【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 徑為30mm的厚壁管道。由管子一端通入氮?dú)?，保持鐵膜一側(cè)活性氮原子濃度為1200 mol/m3，另一側(cè)為100 mol/m3。如果在700℃104mol/s，求此時(shí)氮原子在鐵中的擴(kuò)散系數(shù)。答：滿足擴(kuò)散第一定律應(yīng)用條件，得：活性氮原子通量為：鐵膜中活性氮原子濃度梯度為：由擴(kuò)散第一定律：2.請(qǐng)?jiān)诹⒎骄О欣L出和兩晶面，并計(jì)算其夾角。答：α=176。3.請(qǐng)分別繪出室溫下，共析鋼、過共晶白口鑄鐵平衡組織；%Cu合金平衡組織；Al13%Si合金平衡組織。答：略4.已知簡(jiǎn)單三元共晶的投影圖，且AB共晶溫度最高，BC共晶溫度稍低，AC共晶溫度最低。請(qǐng)繪出介于BC和AC共晶溫度之間的等溫截面，以及AE垂直截面圖，并標(biāo)注各區(qū)域的相組成。eABCE答：ABCLL+A+BL+AL+BL+B+CL+CEALL+AL+CL+B+CA+B+CL+A+C三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.請(qǐng)以層片狀共晶組織為例，論述二元共晶時(shí)如何滿足成分條件。答：首先通過成分起伏獲得某一組元的富集并形成共晶中的某一相（領(lǐng)先相），此時(shí)會(huì)在其周圍形成另一組元的富集，比較容易滿足另一相的形成條件，從而形成共晶中的另一相。如此反復(fù)，滿足成分條件，交替形核，而形成共晶。形核后，兩相與液相的界面處均會(huì)形成溶質(zhì)原子的富集，溶質(zhì)原子通過橫向擴(kuò)散，滿足兩相生長(zhǎng)所需的成分條件，實(shí)現(xiàn)液固界面的推進(jìn)。2.根據(jù)AlZr二元相圖回答：1)寫出1490℃、1250℃、975℃、940℃的相變反應(yīng)，并判斷反應(yīng)類型。2)畫出x＝％合金平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)。3)計(jì)算x＝％合金平衡結(jié)晶到室溫下的相組成。答：1)1490℃：L → Al3Zr + Al2Zr共晶反應(yīng)1250℃：Al3Zr4+ Al3Zr2→ AlZr包析反應(yīng)975℃：βZr + AlZr2→ AlZr3包析反應(yīng)940℃：βZr + AlZr3→ αZr包析反應(yīng)2)LL→Al3Zr2Al3Zr2+ Al3Zr4Al3Zr4+ Al3Zr2→ AlZrAlZrL → Al3Zr2+ Al3Zr43)x＝％合金室溫下相組成為：AlZr3＋AlZr2AlZr3中含Al＝25％，AlZr2中含Al＝％綜合模擬測(cè)試一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1.什么是柏氏矢量？它有哪些特征？2.固溶體的固溶度受哪些因素的影響？3.請(qǐng)總結(jié)并簡(jiǎn)要回答二元合金平衡結(jié)晶過程中，單相區(qū)、雙相區(qū)和三相區(qū)各相成分的變化規(guī)律。4.什么是上坡擴(kuò)散？哪些情況下會(huì)發(fā)生上坡擴(kuò)散？5.何謂固溶強(qiáng)化？請(qǐng)簡(jiǎn)述其機(jī)制。6.室溫下對(duì)某種金屬材料進(jìn)行塑性變形，可能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶嗎？為什么？二、作圖計(jì)算題（每題8分，共40分）1.請(qǐng)比較FCC晶體中和兩位錯(cuò)的畸變能哪個(gè)大。2.面心立方晶體沿[001]方向拉伸，可能有幾個(gè)滑移系開動(dòng)？請(qǐng)寫出各滑移系指數(shù)，并分別繪圖示之。3.假設(shè)某合金平衡結(jié)晶時(shí)形成的臨界晶核為邊長(zhǎng)為a的立方體。已知該合金體系的液固界面能為σ，單位體積自由能差為ΔGB。請(qǐng)推導(dǎo)均勻形核時(shí)臨界晶核邊長(zhǎng)a*和臨界形核功ΔG*的表達(dá)式。4.500℃時(shí)，1017m2/s；1000℃1012m2/s。請(qǐng)計(jì)算該擴(kuò)散偶的D0和擴(kuò)散激活能Q。（R=K）5.請(qǐng)根據(jù)附圖繪出簡(jiǎn)單三元共晶相圖中AF所代表的垂直截面，并標(biāo)明各個(gè)相區(qū)的相組成；繪出合金X的冷卻曲線，并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)或相組成eABCXF三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.請(qǐng)分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大、二次再結(jié)晶的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力和動(dòng)力學(xué)特征。2.AlCu相圖的局部如附圖所示，請(qǐng)分析并回答：1）%%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時(shí)，室溫下的組織特征。2）已知Al為FCC結(jié)構(gòu)，請(qǐng)問圖中的a相是什么晶體結(jié)構(gòu)？為什么？3）請(qǐng)計(jì)算亞共晶合金在共晶反應(yīng)前一刻的平衡分配系數(shù)。4）設(shè)X合金平衡結(jié)晶完成時(shí)的組織為a初+(a+θ)共，其中a初占80%。請(qǐng)問，該合金剛剛凝固完畢時(shí)θ相的含量有多少。綜合模擬測(cè)試參考答案一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1.