材料科學(xué)基礎(chǔ)簡(jiǎn)答題(編輯修改稿)
2025-02-14 06:47 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是經(jīng)大變形量的冷拔鋼絲絞合而成，加工過程的冷加工硬化是鋼絲的強(qiáng)度、硬度大大提高，從而能承載很重的鋼件。但是當(dāng)其加熱至860℃時(shí)，其溫度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋼絲繩的再結(jié)晶溫度，以致產(chǎn)生回復(fù)再結(jié)晶現(xiàn)象，加工硬化效果完全消失，強(qiáng)度、硬度大大降低。再把它用來起重時(shí)，一旦負(fù)載超過其承載能力，必然導(dǎo)致鋼絲繩斷裂事故。請(qǐng)對(duì)比分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)和機(jī)理有何異同。【模擬題二】答：（1）加工硬化：隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。原因：隨變形量增加, 位錯(cuò)密度增加，由于位錯(cuò)之間的交互作用(堆積、纏結(jié))，使得位錯(cuò)難以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，從而使變形抗力增加。 （2）細(xì)晶強(qiáng)化：通過細(xì)化晶粒來同時(shí)提高金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的方法稱細(xì)晶強(qiáng)化。因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒 數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加，金屬在斷裂前消耗的功也越大，因而其韌性也比較好。該強(qiáng)化機(jī)制是唯一的同時(shí)增大強(qiáng)度和塑性的機(jī)制。 （3）彌散強(qiáng)化：當(dāng)在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)，第二相顆粒越細(xì)，分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強(qiáng)化方法稱彌散強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化。原因：由于硬的顆粒不易被切變，因而阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高了變形抗力。 （4）固溶強(qiáng)化：隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱固溶強(qiáng)化。原因：由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作用的結(jié)果，溶質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變，而且易被吸附在位錯(cuò)附近形成柯氏氣團(tuán)，使位錯(cuò)被釘扎住，位錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高。包括彈性交互作用（柯氏氣團(tuán)）、電交互作用（玲木氣團(tuán)）和化學(xué)交互作用。 （5）復(fù)相強(qiáng)化：由于第二相的相對(duì)含量與基體處于同數(shù)量級(jí)是產(chǎn)生的強(qiáng)化機(jī)制。其強(qiáng)化程度取決于第二相的數(shù)量、尺寸、分布、形態(tài)等，且如果第二相強(qiáng)度低于基體則不一定能夠起到強(qiáng)化作用。 1 纖維組織和織構(gòu)是怎樣形成的？它們有何不同？對(duì)金屬的性能有什么影響？【模擬題三】答：材料經(jīng)冷加工后，除使紊亂取向的多晶材料變成有擇優(yōu)取向的材料外，還使材料中的不熔雜質(zhì)、第二相和各種缺陷發(fā)生變形。由于晶粒、雜質(zhì)。第二相、缺陷等都沿著金屬的主變形方向被拉長成纖維狀，故稱為纖維組織。一般說來，纖維組織使金屬縱向（纖維）方向強(qiáng)度高于橫向方向。這是因?yàn)樵跈M斷面上雜質(zhì)、第二相、缺陷等脆性、低強(qiáng)度“組元”的截面面積小，而在縱斷面上截面面積大。當(dāng)零件承受較大載荷或承受沖擊和交變載荷時(shí)，這種各向異性就可能引起很大的危險(xiǎn)。金屬在冷加工以后，各晶粒的位向就有一定的關(guān)系。