材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)ppt課件(參考版)

　　

【正文】 7. 對(duì)于過(guò)共析鋼 ， 含碳量越高 ， （ C） A 鋼的強(qiáng)度 、 硬度越高 ， 塑性越低； B 鋼的強(qiáng)度 、 硬度越低 ， 塑性越高； C 鋼的硬度越高 ， 強(qiáng)度和塑性越低 。 （ C） A、 %C； B、 %C； C、 %。 （ C） A、 52%； B、 60%； C、 48%。 3．共析鋼的室溫組織是： （ B） A、珠光體 P +二次滲碳體 Fe3CII； B、珠光體 P（ 100%）； C 萊氏體 Ld’ (100%)。 ? + Fe3C ? + Fe3C ? ? ? ? ? L J N G ? ? +Fe3C ? +Fe3C L+Fe3C L+? ? + ? 鐵碳合金相圖 ? + Fe3C ? + Fe3C 1. 下列說(shuō)法正確的是： （ A， C） A、鐵素體是碳溶解于 αFe中形成的固溶體，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)； B、 滲碳體是碳溶解于 γFe中形成的固溶體，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)； C 、奧氏體是碳溶解于 γFe中形成的固溶體，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)。 物。 相律： F = C – P + 1 （壓力確定） F ——系統(tǒng)的自由度數(shù)，即不影響系統(tǒng)狀態(tài)的條件下，能夠獨(dú)立變化的因素?cái)?shù) C ——組成物的組元數(shù) P ——系統(tǒng)中能夠同時(shí)存在的相數(shù) 杠桿定律： )(12aoobxxxx L ???兩相的重量比為： 組織組成物與相 組織組成物 是指組成合金顯微組織的獨(dú)立部分， 差別主要在形態(tài)上。 FeFe3C相圖（能夠默畫(huà)，標(biāo)注 P、 S、 E、 C點(diǎn)成分及共晶、共析轉(zhuǎn)變溫度，并用相和組織標(biāo)注相圖），鐵素體、奧氏體、滲碳體、一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、珠光體、萊氏體、變態(tài)萊氏體、工業(yè)純鐵、鋼、鑄鐵。再結(jié)晶階段則有新的尺寸更小的等軸晶粒形成。 試說(shuō)明回復(fù)與再結(jié)晶的主要區(qū)別。 答案：園棒的變形量大于長(zhǎng)方截面的試樣，所以冷加工后硬度高些。 設(shè)有同一種鋼的兩個(gè)試樣，園棒試樣由直徑為 15 mm經(jīng)冷加工至直徑 11 mm； 125 x175mm的長(zhǎng)方截面試樣則加工至截面為 75 x 200 mm，試問(wèn)冷加工后哪一個(gè)硬度更高？如果都在 450 186。在晶粒大小 d(1)=1 mm時(shí)的屈服強(qiáng)度為 276 MPa，試計(jì)算晶粒細(xì)化到 d(2)= mm 后的屈服強(qiáng)度 σs 。 設(shè)采用細(xì)化晶粒的方法來(lái)強(qiáng)化低碳鋼。 第五章作業(yè)答案及提示： 一長(zhǎng)度為 10mm的鋁合金試樣承受 6000 N的拉伸載荷，且其屈服極限＝ 145MPa，泊松比 υ＝ ，試計(jì)算試樣承載后的直徑。根據(jù)已知條件可以求得樣品的原始橫截面積； （ 2）泊松比提供在樣品橫向與徑向應(yīng)變的關(guān)聯(lián)，包含樣品承載后的直徑與長(zhǎng)度的關(guān)聯(lián)； （ 3）樣品承載前后的 體積不變 ，提供另外一個(gè)樣品的直徑與長(zhǎng)度的關(guān)聯(lián)。在電子顯微鏡下觀察，點(diǎn)缺陷有所減少，位錯(cuò)在形態(tài)上也有變化，但數(shù)量沒(méi)有明顯減少 回復(fù)階段退火的作用： — 提高擴(kuò)散 — 促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) — 釋放內(nèi)應(yīng)變能 回復(fù)退火產(chǎn)生的結(jié)果： — 電阻率下降 — 硬度、強(qiáng)度下降不多 — 降低內(nèi)應(yīng)力 再結(jié)晶 Recrystallization 現(xiàn)象： 顯微組織 重新改組 的過(guò)程，原來(lái)的晶粒全部被 新的小晶粒 所代替，基本 消除加工硬化 的影響 驅(qū)動(dòng)力： 變形金屬經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲(chǔ)存能（相當(dāng)于 