第一篇：金屬材料考試復(fù)習(xí)必備范文

一、填空題

1、焊接產(chǎn)生冷裂紋的三要素即鋼的淬硬傾向、焊縫含氫量、接頭的應(yīng)力狀態(tài)

2、高合金鋼中，添加合金元素的總量ω%﹥10%。根據(jù)屈服點(diǎn)和熱處理狀態(tài)，將高強(qiáng)鋼分為 熱軋鋼正火剛低碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼。

3、不銹鋼的主要腐蝕形式有 均勻腐蝕晶間腐蝕點(diǎn)蝕縫隙腐蝕應(yīng)力腐蝕破裂

4、不銹鋼復(fù)合鋼板焊接裝配時，必須以 覆層 為基準(zhǔn)對齊，定位焊一定要在 基層 面上。

5、鑄鐵是指c%﹥2.11% 的鐵碳合金，機(jī)體一般為 鐵素體、珠光體 或兩者混合組織。

6、正是由于鑄鐵中石墨的存在，使其具有良好的鑄造性、切削加工性、減振性、耐磨性、低的缺口敏感性。

7、灰鑄鐵同質(zhì)（鐵鑄型）焊縫電弧熱焊預(yù)熱溫度為600-700°C;焊接時宜采用大電流、長電弧、連續(xù)施焊。

8、鋁及鋁合金焊接性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：易氧化、能耗大、容易產(chǎn)生氣孔、焊接熱裂紋、焊接接頭軟化。

二、判斷題

1、碳當(dāng)量法屬于間接法測定工藝焊接性，鋼材的碳當(dāng)量值越高，淬硬傾向越大，冷裂紋越敏感。（√）

2、低碳鋼焊接時選擇焊材時應(yīng)遵循等強(qiáng)匹配原則。（√）

3、低合金專用鋼包括珠光體耐熱鋼、低溫鋼和控軋鋼。（×）

4、正火剛產(chǎn)生過熱區(qū)脆化是由于熱輸入過大產(chǎn)生的奧氏體組織引起的，(×)

5、奧氏體不銹鋼是屬于非熱處理強(qiáng)化不銹鋼，線膨脹系數(shù)較大，綜合性能較好。（√）

6、加熱溫度950-1250°c是不銹鋼晶間腐蝕的危險溫度區(qū)，或稱為敏化溫度區(qū)。(×)

7、高溫力學(xué)性能主要指熱強(qiáng)性，包括高溫蠕變極限和持久強(qiáng)度極限兩個方面。（√）

8、珠光體耐熱鋼焊前局部預(yù)熱時必須保證預(yù)熱寬度，焊縫兩側(cè)各大于所含壁厚的4倍，且至少不小于250mm。(×）

9、灰鑄鐵中的白口化問題是指焊縫及熔合區(qū)易出現(xiàn)白口組織。（√）

10、黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金，H62表示含鋅為62%。(×)

三、名詞解釋

1、金屬材料焊接性：金屬材料在限定的施工條件下焊接成規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)訂服役要求的能力。

2、微合金鋼：加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%左右并對鋼的組織性能有顯著或特殊影響的微量合金元素的鋼。

3、475脆化：是指鐵素體不銹鋼在ωcr≥15.5%，并在溫度400-500°c長期加熱時，常常出現(xiàn)強(qiáng)度升高而韌性下降的現(xiàn)象，并一般隨鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而脆化傾向嚴(yán)重。

4、蒙乃爾焊條：鎳銅鑄鐵焊條是指焊芯為鎳銅合金，其中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為70%，其余為銅。

5、鑄鐵球化衰退：是指焊接熔池存在一定時間后球化效果下降甚至消失的現(xiàn)象。

四、簡答題什么是非合金鋼，非合金鋼是如何分類的是指以鐵為基礎(chǔ)，以碳為合金元素，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超

過1.4%的鋼

按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可分為：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼 按用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼 2 中碳鋼的焊接性

一是由于碳本身的偏析以及促進(jìn)其他元素偏析，二是有CO氣孔，三是易發(fā)生冷裂紋和脆斷，所以中碳鋼的焊接性較差，且隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而越來越差。主要表現(xiàn)在熱裂紋、冷裂紋、氣孔和脆斷等現(xiàn)象 3 不銹鋼之所以不銹的原因

因為：一是不銹鋼中含一定量的Cr元素，能在鋼材表面形成不溶于腐蝕介質(zhì)的氧化鈍化膜，使金屬與外界介質(zhì)隔離而不發(fā)生化學(xué)作用；二是鉻的加入可提高鋼基體的電極電位；三是Ni、Mn等元素的加入會促使形成單相組織，阻止形成微電池，從而提高耐蝕性A耐熱鋼焊接后不同溫度熱處理的作用是什么

1、加熱在500度以下的低溫?zé)崽幚碇饕墙档蜌堄鄳?yīng)力，提高結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性；

2、加熱溫度在500-800度之間的中溫?zé)崽幚碇饕窍宇^中的殘余應(yīng)力以提高其抗應(yīng)力腐蝕的能力；

3、800-850度的高溫?zé)崽幚砜商岣呓宇^的蠕變極限和塑性；鋁及鋁合金焊接接頭耐蝕性下降的原因

1、主要原因首先是接頭組織不均勻；

2、是焊接接頭或多或少存在焊接缺陷如氣孔、夾雜、裂紋等

3、焊縫是粗大的鑄態(tài)組織，表面不平滑，表面氧化膜的連續(xù)性和致密性都較差；

4、焊接接頭中存在焊接殘余應(yīng)力

五、論述題

1、熱扎及正火鋼的焊接性？

熱扎級正火鋼中碳和合金元素的含量都較低，焊接性總的來說較好；但是，隨著合金元素含量的增加，焊接性變差。主要體現(xiàn)在焊接裂紋和熱影響區(qū)性能的變化。（1）焊接裂紋：

焊接冷裂紋：屈服點(diǎn)為295-390mpa熱扎鋼焊接性良好；440-490mpa的正火鋼對冷裂紋敏感，焊接性尚好；當(dāng)碳當(dāng)量超過0.5%時的18MnMoNb鋼，淬硬傾向嚴(yán)重，對冷裂紋敏感 焊接熱裂紋：一般不會產(chǎn)生，只有當(dāng)母材中的碳和硫同時在上限或嚴(yán)重偏析時，則會產(chǎn)生裂紋，應(yīng)減小熔合比

消除應(yīng)力裂紋：熱扎及正火鋼中，18MnMoNb和14MnMoV鋼有輕微的消除應(yīng)力裂紋傾向，可通過提高預(yù)熱溫度或焊后立即熱處理等措施來改善

層狀撕裂：主要與剛的冶煉軋制質(zhì)量、板厚、接頭形式、z向應(yīng)力有關(guān)。

（2）熱影響區(qū)性能變化

其主要是過熱區(qū)的脆化；在一些合金元素含量較低的鋼中有時可能出現(xiàn)熱應(yīng)變脆化問題

2、a不銹鋼焊接接頭中晶間腐蝕的產(chǎn)生位置原因防止措施 位置：局部沿著晶界腐蝕

原因：

1、焊態(tài)下已有Cr23C6析出，如多層焊縫的重復(fù)加熱區(qū)域；

2、接頭在焊態(tài)下無貧鉻層，但是焊后經(jīng)過敏化溫度區(qū)間，因而具有晶間腐蝕傾向。措施：（1）冶金措施：

1、使焊縫金屬具有奧氏體-鐵素體雙相組織，鐵素體的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)在4%-12%范圍內(nèi)

