材料科学基础

1、包申格效应：材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，弹性极限增加；反向加载，弹性极限降低的现象，称为包申格效应。弹性后效：在弹性极限范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹性（现象）。弹性滞后：由于应变落后于应力，在应力-应变曲线上使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，称之为弹性滞后（结果）。弹性滞后表明加载时消耗于材料额变形功大于卸载时材料回复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之为内耗，其大小即用弹性滞后环的面积度量。粘弹性：非晶态固体和液体在很小外力作用下，会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不能回复。派-纳力：由于点阵结构的周

2、期性，当位错沿滑移面运动时，位错中心的能量也要发生周期性变化，当位错处于平衡状态时，其能量最低，相当于处在能谷中，当位错从位置1运动到位置2时，需要越过一个势垒，这个点阵阻力称为派-纳力。位错宽度越大，则派-纳力越小。、吕德斯带：当应力达到上屈服点时，首先，在试样的应力集中处开始塑性变形，并在试样表面产生一个与拉伸轴成45交角的变形带，与此同时，应力降到下屈服点。弥散强化：第二相粒子细小而弥散地分布在基体粒子中。亚稳相:亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。回复:指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结

3、构和性能变化的阶段。再结晶:冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶。（指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）。二次再结晶:再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。加工硬化:金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。再结晶退火：所谓再结晶退火工艺，一般是指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温一段时间后，缓慢冷却至室温的过程。柯氏气团:通常把溶质原子与位错交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为气团，是由柯垂尔首先提出，又称柯氏气团。形

4、变织构:多晶体形变过程中出现的晶体学取向择优的现象叫形变织构。带状组织：复合金属中的各个相，在热加工时沿热变形方向交替地呈带状分布这种组织称为“带状组织”。流线：热加工时，由于夹杂物、偏析、第二相和晶界、相界等随应变量的增大，逐渐沿变形方向延伸，在浸蚀的宏观磨面上会出现流线或热加工纤维组织。时效:过饱和固溶体后续在室温或高于室温的溶质原子脱溶过程。应变时效:第一次拉伸后，再立即进行第二次拉伸，拉伸曲线上不出现屈服阶段。但第一次拉伸后的低碳钢试样在室温下放置一段时间后，再进行第二次拉伸，则拉伸曲线上又会出现屈服阶段。不过，再次屈服的强度要高于初次屈服的强度。这个试验现象就称为应变时效。临界变形度

5、:给定温度下金属发生再结晶所需的最小预先冷变形量。临界变形量：对应于再结晶后得到特别粗大晶粒的变形程度称为“临界变形量”。再结晶织构：通常具有变形织构的金属经再结晶后的新晶粒若仍具有择优取向，称为再结晶织构。退火孪晶：某些面心立方金属和合金，冷变形后经再结晶退火，其晶粒中会出现退火孪晶。再结晶温度:形变金属在一定时间（一般1h）内刚好完成再结晶的最低温度。施密特因子:亦称取向因子，为coscos, 为滑移面与外力F 中心轴的夹角，为滑移方向与外力F 的夹角。临界分切应力:滑移系开动所需的最小分切应力；它是一个定值，与材料本身性质有关，与外力取向无关。冷加工：再结晶温度一下而又不加热的加工称为“

6、冷加工”。热加工：再结晶温度以上的加工称为“热加工”。 动态再结晶：是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。弓出形核：对于变形量较小（一般小于20%）的金属，其再结晶核心多以晶界弓出方式形成，即应变诱导晶界移动，或称为凸出形核机制非平衡凝固：在工业生产中，合金溶液浇铸后的冷却速度较快，在每一温度下不能保持足够的扩散时间，使凝固过程偏离了平衡条件，这称为非平衡扩散（原因：冷速快）。共晶体（组织）:共晶温度下，液相通过共晶凝固同时结晶出两个固相，这样的混合物称为共晶组织或共晶体。伪共晶:非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪

