文章來源：微信公衆号 工藝文學

1、金屬有哪幾種常見的晶體結構？原子排列和晶格常數有什麼特點？

答：體心立方結構：Cr、V、Mo和α-Fe等30多種純金屬，晶胞特點：8個原子組成立方體，體中心有一個原子，在體對角線上原子相互接觸-最密排方向。晶格常數：a=b=c；軸間夾角α=β=γ=90o面心立方結構：Cu、Ni、Al、γ-Fe等約20種純金屬，晶胞特點：8個原子組成立方體，每一面中心有一個原子，在面對角線上原子相互接觸-最密排方向。晶格常數：a=b=c；軸間夾角α=β=γ=90o密排六方結構：Mg、Zn、Cd、Be等20多種純金屬 晶胞特點：12個原子組成一個簡單六方體，上下兩個六方面的中心各有一個原子，而且在兩個六方面之間還有三個原子，晶格常數：a=b（六方面的邊長）、c（上下六方面的距離）；α=β=90o，γ=120o。

2、實際晶體中的晶體結構缺陷有哪些？

①點缺陷：三個方向上的尺寸都很小，不越過幾個原子間距。空位、間隙原子、置換原子.

②線缺陷：在兩個方向的尺寸很小，而第三個方向上的尺寸很大。刃型位錯、螺型位錯、混合位錯。

③面缺陷：一個方向上尺寸很小，其餘兩個方向上的尺寸則很大。晶體外表面，各種内界面（晶界、孿晶界、亞晶界、相界、層錯等）。

④體缺陷：三個方向上的尺寸都較大。空洞、固溶體内的偏聚區、夾雜物等。

3、說明晶界有哪些特性？

(1) 晶界有界面能，晶粒越細晶界越多，能量越高，越不穩定。晶粒有自發長大的趨勢。

(2) 常溫下，晶粒越細，金屬的強度和硬度越高。細化晶粒是強化金屬的重要手段之一。

(3)原子在晶界處的擴散速度比在晶粒内快。

(4) 相變時新相往往首先在母相的晶界上形核。

(5) 能降低晶界界面能的元素将優先富集于晶界，形成内吸附。

(6) 晶界容易被優先腐蝕和氧化。

4、何謂細晶強化？如何獲得細晶粒組織？

細晶強化：細化晶粒不僅能提高材料的強度和硬度，還能提高材料的韌性和塑性。工業上将通過細化晶粒來提高材料強度的方法稱為細晶強化。

方法：

1）增加結晶時的冷卻速度

2）變質處理

3）振動或電磁攪拌.

3、試比較均勻形核與非均勻形核的異同點。

相同點：

1）形核的驅動力和阻力相同；

2）臨界晶核半徑相等；

3）形成臨界晶核需要形核功；

4）結構起伏和能量起伏是形核的基礎；

5）形核需要一個臨界過冷度；

6）形核率在達到極大值之前，随過冷度增大而增加。

與均勻形核相比，非均勻形核的特點：

1）非均勻形核與固體雜質接觸，減少了表面自由能的增加；

2）非均勻形核的晶核體積小，形核功小，形核所需結構起伏和能量起伏就小；形核容易，臨界過冷度小；

3）非均勻形核時晶核形狀和體積由臨界晶核半徑和接觸角共同決定；臨界晶核半徑相同時，接觸角越小，晶核體積越小，形核越容易；

4）非均勻形核的形核率随過冷度增大而增加，當超過極大值後下降一段然後終止；此外，非均勻形核的形核率還與固體雜質的結構和表面形貌有關。

5、試給出采用熱分析法建立二元合金相圖的步驟。

1) 将給定兩組元配制成一系列不同成分的合金；

2) 将它們分别熔化後在緩慢冷卻的條件下，分别測出它們的冷卻曲線；

3) 找出各冷卻曲線上的相變臨界點（曲線上的轉折點）；

4) 将各臨界點注在成分-溫度坐标；

5) 連接具有相同意義的各臨界點，并作出相應的曲線（上臨界點表示結晶開始，其連線構成液相線；下臨界點表示結晶結束，其連線構成固相線）。

6) 将各相标注在各相區（由上述曲線所圍成的區間）中，即得到一張完整的相圖。

6、說明固溶體合金的平衡結晶特點。并給出固溶體的平衡結晶與純金屬的平衡結晶的異同。

答：結晶特點

1) 異分結晶

2) 固溶體合金的結晶需要在一定的溫度範圍。相同點：基本過程：形核－長大；熱力學條件：⊿T>0，存在過冷度；能量條件：能量起伏；結構條件：結構起伏。不同點：合金在一個溫度範圍内結晶；可能性：相律分析；必要性：成分均勻化；合金結晶是異分結晶：需成分起伏。