2、在焊縫金屬中滲入比鉻更容易與碳結(jié)合的穩(wěn)定化元素

3、最大限度的降低碳在焊縫金屬中的含量（2）工藝措施：

1、選擇熱輸入最小的焊接方法

2、采用小的焊接電流，最快的焊接速度

3、在操作上盡量采用窄焊縫，多道多層焊

4、強(qiáng)制焊接區(qū)的快速冷卻

5、進(jìn)行固溶處理或穩(wěn)定化處理

第二篇：《金屬》復(fù)習(xí)教案

《金屬的性質(zhì)》復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計

杞縣一高附中 孫巖

一、教學(xué)目標(biāo):

1、了解金屬一些物理性質(zhì)。

2、認(rèn)識常見金屬與氧氣、與酸、與鹽溶液的反應(yīng)；能利用金屬活動性順序表對有關(guān)反應(yīng)能否發(fā)生進(jìn)行簡單的判斷。

二、重點(diǎn)：金屬的化學(xué)性質(zhì)。

三、難點(diǎn)：金屬活動性順序及靈活運(yùn)用。

四、教學(xué)方法：問答、歸納、練習(xí)設(shè)計相結(jié)合。

五、教具：多媒體及課件。

六、教學(xué)過程：

一、金屬的物理性質(zhì)：如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等等，讓學(xué)生回憶、回答

二、金屬的化學(xué)性質(zhì)：

1、金屬與氧氣的反應(yīng)

2、金屬與酸的反應(yīng)

3、金屬與某些鹽溶液的反應(yīng)

讓學(xué)生邊思考、邊總結(jié)、邊回答，并且共同做一下練習(xí)題。

三、金屬活動性順序：這里是重難點(diǎn)，應(yīng)詳細(xì)講解、技巧記憶，加深理解，并讓學(xué)生學(xué)會靈活應(yīng)用。與學(xué)生一起完成習(xí)題。

四、講例題、做練習(xí)。使本節(jié)課的知識點(diǎn)得到延伸。

第三篇：冶金專業(yè)金屬學(xué)考試試題總復(fù)習(xí)。

填空題

1、根據(jù)采用的滲碳劑的不同，將滲碳分為

2、普通灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵中石墨的形態(tài)分別為。3、4、5、金屬的斷裂形式有 脆性斷裂和 延性斷裂 兩種。

6、7、金屬元素在鋼中形成的碳化物可分為兩類。

8、常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有

9、合金常見的相圖有 和具有穩(wěn)定化合物的二元相圖。

10、感應(yīng)表面淬火的技術(shù)條件主要包括_表面硬度有效淬硬深度 及 淬硬區(qū)的分布

11、選擇題

1、銅只有通過冷加工并經(jīng)隨后加熱才能使晶粒細(xì)化，而鐵則不需冷加工，只需加熱到一定溫度即使晶粒細(xì)化，其原因是

（C）A 鐵總是存在加工硬化，而銅沒有B 銅有加工硬化現(xiàn)象，而鐵沒有C 鐵在固態(tài)下有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，而銅沒有D 鐵和銅的再結(jié)晶溫度不同

2、常用不銹鋼有鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼和（A）

A 鐵素體-奧氏體不銹鋼B 馬氏體-奧氏體不銹鋼 C 萊氏體不銹鋼D 貝氏體不銹鋼

3、以下哪種鑄鐵的斷口呈灰黑色？（D）A 馬口鐵 B 白口鑄鐵C 麻口鑄鐵D灰鑄鐵

4、用于制造滲碳零件的鋼稱為（C）。A 結(jié)構(gòu)鋼B 合金鋼 C 滲碳鋼D 工具鋼

5、馬氏體組織有兩種形態(tài)（B）。A 板條、樹狀 B 板條、針狀 C 樹狀、針狀D 索狀、樹狀

6、實(shí)際生產(chǎn)中，金屬冷卻時（C）。

A理論結(jié)晶溫度總是低于實(shí)際結(jié)晶溫度B理論結(jié)晶溫度總是等于實(shí)際結(jié)晶溫度

C理論結(jié)晶溫度總是大于實(shí)際結(jié)晶溫度D實(shí)際結(jié)晶溫度和理論結(jié)晶溫度沒有關(guān)系

7、零件滲碳后，一般需經(jīng)過（A）才能達(dá)到表面硬度高而且耐磨的目的。

A淬火+低溫回火B(yǎng)正火C調(diào)質(zhì)D淬火+高溫回火

8、C曲線右移使淬火臨界冷卻速度（A），淬透性（A）。

A 減小、增大B 減小、減小C 增大、減小D、增大、增大

9、機(jī)械制造中，T10鋼常用來制造（B）A容器 B刀具 C軸承D齒輪

10、鋼經(jīng)表面淬火后將獲得：（A）A一定深度的馬氏體B全部馬氏體C下貝氏體D上貝氏體

11、GCrl5SiMn鋼的含鉻量是：（B）A15％B1．5％C0.15％D0.015％

12、鉛在常溫下的變形屬：(C)A冷變形 B彈性變形 C熱變形 D既有冷變形也有熱變形

13、黃銅是以（D）為主加元素的銅合金。A 鉛B 鐵C 錫 D 鋅

14、在Fe-Fe3C和圖中，奧氏體冷卻到ES線時開始析出（C）。A 鐵素體 B 珠光體 C 二次滲碳體 D 萊氏體

15、從金屬學(xué)的觀點(diǎn)來看，冷加工和熱加工是以（C）溫度為界限區(qū)分的。A結(jié)晶B 再結(jié)晶 C 相變 D25℃ 名詞解釋：

1、同素異晶轉(zhuǎn)變：部分金屬只有一種晶體結(jié)構(gòu)，但也有少數(shù)金屬如Fe、Ti、Co等具有兩種或多種晶體結(jié)構(gòu)，即具有多晶型。當(dāng)外部條件（溫度、壓強(qiáng)）改變時，金屬內(nèi)部由一種晶體結(jié)構(gòu)向另外一種晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變稱為多晶型轉(zhuǎn)變或同素異晶轉(zhuǎn)變。

2、晶格畸變：空位、間隙原子、置換原子的存在使其周圍原子間的相互作用失去平衡，偏離其平衡位置，就在這些缺陷的周圍出現(xiàn)一個涉及幾個原子間距范圍的彈性畸變區(qū)，因而引起周圍晶格產(chǎn)生畸變。

3、多晶體：通常固態(tài)金屬均由很多結(jié)晶顆粒組成，這些結(jié)晶顆粒稱為晶粒，凡由兩顆以上晶粒所組成的晶體稱為多晶體。

4、固溶體：凡溶質(zhì)原子完全溶于固態(tài)溶劑中，并能保持溶劑元素的晶格類型索形成的合金相稱為固溶體。

5、金屬間化合物：晶體結(jié)構(gòu)不同于組成化合物的組元，結(jié)合鍵主要為金屬鍵，兼有離子鍵，共價鍵，中間相具有金屬的性質(zhì)，稱為金屬件化合物。

6、合金：由兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)稱合金。

7、相：是指合金中結(jié)構(gòu)相同、成分相同，性能均一并以界面相互分開的均勻組成部分。

8、晶內(nèi)偏析：晶粒內(nèi)部成分不均勻的現(xiàn)象稱為晶內(nèi)偏析。

9、比重偏析：是由組成相與液體之間密度的差別所引起的一種區(qū)域偏析。

10、鐵素體：是碳溶于α鐵中的間隙固溶體，為體心立方晶格常用符號α或F表示。

11、奧氏體：是碳溶于γ鐵中的間隙固溶體，為面心立方晶格常用符號γ或A表示。

12、滲碳體：是鐵與碳形成的間隙化合物，含碳量6.69%，分子式Fe3C。

13、珠光體：共析轉(zhuǎn)變是在727°C恒溫下，由Wc=0.77%的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閃c=0.0218%的鐵素體和滲碳體組成的混合物。