7、共晶。成分过冷：界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷。非均匀形核:新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核。过冷度:相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。离异共晶:共晶体中的相依附于初生相生长，将共晶体中另一相推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特点消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。（离异共晶可通过非平衡凝固得到，也可能在平衡凝固条件下获得。）均匀形核:新相晶核是在母相中存在均匀地生长的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响。合金:两种或两

8、种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。相图:描述各相平衡存在条件或共存关系的图解，也可称为平衡时热力学参量的几何轨迹。偏析:合金中化学成分的不均匀性。异质形核:晶核在液态金属中依靠外来物质表面或在温度不均匀处择优形成。结构起伏:液态结构的原子排列为长程无序，短程有序，并且短程有序原子团不是固定不变的，它是此消彼长，瞬息万变，尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。枝晶偏析:固溶体在非平衡冷却条件下，匀晶转变后新得的固溶体晶粒内部的成分是不均匀的，先结晶的内核含较多的高熔点的组元原子，后结晶的外缘含较多的低熔点的组元原子，而通常固溶体晶体以树枝晶方式长大，

9、这样，枝干含高熔点组元较多，枝间含低熔点组元原子多，造成同一晶粒内部成分的不均匀现象。包晶转变：在二元相图中，包晶转变就是已结晶的固相与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变。共晶转变：由一个液相生成两个不同固相的转变。共析转变：由一种固相分解得到其他两个不同固相的转变。包析反应:由两个固相反应得到一个固相的过程为包析反应。伪共析转变:非平衡转变过程中，处在共析成分点附近的亚共析、过共析合金，转变终了组织全部呈共析组织形态。相律:相律给出了平衡状态下体系中存在的相数与组元数及温度、压力之间的关系，可表示为：f=C+P-2,f 为体系的自由度数，C 为体系的组元数，P 为相数。铁素体：碳原子溶入-F

10、e中形成间隙固溶体，呈体心立方晶格结构，称为铁素体或固溶体。奥氏体：碳原子溶解在铁中形成的一种间隙固溶体，呈面心立方结构，无磁性。渗碳体：渗碳体的分子式为 Fe3C ，碳原子与铁形成具有复杂晶格结构的间隙化合物（正交点阵）。珠光体:铁碳合金共析转变的产物，是共析铁素体和共析渗碳体的层片状混合物。莱氏体:铁碳相图共晶转变的产物，是共晶奥氏体和共晶渗碳体的机械混合物。重心法则：处于三相平衡的合金，其成分点必位于共轭三角形的重心位置。调幅分解：过饱和固溶体在一定温度下分解成结构相同、成分不同的两个相的过程。（调幅分解是自发的脱溶过程，它不需要形核，而是通过溶质原子的上坡扩散形成结构相同而成分呈周期性

11、波动的纳米尺度共格微畴，以连续变化的溶质富集区与贫化区彼此交替地均匀分布于整体中。）形变织构：多晶形变过程中出现的晶体学取向择优的现象叫形变织构。二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。滑移系：晶体中一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合称一个滑移系。孪生：晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程叫孪生。亚稳态：材料的稳定状态是指其体系自由能最低的平衡状态，通常相图中所显示的即时稳定的平衡状态。但由于种种因素，材料会以高于平衡态时自由能的状态存在，即处于一种非平衡的亚稳态。准晶：不符合晶体的对称条件，但呈一定的周期性有序排列的类似于晶态的固体，这一类新的原子聚集状

12、态称为准晶态，此固体称为准晶。临界冷却速度：能够抑制结晶过程实现非晶化的最小冷速称为临界冷速（Rc）机械合金化：用高能研磨机或球磨机实现固态合金化的过程。玻璃化转变：高弹态的高分子材料随着温度的降低会发生由高弹态向玻璃态的转变，这个转变称为玻璃化转变。脱溶分解：简称时效，或称时效脱溶。固溶体自高温急冷到固态溶解度曲线以下，由于冷却速度快，沉淀产物来不及析出，形成了过饱和固溶体，然后在较低的温度下这种不稳定的过饱和固溶体随着时间变化发生脱溶分解。连续脱溶：连续脱溶时新相晶核在母相中各处同时发生、随机形成，母相（基体）的浓度随之连续变化，但母相晶粒外形及位相均不改变。不连续脱溶：发生不连续脱溶时，

