北科金属学02及答案

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，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,α=β=γ=90°。也可用具有哪类对称元素表示，若有四个三次转轴，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，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）+δ-Fe(0.09%C)→γ-Fe(0.17%C)共晶反应：L(4.3%C)→γ-Fe(2.11%C)+Fe3(6.69%C)共析反应：γ-Fe(0.77%C)→α-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。