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材料科學(xué)基礎(chǔ)C小考,1,一、名詞解釋,馬氏體固溶體固溶強化調(diào)質(zhì)處理變質(zhì)處理細晶強化萊氏體退火正火冷處理,2,二、填空（40個空）1）布拉菲點陣共有種，歸納為個晶系；面心立方結(jié)構(gòu)單個晶胞中的原子數(shù)為，密排六方結(jié)構(gòu)單個晶胞中的原子數(shù)為。2）金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件是，結(jié)構(gòu)條件是，保證晶體生長的動力學(xué)條件是。3）晶粒的大小對金屬的性能有很大的影響，細化結(jié)晶晶粒度的常用方法有：_______、_______、_______。4）共析鋼奧氏體的形成過程分為四個階段，依次為_________，____________，______________，___________。5）鋼中馬氏體的兩種基本形態(tài)為_____________，___________；含碳量較高時，馬氏體呈_________晶格；奧氏體含碳量越高，Ms越______；馬氏體的硬度主要取決于________。,3,6）幾乎所有的合金元素溶入奧氏體都會使C-曲線_______移、臨界冷卻速度_________、淬透性________。7）固溶體的晶格類型與______相同。鐵素體具為________結(jié)構(gòu)，奧氏體具為________結(jié)構(gòu)，滲碳體具為________結(jié)構(gòu)。8）冷變形金屬在退火過程中，隨著溫度的升高，依次會發(fā)生__________，___________和______________三個過程。9）在鐵碳合金中，隨著碳含量的增加，滲碳體的相對量____。滲碳體作為一種組織有五種形式，分別稱為___________，_________，____________，____________，__________。10）按位錯線與柏氏矢量之間的關(guān)系，晶體中的位錯可分為_______、_______和______三大類。單位長度位錯的能量與______成正比。,4,三、判斷題1．二元合金的二相平衡轉(zhuǎn)變是在恒溫下進行的；三元合金的三相平衡轉(zhuǎn)變是在恒溫下進行的。（）2．隨著含碳量的增加鐵碳合金的強度、硬度始終是增加的。（）3．熱處理強化只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理來強化。（）4．只有共析鋼中才能發(fā)生共析轉(zhuǎn)變、共晶鑄鐵中才能發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。（）5．在金屬晶體中，原子排列最緊密的晶面間的距離最小，所以這些晶面間難以發(fā)生滑移。（）6．水中淬火比油中淬火的淬透性高。（）,5,7．從擴散的角度講，珠光體轉(zhuǎn)變是擴散型轉(zhuǎn)變，馬氏體轉(zhuǎn)變是非擴散型轉(zhuǎn)變。（）8．置換固溶體較間隙固溶體的固溶強化效果大。（）9．冷變形金屬再結(jié)晶退火后，晶粒形狀和晶格結(jié)構(gòu)都發(fā)生了很大變化，所以性能發(fā)生了突變。（）10．鋼中的碳含量越高，則正常淬火溫度越高。（）,四、簡要回答1．為什么晶粒越細鋼的強度、硬度越高并且塑性、韌性越好？2．塑性變形對金屬的組織和性能有何影響？3．為什么鋼淬火后要回火？回火后組織和性能有哪些變化？,6,五、根據(jù)A—B二元相圖1）寫出圖中的液相線、固相線、α和β相的溶解度曲線、所有的兩相區(qū)及三相恒溫轉(zhuǎn)變線；2）平衡凝固時，計算A-25B(wt％)合金(yy線)凝固后初晶β相在鑄錠中的相對量；3）畫出上述合金的冷卻曲線及室溫組織示意圖。