14、萊氏體：共晶轉(zhuǎn)變形成的奧氏體與滲碳體的混合物，用符號Ld表示。

15、組織組成物：如αβαβ（α+β）在顯微組織中均能清楚地區(qū)分開，是組成顯微組織的獨(dú)立部分。

16、相組成物：從想的本質(zhì)看，都是由α和β兩相組成，所以αβ兩相稱為合金的相組成物。

17、加工硬化：在塑性變形過程中，隨著金屬內(nèi)部組織的變化，金屬的力學(xué)性能也將產(chǎn)生明顯的變化，即隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性下降，這一現(xiàn)象即為加工硬化或形變硬化。

18、熱處理：是將固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)?shù)某绦蜻M(jìn)行加熱、保溫和冷卻。以獲得索需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。

19、結(jié)晶: 結(jié)晶就是原子由不規(guī)則排列狀態(tài)（液態(tài)）過渡到規(guī)則排列狀態(tài)（固態(tài)）的過程。

20、自然時效:是指經(jīng)過冷、熱加工或熱處理的金屬材料，于室溫下發(fā)生性能隨時間而變化的現(xiàn)象。

簡答題：

1、實(shí)際金屬晶體中存在哪些晶體缺陷？對性能有哪些影響？點(diǎn)、線、面缺陷。點(diǎn)缺陷會造成晶格畸變，對金屬性能產(chǎn)生影響，如屈服度升高，電阻增大，體積膨脹等。點(diǎn)缺陷存在將加速金屬中的擴(kuò)散過程。線缺陷使刃型位錯金屬強(qiáng)度增大，螺型位錯對金屬材料的力學(xué)性質(zhì)，擴(kuò)散及相變等過程有重要影響。面缺陷對塑性變形與斷裂、固態(tài)相變，材料的物理化學(xué)及力學(xué)性能有顯著的影響。

2、簡述奧氏體晶粒對鋼在室溫下組織和性能的影響。奧氏體晶粒細(xì)小時，冷卻后轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織也細(xì)小，其強(qiáng)度與塑性韌性都較高，冷脆轉(zhuǎn)變溫度也較低；反之，粗大的奧氏體晶粒，冷卻轉(zhuǎn)變后仍獲得粗晶粒組織，使鋼的力學(xué)性能（特別是沖擊韌性）降低，甚至在淬火時發(fā)生變形、開裂。

3、簡述回火的目的。（1）降低零件脆性，消除或降低內(nèi)應(yīng)力；（2）獲得所要求的力學(xué)性能；（3）穩(wěn)定尺寸；（4）改善加工性。

4、試述耐磨鋼的耐磨原理。耐磨鋼工作時，如受到強(qiáng)烈的沖擊、壓力和摩擦，則表面因塑性變形會產(chǎn)生強(qiáng)烈的加工硬化，而使表面硬度提高到500—550HBS，因而獲得高的耐磨性，而心部仍保持原來奧氏體所具有的高的塑性與韌性。當(dāng)舊表面磨損后，新露出的表面又可在沖擊與摩擦作用下，獲得新的耐磨層。故這種鋼具有很高的抗沖擊能力與耐磨性，但在一般機(jī)器工作條件下，它并不耐磨。

5、寫出下列牌號數(shù)字及文字的含意，Q235-F、KTZ450-06、H68、LF5。答：Q235-F：表示普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，其屈服強(qiáng)度為235MPa，F(xiàn)表示是沸騰鋼。KTZ450-06：表示珠光體基體的可鍛鑄鐵，其表示最低抗拉強(qiáng)度為450MPa，最小伸長率為6%。H68：表示含銅68%的黃銅。LF5：表示防銹鋁，其序數(shù)號為5。

6、軸承鋼應(yīng)滿足哪些性能要求？（1）高的接觸疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度；（2）高的硬度和耐磨性；（3）高的彈性極限和一定的沖擊韌度；（4）有一定的抗蝕性。

7、

第四篇：金屬凝固原理復(fù)習(xí)大綱

金屬凝固原理復(fù)習(xí)大綱

緒論

1、凝固定義

宏觀上：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程。微觀上：激烈運(yùn)動的液體原子回復(fù)到規(guī)則排列的過程。

2、液態(tài)金屬凝固的實(shí)質(zhì)：原子由近程有序狀態(tài)過渡為長程有序狀態(tài)的過程

液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特征：“近程有序”、“遠(yuǎn)程無序”

組成：液態(tài)金屬是由游動的原子團(tuán)、空穴或裂紋構(gòu)成

3、液態(tài)金屬的性質(zhì)：粘度和表面張力

粘度的物理意義：單位接觸面積，單位速度梯度下兩層液體間的內(nèi)摩擦力

粘度的本質(zhì)上是原子間的結(jié)合力

影響液體金屬粘度的主要因素是：化學(xué)成分、溫度和夾雜物

表面張力的物理意義：作用于表面單位長度上與表面相切的力，單位N/m

影響液體金屬表面張力的主要因素是：熔點(diǎn)、溫度和溶質(zhì)元素。取決于質(zhì)點(diǎn)間的作用力

4、液體結(jié)構(gòu)的特性：近程有序和遠(yuǎn)程無序

晶體:凡是原子在空間呈規(guī)則的周期性重復(fù)排列的物質(zhì)稱為晶體。

單晶體:在晶體中所有原子排列位向相同者稱為單晶體

多晶體:大多數(shù)金屬通常是由位向不同的小單晶（晶粒）組成，屬于多晶體。

吸附是液體或氣體中某種物質(zhì)在相界面上產(chǎn)生濃度增高或降低的現(xiàn)象。

金屬從液態(tài)過渡為固體晶態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為一次結(jié)晶

金屬從一種固態(tài)過渡為另一種固體晶態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為二次結(jié)晶

當(dāng)向溶液中加入某種溶質(zhì)后，使溶液表面自由能降低，并且表面層溶質(zhì)的濃度大于溶液內(nèi)部深度，則稱該溶質(zhì)為表面活性物質(zhì)（或表面活性劑），這樣的吸附稱為正吸附。反之，如果加入溶質(zhì)后，使溶液的表面自由能升高，并且表面層的溶質(zhì)濃度小于液體內(nèi)部的濃度，則稱該溶質(zhì)為非表面活性物質(zhì)（或非表面活性劑），這樣的吸附為負(fù)吸附

第一章 凝固過程的傳熱

1、凝固過程的傳熱特點(diǎn)：“一熱、二遷、三傳”

“一熱”指熱量的傳輸是第一重要；

“二遷”指存在兩個界面，即固－液相間界面和金屬－鑄型間界面。

“三傳”指動量傳輸、質(zhì)量傳輸和熱量傳輸?shù)娜齻黢詈系娜S熱物理過程。

2、金屬型特點(diǎn)：具有很高的導(dǎo)熱性能；非金屬型鑄造特點(diǎn)：與金屬相比具有非常小熱導(dǎo)率，故凝固速度主要取決于鑄型的傳熱性能。鑄型外表面溫度變化不大，故可把鑄型看成是半無限厚的。

第二章 凝固動力學(xué)