變形總儲(chǔ) 能的 90%） 過(guò)程： 再結(jié)晶的 形核 和 長(zhǎng)大 過(guò)程 特點(diǎn)： 無(wú)晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分的變化， 不是相變 ；新晶粒長(zhǎng)大通 過(guò) 短程擴(kuò)散 ；再結(jié)晶程度依賴(lài)于 溫度 和 時(shí)間 冷變形金屬加熱到一定溫度后，在原變形組織中重新產(chǎn)生了 無(wú)畸變的等軸新晶粒 ，性能發(fā)生明顯的變化、并恢復(fù)到變形前狀況的過(guò)程 再結(jié)晶形核模式 — 晶界弓出形核（應(yīng)變誘導(dǎo)晶界移動(dòng)、凸出形核） — 亞晶合并機(jī)制 — 亞晶遷移機(jī)制 再結(jié)晶溫度 定義 1： 一般以顯微鏡中出現(xiàn) 第一顆新晶粒 的溫度，或 硬度下降 50%所 對(duì)應(yīng)的溫度 定義 2： 工業(yè)上通常以經(jīng)過(guò)大變形量（ 70%以上 ）的冷變形金屬，經(jīng) 1 小時(shí)退火 完成再結(jié)晶（ 轉(zhuǎn)變量大于 95%）所對(duì)應(yīng)的溫度 再結(jié)晶溫度： 一定條件下， 冷變形金屬開(kāi)始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度 通常再結(jié)晶溫度在 ( ~ ) Tm，最高可達(dá) Tm 晶粒長(zhǎng)大 晶粒長(zhǎng)大： 再結(jié)晶結(jié)束后，材料通常得到 細(xì)小等軸晶粒 ， 若繼續(xù)提高加熱溫度或延長(zhǎng)加熱時(shí)間，引起 晶 粒進(jìn)一步長(zhǎng)大 的現(xiàn)象 驅(qū)動(dòng)力： 總晶界能的降低 按特點(diǎn)分類(lèi)： — 正常長(zhǎng)大： 大多數(shù)晶粒幾乎同時(shí)逐漸均勻長(zhǎng)大 — 異常長(zhǎng)大： 少數(shù)晶粒突發(fā)性的不均勻長(zhǎng)大 再結(jié)晶織構(gòu) 再結(jié)晶織構(gòu)與變形織構(gòu)的關(guān)系： — 與原有的織構(gòu)相一致 （類(lèi)似遺傳） ； — 原有織構(gòu)消失而代之以新的織構(gòu) （類(lèi)似變異） ； — 原有織構(gòu)消失不再產(chǎn)生新的織構(gòu) 再結(jié)晶織構(gòu)的形成機(jī)制 — 定向生長(zhǎng)理論： 晶核位向各異，只有特殊位向的容易長(zhǎng)大 — 定向形核理論： 再結(jié)晶晶核具有擇優(yōu)取向 具有變形織構(gòu)的金屬，經(jīng) 再結(jié)晶后 的新晶粒仍具有 擇優(yōu)取向 第五章作業(yè)答案及提示： 設(shè)一長(zhǎng)度為 10mm的鋁合金試樣承受 6000 N的拉伸載荷，且其屈服極限＝ 145MPa，泊松比 υ＝ ，試計(jì)算試樣承載后的直徑。 位錯(cuò)在晶界處的 位錯(cuò)塞積效應(yīng)抑制了位錯(cuò)源的開(kāi)動(dòng)。隨應(yīng)力的增加，發(fā)生滑移的晶面增加，塑性變形量加大。 計(jì)算、分析、判斷 形變相關(guān)物理量計(jì)算、相關(guān)機(jī)理分析判斷。 b 其它合金元素的影響所致； c 溫度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響所致。 答案：（ b） 1 在相同的溫度下，碳在 αFe中的擴(kuò)散比在 γFe中的擴(kuò)散更容易，速度更快。 1已知 Mg(鎂 )在 Al(鋁 )中的擴(kuò)散常數(shù) D0 = 104 m2/s，擴(kuò)散激活能 Q =131000 J/mol, 500℃ 時(shí)擴(kuò)散系數(shù) D = 1013 m2/s，問(wèn) 400℃ 時(shí) Mg在 Al中的擴(kuò)散系數(shù) D是多少？ a 1015 m2/s b 1013 m2/s c 1011 m2/s 答案：（ a） 1怎樣理解擴(kuò)散原子對(duì)基體造成的晶格畸變?cè)酱螅瑪U(kuò)散則越容易。 1擴(kuò)散系數(shù) D是描述擴(kuò)散速度的重要物理量， D值越大則擴(kuò)散越慢。 1在非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程中，擴(kuò)散組元的濃度 C也是只隨距離 x變化，而不隨時(shí)間 t變化。 