,7,,六、根據(jù)A-B-C三元共晶投影圖，分析合金O的結(jié)晶過程，繪出冷卻曲線和室溫下的組織示意圖，并求出結(jié)晶完成后的組織組成物和相組成物的含量，作出Bb變溫截面。,8,七、畫共析鋼TTT曲線上并給出獲得下列組織的冷卻方式：(1)P(2)B下(3)B下+M+A?(4)P+B+M+A?(5)M+A?,以上為全部試題,9,試題參考解答,10,一、名詞解釋,馬氏體：過冷奧氏體在較低溫下通過切變進行點陣重構(gòu)，而無成分變化的非擴散型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。鋼中馬氏體實際上是碳在α-Fe中的過飽和間隙固溶體。固溶體：晶體結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元的晶體結(jié)構(gòu)相同的合金相。固溶強化：通過形成固溶體使材料強度、硬度提高，而塑性、韌性有所下降的現(xiàn)象。調(diào)質(zhì)處理：淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝。變質(zhì)處理：在澆鑄前向液態(tài)金屬中加入形核劑，促進形成大量的非均勻晶核來細化晶粒的方法。細晶強化：通過細化晶粒增加晶界提高強度的方法。萊氏體：鐵碳合金共晶轉(zhuǎn)變形成的奧氏體和滲碳體兩相混合物。,11,退火：將鋼加熱到臨界點Ac1以上或以下溫度，保溫以后隨爐緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。正火：將鋼加熱到Ac1或Accm以上適當(dāng)溫度，保溫以后在空氣中冷卻得到珠光體類型組織的熱處理工藝。冷處理：為減少殘余奧氏體，淬火冷至室溫之后繼續(xù)冷卻到零度以下，使殘余奧氏體繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的冷卻方法。,12,二、填空（40個空）1）布拉菲點陣共有14種，歸納為7個晶系；面心立方結(jié)構(gòu)單個晶胞中的原子數(shù)為4，密排六方結(jié)構(gòu)單個晶胞中的原子數(shù)為6。2）金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件是過冷，結(jié)構(gòu)條件是結(jié)構(gòu)起伏，保證晶體生長的動力學(xué)條件是形核功。3）晶粒的大小對金屬的性能有很大的影響，細化結(jié)晶晶粒度的常用方法有：增大過冷度、變質(zhì)處理、攪拌。4）共析鋼奧氏體的形成過程分為四個階段，依次為奧氏體形核，奧氏體長大，殘余滲碳體溶解，奧氏體均勻化。5）鋼中馬氏體的兩種基本形態(tài)為板條馬氏體，片狀馬氏體；含碳量較高時，馬氏體呈體心正方晶格；奧氏體含碳量越高，Ms越低；馬氏體的硬度主要取決于馬氏體含碳量。,13,6）幾乎所有的合金元素溶入奧氏體都會使C-曲線右移、臨界冷卻速度減小、淬透性提高。7）固溶體的晶格類型與溶劑相同。鐵素體具為bcc結(jié)構(gòu)，奧氏體具為fcc結(jié)構(gòu)，滲碳體具有復(fù)雜正交結(jié)構(gòu)。8）冷變形金屬在退火過程中，隨著溫度的升高，依次會發(fā)生回復(fù)，再結(jié)晶和晶粒長大三個過程。9）在鐵碳合金中，隨著碳含量的增加，滲碳體的相對量增加。碳體作為一種組織有五種形式，分別稱為共晶滲碳體，共析滲碳體，一次滲碳體，二次滲碳體，三次滲碳體。10）按位錯線與柏氏矢量之間的關(guān)系，晶體中的位錯可分為刃型位錯、螺型位錯和混合型位錯三大類。單位長度位錯的能量與Gb2成正比。,14,三、判斷題1．二元合金的二相平衡轉(zhuǎn)變是在恒溫下進行的；三元合金的三相平衡轉(zhuǎn)變是在恒溫下進行的。