1、自發(fā)過程：從不平衡態(tài)自發(fā)地移向平衡態(tài)的過程（不可逆過程）

2、化學(xué)勢：某一組元的化學(xué)勢為1mol該組元物質(zhì)的吉布斯自由能，是1mol的恒溫等壓勢。

3、公切線原理求相平衡P61.63

4、判斷平衡相（液相還是固相）P65

4、溶質(zhì)平衡分配系數(shù)K0：恒溫下固相溶質(zhì)濃度CS與液相溶質(zhì)濃度CL達(dá)到平衡時的比值。

K0=CS/CL=mL/mS=

5、界面曲率對溶質(zhì)平衡分配系數(shù)k0影響：曲率半徑小的晶體，其固液界面前沿富集起來的液相溶質(zhì)濃度比曲率半徑大的晶體小。在理想溶液中是均勻向下移動相圖中液固相線位置。

6、壓力對溶質(zhì)平衡分配系數(shù)k0的影響：均勻地向上移動相圖中液固相線位置。

第三章 凝固動力學(xué)

1、形核：亞穩(wěn)定的液態(tài)金屬通過起伏作用在某些微觀小區(qū)域內(nèi)生成穩(wěn)定存在的晶態(tài)小質(zhì)點(diǎn)的過程。

2、均質(zhì)形核：在沒有任何外來的均質(zhì)溶體中，依靠液體金屬內(nèi)部自身結(jié)構(gòu)自發(fā)地形核。均質(zhì)形核在溶體各處概率相同，全部固液界面都由形核過程提供。因此熱力學(xué)能障大，所需驅(qū)動力大。

異質(zhì)形核：在不均勻的溶體中依靠外來夾雜或型壁界面所提供的異質(zhì)界面進(jìn)行形核。異質(zhì)形核首先發(fā)生在外來界面處，因此能障較小，所需的驅(qū)動力也較小。

3、形核相變的驅(qū)動力：固液相體積自由能差；阻力：界面能。

4、形核速率是在單位體積中單位時間內(nèi)形成的晶核數(shù)目。

5、在液相中那些對形核有催化作用的現(xiàn)成界面上形成的晶核稱為非自發(fā)形核

6、均質(zhì)形核理論的局限性：

均質(zhì)形核是對理想純金屬而言的，其過冷度很大比實(shí)際液態(tài)金屬凝固時的過冷度大多了。實(shí)際上金屬結(jié)晶時的過冷度一般為幾分之一攝氏度到十幾攝氏度。實(shí)際的液態(tài)金屬(合金)在凝固過程中多為異質(zhì)形核。

7、均質(zhì)形核與異質(zhì)形核的異同：

相同點(diǎn)：異質(zhì)形核的臨界晶核半徑在形式上與均質(zhì)形核臨界晶核半徑完全相同

不同點(diǎn)：①均質(zhì)形核臨界晶核是球體，而異質(zhì)形核的晶核為球體的一部分（球冠），因而異質(zhì)晶核中所含原子數(shù)目少，這樣的晶坯易形成。②潤濕角θ與均質(zhì)形核無關(guān)，而影響異質(zhì)晶核的體積

8、形核劑的條件：

①適配度小 ②粗糙度大 ③分散性好 ④溫穩(wěn)定性好

9、當(dāng)晶格點(diǎn)陣適配度δ≤5% 時，通過點(diǎn)陣畸變過渡，可以實(shí)現(xiàn)界面兩側(cè)原子之間的一一對應(yīng)。這種界面稱為完全共格界面，其界面能較低，襯底促進(jìn)非均質(zhì)生核的能力很強(qiáng)；當(dāng)5%＜δ＜25%時為部分共格界面；當(dāng)δ≥25% 時，為不共格，夾雜物襯底無形核能力。

10、界面共格對應(yīng)原則：固相雜質(zhì)表面的原子排列規(guī)律和原子（晶粒細(xì)化劑的選擇原則）間距與新相晶核相近。（晶粒細(xì)化劑選擇原則）

11、粗糙界面（非小晶面）：微觀粗糙，宏觀光滑。非小晶面長大。大部分金屬屬于此類。

光滑界面（小晶面）：微觀光滑，宏觀粗糙。小晶面長大。非金屬、類金屬（Bi、Sb、Si）屬于此。

第四章 單相合金的凝固

1、合金可分為單相合金和多相合金兩大類。單相合金是指在凝固過程中只析出一個固相的合金，如固溶體、金屬間化合物等。多相合金是指凝固過程中同時析出兩個以上新相的合金如有共晶、包晶或偏晶轉(zhuǎn)變的合金。

2、溶質(zhì)再分配：合金在凝固過程中，已析出固相排出多余的溶質(zhì)原子（或溶劑原子），并富集在界面的液體中，造成成分分離的現(xiàn)象。（合金凝固過程的一大特點(diǎn)）

3、平衡分配系數(shù)Ko實(shí)際上描述了在固、液兩相共存的條件下溶質(zhì)原子在界面兩側(cè)的平衡分配特征。

4、成分過冷：合金晶體在長大過程中，因溶質(zhì)再分配而引起的過冷，稱為成分過冷。其過冷度稱為成分過冷的過冷度。

5、熱過冷：金屬凝固過程中，純粹由熱擴(kuò)散控制形成的過冷，稱為熱過冷，其過冷度稱為熱過冷的過冷度。

6、成分過冷條件：①合金凝固過程中溶質(zhì)在固-液界面前沿富集；②滿足成分過冷判別式。

7、成分過冷的過冷度在生長著的固-液界面處最小，離開界面逐漸增大，因此界面很不穩(wěn)定。

8、成分過冷降低了實(shí)際過冷度，阻礙了晶體的生長。凡是溶質(zhì)富集的地方，那里成分過冷就越大，其過冷度就越小，該處生長就越慢。

9、影響成分過冷的因素：

由成分過冷判據(jù)式可知，下列因素有利于成分過冷： ①液相中溫度梯度小，GL??； ②晶體生長速度快，v大； ③陡的液相線斜率，mL大； ④原始成分濃度高，C0大； ⑤液相中溶質(zhì)擴(kuò)散慢，DL低； ⑥k0＜1時，k0?。籯0＞1時，k0大

備注：①和②屬于工藝因素，③-⑥屬于合金方面因素。

10、強(qiáng)成分過冷元素（表面活性元素）的選取原則： ①熔點(diǎn)低

（液相線斜率陡，mL大）

②原子半徑大

（液相中溶質(zhì)擴(kuò)散慢，DL 低）③在合金中的固溶度小

（k0小）

11、成分過冷的單相合金四種宏觀生長方式（如右圖）：

①無成分過冷的平面生長

（GL1）②窄成分過冷區(qū)的胞狀生長

（GL2）③較寬成分過冷區(qū)的柱狀樹枝晶生長（GL3）④寬成分過冷區(qū)的自由樹枝晶生長

（GL4）

12、“外生生長”與“內(nèi)生生長”的概念：

外生生長：晶體自型壁生核，然后由外向內(nèi)單向延伸的生長方式。平面生長、胞狀生長和柱狀枝晶生長皆屬此類。

內(nèi)生生長：等軸枝晶在熔體內(nèi)部自由生長的方式。

13、合金固溶體凝固時的晶體生長形態(tài)：

? 不同的成分過冷情況（成分過冷主要結(jié)論?。?/p>

①無成分過冷——平面晶 ②窄成分過冷區(qū)間——胞狀晶

③成分過冷區(qū)間較寬——柱狀樹枝晶 ⑤寬成分過冷——內(nèi)部等軸晶

14、平面生長→胞狀生長→樹枝晶生長演變過程：

由大逐漸減小，即隨“成分過冷”程度增大，固溶體生長方式變化為：

平面晶→胞狀晶→胞狀樹枝晶(柱狀樹枝晶)→內(nèi)部等軸晶(自由樹枝晶)

第五章 多相合金的凝固

1、共晶組織的分類：

①規(guī)則共晶(金屬一金屬共晶)，屬于非小平面—非小平面共晶。? 固一液界面：在原子尺度上是粗糙界面。

? 組成：金屬—金屬相或金屬—金屬間化合物相。

? 組織形態(tài)：層片狀及棒狀（出現(xiàn)哪種結(jié)構(gòu)要取決于：①α與β相間的體積比②第三組元的存在。若某一相體積分?jǐn)?shù)小于1/π時，該相出現(xiàn)棒狀結(jié)構(gòu)；若體積分?jǐn)?shù)在1/π-1/2之間時，兩相均以片狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。造成原因：結(jié)構(gòu)表面能的大小。體積分?jǐn)?shù)小于1/π時，棒狀結(jié)構(gòu)表面能小于片狀結(jié)構(gòu)；體積分?jǐn)?shù)在1/π-1/2之間時，片狀結(jié)構(gòu)表面能小于棒狀結(jié)構(gòu)）。

? 決定共晶兩相長大的因素：熱流的方向和兩組元在液相中的擴(kuò)散，兩相長大過程互相依賴的關(guān)系是界面附近的溶質(zhì)橫向擴(kuò)散。

?