1在穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程中，擴(kuò)散組元的濃度 C只隨距離 x變化，而不隨時(shí)間 t變化。 a 是 b 否 答案：（ a） 1對(duì)于濃度不均勻的固溶體中的擴(kuò)散，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散屬于互擴(kuò)散，溶劑（基體）原子的擴(kuò)散則屬于自擴(kuò)散。 a 是 b 否 答案：（ a）正溫度梯度，而且溫度梯度要很大，這是保證液 固界面以平面狀態(tài)向前推進(jìn)的必要條件，也是實(shí)現(xiàn)單向凝固的技術(shù)關(guān)鍵。 a 是 b 否 答案：（ a）非晶態(tài)合金，超細(xì)晶態(tài)金屬或合金的制取需要快速冷卻。 (單選 ) a 是 b 否 c 不能確定 答案：（ a）一個(gè)晶核長(zhǎng)成一個(gè)晶粒，所以形核率越高，單位體積晶體中的晶粒數(shù)量越多，單個(gè)晶粒就越小；晶體生長(zhǎng)越慢，一個(gè)晶粒能夠長(zhǎng)大的程度就越小，同時(shí)，新的晶核也會(huì)不斷出現(xiàn)，因此晶粒數(shù)越多，晶粒越細(xì)小。 (單選 ) a 是 b 否 c 不能確定 答案：（ b）在負(fù)溫度梯度下，液 固界面呈樹(shù)枝狀向液相一方推進(jìn)。這是因?yàn)椋ㄏ率稣f(shuō)法哪些正確？）（多選） a 臨界晶核的體積和表面積越小； b 形核需要的過(guò)冷度越小； c 需要的形核功越小。 在相同過(guò)冷度的條件下，（下述說(shuō)法哪些正確？）（多選） a 非均勻形核比均勻形核的形核率高； b 均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑； c 非均勻形核比均勻形核的形核功小； d 非均勻形核比均勻形核的臨界晶核體積小。 a 是 b 否 答案： (a) 因?yàn)榕R界晶核形成時(shí)能量增大到最高，此時(shí)無(wú)論晶核繼續(xù)長(zhǎng)大，還是減小，都可以使能量降低，所以都是自發(fā)過(guò)程。 答案：（ a,b） 形成臨界晶核時(shí)需要的形核功由什么提供？ a由外界加熱提供； b由能量起伏提供； c由體積自由能提供。 答案：（ c）在熔點(diǎn)保溫，就是沒(méi)有過(guò)冷。 達(dá)肯 Darken 方程： 柯肯達(dá)爾效應(yīng)的唯相解析，仍具有菲克第一定律的形式，即： 1221~ xDxDD ??dxdDJdxdDJ2211~~?????? — 互擴(kuò)散系數(shù)，來(lái)代替兩種原子的擴(kuò)散系數(shù) D D2 J J2 — 為兩種原子的擴(kuò)散通量，兩者方向相反 x x2 — 分別代表兩種原子在合金中的摩爾分?jǐn)?shù) D~菲克第二定律 Fick’s second law 對(duì)于 非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散 ，要應(yīng)用菲克第二定律 實(shí)際上，大多數(shù)擴(kuò)散過(guò)程都是在非穩(wěn)態(tài)條件下進(jìn)行 在非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程中，在距離 x 處，濃度隨時(shí)間的變化率 等于該處的擴(kuò)散通量 J 隨距離變化率 的負(fù)值，即： 將 代入，得菲克第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 若擴(kuò)散系數(shù) D 與濃度 ? 無(wú)關(guān)，則簡(jiǎn)化為： t???xJ??xJt ???????dxdDJ ???)( dxdDxt ?? ?????22xDt ????? ??偏微分方程！ 菲克第二定律的實(shí)際應(yīng)用 一端成分不受擴(kuò)散影響的擴(kuò)散體 原始碳濃度為 ?0 的滲碳零件，可作為半無(wú)限長(zhǎng)的擴(kuò)散體，遠(yuǎn)離碳源的一端的 碳濃度為 ?0，碳源（滲碳?xì)夥眨舛葹??s，擴(kuò)散時(shí)間為 t，滲層深度 x，擴(kuò)散系數(shù)為 D X=0 ? 碳源 ?s 零件 ?0 碳濃度? ?s ?0 距離（滲層深度） x 0 初始條件： t = 0， x ? 0， ? = ?0 邊界條件： t 0， x = 0， ? = ?s x =?， ? = ?0 則濃度 ?(x,t)可表示為 （求解過(guò)程見(jiàn)講義） ： )2()(),( 0 Dtxe r ftx ss ???? ???t ∝ x2 Dmol1) bcc (堿金屬 ) Rb K Na Li 312 337 371 454