13、从饱和的基体中以胞状形式同时析出包含有与两相的产物，其中相是成分所改变的基体相，而相则是脱溶新相，两者以层片状相间地分布，通常形核于晶界并向某侧晶粒生长，转变区形成的胞状领域与未转变基体有明晰的分界面，基体成分在界面处突变且晶体取向也往往有改变。GP区：合金中额溶质原子偏聚区。2 热加工与冷加工 异：热加工时发生回复、再结晶与加工硬化；冷加工只发生加工硬化； 同：发生塑性变形。 5 相与组织 异：组织具有特定的形态；同：都是材料的组成部分。 6 交滑移与多滑移 异：多个滑移系的滑移； 同：交滑移中滑移系具有相同的滑移方向。9 共晶转变与共析转变异：共晶转变为从液相转变,共析转变为从固相转变.

14、同：在恒温下转变产物为两个固相.3 综合画出冷变形金属在加热时的组织变化示意图和晶粒大小、内应力、强度和塑性变化趋势图。3 二元相图中有哪些几何规律？ 相区接触法则；三相区是一条水平线；三相区中间是由它们中相同的相组成的两相区；单相区边界线的延长线进入相邻的两相区。（每条计1分；叙述计1分）4 如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型？ 图略。（垂直截面图部分2.5分，单变量线部分2.5分。）5 材料结晶的必要条件有哪些？ 过冷；结构起伏；能量起伏；成分起伏（合金）。 （每项计各1分，叙述1分）6 细化材料铸态晶粒的措施有哪些？ 提高过冷度；变质处理；振动与搅拌。 （每项各

15、计1.5分，叙述0.5分）7 简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。 (1) 伪共晶-非共晶合金得到的完全共晶组织; 条件: 冷却速度快, 合金成分位于共晶点附件. (2) 不平衡共晶-共晶线以外的合金得到的共晶组织; 条件: 冷却速度快, 合金成分位于共晶线以外端点附近. (3) 离异共晶-两相分离的共晶组织; 条件: 不平衡条件下, 合金成分位于共晶线以外端点附近;平衡条件下, 合金成分位于共晶线以内端点附近.8 晶体中的滑移系与其塑性有何关系？ (1) 一般滑移系越多,塑性越好; (2) 与滑移面密排程度和滑移方向个数有关; (3) 与同时开动的滑移系数目有关.1 计算含碳量w=0

16、.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对含量。分别为10.6%, 3.10%和86.30%。1 试论材料强化的主要方法及其原理。 固溶强化. 原理:晶格畸变、柯氏气团，阻碍位错运动；方法：固溶处理、淬火等。 细晶强化：原理：晶界对位错滑移的阻碍作用。方法：变质处理、退火等。 弥散强化：原理：第二相离子对位错的阻碍作用；方法：形成第二硬质相如球化退火、变质处理等。 相变强化：原理：新相为高强相或新相对位错的阻碍。方法：淬火等。 加工硬化；原理：形成高密度位错等。方法：冷变形等。 3 试论塑性变形对材料组织和性能的影响。 组织：纤维组织、形变织构、位错胞； 性

17、能：加工硬化、物性变化金属与合金的塑性变形1拉伸铜单晶体时，若拉力轴的方向为001，106Pa。求(111)面上柏氏矢量的螺型位错线上所受的力(aCu=0.36nm)。设外加拉应力在(111)节移面上沿晶向的分切应力为，则acoscos式中，为001与(111)晶面的法线111间的夹角，为001与晶向间的夹角。所以若螺型位错线上受的力为Fd，则2什么是单滑移、多滑移、交滑移?三者滑移线的形貌各有何特征?单滑移是指只有一个滑移系进行滑移。滑移线呈一系列彼此平行的直线。这是因为单滑移仅有一组滑移系进行滑移，该滑移系中所有的滑移面都互相平行，且滑移方向都相同所致。多滑移是指有两组或两组以上的不同滑移