固一液界面形態(tài)：將近似地保持著平面，其等溫面基本上也是平直的。（每一相的長大受著另一相存在的影響，當(dāng)共晶結(jié)晶時，兩相并排地結(jié)晶出來并垂直于固一液界面長大）。

②非規(guī)則共晶(金屬一非金屬共晶)，屬于非小平面一小平面。? 固一液界面：一個是特定的晶面。

? 組織形態(tài)：多種多樣，簡化為片狀與絲狀兩大類。

? 固一液界面形態(tài)：非平面的且是極不規(guī)則的，其等溫面也不是平直的?！鹘饘佟饘俟簿c金屬—非金屬共晶相同點(diǎn)：熱力學(xué)原理和動力學(xué)原理一樣；不同點(diǎn)如上所述。

2、共生生長：在共晶合金結(jié)晶時，后析出的相依附于領(lǐng)先相表面而析出，進(jìn)而形成相互交疊的雙相晶核且具有共同的生長界面，依靠溶質(zhì)原子在界面前沿兩相間的橫向擴(kuò)散，互相不斷地為相鄰的另一相提供生長所需的組元，彼此偶合的共同向前生長。

3、離異生長：兩相沒有共同的生長界面，它們各以不同的速度而獨(dú)立生長，在形成的組織中沒有共生共晶的特征，這種非共生生長的共晶結(jié)晶方式稱為離異生長，所形成的組織稱為離異共晶。

4、偏晶合金的最終顯微形貌將要取決于三個界面能、L1與L2的密度差以及固一液界面的推進(jìn)速度

5、晶體生長機(jī)制（方式）：

? 非小晶面結(jié)構(gòu)——連續(xù)長大（正常長大）

? 小晶面結(jié)構(gòu)——側(cè)面長大

①二維晶核臺階

②晶體缺陷臺階：螺位錯、孿晶溝槽。

6、“側(cè)面長大”方式的三種機(jī)制：

? 二維晶核機(jī)制：臺階在界面鋪滿后即消失，要進(jìn)一步長大仍須再產(chǎn)生二維晶核。? 螺旋位錯機(jī)制：這種螺旋位錯臺階在生長過程中不會消失。? 孿晶面機(jī)制：長大過程中溝槽可保持下去，長大不斷地進(jìn)行。

7、非平衡狀態(tài)下的共晶生長區(qū)P173

第六章 金屬凝固的宏觀組織

1、澆注及凝固過程中液體的三種流動形式: ①澆注時存在液流的沖刷——強(qiáng)制對流。②澆注時及澆注完畢后液體存在自然對流。

③存在著枝晶間及分枝間的液體流動——微觀流動。

2、金屬凝固的典型宏觀組織： ①表層細(xì)晶區(qū)

②內(nèi)部柱狀晶區(qū)：晶粒垂直于型壁排列，且平行于熱流方向 ③中心等軸晶區(qū)：晶粒較為粗大

3、獲得細(xì)等軸晶的措施：

①增大冷卻速度（V冷↑）和降低澆注溫度（t澆↓）

②加強(qiáng)液體在澆注和凝固期間的流動

（促使型壁上已凝固層晶體的脫落，分枝的熔斷脫落及脫落晶體的增殖。）③孕育處理 ⑴外加晶核：

（在澆注時向液流中加入被細(xì)化相具有界面共格對應(yīng)的高熔點(diǎn)物質(zhì)或同類金屬的碎粒，使之成為異質(zhì)形核的有效襯底，促使異質(zhì)形核，增加晶粒數(shù)而細(xì)化晶粒。）⑵采用生核劑

（加入的物質(zhì)不一定能作為晶核，但通過它與液態(tài)金屬的某些元素相互作用，能產(chǎn)生晶核或成為有效襯底，這類物質(zhì)稱為生核劑。）⑶采用強(qiáng)過冷成分元素

（強(qiáng)成分過冷元素在Al-Si合金中稱為變質(zhì)劑，生產(chǎn)中稱為變質(zhì)處理）

孕育處理是指在凝固過程中，向液態(tài)金屬中添加少量其它物質(zhì)，促進(jìn)形核、抑制生長，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。

——————————————————————————————————————— 簡答題目：

1、純金屬和實(shí)際金屬液態(tài)結(jié)構(gòu)有何異同？

純金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)：接近熔點(diǎn)的液態(tài)金屬是由和原子晶體顯微晶體和“空穴”組成。

實(shí)際金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)：存在著兩種起伏：能量起伏、濃度起伏。微觀上是由結(jié)構(gòu)和成分不同的游動原子集團(tuán)，空穴和許多固態(tài)，氣態(tài)，液態(tài)化合物組成，是一種渾濁液體，而從化學(xué)鍵上看除了金屬基體與其合金元素組成的金屬鍵外，還存在著其他化學(xué)健。

2、液態(tài)金屬的基本特征是什么？

①有固定的體積。②有很好的流動性。③物理化學(xué)性質(zhì)接近于固態(tài)，而遠(yuǎn)離氣態(tài)。

3、相平衡條件 相平衡時，每一組元在共存的各相中的化學(xué)勢都必須相等。在k個元素含有p個相的體系中，恒溫等壓的化學(xué)平衡條件是：

4、固液界面在結(jié)構(gòu)上有哪兩種類型？他們在微觀和宏觀上的特點(diǎn)是什么？

光滑界面（小平面）和粗糙界面（非小平面）。粗糙界面：微觀粗糙，宏觀光滑；光滑界面：微觀光滑，宏觀粗糙。

5、界面類型的實(shí)質(zhì)是什么？

能量最低時的原子沉積幾率不同。能量最低時原子沉積幾率近似為0或1，說明是光滑界面；能量最低時原子沉積幾率近似為遠(yuǎn)離0或1，說明是粗糙界面。

6、討論長大機(jī)制與過冷度的關(guān)系。

①過冷度小，按螺位錯方式長大；②過冷度大，連續(xù)長大；③二維晶核長大在任何情況下，可能性都不大。

7、形核的首要條件是什么？

形核的首要條件是系統(tǒng)必須處于亞穩(wěn)態(tài)提供相變驅(qū)動力；其次需要通過起伏作用克服能障才能形成穩(wěn)定存在的晶核并確保其進(jìn)一步生長。

