金属学习题.doc

1、金属化合物：当溶质超过了在溶剂中的溶解度极限以后，形成的结构不同于任一组元的新相。2、二次再结晶：再结晶后随着温度的升高或保温时间的延长，晶粒的不连续不均匀地长大，即突发式的长大现象。3、形变织构：当变形量很大（70%90%以上）时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒会逐渐调整其取向而彼此趋于一致，这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织叫形变织构。4、相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同、性能相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，称之为相。5、成分过冷：在合金的凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于固液界面前沿液相中溶质分布发生了变化，改变了液相的熔点，此时过冷是由于成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定的，称为成分过冷。6、固溶体：溶质原子溶入溶剂点阵中所形成的均一固相。7、再结晶：冷变形金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中产生新的无畸变的再结晶晶核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织，而性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，该过程称为再结晶。8、滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面和该晶面上一定的晶向所发生的相对滑动。9、组织：指用肉眼或借助于各种不同放大倍数的显微镜所观察到的金属材料的内部情景，包括晶粒的大小、形状、种类以及各种晶粒之间的相对数量和相对分布。10、枝晶偏析：在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象。11、刃型位错：在金属晶体中，由于某种原因，晶体的一部分相对于另一部分出现一个多余的半原子面。这个多余的半原子面又如切入晶体的刀片，刀片的刃口线即为位错线。这种线缺陷称为刃型位错。12、螺型位错：一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。在中央轴线处即为一螺型位错13、单晶体 质点按同一取向排列。由一个核心（称为晶核）生长而成的晶体14、 多晶体 通常由许多不同位向的小晶体(晶粒）所组成。15、孪生：晶体受力后，以产生孪晶的方式而进行的切变过程。其中孪晶是以共格界面相联结、晶体学取向成镜面对称关系的一对晶体的合称。16、空间点阵：这种用以描述晶体中原子排列规律的空间格架。17晶胞：从晶格中选取的一个能够反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析晶体中原子排列的规律性，这个最小几何单元体称为晶胞18.层错：在实际晶体中，晶面堆垛顺序发生局部差错而产生的一种晶体缺陷19.过冷度：金属的实际结晶温度与理论结晶温度之差等轴晶粒：枝晶在三维空间得以均衡发展，各方向上的一次轴近似相等，这时所形成的晶粒。柱状晶粒：如果枝晶某一方向上的一次轴长得很长，而在其他方向长大时受到阻碍，这样形成的细长晶粒。变质处理：在浇注前往液态金属中加入形核剂，促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒。组元：组成合金最基本的，独立的物质比重偏析：是由组成相与熔液之间密度的差别所引起的一种区域偏析稳定化合物：是指具有一定熔点，在熔点以下保持其固有结构而不发生分解的化合物。同素异构转变：金属在固态下随温度或压力的改变由一种晶体结构转变为另一种晶体结构。多滑移：这种在两个或更多的滑移系上同时或交替进行的滑移交滑移：在晶体中，当两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向进行滑移多边形化：把原先的晶粒分割成许多取向稍有不同的亚晶，这种形成亚晶的过程。热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却下来的一种热加工工艺。实际晶粒度：钢在某一具体热处理加热条件下所获得的奥氏体晶粒大小直线法则（三元相图）重心法则（三元相图）1、试述影响扩散系数的主要因素？