发布时间 : 星期一 文章《材料科学基础》练习题集02更新完毕开始阅读c47a9f29dd36a32d737581c8
厦门理工学院
《材料科学基础》练习题集 02
第9章 材料的凝固 一、名词解释：
1、均匀形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 2、非均匀形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面或固液界面所形成的晶核。
3、变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非均匀形核晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
4、变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
5、枝晶偏析：实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较
多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。
6、比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致，产生比重偏析。 7、溶质再分配 8、成分过冷 二、判断题：
1、液态金属的结构特点是近程有序，长程无序。 （ ）
2、晶粒尺寸和形核率N、线长大速度Vg之间的关系是N/Vg越大，晶粒尺寸越大。 （ ）
3、区域提纯技术的理论基础是凝固过程中的溶质再分配。 （ ） 4、液－固粗糙界面可描述为微观粗糙、宏观平整。 （ ） 5、在结晶过程中，晶核越多，生长速率越慢，则凝固后的晶粒越细小。（ ） 6、在单相固溶体铸锭结晶时，成分过冷越大，越易形成枝晶。 （ ） 7、由凝固理论可知，细化晶粒的途径是提高形核率，降低长大速率。 （ ）
8、金属－非金属型共晶具有粗糙－光滑型界面，所以它多为树枝状，针状或螺旋状。 （ ）
三、选择题：
1、纯金属结晶均匀形核，当过冷度?T很小时，形核率低，是因为 。
A、原子可动性低，相变驱动力低； B、原子可动性高，相变驱动力低； C、原子可动性低，相变驱动力高； D、原子可动性高，相变驱动力高； 2、合金凝固时，出现成分过冷的原因是 。
A、由于溶质再分配导致液固界面前沿溶质分布不均匀，使熔体的实际温度低于凝固温度；
B、由于溶质再分配导致液固界面前沿溶质分布不均匀，使熔体的实际温度高于凝固温度；
C、液固界面前沿存在正温度差，使熔体的实际温度高于凝固温度； D、液固界面前沿存在负温度差，使熔体的实际温度低于凝固温度；
3、对于片状共晶，层片间距是一个重要参数，凝固速率与层片间距、强度三者之间的正确的关系是 。
A、过冷度越大，凝固速率越高，则层片间距越大，共晶材料的强度越高；
1
B、过冷度越大，凝固速率越高，则层片间距越小，共晶材料的强度越高； C、过冷度越小，凝固速率越低，则层片间距越大，共晶材料的强度越高； D、过冷度越大，凝固速率越高，则层片间距越小，共晶材料的强度越低。 4、晶粒尺寸和形核率N、线长大速度Vg之间的关系是 。
A、N越大，晶粒尺寸越大 B、Vg越小，晶粒尺寸越大 C、Vg/N越大，晶粒尺寸越大 D、N/Vg越大，晶粒尺寸越大 5、下列对液－固粗糙界面描述正确的是 。
A、微观粗糙，宏观平整 B、微观粗糙，宏观粗糙 C、微观平整，宏观粗糙 D、微观平整，宏观平整 6、能得到非晶态合金的技术是 。
A、定向凝固技术 B、尖端形核技术 C、急冷凝固技术 D、垂直提拉技术
7、纯金属在某一温度T（T A、r>r*，表面自由能变化可以忽略不计； B、r>r*，体积自由能的增加大于表面自由能的增加； C、r>r*，体积自由能的增加小于表面自由能的增加； D、r>r*，体积自由能的减小（绝对值）大于表面自由能的增加； 8、金属凝固结晶时，冷却的越快，其实际结晶温度 。 A、越高 B、越低 C、越接近于理论结晶温度 D、不受影响。 9、单相固溶体在非平衡凝固过程中会形成成分偏析， 。 A、冷却速度越大，则成分偏析的倾向越大 B、过冷度越大，则成分偏析的倾向越大 C、两组元的熔点相差越大，则成分偏析的倾向越小 E、固相线和液相线距离越近，则成分偏析的倾向越小 10、对金属－金属型共晶，决定共晶组织形貌的一个重要因素是单位面积界面能的大小。 。 A、单位面积的界面能越小，形成片状共晶的倾向越大 B、单位面积的界面能越大，形成片状共晶的倾向越大 C、单位面积的界面能越小，形成棒状共晶的倾向越大 D、单位面积的界面能越小，形成针状共晶的倾向越大 11、以下各影响因素中，使成分过冷度增加的是 。 A、液相中温度梯度GL 增大 B、晶体生长速度R增长 B、液相的溶质扩散系数DL 变大 C、平衡分配系数k0变大 12、金属结晶过程中 。 