8、為什么自發(fā)形核的臨界形核功等于形成臨界形核表面能的1/3？ 見P93

9、均質(zhì)形核機(jī)制必須具備哪些條件？

①冷液體中存在相起伏，以提供固相晶核的晶胚。

②形核導(dǎo)致體積自由能降低，界面自由能提高。為此，晶胚需要體積達(dá)到一定尺寸才能穩(wěn)定存在。

③過冷液體中存在能量起伏和溫度起伏，以提供臨界形核功。④為維持形核功，需要一定的過冷度

10、即三個基本條件：過冷度，能量起伏，結(jié)構(gòu)起伏。為什么過冷度是液態(tài)金屬凝固的驅(qū)動力？

等壓條件下，體系自由能隨溫度升高而降低，且液態(tài)金屬自由能隨溫度降低的趨勢大于固態(tài)金屬。在熔點(diǎn)附近凝固時，熱焓和熵值隨溫度的變化可忽略不計，則有相變驅(qū)動力：

過冷度△T＝T-Tm為金屬凝固的驅(qū)動力，過冷度越大，凝固驅(qū)動力越大；金屬不可能在T＝Tm時凝固。

11、為什么說異質(zhì)形核比均質(zhì)形核容易？影響異質(zhì)形核的基本因素和其他條件是什么？（1）因為均質(zhì)形核在其形核過程中為克服過程中的能障，所需要的過冷度是很大的，而實(shí)際金屬凝固過程中的過冷度遠(yuǎn)小于此，所以較難發(fā)生；對異質(zhì)形核而言，液態(tài)金屬中存在一些微小的固相雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)，并且液態(tài)金屬在凝固時還和型壁相接觸，于是晶核就可以優(yōu)先依附于這些現(xiàn)成的固體表面形核，因此形核所需的過冷度大大降低，所以異質(zhì)形核比均質(zhì)形核更容易。

12、界面共格對應(yīng)原則的實(shí)質(zhì)是什么？ 增大固、液兩相界面附著力，減小異質(zhì)形核的形核功，使固相質(zhì)點(diǎn)成為異質(zhì)形核的有效襯底。

13、成分過冷的判據(jù)式（有過冷/無過冷）無成分過冷判據(jù)式為：

有成分過冷判據(jù)式

為：

14、成分過冷的本質(zhì)是什么？

①成分過冷使實(shí)際過冷度降低，阻礙固液界面的推進(jìn)。②成分過冷使界面不穩(wěn)定，不能保持平面生長。

③成分過冷阻止原有界面的生長，促進(jìn)界面前方液相中形核。

15、共生生長具備的兩個基本條件是什么？

①兩相生長能力要相近，且析出相要容易在先析出相上形核和長大。②A、B兩組元在界面前沿的橫向傳輸能保證兩相等速生長的需要。期末成績=考試60％+平時40％

一、填空題

15×1分=15分

二、名詞解釋題

5×4分=20分

三、簡答題

5×5分=25分

四、計算與證明

3×10分=30分

五、論述題

1×10分=10分

第五篇：金屬基復(fù)合材料考試題目（推薦）

1、金屬基復(fù)合材料的特性有哪些？請詳細(xì)說明。

答：金屬基復(fù)合材料的性能取決于所選的金屬和或合金基體和增強(qiáng)體的特性、含量、分布等。通過優(yōu)化組合可以獲得既具有金屬特性，又具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐熱、耐磨等綜合性能。綜合歸納金屬基復(fù)合材料具有以下性能特點(diǎn)： 1.高比強(qiáng)度、高比模量

由于金屬基體中加入了適量的高強(qiáng)度、高模量、低密度的纖維、晶須、顆粒等增強(qiáng)體，明顯提高復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量，特別是高性能連續(xù)纖維—硼纖維、碳(石墨)纖維、碳化硅纖維等增強(qiáng)物，具有很高的強(qiáng)度和模量。2.導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能

金屬基復(fù)合材料中金屬基體占有很高的體積分?jǐn)?shù)，一般在60%以上，因此仍然保持金屬所特有的良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性。在金屬基復(fù)合材料中采用高導(dǎo)熱性的增強(qiáng)體可以進(jìn)一步提高金屬基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率比純金屬基體還高。3.熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好

金屬基復(fù)合材料中所用的增強(qiáng)物碳纖維、碳化硅纖維、晶須、顆粒、硼纖維等既具有很小的熱膨脹系數(shù)，又有很高的模量，特別是超高模量的石墨纖維具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)。加入相當(dāng)含量的增強(qiáng)體不僅大幅度提高材料的強(qiáng)度和模量，也使其熱膨脹系數(shù)明顯下降并可通過調(diào)整增強(qiáng)體的含量獲得不同的熱膨脹系數(shù)，以滿足各種工況要求。4.良好的高溫性能

由于金屬基體的高溫性能比聚合物高很多，增強(qiáng)纖維、晶須、顆粒在高溫下又都具有高的高溫強(qiáng)度和模量，因此金屬基復(fù)合材料具有比基體金屬更高的高溫性能，特別是連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。5.耐磨性好

金屬基復(fù)合材料，尤其是陶瓷纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料具有很好的耐磨性。

6.良好的疲勞性能和斷裂韌度

金屬基復(fù)合材料的疲勞性能和斷裂韌度取決于纖維等增強(qiáng)體與金屬基體的界面結(jié)合狀態(tài)，增強(qiáng)體在金屬體重的分布以及金屬、增強(qiáng)體本身的特性，特別是界面狀態(tài)。最佳的界面狀態(tài)既可以有效地傳遞載荷，又能阻止裂紋的擴(kuò)展，提高材料的斷裂韌度。

7.不吸潮，不老化，氣密性好 與聚合物相比，金屬性質(zhì)穩(wěn)定、組織致密，不存在老化、分解、吸潮等問題，也不會發(fā)生性能的自然退化，具有明顯的優(yōu)越性。

總之，金屬基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量等以上所述的優(yōu)異的綜合性能，使金屬基復(fù)合材料在航天、航空、電子、汽車等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。

2、金屬基復(fù)合材料基體的選擇原則有哪些？請詳細(xì)說明。

答：金屬與合金的品種繁多，目前用作金屬基復(fù)合材料的基體金屬有鋁及鋁合金、鎂合金、鈦合金、鎳合金、銅與銅合金、鋅合金、鉛、鈦鋁、鎳鋁金屬間化合物等?；w材料的正確選擇，對于能否充分組合和發(fā)揮基體金屬和增強(qiáng)物性能，獲得預(yù)期的優(yōu)異綜合性能以滿足使用要求十分重要。1.金屬基復(fù)合材料的使用要求

金屬基復(fù)合材料構(gòu)件的使用性能要求是選擇金屬基體材料最重要的依據(jù)。在宇航、航空、先進(jìn)武器、電子、汽車等技術(shù)領(lǐng)域和不同的工作條件下，對復(fù)合材料的性能要求很大，需選擇不同基體的復(fù)合材料。在航天、航空技術(shù)中高比強(qiáng)度、高比模量、尺寸穩(wěn)定性是最重要的性能要求。此外，高性能發(fā)動機(jī)還要有優(yōu)良的耐高溫性能。電子工業(yè)集成電路則需要高導(dǎo)熱、低熱膨脹的金屬基復(fù)合材料作為散熱元件和基板。

2.金屬基復(fù)合材料組成的特點(diǎn)

金屬基復(fù)合材料有連續(xù)增強(qiáng)和非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，由于增強(qiáng)體的性質(zhì)和增強(qiáng)機(jī)制不同，在基體材料的選擇原則上有很大差別。

對于連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，纖維是主要承載物體。纖維本身具有很高的強(qiáng)度和模量，金屬基體的強(qiáng)度和模量遠(yuǎn)低于纖維的性能，因此在連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中基體主要作用是以發(fā)揮增強(qiáng)纖維的性能為主，基體本身應(yīng)與纖維有良好的相容性和塑性，基體不需要很高的強(qiáng)度。

