷下,材料

45、产生永久变形而不被破坏的特性。弹性塑性变形位错孪生：孪生是晶粒一部分相对于一定的晶面沿一定方向发生切变冷加工热加工强化机制加工硬化：随着不同滑移系位错的启动以及位错密度的增大，位错之间的相互缠结的情况亦将增加，这将显著提高滑移的阻力，在力学行为上表现为材料“越变形越硬”的现象，该现象称为加工硬化（应变硬化）再结晶：随着原子的扩散移动新晶核的边界面不断向变形的原晶粒中推进，使新晶核不断消耗原晶粒而长大。最终是一批新生的等轴晶粒取代了原来变形的晶粒，完成了一次新的结晶过程。这种变形金属的重新结晶称为再结晶。重结晶：发生相变的结晶回复：思考题2:判断正误并改正1、只要物体受到外力一定会产生应力。（T

46、）2、所受外力合力为0的条件下，物体不会产生应力。（F）某方向的力是存在的，故应力也是存在的3、主应力方向一定和外力方向平行。（F）主应力垂直于平面，但外力不一定垂直于平面4、最大主应力方向一定和外力方向平行。（F）5、最大主应力方向一定和外力合力方向平行。（F）6、f外0时，最大主应力方向一定和外力合力方向平行（F）主平面： =0的微分面叫做主平面，假如N在某一方向时，微分面上的 =0，这样的特殊微分面就叫做主平面主应力：主平面上作用的正应力即为主应力。应力主方向：主平面上的法线方向则称为应力主方向或应力主轴。 对于任意一点的应力状态，一定存在相互垂直的三个主方向、三个主平面和三个主应力。思

47、考题3:判断正误并改正静水压力作用下物体一定不会发生塑性变形。（F）会发生塑性变形静水压力作用下物体也会发生(fshng)变形。（T）最大主应力(yngl)的平面与最大切应力平面有位置上的关系。（T）垂直(chuzh)关系最大主应力不可能为0。（F）可以为0但不能全为0最大主应力的方向只有一个。（F）最大主应力的方向可能有多个。（T）一点的应力空间有可能是圆球形。（T）8、塑性变形最终归结于切应力作用。（T）基本概念：全应力：切应力：正应力：主应力:主应力面:主应力方向:应力状态:主切面:最大切应力:应力椭球面:平均应力:应力偏量:思考题4:判断正误并改正1、一般情况下，应力偏量的方向与主应变

48、方向一致。（？）2、一般情况下，最大主应力偏量方向与最大主应变方向一致。（？）3、延伸率 l/l 真实反映了变形体的变形程度，属于“真应变”。（F）真应变是真实的反映变形的积累过程4、真应变是可以比较的应变。（T）5、L0长的物体，伸长到2L0，与缩短到0.5L0，两种变形程度，按照真应变计算不等，按照相对应变计算相等。（F）6、对于致密材料而言，因为有同号的应力状态，那么就可能出现完全同号的应变状态。（?）7、完全同号的应变状态有可能出现在材料变形过程中。 （?）8、塑性变形不能有三向同号的应变状态。（?）基本概念：应变:相对应变:真应变:塑性变形体积不变:主变形图:思考题5:判断正误并改正

49、密塞斯准则比屈斯加准则更符合材料实际塑性变形情况，所以(suy)屈斯加屈服准则一般不用。（F）异号应力状态(zhungti)有助于减小塑性变形所需的外力。（T）同号应力(yngl)状态有助于提高材料塑性，但变形所需的外力增大（?）变形抗力是温度的函数，所以相同温度下同一种金属采用不同的手段进行塑性加工时，变形抗力相同。（F）屈服强度是温度的函数，所以相同温度金属的屈服强度相同。（F）还和变形速率和应力状态有关6、单向拉伸实验中，材料发生屈服后，如果外力继续增加，那么材料的屈服强度继续增加。（？）7、变形抗力与屈服强度的关系是什么？8、简述应力状态对材料塑性的影响。基本概念：屈服准则：屈斯加屈服

