金屬學(xué)試題及答案
《金屬學(xué)》內(nèi)容包括金屬的性能、金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、鋼的熱處理及鋼鐵材料等部分。以下是由陽光網(wǎng)小編整理關(guān)于金屬學(xué)試題的內(nèi)容，希望大家喜歡!
金屬學(xué)試題及答案(一)
一、簡述下列概念
1、雜質(zhì)：一種物質(zhì)中所夾雜的不純成分。
2、滑移：是指在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分沿一定晶面和晶向，相對于另一部分發(fā)生相對移動(dòng)的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
3、回復(fù)和再結(jié)晶：回復(fù)是指冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無可見變化，但其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到變形以前的過程。再結(jié)晶是指冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，在變形組織內(nèi)部新的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使變形強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過程。
4、脫溶現(xiàn)象：在過飽和固溶體中，呈溶質(zhì)原子發(fā)生偏聚，并沉析出新相的現(xiàn)象。
5、反應(yīng)擴(kuò)散：通過擴(kuò)散使固溶體內(nèi)的溶質(zhì)組元超過固溶極限而不斷形成新相的擴(kuò)散過程，
二、下列敘述是否正確 每題1分 共20分
1、化學(xué)成分、原子集合體的結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部組織是決定金屬材料和性能的內(nèi)在的基本原因。對
2、是否是晶體，實(shí)質(zhì)是其內(nèi)部原子或分子的組合態(tài)是否可以用規(guī)則的幾何圖案來表示。對
3、達(dá)到平衡時(shí)，任一組元在各相中的化學(xué)位相等。對
4、凝固可以在任何液體中無條件的進(jìn)行。錯(cuò)
5、使晶體發(fā)生彈性形變所做的功，完全以彈性能的形式儲(chǔ)存于晶體內(nèi)部。錯(cuò)
6、擴(kuò)散之所以產(chǎn)生是由于化學(xué)位梯度的存在，只是一般情況下，化學(xué)位梯度與濃度梯度一致而已。對
7、再結(jié)晶是一個(gè)畸變晶粒在畸變基體中形核和長大的過程。錯(cuò)
8、孿晶是一種晶體的對稱扭折現(xiàn)象。對
9、范性形變，僅使工件的尺寸、形狀發(fā)生變化。錯(cuò)
10、結(jié)構(gòu)是決定金屬材料性能的基本內(nèi)在因素之一。對
11、晶體點(diǎn)陣或晶胞是表示具體物質(zhì)的一般晶體結(jié)構(gòu)的。錯(cuò)
12、歲著以及其他條件的不同，固溶體可以通過不同的序列或途徑進(jìn)行脫溶，并可以中途停留在不同的進(jìn)程上。對
13、相圖的平衡要滿足兩個(gè)條件：各相之間都處于綜合自由能最低值狀態(tài);相界面的曲率半徑無限大。對
14、在一定的擴(kuò)散條件下，脫溶相的粒度有一個(gè)大致穩(wěn)定的平均值。溫度越高。這個(gè)平均值越大，反則反之。對
15、隨著溫度升高，晶界切變的程度和速率增加很快。對
16、復(fù)相合金變形時(shí)要比單相合金產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大，出現(xiàn)開裂的機(jī)會(huì)就多，范性也隨之下降。對
17、只要擴(kuò)散系數(shù)不等于零，當(dāng)有一定的濃度梯度時(shí)就合產(chǎn)生擴(kuò)散流量，直到使?jié)舛忍荻葹榱銜r(shí)，物質(zhì)輸送方可停止。對
18、一般金屬或合金在常溫下擴(kuò)散系數(shù)是相當(dāng)大的。錯(cuò)
19、二元系在常溫下進(jìn)行反應(yīng)擴(kuò)散將不出現(xiàn)兩相區(qū)。對
20、結(jié)晶是物質(zhì)的相轉(zhuǎn)變、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和化學(xué)成分的轉(zhuǎn)變。對
三、回答下列問題
1、簡述固溶體在性能方面的特點(diǎn)
答：固溶體是工程金屬材料中最主要的使用組織。在一般合金中使用的固溶體有下列一些特點(diǎn)：由于溶入一些合金元素，合金的強(qiáng)度和硬度總是比純金屬的強(qiáng)度、硬度高一些，這也是強(qiáng)人金屬的一個(gè)方法，叫做固溶強(qiáng)化。通常，極少量合金化時(shí)強(qiáng)度變化比較顯著。通常鋼鐵材料通過固溶強(qiáng)化提高的強(qiáng)度水平不超過幾十兆帕。固溶體的強(qiáng)度、硬度和其它性能顯然是組成元素和含量的函數(shù)。通常，間隙固溶的元素在合金中造成的強(qiáng)化要比置換固溶的元素造成的強(qiáng)化大得多。這是由于間隙固溶時(shí)原子完全擠在溶劑原子的點(diǎn)陣空隙中，在固溶體中造成顯著的應(yīng)變。
間隙溶質(zhì)含量比較高的時(shí)候會(huì)對合金的塑性有損害，使合金的韌性下降。置換溶質(zhì)在溶解度范圍內(nèi)對合金的塑性沒有很大的影響，可以認(rèn)為對塑性影響不大。
2、為什么晶粒越細(xì)屈服強(qiáng)度越高?