對于非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，基體的強(qiáng)度對非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料有絕對的影響。因此要獲得高性能的金屬基復(fù)合材料必須選用高強(qiáng)度的鋁合金為基體。

總之針對不同的增強(qiáng)體系，要充分分析和考慮增強(qiáng)體的特點(diǎn)來正確選擇基體合金。

3.基體金屬與增強(qiáng)體的相容性

金屬基復(fù)合材料制備過程中金屬基體與增強(qiáng)體在高溫復(fù)合過程中會發(fā)生不同程度的界面反應(yīng)，基體金屬中往往含有不同烈性的合金元素，這些合金元素與增強(qiáng)體的反應(yīng)程度不同，反應(yīng)后生成的反應(yīng)產(chǎn)物也不同，在選用基體合金成分時盡可能選擇既有利于金屬與增強(qiáng)體浸潤復(fù)合，又有利于形成合適穩(wěn)定的界面的合金元素。如碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中，在純鋁中加入少量的Ti、Zr等元素可以明顯的改善復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)和性能，提高復(fù)合材料的性能。鐵鎳元素是促進(jìn)碳石墨化的元素，用鐵鎳作為基體，碳纖維作為增強(qiáng)體是不可取的。

金屬基復(fù)合材料需要在高溫下成型，制備過程中，處于高溫?zé)崃W(xué)非平衡狀態(tài)下的纖維與金屬之間很容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在界面形成反應(yīng)層。界面反應(yīng)層大多是脆性的，當(dāng)反應(yīng)層達(dá)到一定厚度后，材料受力時將會因界面層的斷裂伸長小而產(chǎn)生裂紋，并向周圍纖維擴(kuò)展，容易引起纖維斷裂，導(dǎo)致復(fù)合材料整體破壞。在選擇基體時要充分考慮與增強(qiáng)體的相容性，特別是化學(xué)相容性，并盡可能在復(fù)合材料成型過程中抑制界面反應(yīng)。

3、請陳述金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體的特性及分類。

答：金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體的基本特性如下：

1．增強(qiáng)體應(yīng)具有能明顯提高金屬基體某種所需特性的性能，如高的比強(qiáng)度、比模量、高導(dǎo)熱性、耐熱性、耐磨性、低熱膨脹等，以便賦予金屬基體所需的某種特性和綜合性能。

2．增強(qiáng)體應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。在金屬基復(fù)合材料制備和使用過程中其組織結(jié)構(gòu)和性能不發(fā)生明顯的變化和退化，與金屬基體有良好的化學(xué)相容性，不發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)。

3．與金屬好的浸潤性，或通過表面處理能與金屬基體良好浸潤、復(fù)合和分布均勻。此外，增強(qiáng)體的成本也是應(yīng)考慮的一個重要因素。

金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體分類如下：

1．纖維類增強(qiáng)體。包括連續(xù)長纖維和短纖維兩種。連續(xù)長纖維的長度均超過數(shù)百米，纖維性能有方向性，一般沿軸向有很高的強(qiáng)度和彈性模量。短纖維一般由幾毫米到幾十毫米，排列無方向性，通常采用生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高的噴射法制造。

2．顆粒增強(qiáng)體，包括外加和內(nèi)生兩種，一般是陶瓷和石墨等非金屬顆粒。3．晶須類增強(qiáng)體。根據(jù)化學(xué)成分不同，晶須可分為陶瓷晶須和金屬晶須兩類。陶瓷晶須包括氧化物和非氧化物晶須，金屬晶須包括Cu、Cr、Fe、Ni晶須。4．其他增強(qiáng)體。用于金屬基復(fù)合材料的高強(qiáng)度、高模量金屬絲增強(qiáng)體，主要有鐵絲、高強(qiáng)度鋼絲、不銹鋼絲和鎢絲等。

4、金屬基復(fù)合材料制造中的關(guān)鍵技術(shù)問題有哪些？請詳細(xì)說明。

答：

由于金屬所固有的物理和化學(xué)特性，其加工性能不如樹脂好，在制造金屬基復(fù)合材料中需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)問題，主要包括：

1．在高溫下易發(fā)生不利的化學(xué)反應(yīng) 在加工過程中，為了確?；w的浸潤性和流動性，需要采用很高的加工溫度（往往接近或高于基體的熔點(diǎn)）。在高溫下，基體與增強(qiáng)材料易發(fā)生界面反應(yīng)，有時會發(fā)生氧化而生成有害的反應(yīng)產(chǎn)物。這些反應(yīng)往往會對增強(qiáng)材料造成損害，形成過強(qiáng)結(jié)合界面，而過強(qiáng)結(jié)合界面會使材料產(chǎn)生早期低應(yīng)力破壞。同時，高溫下反應(yīng)的產(chǎn)物通常呈脆性，會成為復(fù)合材料整體破壞的裂紋源。因此，控制復(fù)合材料的加工溫度是一項關(guān)鍵技術(shù)。

解決的方法是：盡量縮短高溫加工時間，使增強(qiáng)材料與基體界面反應(yīng)降至最低溫度；通過提高工作壓力使增強(qiáng)材料與基體浸潤速度加快；采用擴(kuò)散粘接法可有效地控制溫度并縮短時間。

2．增強(qiáng)材料與基體潤濕性差 絕大多數(shù)的金屬基復(fù)合材料如：碳/鋁、碳/鎂、碳化硅/鋁、氧化鋁/銅等，基體對增強(qiáng)材料潤濕性差，有時根本不會發(fā)生潤濕現(xiàn)象。

解決的方法是：加入合金元素，優(yōu)化基體組分，改善基體對增強(qiáng)材料的潤濕性，常用的合金元素有鈦、鋯、鈮、鈰等；對增強(qiáng)材料進(jìn)行表面處理，涂覆一層可抑制界面反應(yīng)的涂層，可有效改善其潤濕性。表面涂層涂覆方法很多，如化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、溶膠-凝膠和電鍍或化學(xué)鍍等。

3．如何使增強(qiáng)材料按所需方向均勻的分布于基體中 增強(qiáng)材料的種類較多，如短纖維、晶須、顆粒等，還有直徑較粗的單絲、直徑較細(xì)的纖維束等，同時在尺寸、形態(tài)、理化性能上也有很大差異，使其均勻地、或按設(shè)計強(qiáng)度的需要分布比較困難。

解決的方法是：對增強(qiáng)材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，使其浸漬基體速度加快；加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪馗纳苹w的分散性；施加適當(dāng)?shù)膲毫?，使基體分散性增大。

5、金屬基復(fù)合材料的二次成形加工技術(shù)有哪些？請分別陳述。

答：為了制成實(shí)用的金屬基復(fù)合材料構(gòu)件，需對金屬基復(fù)合材料進(jìn)行二次成型加工和切削加工。由于增強(qiáng)物的加入給金屬基復(fù)合材料的二次加工帶來很大的困難，如陶瓷纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，增強(qiáng)物硬度高、耐磨，使這種復(fù)合材料的切削加工十分困難。不向類型的金同基復(fù)合材料構(gòu)件的加工要求和難度有很大差別，對連續(xù)纖維增強(qiáng)金屆基復(fù)合材料構(gòu)件一般在復(fù)合過程中完成成型過程，輔以少量的切削加工和連接即成構(gòu)件而短纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料則可采用鑄造、擠壓、超塑成型、焊接、切削加工等二次加工制成實(shí)用的金屬基復(fù)合材料構(gòu)件。