如某些晶面或晶向彼此平行，且都平行于零件的某一外部參考方向，這樣一種位向分布就稱為擇優(yōu)取向或簡(jiǎn)稱為織構(gòu)。形成織構(gòu)的原因并不限于冷加工，而這里主要是指形變織構(gòu)。無論從位向還是從性能看，有織構(gòu)的多晶材料都介于單晶體和完全紊亂取向的多晶體之間。由于織構(gòu)引起金屬各向異性，在很多情況下給金屬加工帶來不便，如冷軋鎂板會(huì)產(chǎn)生（0001）1120 ，若進(jìn)一步加工很容易開裂；深沖金屬杯的制耳，金屬的熱循環(huán)生長等。但有些情況下也有其有利的一面。1 金屬鑄件能否通過再結(jié)晶退火來細(xì)化晶粒？【模擬題四】 答：再結(jié)晶退火必須用于經(jīng)冷變形加工的材料，其目的是改善冷變形后材料的組織和性能。再結(jié)晶退火的溫度較低，一般在臨界點(diǎn)以下。若對(duì)鑄件采用再結(jié)晶退火，其組織不會(huì)發(fā)生相變，也沒有形成新晶核的驅(qū)動(dòng)力（如冷變形儲(chǔ)存能等），所以不會(huì)形成新晶粒，也就不能細(xì)化晶粒。1 冷變形金屬在加工時(shí)經(jīng)過哪三個(gè)階段，它們各自特點(diǎn)是什么？【模擬題四】答：經(jīng)過的三個(gè)階段是回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大。（1） 回復(fù)：不發(fā)生大角度晶界遷移，晶粒的形狀和大小與變形態(tài)相同。（2） 再結(jié)晶：首先在畸變度答的區(qū)域產(chǎn)生新的無畸變晶粒核心，然后消耗周圍的變形基體長大，直到完全變成無畸變的細(xì)等軸晶粒，但晶體結(jié)構(gòu)并沒有改變，性能發(fā)生明顯變化并恢復(fù)到變形前的情況。（3） 晶粒長大：在晶界表面能的驅(qū)動(dòng)下，新晶?；ハ嗤淌扯L大，從而得到在該條件下較為穩(wěn)定的尺寸。第6章 凝固 討論形成晶相和玻璃相的條件，指出為什么大多數(shù)陶瓷材料可以結(jié)晶，形成玻璃相也是常見的，而金屬很容易進(jìn)行結(jié)晶，但很難形成玻璃相？【08年真題】 答：對(duì)于有可能進(jìn)行結(jié)晶的材料，決定液體冷卻時(shí)是否能結(jié)晶或者形成玻璃的外部條件是冷卻速度，內(nèi)部條件是黏度。如果冷卻速度足夠高，任何液體原則上都可以轉(zhuǎn)化為玻璃。特別是對(duì)那些分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料熔融態(tài)時(shí)黏度很大的液體，冷卻時(shí)原子遷移擴(kuò)散困難，則晶體的形成過程很難進(jìn)行，容易形成過冷液體。溫度下降至Tg以下時(shí)，過冷液體固化成玻璃。金屬材料由于其晶體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且熔融時(shí)黏度小，冷卻時(shí)很難阻止結(jié)晶過程的發(fā)生，故固態(tài)下的金屬大多為晶體；但如果冷卻很快時(shí)，能阻止某些合金的結(jié)晶過程，此時(shí)過冷液態(tài)的原子排列方式保留至固態(tài)，原子在三維空間則不呈周期性的規(guī)則排列。陶瓷材料晶體一般比較復(fù)雜，特別是能形成三維網(wǎng)絡(luò)的SiO2等，盡管大多數(shù)陶瓷材料可進(jìn)行結(jié)晶，但也有一些是非晶體，這主要是指玻璃和硅酸鹽結(jié)構(gòu)。 鑄錠的一般組織可分為哪幾個(gè)區(qū)域？寫出其名稱，并簡(jiǎn)述影響鑄錠結(jié)晶組織的因素。【08年真題】 答：在鑄錠組織中，一般有三層晶區(qū)： （1）表層細(xì)晶區(qū)。其形成是由于模壁的溫度較低，液體的過冷度較大，因此形核率較高。 （2）柱狀晶區(qū)。其形成是由于模壁的溫度升高，晶核的成長速率大于晶核的形核率，且沿垂直于模壁方向的散熱較為有利。在細(xì)晶區(qū)中取向有利的晶粒優(yōu)先生長為柱狀晶粒。 （3）中心等軸區(qū)。其形成是由于模壁溫度進(jìn)一步升高，液體過冷度進(jìn)一步降低，剩余液體的散熱方向性已不明顯，處于均勻冷卻狀態(tài)；同時(shí)，未熔雜質(zhì)、破斷枝晶等易集中于剩余液體中，這些都促使了等軸晶的形成。影響鑄錠結(jié)晶組織的因素：冷卻速度、澆注溫度。通常快的冷卻速度，高的澆注溫度和定向散熱有利于柱狀晶的形成；如果金屬純度較高、鑄錠截面較小時(shí)，柱狀晶快速成長，有可能形成穿晶。相反，慢的冷卻速度，低的澆注溫度，加入有效形核劑或攪動(dòng)等均有利于形成中心等軸晶。
試題試卷相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1