温度：随着温度的升高，扩散系数急剧增大；晶体结构：在致密度大的晶体结构中的扩散系数，都比致密度小的晶体结构的扩散系数要小得多，致密度越小，原子越易迁移；固溶体类型：间隙原子的扩散激活能都比置换原子的小，所以扩散速度都比较大；晶体缺陷：表面原子扩散最快，晶界次之，晶内扩散最慢；化学成分的影响：当加入的合金元素使合金的熔点降低时，则该合金元素会使扩散系数增加。碳化物形成元素降低碳的扩散系数，不能形成稳定碳化物的元素，对碳的扩散系数影响不大。2、试分析冷变形量对再结晶晶粒尺寸的影响。当变形量很小时，金属材料的晶粒仍保持原状，这是由于变形量小，畸变能很小，不足以引起再结晶，所以晶粒大小没有变化；当变形量达到某一数值（一般金属均在2-10%范围内）时，再结晶后的晶粒变得特别粗大；当变形超过临界变形量后，则晶粒逐渐细化，变形量越大，晶粒越细小。3、试用位错理论解释加工硬化的原因。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；结果即产生固定割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力的增加；这样金属的塑性变形就变得困难，要继续变形就必须增大外力，因此就提高了金属的强度。4、何谓“枝晶偏析”？如何消除？在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象叫枝晶偏析。消除方法：可用扩散退火或均匀化退火法（即在高温较长时间的加热和保温）消除掉。5、简单叙述控制铸件晶粒大小的措施控制过冷度：一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，晶粒越细小；变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒； 振动、搅拌：对即将凝固的金属进行振动、搅拌，一方面是依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加，从而细化晶粒。6、什么叫固溶体的脱溶？说明连续脱溶和不连续脱溶在脱溶过程中母相成分变化的特点。脱溶：从过饱和的固溶体中析出新相的过程。特点：在连续脱溶过程中，随着新相的形成，母相的成分连续地、平缓地由过饱和状态逐渐达到饱和状态。也就是说，在脱溶过程中，除了新旧相间产生相界面外，在母相内部并不产生新界面，仍保持着连贯性，在脱溶相附近母相的浓度较低。并由相界面向内，母相的浓度逐渐升高，而呈现连续的浓度梯度，新相依靠远距离的扩散而成长。不连续脱溶与连续脱溶正相反，脱溶相一旦形成，其周围一定距离内的固溶体立即由过饱和状态达到饱和状态，并与原始成分的形成截然的分界面。通过这个界面，不但浓度发生了突变，而且取向也发生了变化。7、再结晶与重结晶（同素异构转变）主要区别是什么？分析影响再结晶晶粒大小的主要因素？区别：再结晶前后各晶粒的晶格类型不变，成分不变，而重结晶则发生了晶格类型的变化。影响因素：变形程度；原始晶粒尺寸；退火温度；杂质；形变温度8、试分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。在正温度梯度下：以光滑界面结晶的晶体，可以成长为以密排晶面为表面的晶体，具有规则的几何外形；若固液界面为粗糙界面，具有平面状生长形态。在负温度梯度下：以光滑界面结晶的晶体，可能长成规则外形，少数也可能长成树枝状晶体；若固液界面为粗糙界面，以树枝状方式长大。9、碳可以溶入铁中而形成间隙固溶体，试分析是-Fe还是-Fe能溶入较多的碳，为什么？-Fe能溶入较多的碳。原因：碳原子通常溶于八面体间隙中，面心立方晶格的八面体间隙半径和碳原子半径比较接近。而体心立方晶格的八面体间隙半径远小于碳的原子半径。10、试分析在一个含碳量2.0%的铁碳合金试样组织中出现少量莱氏体的原因。含碳量为2.0%的铁碳合金在平衡冷却时，结晶的组织为P+Fe3C，组织中不含莱氏体。但在不平衡结晶条件下，其固相的平均成分线将偏离平衡固相线，于是合金冷却到共晶转变温度时仍有少量的液相存在，此时液相成分达到共晶成分，在恒温下发生共晶转变形成莱氏体。11、扩散的微观机制有哪些？一般情况下，哪种机制扩散快一些，为什么？微观机制：间隙扩散机制；换位扩散机制；空位扩散机制。一般情况下，空位扩散机制扩散快一些。原因：空位的存在，使周围邻近原子偏离其平衡位置，势能升高，从而使原子跳入空位所需跨越的势垒高度有所降低。因此相邻原子向空位的跳动就比较容易。12、什么是上屈服点和下屈服点？如何避免上屈服点和下屈服点的出现？简述吕德斯带形成的原因。上屈服点：晶体中的位错与溶质原子发生交互作用时会形成柯氏气团，当出现柯氏气团时，使位错开动起来的应力即为上屈服点。