A、晶核半径越大，形核越容易 B、临界形核功越大，形核越容易 C、过冷度越大，形核越容易 D、均质形核比非均质形核容易 四、填空题 １、金属材料实际开始凝固的温度低于 的现象称为过冷，过冷度随液体冷却速度的提高而 。 ２、凝固结晶的基本过程是形核与晶核长大的过程。形核的热力学驱动力是固相与液相间的 ，只有在过冷条件下才具有这一驱动力。形核的热力学阻力是 。晶坯半径达到临界晶核半径时，自由能达到 ，晶坯继续长大，系 2 统能量 ，提供了晶核坯长大过程的驱动力。非均匀形核所需的过冷度比均匀形核所需的过冷度 。 3、液态金属的结构特点是 有序， 无序，并且存在着 起伏和 起伏，其凝固的必要条件是 。 4、合金铸件宏观组织由表层 区、内部 区、中心 区构成。一般钢铁材料和塑性较差的有色金属铸锭，希望获得较多的 组织，但用于航空发动机叶片等特殊零部件的材料则希望获得 组织。 5、晶粒较细的金属比晶粒较粗的晶料的同种金属有 的强度和硬度及时 塑性和韧性，这种现象称为 强化；铸造工艺中细化晶粒的常用方法是 、 和 。 答：更高；更好；细晶；增大冷却速度；加形核剂；搅拌或冷却。 五、简答与计算题 1、（6%）试简述铸件晶粒尺寸控制的三个主要途径。 2、（6%）试在下图中标出铸态宏观组织的三个区的名称，并简述三个晶区组织的形成机理。 3、（6%）请问下图中曲线1和曲线2是什么曲线？试简要说明固溶体合金生长形态与成分过冷的关系。 4、（6%）假设液态纯金属结晶时单位体积自由能变化为?Gv??Lm?TTm，固液两相 的比界面能为?LS。上式中，Tm、Lm和?T分别为熔点温度、熔化潜热和结晶时的过冷度。试写出形成球形晶坯时的总自由能变化?Ghom的表达式，并求临界晶核半径r*和临界形核功。 5、（6%）假设液态纯金属结晶时单位体积自由能变化为?Gv??Lm?TTm，固液两相 3 的比界面能为?LS。上式中，Tm、Lm和?T分别为熔点温度、熔化潜热和结晶时的过冷度。试写出形成立方体晶坯时的总自由能变化?Ghom的表达式，并求临界晶核尺寸a*和临界形核功。 第10章 材料的变形与回复再结晶 一、名词解释： 1、加工硬化：随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速下降的现象。 2、回复：为了消除金属的加工硬化现象，将变形金属加热到某一温度，以使其组织和性能发生变化。在加热温度较低时，原子的活动能力不大，这时金属的晶粒大小和形状没有明显的变化，只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移等变化，因此，这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大，而只是使内应力及电阻率等性能显著降低。此阶段为回复阶段。 3、再结晶：被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。 4、热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。 5、冷加工：在再结晶温度以下进行的压力加工。 二、判断题 1、再结晶结束后发生晶粒长大时的驱动力主要来自高的总晶界能 （ ） 2、再结晶的驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能。 （ ） 3、回复、再结晶及晶粒长大三个过程均是形核及核长大过程，其驱动力均为变形储能。 （ ） 4、在结晶过程中，晶核越多，生长速率越慢，则凝固后的晶粒越细小。（ ） 5、材料冷变形量只要略大于临界形变量，经再结晶退火后就可获得到细晶粒组织。 （ ） 6、冷变形金属的再结晶在形核、长大过程晶体结构和组织都发生了变化，是一个相变过程。 （ ） 7、低碳钢薄钢板深冲成形前，先进行一道压下量为0.5%～2%的光整冷轧，可消除不连续屈服所导致的制品表面粗糙不平或皱折问题。 （ ） 8、多边化使分散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。 （ ） 9、晶体滑移时通常是沿原子密度最小的晶面和晶向进行。 （ ） 10、二次再结晶是冷变形金属在再结晶后又一次进行的形核与长大过程。 （ ） 11、金属织构和再结晶织构都会使金属材料具有各向异性。 （ ） 12、金属中点缺 陷的存在使其电阻率增大。 （ ） 13、经过冷变形后再结晶退火的金属，晶粒都可以得到细化。 （ ） 14、已知金属钨的熔点分别为3380℃, 可以判断钨在1100℃下的加工热加工。（ ） 三、选择题： 1、即能提高金属的强度，又能提高其塑性和韧性的手段是 。 A、加工硬化 B、固溶强化 C、细晶强化 D、第二相强化 2、冷变形金属在再结晶过程中性能（指标）增加的是 。 4