18、系同时或交替地进行滑移。它们的滑移，线或者平行，或者相交成一定角度。这是因为一定的晶体结构中具有一定的滑移系，而这些滑移系的滑移面之间及滑移方向之间都有一定的角度。交滑移是指两个或两个以上的滑移面沿共同的滑移方向同时或交替地滑移。它们的滑移线通常为折线或波纹状。这是螺型位错在不同的滑移面上反复进行“扩展”的结果。3已知纯铜的111滑移系的临界切应力c为1 MPa，问：(1)要使面上产生101方向的滑移，则在001方向上应施加多大的应力?(2)要使面上产生110方向的滑移呢?(1)对立方晶系，两晶向 和间的夹角为故滑移面(11)的法线方向11和拉力轴001的夹角为滑移方向10和拉力轴001的夹角

19、为施加应力 (2)由于滑移方向110和001方向点积为零，故知两晶向垂直，cos0，。即施加应力方向为001时，在110方向不会产生滑移。5纤维组织及织构是怎样形成的?它们有何不同?对金属的性能有什么影响?材料经冷加工后，除使紊乱取向的多晶材料变成有择优取向的材料外，还使材料中的不熔杂质、第二相和各种缺陷发生变形。由于晶粒、杂质、第二相、缺陷等都沿着金属的主变形方向被拉长成纤维状，故称为纤维组织。一般来说，纤维组织使金属纵向(纤维方向)强度高于横向强度。这是因为在横断面上杂质、第二相、缺陷等脆性、低强度“组元”的截面面积小，而在纵断面上截面面积大。当零件承受较大载荷或承受冲击和交变载荷时，这种

20、各向异性就可能引起很大的危险。金属在冷加工以后，各晶粒的位向就有一定的关系。如某些晶面或晶向彼此平行，且都平行于零件的某一外部参考方向，这样一种位向分布就称为择优取向或简称为织构。形成织构的原因并不限于冷加工，而这里主要是指形变织构。无论从位向还是从性能看，有织构的多晶材料都介于单晶体和完全紊乱取向的多晶体之间。由于织构引起金属各向异性，在很多情况下给金属加工带来不便，如冷轧镁板会产生(0001)织构；若进一步加工很容易开裂；深冲金属杯的制耳；金属的热循环生长等。但有些情况下也有其有利的一面。6简要分析加工硬化、细晶强化、固熔强化及弥散强化在本质上有何异同。加工硬化是由于位错塞积、缠结及其相互

21、作用，阻止了位错的进一步运动，流变应力。细晶强化是由于晶界上的原子排列不规则，且杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错的通过；且晶粒细小时，变形均匀，应力集中小，裂纹不易萌生和传播。固熔强化是由于位错与熔质原子交互作用，即柯氏气团阻碍位错运动。弥散强化是由于位错绕过、切过第二相粒子，需要增加额外的能量(如表面能或错排能)；同时，粒子周围的弹性应力场与位错产生交互作用，阻碍位错运动。7.试用位错理论解释低碳钢的屈服。举例说明吕德斯带对工业生产的影响及防止办法低碳钢的屈服现象可用位错理论说明。由于低碳钢是以铁素体为基的合金，铁素体中的碳(氮)原子与位错交互作用，总是趋于聚集在位错线受拉应力的部位以降低体

22、系的畸变能，形成柯氏气团对位错起“钉扎”作用，致使s升高。而位错一旦挣脱气团的钉扎，便可在较小的应力下继续运动，这时拉伸曲线上又会出现下屈服点。已经屈服的试样，卸载后立即重新加载拉伸时，由于位错已脱出气团的钉扎，故不出现屈服点。但若卸载后，放置较长时间或稍经加热后，再进行拉伸时，由于熔质原子已通过热扩散又重新聚集到位错线周围形成气团，故屈服现象又会重新出现。吕德斯带会使低碳薄钢板在冲压成型时使工件表面粗糙不平。其解决办法，可根据应变时效原理，将钢板在冲压之前先进行一道微量冷轧(如12的压下量)工序，使屈服点消除，随后进行冲压成型，也可向钢中加入少量Ti，A1及C，N等形成化合物，以消除屈服点。