什么是柏氏矢量？它有哪些特征？答：柏氏矢量是描述晶體中位錯(cuò)性質(zhì)及其引起畸變方向、程度的一種數(shù)學(xué)方法。它具有唯一性、同一性和可加性。2.固溶體的固溶度受哪些因素的影響？答：原子尺寸、晶體結(jié)構(gòu)、電負(fù)性、電子濃度。3.請(qǐng)總結(jié)并簡(jiǎn)要回答二元合金平衡結(jié)晶過程中，單相區(qū)、雙相區(qū)和三相區(qū)各相成分的變化規(guī)律。答：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：相成分為合金平均成分，不隨溫度變化；雙相區(qū)：兩相成分分別位于該相區(qū)的邊界，并隨溫度沿相區(qū)邊界變化；三相區(qū)：三相具有確定成分，且不隨結(jié)晶過程變化。4.什么是上坡擴(kuò)散？哪些情況下會(huì)發(fā)生上坡擴(kuò)散？答：由低濃度處向高濃度處擴(kuò)散的現(xiàn)象稱為上坡擴(kuò)散。應(yīng)力場(chǎng)作用、電場(chǎng)磁場(chǎng)作用、晶界內(nèi)吸附作用和調(diào)幅分解反應(yīng)等情況下可能發(fā)生上坡擴(kuò)散。5.何為固溶強(qiáng)化？請(qǐng)簡(jiǎn)述其強(qiáng)化機(jī)制。答：固溶強(qiáng)化就是溶質(zhì)原子通過某種方式阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而使合金強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。其主要機(jī)制包括：（1）柯氏氣團(tuán)，即溶質(zhì)原子與基體原子尺寸不同，產(chǎn)生的彈性應(yīng)力場(chǎng)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙；（2）玲木氣團(tuán)，即溶質(zhì)原子降低了基體的層錯(cuò)能，使位錯(cuò)分解稱為擴(kuò)展位錯(cuò)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；（3）電交互作用，即溶質(zhì)原子為帶電粒子，與位錯(cuò)形成靜電作用力，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。6.室溫下對(duì)某種金屬材料進(jìn)行塑性變形，能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶嗎？為什么？答：可能。若再結(jié)晶溫度低于室溫，則室溫下的變形屬于熱變形，就可能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。二、作圖計(jì)算題（每題8分，共40分）1.請(qǐng)比較FCC晶體中和兩位錯(cuò)的畸變能哪個(gè)較大。答：故：b1能量較低。2.面心立方晶體沿[001]方向拉伸，可能有幾個(gè)滑移系開動(dòng)？請(qǐng)寫出各滑移系指數(shù)，并分別繪圖示之。答：可能開動(dòng)的有8個(gè)。分別是：、、、、3.假設(shè)某合金平衡結(jié)晶時(shí)形成的臨界晶核為邊長(zhǎng)為a的立方體。已知該合金體系液固界面能為σ，單位體積自由能差為ΔGB。請(qǐng)推導(dǎo)均勻形核時(shí)臨界晶核邊長(zhǎng)a*和臨界形核功ΔG*的表達(dá)式。答：ΔG = a3ΔGB+6a2σ4.500℃時(shí)，1017m2/s；1000℃1012m2/s。計(jì)算該擴(kuò)散偶的D0和擴(kuò)散激活能Q。（R=K）答：Q= J/mol =31019J/atomD0=105m2/s5.請(qǐng)根據(jù)附圖作出簡(jiǎn)單三元共晶相圖中AF所代表的垂直截面，并標(biāo)明各個(gè)相區(qū)的相組成；繪出合金X的冷卻曲線，并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)或相組成eABCXFLL→BL→A+BL→A+B+CA+B+CLL+CL+A+CL+B+CA+B+CAFL+A三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.請(qǐng)分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大、二次再結(jié)晶的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力和動(dòng)力學(xué)特征。答：熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力動(dòng)力學(xué)特征回復(fù)存儲(chǔ)能（點(diǎn)陣畸變能）馳豫過程再結(jié)晶存儲(chǔ)能（點(diǎn)陣畸變能）形核長(zhǎng)大正常長(zhǎng)大總界面能長(zhǎng)大二次再結(jié)晶總界面能＋總表面能長(zhǎng)大2.AlCu相圖的局部如附圖所示，請(qǐng)分析并回答：1）%%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時(shí)，室溫下的組織特征。2）已知Al為FCC結(jié)構(gòu)，請(qǐng)問圖中的a相是什么晶體結(jié)構(gòu)？為什么？3）請(qǐng)計(jì)算亞共晶合金在共晶反應(yīng)前一刻的平衡分配系數(shù)。4）設(shè)X合金平衡結(jié)晶完成時(shí)的組織為a初+(a+θ)共，其中a初占80%。請(qǐng)問，該合金剛剛凝固完畢時(shí)θ相的含量有多少。答：1）%Cu合金平衡結(jié)晶至室溫組織為a初+θII，快速冷卻至室溫將還出現(xiàn)少量非平衡共晶組織；%Cu合金平衡結(jié)