下屈服点：位错开动并滑移一定距离后，就会摆脱开气团的阻力而在正常的应力下运动即下屈服点。措施：预变形法，即预先进行超过屈服平台的小量形变，使位错摆脱溶质原子气团的作用；清除溶质元素，或加入一些固定溶质的元素。吕德斯带形成原因：在具有上、下屈服点的材料中，形变总是不均匀的，应力达到上屈服点时，在应力集中处首先开始塑性变形，这里也立即表现出软化的效果来，形变因而在这里集中并可进行到一定程度，这就会使形变区和未形变区的交界处由于产生较大的应力集中也跟着而屈服，形变由此扩展到相邻的区域中，形成狭窄的条带状的形变区，即为吕德斯带。13、为什么固态相变比液态相变时的阻力大？固态相变形核时有何特点？阻力大的原因：固态相变的阻力主要来自两个方面：一方面新旧相间由于产生相界面而引起的界面自由能的升高，另一方面由于新旧两相间比容不同，使新相形成时发生的体积变化受母相的约束而引起弹性畸变，产生应变能。因此固态相变时的阻力比液态金属结晶时的大。固态相变时的形核特点：非均匀形核：固态相变主要依靠非均匀形核。一方面由于固态介质存在各种缺陷，这些缺陷分布不均匀，所具有的能量高低也不一样，这就给非均匀形核创造了条件。另一方面，固态均匀形核所需的形核功较大，要均匀形核，势必要增大过冷度，而过冷度太大时，扩散又变得很困难了，这就不利于均匀形核。核心的取向关系：固态转变后，新生相与母相之间往往存在一定的晶体学关系，新旧两相常以原子密度大而彼此匹配较好的低指数晶面或晶向相互平行。共格界面及半共格界面：固态形核的另一特点是相界面易成共格或半共格界面。原因是形成共格界面时相变进行的阻力最小，半共格界面次之，非共格界面阻力最大。14、影响扩散的主要因素有哪些？温度；晶体结构：；固溶体类型：；晶体缺陷：；化学成分的影响：15、影响再结晶晶粒大小的因素有哪些？简述这些因素对再结晶晶粒大小的影响的基本规律。变形程度；原始晶粒尺寸；退火温度；杂质；形变温度变形程度：在临界形变量时，由于形核率很小，比值G/N很大，所以晶粒很粗大；当变形量超过临界变形量后，随着变形量的增加，晶粒逐渐细化；原始晶粒尺寸：当形变量一定时，原始晶粒越细小，则再结晶后的晶粒也越细；退火温度：形核率和长大速度都随温度的升高而增大，而两者的激活能又很相近，所以比值G/N不随温度而变化，因此再结晶晶粒度受温度的影响很小；杂质：溶入基体中的杂质，一方面增加形变金属的储存能，另一方面阻碍晶界的运动，一般均起细化晶粒的作用；形变温度：形变温度越高，回复的程度越大，结果使变形后的储存能减小，使晶粒粗化。16、（以金属为基的）固溶体与金属化合物在结构、键性、性能方面有什么差异？影响规律：结构：固溶体保持溶剂的晶体结构，而金属化合物是组元之间形成了一种新相，新相的结构不同于其组元的结构；键性：固溶体是以金属键相结合，而金属化合物可能是以金属键或离子键或共价键相结合；性能：固溶体的强度、硬度比金属化合物的低，但塑性和韧性比一般化合物高得多。17、写出菲克第一定律的数学表达式，并说明其意义？菲克第一定律的数学表达式为意义：在稳定态扩散过程中，在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散流量与浓度梯度成正比。18、简述冷变形金属在退火过程中显微组织和力学性能的变化规律；为何实际生产中常需要再结晶退火？组织的变化：在回复阶段晶体的显微组织几乎看不出任何变化，晶粒仍保持伸长状或扁片状；在再结晶阶段，形变金属的内部发生了新晶粒的生核和成长过程，新的无畸变的等轴晶粒取代了原来的变形组织；力学性能的变化：在回复阶段硬度、强度略有下降，而塑性略有提高；在再结晶阶段，硬度、强度显著下降，塑性大大提高。实际应用：实际生产中对冷变形后的金属进行再结晶退火主要是为了消除由于变形而产生的加工硬化现象，给进一步冷加工成形做准备。19、在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能成树枝状成长，而固溶体合金却能成树枝状成长？纯金属的液固界面一般为粗糙界面，纯金属晶体生长时需要的过冷度很小，界面上偶有凸向液体中的部分，会被熔化掉，所以只能以平面方式长大；固溶体合金液固界面前沿的液相中，由于溶质的重新分布，改变了液相的熔点，在液固相界面前沿产生了成份过冷，当成份过冷很大时，固溶体合金就能长成树枝状组织。20、成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织有何影响。对晶体长大方式的影响：液固界面前端没发生成分过冷时，平面状生长；液固界面前端成分过冷很小时，形成胞状结构；液固界面前端成分过冷很大时，形成树枝状组织。对铸锭组织的影响：液固界面前沿的成分过冷度越大，大于新晶核形成所需的过冷度时，就会在液固界面前沿的液相中产生新的晶核，阻碍柱状晶