23、2金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒? 再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料，其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。再结晶退火的温度较低，一般都在临界点以下。若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力(如冷变形储存能等)，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。4说明金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段晶体缺陷的行为与表现，并说明各阶段促使这些晶体缺陷运动的驱动力是什么。附表2.5 冷变形金属加热时晶体缺陷的行为缺陷表现、物理变化晶体缺陷的行为缺陷运动驱动力冷加工变形时主要的形变方式是滑移，由于滑移，晶体中空位和位错密度增加，位错分布不均匀切应力作用回复空位

24、扩散、集聚或消失；位错密度降低，位错相互作用重新分布(多边化)弹性畸变能再结晶毗邻低位错密度区晶界向高位错密度的晶粒扩张。位错密度减少，能量降低，成为低畸变或无畸变区形变储存能晶粒长大弯曲界面向其曲率中心方向移动。微量杂质原子偏聚在晶界区域，对晶界移动起拖曳作用。这与杂质吸附在位错中组成柯氏气团阻碍位错运动相似，影响了晶界的活动性晶粒长大前后总的界面能差，而界面移动的驱动力是界面曲率10 试比较去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同。从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶?去应力退火过程中，位错通过攀移和滑移重新排列，从高能态转变为低能态；动态回复过程中，则是通过螺位错的交滑移

25、和刃位错的攀移，使异号位错相互抵消，保持位错增殖率与位错消失率之间的动态平衡。从显微组织上观察，静态回复时可见到清晰的亚晶界，静态再结晶时形成等轴晶粒；而动态回复时形成胞状亚结构，动态再结晶时等轴晶中又形成位错缠结胞，比静态再结晶晶粒要细。11.判断下列看法是否正确。(1) 采用适当的再结晶退火，可以细化金属铸件的晶粒。(2) 动态再结晶仅发生在热变形状态，因此，室温下变形的金属不会发生动态再结晶。(3) 多边化使分散分布的位错集中在一起形成位错墙，因位错应力场的叠加，使点阵畸变增大。(4) 凡是经过冷变形后再结晶退火的金属，晶粒都可得到细化。(5) 某铝合金的再结晶温度为320，说明此合金在

26、320以下只能发生回复，而在320以上一定发生再结晶。(6) 20#钢的熔点比纯铁的低，故其再结晶温度也比纯铁的低。(7) 回复、再结晶及晶粒长大三个过程均是形核及核长大过程，其驱动力均为储存能。(8) 金属的变形量越大，越容易出现晶界弓出形核机制的再结晶方式。(9) 晶粒正常长大是大晶粒吞食小晶粒，反常长大是小晶粒吞食大晶粒。(10) 合金中的第二相粒子一般可阻碍再结晶，但促进晶粒长大。(11) 再结晶织构是再结晶过程中被保留下来的变形织构。(12) 当变形量较大、变形较均匀时，再结晶后晶粒易发生正常长大，反之易发生反常长大。(13) 再结晶是形核长大过程，所以也是一个相变过程。(1)不对。

27、对于冷变形(较大变形量)后的金属，才能通过适当的再结晶退火细化晶粒。(2) 不对。有些金属的再结晶温度低于室温，因此在室温下的变形也是热变形，也会发生动态再结晶。(3) 不对。多边化过程中，空位浓度下降、位错重新组合，致使异号位错互相抵消，位错密度下降，使点阵畸变减轻。(4) 不对。如果在临界变形度下变形的金属，再结晶退火后，晶粒反而粗化。(5) 不对。再结晶不是相变。因此，它可以在一个较宽的温度范围内变化。(6) 不对。微量熔质原子的存在(20#钢中WC0.002)，会阻碍金属的再结晶，从而提高其再结晶温度。(7) 不对。只有再结晶过程才是形核及核长大过程，其驱动力是储存能。(8) 不对。金

