材料结构与性能试题2012级

《材料结构与性能》试题2012级硕士研究生适用一、离子晶体和共价晶体有何特点（15分）答：离子晶体结构：以正负离子为结合单元，结合键是离子键，如NaCl；或混合键，即兼有离子键和共价键，如硅酸盐SiO4。某种近距的排斥作用与静电吸引作用（正负离子间的库伦引力）相平衡，形成了稳定的离子晶体。二、位错与溶质原子间有哪些交付作用。（15分）答：从交互做作用的性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类。弹性交互作用：位错与溶质原子的交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起的弹性畸变与位错间的弹性交互作用。形成Cottrell气团，甚至Snoek气团对晶体起到强化作用。弹性交互作用的另一种情况是溶质原子核基体的弹性模量不同而产生的交互作用。化学交互作用：基体晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别，具有阻碍位错运动的作用。静电交互作用：晶体中的位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子的费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分的费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用。三、简述珠光体的结构、组织以及力学性能（15分）答：珠光体的组织特征：共析碳钢加热奥氏体后缓慢冷却，在稍低于A1（727℃）温度时奥氏体将分解为铁素体与渗碳体的混合物，成为珠光体，其典型形态呈片状或层状。片状珠光体是由一层铁素体与一层渗碳体交替堆叠而成的。片状珠光体依片间距不同，可以分为珠光体、索氏体、托氏体三种。在光学显微镜下能明显分辨出铁素体和渗碳体层片状组织形态的珠光体，其片间距大约为150～450nm。在650～600℃温度范围内形成的珠光体，其片间距较小，约为80～150nm，只有在高倍的光学显微镜下(放大800～1500倍时)才能分辨出铁素体和渗碳体的片层形态，这种片状珠光体称为索氏体。在600～550℃温度范围内形成的珠光体，其片间距极细，约为30～80nm，在光学显微镜下根本无法分辨其层片状特征，只有在电子显微镜下才能区分，这种极细的珠光体称为托氏体（屈氏体）。在光学显微镜下能明显分辨出铁素体和渗碳体层片状组织形态的珠光体，其片间距大约为150～450nm。在650～600℃温度范围内形成的珠光体，其片间距较小，约为80～150nm，只有在高倍的光学显微镜下(放大800～1500倍时)才能分辨出铁素体和渗碳体的片层形态，这种片状珠光体称为索氏体。在600～550℃温度范围内形成的珠光体，其片间距极细，约为30～80nm，在光学显微镜下根本无法分辨其层片状特征，只有在电子显微镜下才能区分，这种极细的珠光体称为屈氏体。片状珠光体的片层间距S0大小主要取决于珠光体的形成温度。在连续冷却条件下，冷却速度越大，珠光体的形成温度越低，即过冷度越大，则片层间距就越小。珠光体是在一个温度范围内形成，在高温形成的珠光体就粗，低温形成的珠光体就细。在铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织，成为“粒状珠光体”和“球状珠光体”，一般是经过球化退火处理后获得的。珠光体形成时，新相（铁素体和渗碳体）与母相（奥氏体）之间存在着一定的晶体学位相关系，使新相和母相的原子在界面上能够较好地匹配。此外，在珠光体团中，铁素体与渗碳体之间也存在一定的位相关系。珠光体的力学性能：珠光体是共析铁素体和共析碳化物的整合组织。因此其力学性能与铁素体的成分，碳化物的类型以及铁素体、碳化物的形态有关。共析碳素钢在获得单一片状珠光体的情况下，其力学性能与珠光体的片间距、珠光体团的直径、珠光体中的铁素体片得亚晶粒尺寸、原始奥氏体晶粒大小等因素有关。原始奥氏体晶粒细小，珠光体团直径变小，有利于提高钢的强度。共析钢珠光体的机械性能主要取决于奥氏体化温度和珠光体形成温度。①片状珠光体，随着珠光体的片层间距与珠光体团直径的减小，珠光体的强度、硬度以及塑性均提高。②粒状珠光体，与片状珠光体相比粒状珠光体的强度、硬度稍低，而塑性较高。粒状珠光体的切削性好，对刀具的磨损小，冷压时的成型性也好，加热淬火时的变形和开裂的倾向性小。粒状珠光体的性能还取决于碳化物颗粒的形态、大小和分布。③在相同抗拉强度下，粒状珠光体比片状珠光体的疲劳强度有所提高。四、简述马氏体的组织结构特点与力学性能，影响强韧性能的因素。（20分）答;五、简述铝合金的强韧化与微观组织的关系。（20分）六、简述钛合金的种类、组织与力学性能特点。（15分）