答：晶粒大小影響金屬強(qiáng)度。晶粒直徑d與屈服強(qiáng)度間有著直線關(guān)系。因變形在晶粒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)在晶界其運(yùn)動(dòng)被阻，所以晶界大量存在的細(xì)晶粒材料，其強(qiáng)度很高。因而晶粒越細(xì)屈服強(qiáng)度越高，這種屈服強(qiáng)度與晶粒大小間的關(guān)系稱霍爾佩琪法則。
3、用位錯(cuò)理論解釋加工硬化現(xiàn)象
答：位錯(cuò)又可稱為差排，在材料科學(xué)中，指晶體材料的一種內(nèi)部微觀缺陷，即原子的局部不規(guī)則排列(晶體學(xué)缺陷)。從幾何角度看，位錯(cuò)屬于一種線缺陷，可視為晶體中已滑移部分與未滑移部分的分界線，其存在對材料的物理性能，尤其是力學(xué)性能，具有極大的影響。
在對材料進(jìn)行“冷加工”(一般指在絕對溫度低于0.3 Tm下對材料進(jìn)行的機(jī)械加工，Tm 為材料熔點(diǎn)的絕對溫度)時(shí)，其內(nèi)部的位錯(cuò)密度會(huì)因?yàn)槲诲e(cuò)的萌生與增殖機(jī)制的激活而升高。隨著不同滑移系位錯(cuò)的啟動(dòng)以及位錯(cuò)密度的增大，位錯(cuò)之間的相互交截的情況亦將增加，這將顯著提高滑移的阻力，在力學(xué)行為上表現(xiàn)為材料“越變形越硬”的現(xiàn)象，該現(xiàn)象稱為加工硬化，能顯著提高材料的各種性能。
4、為什么在作為結(jié)構(gòu)材料的合金中固溶體總是主體?
答：固溶體是指溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑類型的合金相。
溶質(zhì)元素含量很少時(shí)，固溶體性能與溶劑金屬性能基本相同。但隨溶質(zhì)元素含量的增多，會(huì)使金屬的強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性有所下降，這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。置換固溶體和間隙固溶體都會(huì)產(chǎn)生固溶強(qiáng)化現(xiàn)象。適當(dāng)控制溶質(zhì)含量，可明顯提高強(qiáng)度和硬度，同時(shí)仍能保證足夠高的塑性和韌性，所以說固溶體一般具有較好的綜合力學(xué)性能。因此要求有綜合力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料，幾乎都以固溶體作為基本相。這就是固溶強(qiáng)化成為一種重要強(qiáng)化方法，在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用的原因。因而，作為結(jié)構(gòu)材料的合金中固溶體總是主體。
5、在時(shí)效強(qiáng)化中，第二相的彌散度和質(zhì)點(diǎn)的大小起到什么作用?