28、属的冷变形度较小时，相邻晶粒中才易于出现变形不均匀的情况，即位错密度不同，越容易出现晶界弓出形核机制。(9) 不对。晶粒正常长大，是在界面曲率作用下发生的均匀长大；反常长大才是大晶粒吞食小晶粒的不均匀长大。(10) 不对。合金中的第二相粒子一般可阻碍再结晶，也会阻止晶粒长大。(11) 不对。再结晶织构是冷变形金属在再结晶(一次，二次)过程中形成的织构。它是在形变织构的基础上形成的，有两种情况，一是保持原有形变织构，二是原有形变织构消失，而代之以新的再结晶织构。(12) 不对。正常晶粒长大是在再结晶完成后继续加热或保温过程中，晶粒发生均匀长大的过程，而反常晶粒长大是在一定条件下(即再结晶后的晶粒

29、稳定、存在少数有利长大的晶粒和高温加热)，继晶粒正常长大后发生的晶粒不均匀长大过程。(13) 不对。再结晶虽然是形核长大过程，但晶体点阵类型并未改变，故不是相变过程三、铸锭的一般组织可分为哪几个区域?写出其名称。并简述影响铸锭结晶组织的因素。分为三晶区：激冷区、柱状晶区、中心等轴晶区。 影响铸锭结晶组织的因素：液体过热度，越小越好；凝固温度范围，越大越好，有利于枝晶的破碎；温度梯度，越小越有利于等轴晶；合金熔点低，温度梯度小；搅拌或加孕育剂。八、画出铁碳相图，标明相图中各特征点的温度与成分，写出相图中包晶反应、共晶反应与共析反应的表达式。铁碳相图略。 包晶反应： L(053C)+- (009C

30、)-Fe(017C) 共晶反应： L(43C)-Fe(211C)+Fe3C(669C) 共析反应： -Fe(077C)-Fe(002C)+Fe3C(669C)九、分析再结晶过程中形核和长大与凝固过程中的形核和长大有何不同点。凝固时形核的驱动力，是新、旧相化学位差，再结晶驱动力只是形变储存能。 凝固常是均匀形核；再结晶形核在现有的形变不均匀区，如晶界附近、切变带、形变带、第二相粒子周围。凝固长大时与母相不会有取向关系，再结晶长大时可有特定的取向关系十一、简述铸锭的宏观偏析宏观偏析分：正常偏析、反常偏析和比重偏析。 正常偏析：指按合金的分配系数(设ko1)先析出的含溶质低， 后凝固的含溶质多。因铸

31、锭尺寸大，由表面到中心成分不均匀，偏析出现在宏观尺度上，称宏观偏析。 反常偏析：仍遵守分配系数关系，只是形成大量枝晶后，富集溶质的液相会沿枝晶间的通道逆向反流到先凝固的铸锭表面附近，造成由表面到中心成分分布的反常。 比重偏析：是凝固时，固相与液相比重不同，而沉积或漂浮，从而造成铸锭下端与上端成分的不均匀，也是宏观尺度。1.简述二元系中共晶反应、包晶反应和共析反应的特点，并计算其各相平衡时的自由度共晶反应是：液相同时凝固出两个不同成分的固相，两固相相互配合生长，一般长成片层状。共析与共晶相似，只是母相是固相，即一个固相同时生成另两个不同成分的固相。包晶反应是：液相与一个固相反应生成另一个固相，新

32、生成的固相包住原有的固相，反应需要固相中的扩散，速度较慢。这三种反应出现时，自由度都是0，即三相成分固定，温度也固定。四、凝固过程中形核和长大与再结晶过程中形核和长大主要区别是什么?简述再结晶过程中核心的产生方式。凝固时形核和长大的驱动力是新、旧相化学位差，再结晶形核和长大的驱动力只是形变储存能 凝固时的形核常为均匀形核；再结晶形核常在现有的形变不均匀区中，如晶界附近、切变带、形变带、第二相粒子周围；凝固长大时与母相不会有取向关系，再结晶长大时可能有一定的取向关系。 再结晶核心产生方式：原有晶界推移成核，也称应变诱导晶界迁移式形核；亚晶成核，即通过亚晶合并或长大形成新晶粒。六、分析和讨论冷加工