常用的生產(chǎn)有色金屬鑄件的鑄造方法可用來制造顆粒增強(qiáng)鋁基、鎂基復(fù)合材料鑄件，但由于增強(qiáng)顆粒的加入改變了金屬熔體的粘度、流動性等性質(zhì)，高溫時還可能發(fā)生增強(qiáng)顆粒與基體金屬之間的化學(xué)反應(yīng)、顆粒的沉降等問題，因此在選擇工藝方法和參數(shù)時必須考慮金屬基復(fù)合成料的特點(diǎn)，對現(xiàn)有鑄造工藝做必要的改進(jìn)。鑄造法是—種經(jīng)濟(jì)、可批量生產(chǎn)復(fù)雜零件的有效方法，并可借鑒現(xiàn)有成熟的鑄造工藝，是生產(chǎn)顆耽增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料零件的主要方法。

對于非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料利用擠壓、模鍛、超塑成型等工藝方法制造型材和零件也是一種工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)金屬基復(fù)合材料零件的有效方法，這種方法生產(chǎn)出來的零件組織致密，性能好?，F(xiàn)有的擠壓、鍛造等工藝和設(shè)備均可借鑒用于制造短纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其中顆粒增強(qiáng)鋁基、鎂基復(fù)合材料用得更多。出于金屬基體中含有一定體積分?jǐn)?shù)的增強(qiáng)物(晶須、顆粒)，大大降低了金屬的塑性，變形阻力大，成型困難，堅硬的增強(qiáng)顆粒將磨損模具，因此對常規(guī)的工藝需進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，如擠壓、鍛造溫度、擠壓速度、擠壓力等。

金屬基復(fù)合材料由于連續(xù)纖維、短纖維、品須、顆粒等增強(qiáng)物的存在，給切削加工帶來很大困難。連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具有明顯的各向異性，沿纖維方向材料的強(qiáng)度高，而垂直纖維方向性能低，纖維與基體的結(jié)合強(qiáng)度低，因此在加工過程中容易造成分層脫粘現(xiàn)象，破壞了材料的連續(xù)性，用常規(guī)的刀具和方法難以加工。而晶須、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料由于增強(qiáng)物均很堅硬，本身就是磨料，在加工過程中對刀具的磨損十分嚴(yán)重。金屬基復(fù)合材料加工困難，加工成本高也是金屬基復(fù)合材料發(fā)展的障礙之一。

為了制造金屬基復(fù)合材料構(gòu)件，焊接工藝常需采用，如自行車架、汽車傳動鈾、航天飛行器中的構(gòu)件等。增強(qiáng)物的加入影響焊接熔池的粘度和流動性，增強(qiáng)物與基體金屬的化學(xué)反應(yīng)又限制了焊接速度，給金屬基復(fù)合材料焊接造成較大的困難。金屬基復(fù)合材料的焊接工藝過程研究工作尚屆初期階段，許多技術(shù)困難正在研究解決中，這也是金屬基復(fù)合材料研究應(yīng)用中的一個重要問題。

6、請介紹金屬基復(fù)合材料的各種界面結(jié)合機(jī)制。

答：界面的結(jié)合力有三種：機(jī)械結(jié)合力、物理結(jié)合力和化學(xué)結(jié)合力。機(jī)械結(jié)合力就是摩擦力，它決定于增強(qiáng)體的比表面和表面粗糙度以及基體的收縮，比便面和表面粗糙度越大，基體收縮越大、摩擦力也越大。機(jī)械結(jié)合力存在于所有復(fù)合材料中。

物理結(jié)合力包括范德華力和氫鍵，它存在于所有復(fù)合材料中，但在聚合物基體材料中占有很重要的地位。

化學(xué)結(jié)合力就是化學(xué)鍵，它在金屬基符合材料中有重要作用。

由上面三種結(jié)合力，金屬基符合材料中界面結(jié)合形式可以分為下面六種： 1．

機(jī)械結(jié)合這是基體與增強(qiáng)物之間純粹靠機(jī)械連接的一種結(jié)合形式，它由粗糙的增強(qiáng)物表面及基體的收縮產(chǎn)生摩擦力完成。具有這類界面結(jié)合的復(fù)合材料的力學(xué)性能，不宜作結(jié)構(gòu)材料使用。例如，以機(jī)械結(jié)合的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料除承受不大的縱向載荷外，不能承受其他類型的載荷。事實(shí)上由于材料總有范德華力存在，純粹的機(jī)械結(jié)合很難實(shí)現(xiàn)。2．

溶解和潤濕結(jié)合

溶解和潤濕結(jié)合是基體與增強(qiáng)物之間發(fā)生潤濕（潤濕角＜90℃)，并伴隨一定程度的相互溶解（也可能基體和增強(qiáng)物之一溶解于另一種中）而產(chǎn)生的一種結(jié)合形式。這種結(jié)合是靠原子范圍內(nèi)電子的相互作用產(chǎn)生的，因此要求復(fù)合材料各組元的原子彼此接近到幾個原子直徑的范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)。增強(qiáng)體表面吸附的氣體和污染物都會妨礙這種結(jié)合的形成，所以必須進(jìn)行處理，除去吸附氣體和污染物。3．

反應(yīng)結(jié)合

這是基體與增強(qiáng)物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在界面上形成化合物而產(chǎn)生的一種結(jié)合形式。其中典型的代表為Al-C和Ti-B系。但在Al-C和Ti-B兩個體系中，如果工藝參數(shù)控制不當(dāng)，沒有采取相應(yīng)的措施，以致在界面上生成過量的脆性反應(yīng)產(chǎn)物，材料強(qiáng)度降低。像這類不能提供有使用價值的復(fù)合材料的結(jié)合，不能稱之為復(fù)合材料。4．

交換反應(yīng)結(jié)合

交換反應(yīng)結(jié)合是基體（含兩種以上元素）與增強(qiáng)物之間，除發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在界面上形成化合物外，還有通過擴(kuò)散發(fā)生元素交換的一種結(jié)合形式。鈦合金（例如Ti-8Al-1V-1Mo）-硼系是這種結(jié)合的典型代表。鈦與硼的作用分為兩個階段：

Ti（Al）+2B→（Ti，Al）B2

（Ti，Al）B2+Ti→TiB2+Ti（Al）

即首先形成（Ti，Al）B2，然后因為Ti與B的親和力大于Al與B的親和力，（Ti，Al）B2中的Al被Ti置換出來，再擴(kuò)散到鈦合金中。因此，界面附近的基體中有鋁的富集，這構(gòu)成了額外的擴(kuò)散阻擋層，使反應(yīng)速度常數(shù)降低。5．

氧化物結(jié)合

這種結(jié)合實(shí)際上是結(jié)合的一種特殊情況。例如Ni-Al2O3復(fù)合材料的結(jié)合本來是機(jī)械結(jié)合，但在氧化性氣氛中Ni氧化后，與Al2O3作用形成NiO?Al2O3，變成了反應(yīng)結(jié)合。又如鋁-硼、鋁-碳化硅復(fù)合材料，由于鋁表面上的氧化物膜與硼纖維上的硼的氧化物，或碳化硅纖維上的硅氧化物間發(fā)生相互作用，形成氧化物結(jié)合。正是這種氧化物膜提供了復(fù)合材料的表觀穩(wěn)定性。6．

混合結(jié)合

這種結(jié)合是最重要、最普遍的結(jié)合形式之一，因為在實(shí)際的復(fù)合材料中經(jīng)常同時存在幾種結(jié)合形式。例如在Al-B系中如果制造溫度較低，氧化膜不破壞，則形成機(jī)械結(jié)合；如果溫度較高（高于基體的熔點(diǎn)），氧化膜部分破壞，形成反應(yīng)結(jié)合，就變成混合結(jié)合了。