答：合金元素經(jīng)固溶處理后，獲得過飽和固溶體。在隨后的室溫放置或低溫加熱保溫時(shí)，第二相從過飽和固溶體中析出，引起強(qiáng)度，硬度以及物理和化學(xué)性能的顯著變化，這一過程被稱為時(shí)效強(qiáng)化。
在時(shí)效強(qiáng)化中，第二相離子沉淀時(shí)，沉淀相在基體中造成應(yīng)力場，應(yīng)力場和運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)之間交互作用使集體強(qiáng)化。第二相的彌散度和質(zhì)點(diǎn)的大小作用如下：(1)沉淀相的比容越大，強(qiáng)化效果越明顯，要使第二相有足夠的數(shù)量，必須提高機(jī)體的過飽和度;(2)第二相質(zhì)點(diǎn)彌散度越大，強(qiáng)化效果越好，共格第二相比非共格第二相的強(qiáng)化效能大;(3)第二相質(zhì)點(diǎn)對位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大，強(qiáng)化效果越好。這是一種重要的強(qiáng)化效應(yīng)。
金屬學(xué)試題及答案(二)
一、簡述下列概念
1、孿晶：是指兩個(gè)晶體(或一個(gè)晶體的兩部分)沿一個(gè)公共晶面(即特定取向關(guān)系)構(gòu)成鏡面對稱的位向關(guān)系，這兩個(gè)晶體就稱為"孿晶"，此公共晶面就稱孿晶面。
2、再結(jié)晶溫度：當(dāng)退火溫度足夠高、時(shí)間足夠長時(shí)，在變形金屬或合金的顯微組織中，產(chǎn)生無應(yīng)變的新晶粒──再結(jié)晶核心。新晶粒不斷長大，直至原來的變形組織完全消失,金屬或合金的性能也發(fā)生顯著變化,這一過程稱為再結(jié)晶。其中開始生成新晶粒的溫度稱為開始再結(jié)晶溫度
3、脫溶現(xiàn)象：在過飽和固溶體中，呈溶質(zhì)原子發(fā)生偏聚，并沉析出新相的現(xiàn)象。
4、過冷度：熔融金屬平衡狀態(tài)下的相變溫度與實(shí)際相變溫度的差值。純金屬的過冷度等于其熔點(diǎn)與實(shí)際結(jié)晶溫度的差值，合金的過冷度等于其相圖中液相線溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差值。
5、擴(kuò)散系數(shù)：表示固體氣或體擴(kuò)散程度的物理量。擴(kuò)散系數(shù)是指當(dāng)濃度為一個(gè)單位時(shí),單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的固體或氣體量。
二、下列敘述是否正確
1、元素在相互作用中都力求使其外層電子結(jié)構(gòu)變得與之相鄰的惰性氣體元素相似。對
2、空位或間隙原子在每一溫度都有一個(gè)相應(yīng)的平衡濃度，溫度越高，平衡濃度月低。錯(cuò)
3、一個(gè)相的穩(wěn)定與否，不能單獨(dú)由這個(gè)相相來決定，而取決于共生相的自由能的高低。對
4、結(jié)晶過程是一個(gè)形核和長大的過程。對
5、晶體成長的條件是：液相中的原子向晶體擴(kuò)散;晶體的表面牢固的接納原子。對
6、細(xì)化晶粒是提高鑄件強(qiáng)度和韌性的重要途徑。對
7、單晶體的彈性模量不具有方向性。錯(cuò)
8、螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向與滑移方向垂直。對
9、面心立方金屬很少進(jìn)行孿生，只有少數(shù)金屬在極低溫度下才發(fā)生孿生。對
10、回復(fù)過程使點(diǎn)缺陷的密度顯著上升。錯(cuò)
11、面心立方和密排六方結(jié)構(gòu)是原子排列最密的結(jié)構(gòu)對
12、任何一個(gè)晶面在晶體中總是重復(fù)出現(xiàn)的。對
13、凡是在脫溶過程中能GP區(qū)或過渡相的合金，都應(yīng)該是不能夠進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化的合金。錯(cuò)
14、脫溶相的半徑越小，其自由能越高，它在母相中的固溶度也越大。對
15、在一定條件下，脫溶相所占總體積的分?jǐn)?shù)是一定的。對
16、常溫下一般加工成型的過程中晶界的切變是很大的。錯(cuò)
17、在變形后的組織中，每個(gè)晶粒內(nèi)部總是包含著許多細(xì)微亞晶，亞晶界糾集著大量的位錯(cuò)對
18、顯微偏析是異分結(jié)晶中經(jīng)常出現(xiàn)的一種普遍現(xiàn)象，消除它需要進(jìn)行擴(kuò)散退火。對
19、合金的熔點(diǎn)越高，擴(kuò)散系數(shù)對溫度的變化越不敏感。錯(cuò)
20、一般金屬中常用的強(qiáng)化方法，實(shí)際是依靠增加結(jié)構(gòu)缺陷來進(jìn)行的。對
三、回答下列問題
1、復(fù)相合金形變有何特點(diǎn)?