（?）2．隨著含碳量的增加鐵碳合金的強度、硬度始終是增加的。（?）3．熱處理強化只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理來強化。（?）4．只有共析鋼中才能發(fā)生共析轉(zhuǎn)變、共晶鑄鐵中才能發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。（?）5．在金屬晶體中，原子排列最緊密的晶面間的距離最小，所以這些晶面間難以發(fā)生滑移。（?）6．水中淬火比油中淬火的淬透性高。（?）,15,7．從擴散的角度講，珠光體轉(zhuǎn)變是擴散型轉(zhuǎn)變，馬氏體轉(zhuǎn)變是非擴散型轉(zhuǎn)變。（?）8．置換固溶體較間隙固溶體的固溶強化效果大。（?）9．冷變形金屬再結(jié)晶退火后，晶粒形狀和晶格結(jié)構(gòu)都發(fā)生了很大變化，所以性能發(fā)生了突變。（?）10．鋼中的碳含量越高，則正常淬火溫度越高。（?）,四、簡要回答1．為什么晶粒越細鋼的強度、硬度越高并且塑性、韌性越好？答：晶粒越細，晶界總面積越多，晶界阻礙位錯運動，提高塑性變形抗力，所以強度、硬度越高。晶粒越細小，晶界越曲折，變形越均勻，應(yīng)力集中越小，斷裂前可發(fā)生較大變形，即塑性好；強度和塑性同時提高，故韌性也提高。,16,2．塑性變形對金屬的組織和性能有何影響？答：晶粒形狀發(fā)生變化，沿變形方向壓扁或拉長，以致形成纖維組織；形成變形織構(gòu)和變形孿晶。產(chǎn)生加工硬化；造成殘余內(nèi)應(yīng)力；理化性能發(fā)生變化。3．為什么鋼淬火后要回火？回火后組織和性能有哪些變化？答：回火可以消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織、調(diào)整性能。依回火溫度的高低，淬火馬氏體可轉(zhuǎn)化為M回、T回、S回。隨回火溫度提高，強度、硬度下降，塑性、韌性提高。,17,五、根據(jù)A—B二元相圖1）寫出圖中的液相線、固相線、α和β相的溶解度曲線、所有的兩相區(qū)及三相恒溫轉(zhuǎn)變線；2）平衡凝固時，計算A-25B(wt％)合金(yy線)凝固后初晶β相在鑄錠中的相對量；3）畫出上述合金的冷卻曲線及室溫組織示意圖。,答：1）液相線：TATETB；固相線：TAF、GTB；固溶度曲線：GI、FH；兩相區(qū)為L+α、L+β、α+β（如圖）；三相恒溫線為FTEG。,L+α,L+β,α+β,18,2）運用杠桿定律：Wβ=(45-25)/(45-20)=80%,3）冷卻曲線及室溫組織示意圖如下。,19,六、根據(jù)A-B-C三元共晶投影圖，分析合金O的結(jié)晶過程，繪出冷卻曲線和室溫下的組織示意圖，并求出結(jié)晶完成后的組織組成物和相組成物的含量，作出Bb變溫截面。,20,解：,?用冷卻曲線分析結(jié)晶過程，如圖,,,,L,L+B,L+B+C,?計算相對量,結(jié)晶過程,0,t,T,組織：,21,相：,22,?變溫截面,,,,,,,,,,b,B,L+B,L+C,A+B+C,L,L+B+C,L+A+C,,23,七、畫共析鋼TTT曲線上并給出獲得下列組織的冷卻方式：(1)P(2)B下(3)B下+M+A?(4)P+B+M+A?(5)M+A?,,,,,,,溫度℃,時間t,A1,A,A冷,Ms,M+A殘,,（1）,（5）,（2）,（4）,（4）,,,,（3）,,24,25,26,27,28,29,30,31,32,七、圖為某三元固態(tài)互不溶解共晶系的投影圖，當(dāng)成分為F的材料從高溫液相冷卻到室溫的過程中，畫出冷卻曲線及標(biāo)明可能的反應(yīng)；列出計算初晶A相相對含量的公式；指出二元共晶線和三元共晶點。,33,