33、金属或合金塑性变形后回复再结晶过程中组织和性能的变化特征。随退火温度的升高或时间延长，出现亚晶合并长大，再结晶形核及长大，无(或低密度)位错的等轴再结晶晶粒取代长条状高位错密度的形变晶粒，然后是晶粒正常长大。储存能逐渐被释放，特别是再结晶阶段释放的最显著；硬度及强度下降，伸长率上升；电阻降低，密度提高。再结晶时各种性能变化都比回复时强烈得多。十二、分析固态相变和回复再结晶过程的驱动力。(10分)固态相变的驱动力是新、旧两相间的自由能差，回复再结晶的驱动力是形变储存能。十三、叙述钢锭中常见的宏观组织缺陷，消除或改善方法。(10分)宏观缺陷有：宏观偏析(如正常偏析、反常偏析、比重偏析)和带状组织以

34、及缩孔、疏松、气泡等。严格讲，也包括三晶区的组织不均匀性。 宏观缺陷(化学不均匀性、物理不均匀性和组织不均匀性)往往是相互联系的，一般希望尽可能多而细的中心等轴晶，可采用加孕育剂、加大冷速、加强液体运动(如电磁搅拌、机械搅拌)等方法，细化晶粒，消除柱状晶，这样与柱状晶枝状晶区相伴随的宏观偏析和缩孔、气泡也就明显改善了。四、相图热力学(10分) 利用图10-1的自由能-成分曲线说明，公切线将成分范围分成三个区域，各区域内哪些相稳定?为什么?左侧ANB范围是相稳定，因它的自由能最低；右侧NBB范围是相稳定，也因其自由能最低；两公切点之间范围是+两相共存稳定，因任意一个单相存在时的自由能都不如它分解

35、为成分为公切点处的+时两相自由能的加权值（在公切线直线上）低。2合金凝固时的液固界面前沿通常比纯金属液固界面前沿更容易出现过冷?为什么?合金界面前沿会出现组成过冷，即界面前溶质的富集提高了局部区域的熔点，所以更易出现过冷。七、形变(20分)1常温下金属塑性变形有哪些主要机制? 它们间的主要差异是什么?2面心立方金属铜在三种不同条件下的真应力-应变曲线如图10-4。说明它们可能是在怎样的温度和应变速率下形成的?为何有这样的形状?3什么是上、下屈服点效应(在纯铁或低碳钢中)?原因是什么?八、再结晶(20分) 1给出金属发生再结晶的基本条件(驱动力)。2指出再结晶、结晶、固态相变之间的主要区别。3.

36、 图10-5示意画出一种常见的再结晶形核机制，请解释该地点优先形核的原因和形核过程。4再结晶动力学公式为X=1-e(-ktn)，各参数表示的含义是什么?以Xt的关系作图，曲线的形状大致是怎样的?如何处理可得一条直线?处理成直线有何用途?七、1主要形变机制是滑移和孪生；滑移产生的切变量是原子间距的整数倍，孪生产生的切变量是原子间距的一个分数；由此产生一系列其他方面的差异。答其他方面差异的也酌情赋分。2有明显加工硬化的是在低温(或高应变速率)下变形；出现硬化、软化抗衡(动态回复)的是在中温(或中等应变速率)下变形；有一明显软化阶段(动态再结晶)的是在高温(或低应变速率)下变形。3含C、N间隙原子的低碳钢形变时，滑移启动时的抗力较大(上屈服点)，滑移进行时的抗力较小(下屈服点)，在应力应变曲线上可明显看出。原因是间隙原子聚集在位错上(柯氏气团)钉扎了位错，出现上屈服点，位错一旦摆脱钉扎后便不受影响(对应下屈服点)。八、1要有一定的形变储存能，一定的温度。2再结晶只是一种组织变化，没有结构变化，驱动力是形变储存能；结晶是从非晶态的液相、气相或固态非晶体中形成晶体的过程；固态相变是固固相的结构变化。后两者的驱动力都是