答：復(fù)相合金形變的特點(diǎn)一般多晶體，相鄰兩晶粒間為同成分、同結(jié)構(gòu)、取向不同，以晶界為界;復(fù)相合金，相鄰兩晶粒間可能為成分和/或結(jié)構(gòu)都不同，相鄰兩晶粒間可能為成分和/以相界為界。
在復(fù)相合金的形變過程中，不同種的晶粒之間、每一晶粒的中心與邊緣之間，形變差異(不均勻性)更大，內(nèi)應(yīng)力中心與邊緣之間，形變差異(不均勻性)更大，內(nèi)應(yīng)力增大，開裂機(jī)會(huì)增多，范性下降。第二相為脆性相時(shí)，合金的范性受相的相對量的影響：原始裂紋總是易于提前在脆性相一側(cè)，或在相界上產(chǎn)生。受第二相的分布狀況影響：粒狀均勻分布，影響小;連續(xù)膜狀(網(wǎng)狀)沿晶界分布，影響大;應(yīng)盡量避免斷續(xù)沿晶界分布或片層狀在晶內(nèi)分布，影響中。斷續(xù)沿晶界分布或片層狀在晶內(nèi)分布影響中。
2、說明相圖的意義和作用。
答：對于多相體系，相間的相互轉(zhuǎn)化，新相的形成，舊相的消失與溫度、壓力、組成有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出的表示相變規(guī)律的各種幾何圖形稱為相圖。
意義：從這種幾何圖形上，可以直觀看出多相體系中各種聚集狀態(tài)和它們所處的條件(溫度，壓力，組成)。相圖就是用來表示材料相的狀態(tài)和溫度及成分關(guān)系的'綜合圖形，其所表示的相的狀態(tài)是平衡狀態(tài)。
作用：表達(dá)混合材料性質(zhì)的一種很簡便的方式就是相圖。二元相圖可以看作是標(biāo)示出兩種材料混合物穩(wěn)定相區(qū)域的一種圖，這些相區(qū)域是組成百分比和溫度的函數(shù)。相圖也可能依賴于氣壓。
3、解釋鑄錠的比重偏析，并給出減弱偏析的方法。
答：由于鑄錠合金中組元比重的不同所引起的偏析，叫比重偏析。鑄件的凝固方向也會(huì)影響比重偏析。若鑄件的凝固順序是自下而上，對于初生晶的比重較大的合金而言，其比重較小的低熔點(diǎn)相很容易上浮，會(huì)加劇比重偏析;反之，當(dāng)初生晶體的比重較小時(shí)，會(huì)減輕比重偏析。
減弱偏析的方法有，如合理控制鑄件的凝固方向、控制熔煉工藝使合金成分均勻;盡量縮短液態(tài)合金的放置時(shí)間、加快冷卻速度及等。
4、說明時(shí)效強(qiáng)化的機(jī)理。
答：合金元素經(jīng)固溶處理后，獲得過飽和固溶體。在隨后的室溫放置或低溫加熱保溫時(shí)，第二相從過飽和固溶體中析出，引起強(qiáng)度，硬度以及物理和化學(xué)性能的顯著變化，這一過程被稱為時(shí)效。
時(shí)效分人工時(shí)效和自然時(shí)效。室溫放置過程中使合金產(chǎn)生強(qiáng)化的效應(yīng)稱為自然時(shí)效，低溫加熱過程中使合金產(chǎn)生強(qiáng)化的稱為人工時(shí)效。
在金屬基體中加入固溶度隨溫度降低而降低的合金元素，通過高溫固溶淬火處理，形成過飽和固溶體，通過時(shí)效，過飽和固溶體分解，合金元素以一定方式析出，彌散分布在基體中形成沉淀相，沉淀相能有效阻止晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高提高合金強(qiáng)度。
5、解釋上下屈服點(diǎn)的成因。
答：金屬的屈服強(qiáng)度是指金屬抵抗塑性變形的抗力，定量來說是指金屬發(fā)生塑性變形時(shí)的臨界應(yīng)力。在拉伸曲線上出現(xiàn)上屈服點(diǎn)、下屈服點(diǎn)和屈服延伸區(qū)的現(xiàn)象稱為屈服效應(yīng)。這種效應(yīng)在變形金屬表面上會(huì)產(chǎn)生呂德斯帶缺陷，因?yàn)樵谕鈶?yīng)力作用下，某些地方位錯(cuò)釘扎不牢，它們首先擺脫溶質(zhì)原子的氣團(tuán)開始運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)源開動(dòng)。位錯(cuò)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，在晶界前受阻堆積，產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，再迭加上外應(yīng)力就會(huì)使相鄰的晶粒內(nèi)的位錯(cuò)源開動(dòng)，位錯(cuò)得以繼續(xù)傳播下去，這一過程進(jìn)行的很快，所以就形成了不均勻的變形區(qū)，在金屬外觀上反映是一種帶狀的表面粗糙的缺陷。在鋼中加入少量的Al,Ti等強(qiáng)氮、碳化物形成元素，它們同C、N結(jié)合稱化合物把C、N固定住了，使之不能有效的釘扎住位錯(cuò)，因而消除屈服效應(yīng)現(xiàn)象;或在鋼板沖壓前進(jìn)行小量的預(yù)變形，使被溶質(zhì)原子釘扎的位錯(cuò)大部分基本擺脫氣團(tuán)包圍，然后加工則不會(huì)出現(xiàn)呂德斯帶了。
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