50、准则：米塞斯屈服准则：屈服面（屈服轨迹）：思考题6:判断正误并改正同等变形条件下，滑移比孪生更容易发生。（）因为同等变形条件下滑移比孪生更容易发生，所以密排六方晶格的材料位错滑移是其变形的主要机制。（）密排六方晶格的材料的主要变形机制是孪生，但也存在滑移。（）亚结构一般产生于塑性变形。（）因为织构会导致变形时产生变形不均，故织构对材料性能产生不好的影响，必须消除。（）思考题7:判断正误并改正附加应力有可能改变材料的应力状态。（）残余应力属于弹性应力所以外力去除后可以自动回复。（）残余应力产生了变形不均。（）变形不均产生了残余应力。（）如果（第一类）变形不均在外力去除后仍然存在，不可恢复，所以其

51、变形属于塑性变形（）如果（第一类）变形不均在外力去除后仍然存在，不可恢复，那么导致其变形的应力应该大于等于其屈服强度。（）残余应力都是有害的。（F）思考题8：判断并改正：热加工中，不锈钢与普碳钢的延伸系数基本相同，所以两者的可锻性基本相当。（F）热加工中可锻性好的材料，其使用性能也好。（）加热温度提高，材料的可锻性并不一定提高。（T）三向压应力条件能够(nnggu)有效提高材料塑性，所以三向压应力条件也就可以提高材料的可锻性。（T）减小变形抗力(kn l)是有效提高材料可锻性的方法。（T）减少加工过程中工件与工具的接触面积可以有效减小工作(gngzu)动力。（T）提出具体的降低塑性加工变形力的

52、方法，并解释其原因。简述影响材料可锻性的因素。（1）、金属的成分（2）、金属的组织（3）、加工条件思考题9：判断并改正：热加工因为存在动态回复和动态再结晶所以不会形成沿加工方向的织构和带状组织。 （F）织构和纤维组织都是沿加工方向的显微结构，所以本质上二者是相同的。（F）纤维组织是第二相纤维组织是冷加工产生的，可以通过退火消除。（F）深压和深拉的冷加工材料需要大的加工硬化指数才能保证加工质量。（T）塑性变形时材料的加工硬化率越大，越能保证变形的均匀性。（T）冷冲压成型时，希望角部减薄小（T）。 思考题10：金属塑性加工的接触摩擦有哪些主要特点？对加工过程有何影响和作用？金属塑性加工的摩擦分类及

53、其机理如何？金属塑性加工的主要摩擦定律是什么？简述塑性加工过程润滑的目的及机理。简述塑性加工工艺润滑剂选择的基本原则。压力加工中所使用的润滑剂有哪几类？液体润滑剂中的乳液为什么具有良好的润滑作用？思考题11：判断正误轧制过程中，以轧制方向为正，后滑区的金属相对静止站立在轧机旁边的工人，其向轧制反方向流动。（F）向轧制方向流动相同条件下，轧辊直径越大，咬入角越大。（T）坯料厚度、压下量等条件相同的情况下，轧辊直径越大，轧制力越大。（T）思考题11：判断正误为了获得平整的板型，板带轧机的轧辊应该保证精确的平直，不能有丝毫凹凸。（F）可以有为了获得平整的板型，特别是冷轧，板带轧机的轧辊应该有凸度。（

54、T）轧制时的弹跳导致轧制尺寸不稳定，所以要采用宽大厚实的牌坊，保证机架有良好的刚度。（？）弯辊的目的是为了抵消轧辊的有害挠度（？）本部分的主要概念：塑性(sxng)：在某种给定载荷下,材料产生永久变形(bin xng)的材料特性。塑性好坏用伸长率和断面收缩率表示。应力(yngl)：是内力的集度，是力的作用在面积上的效果全应力：全应力是个矢量，可以分解成两个分量，一个垂直于截面C-C，即C-C截面外法线N上的分量，称为正应力，一般用表示；另一个平行于截面 C-C，称为切应力，用表示正应力：切应力：应力状态：点应力状态的描述：主应力：主平面上作用的正应力即为主应力（其数值有可能为0）主平面： =0

55、的微分面叫做主平面，假如N在某一方向时，微分面上的 =0，这样的特殊微分面就叫做主平面。主应力图：平均应力：平均应力是指三个正应力和的平均值。应力偏量：应力偏量为正应力分量与平均应力之差主切面：主切应力：八面体应力：在主轴坐标系空间八个象限中的等倾斜微分面构成一个正八面体。正八面体的每个平面称为八面体平面，八面体平面上的应力称为八面体应力。等效应力：取八面体切应力绝对值3/倍所得之参量。应变：可分为正应变(线应变)和剪应变(切应变)正应变(线应变)：是指线元单位长度的变化量，记为剪应变：表示变形体角度变形（剪切变形）大小，记为。名义应变：又称相对应变或工程应变，适用于小应变分析。名义应变可分线

56、应变和切应变。真应变：对数应变能真实地反映变形的积累过程，所以也称真实应变。主变形图:八面体应变:表示一点应变状态的微元体也存在八面体面，如果取应变主轴为坐标轴时，八面体面法线方向的应变称为八面体正应变，记为8。等效应变:为人为确定的应变，将八面体剪切应变的绝对值乘，所得应变定义为等效应变，又称应变强度，记为屈服准则:屈斯卡屈服准则与米塞斯屈服准则的关系可锻性:表示材料在热状态下经受压力加工时塑性变形的难易程度。变形抗力:应变硬化指数n:其大小表示材料发生颈缩前依靠加工硬化使材料发生均匀变形能力的大小。可以证明，n在数值上与均匀变形量u是相等的塑性应变比：是材料塑性应变方向性的度量，它可用下式

57、表示=w/t。式中 w为宽度真应变；t为厚度真应变。大，表明材料的宽度真应变大，而厚度真应变小，所以它是决定材料深冲性能的关键参量。为保证材料有良好的深冲性能以及使一般的冷成形工艺得以顺利进行,要求材料的塑性应变比要大于1。u均匀变形(bin xng)量和断裂总应变量f：通常(tngchng)要求u均匀变形量和断裂(dun li)总应变量f 尽可能的高，这无论是对于弯曲、拉拔和冷轧等成形工艺的顺利进行都是有好处。摩擦的分类与机理：工艺润滑的机理与方法：润滑剂的类型轧机的标称：加热制度：开轧温度：终轧温度：变形程度（压下量）：轧制速度：冷却速度:控制控冷:张力:润滑:平整:轧制力:平均单位压力:

58、咬入角:前滑:后滑:中性面:秒流量相等:轧制力矩:弹性压扁:轧辊弯曲:弯辊:轧机刚性系数:正挤压：坯料的流动方向与挤压杆的运动方向是一致的，其特点是坯料与挤压筒内壁间有相对滑动，因而两者间存在很大的外摩擦。反挤压：坯料的流动方向与挤压杆的运动方向相反，其特点是坯料与挤压筒内壁间无相对滑动，因而无外摩擦存在。正挤压与反挤压的不同特点对挤压过程、产品质量和生产效率等都有很大的影响。挤压金属流动：挤压过程中挤压力的变化陈敬超部分同热处理原理材料工程基础 杨银辉部分 题型：名词解释、简答题、判断题、计算题材料工程基础 杨银辉部分 题型：名词解释、简答题、判断题、计算题一、绪论什么是高分子？高分子也叫高

59、分子化合物，是指分子量很高并由共价键连接的一类化合物高分子化合物与一般小分子相比(xin b)具有以下特点：价键连接(linji)：德国的提出的长链型分子结构相对分子质量(zhling)大：一般为104106多种原子：C H O N S Cl P Si F单体：聚合物的起始原料称为单体结构单元：在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为结构单元结构单元有时也称为单体单元、 重复单元、 链节用n表示聚合度：聚合度是衡量高分子大小的一个指标。有两种表示法：以大分子链中的结构单元数目表示，记作； 以大分子链中的重复单元数目表示，记作只由一种单体形成的聚合物,两种聚合度相等，都等于 n 7、由聚合

60、度可计算出高分子的分子量：M 是高分子的分子量M0 是结构单元的分子量 结构单元重复单元 链节两种结构单元构成一个重复结构单元（链节），单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子，结构单元 重复单元 单体单元，但重复单元链节 Mo两种结构单元的平均分子量均聚物：由一种单体聚合而成的高分子称为均聚物共聚物：由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为共聚物。 在这种情况下，无法确定它的重复单元，仅结构单元单体单元（补例子）聚合物的分类（1）、按聚合物的来源：合成高分子、天然高分、改性高分子（2）、根据聚合物的性能和用途分类：塑料、橡胶、纤料、涂料、胶粘剂、功能高分子塑料、橡胶、纤维产量最大，与国民经