3）固溶體合金結晶的特點：

1) 異分結晶

2) 固溶體合金的結晶需要在一定的溫度範圍

固溶體合金的結晶與純金屬結晶的異同：

1) 相同點：基本過程：形核－長大；熱力學條件：⊿T>0，存在過冷度；能量條件：能量起伏；結構條件：結構起伏。

2) 不同點：合金在一個溫度範圍内結晶；可能性：相律分析；必要性：成分均勻化；合金結晶是異分結晶：需成分起伏。

7、何謂非平衡結晶？固溶體的非平衡結晶有何特點？

答：定義：偏離平衡結晶條件的結晶，稱為不平衡結晶。

結晶過程特點：

1) 凝固過程中，液、固兩相的成分偏離液、固相線。偏離程度取決于冷卻速度，冷卻速度越快，偏離程度越大；

2) 先結晶的部分總是富含高熔點組元，後結晶的部分富含低熔點組元；

3) 非平衡結晶總是導緻結晶結束溫度低于平衡結晶時的結束溫度。

8、何謂枝晶偏析？說明産生枝晶偏析的原因及消除方法。

答：枝晶偏析：如果固溶體是以樹枝狀結晶長大的，則枝幹（含高熔點組元較多）與枝間（含低熔點組元較多）會出現成份差别，稱為枝晶偏析，屬于晶内偏析。

産生原因：

1) 冷卻速度越大，擴散進行得越不充分，偏析程度越大；

2) 相圖中液—固相線相距愈遠，組元元素原子的遷移能力愈低(擴散系數小)，晶内偏析将愈嚴重。消除偏析的方法：凝固後重新加熱到略低于固相線溫度并進行長時間保溫，使原子充分擴散，獲得成分均勻的固溶體—均勻化退火或稱之為擴散退火。

9、說明金屬鑄錠的組織及其形成原因。

答：1) 細晶區(激冷區)：錠模溫度低，傳熱快，外層金屬過冷度大，形核率大；模壁提供非均勻形核核心，增大形核率。厚度不大，晶粒很細。

2) 柱狀晶區：模壁由于液體金屬加熱而迅速升溫，液态金屬的過冷度減小，形核率降低。但此時長大速度受到的影響較小，造成處于優先長大方向（即一次晶軸方向）和與散熱最快方向的反方向一緻的晶核向液體内部快速平行長大，形成柱狀晶區。

3) 等軸晶區：柱狀晶的發展，經過散熱，鑄錠中心部分的液态金屬的溫度全部降至熔點以下，再加上液态金屬中雜質的作用，滿足了形核時的過冷度要求，于是在整個剩餘液體中同時形核。由于此時溫度差不斷降低并趨于均勻化，散熱逐漸失去方向性，晶核在液體中可自由生長，在各個方向上的長大速度基本相等，形成等軸晶。

10、合金鑄錠中常存在哪些缺陷？分析這些缺陷産生的原因。

答：1)縮孔：由于鋼液冷卻收縮及結晶收縮，最後結晶部位得不到外來鋼液補充形成的空洞。

2）疏松：枝晶生長過程中因枝晶間得不到金屬液體補充而形成的。

3) 氣（泡）孔：砂型或鋼液中形成的氣泡未能從鋼液中排出，而在鑄件内形成的一種空洞。

4)偏析：鑄錠中化學成分化學成分不均勻的現象。包括微觀偏析和宏觀偏析。5) 非金屬夾雜，凝固過程中，金屬和氣體形成化合物殘留于錠子内，或者外來雜物及耐火材料沖刷進液體中，這就是非金屬夾雜物的來源。

11、鐵碳合金的分類、成分範圍及室溫組織

12、鋼中常存的雜質元素硫或磷對鋼的性能有何影響及産生原因？

答:硫，熱脆，

原因：硫不溶于鐵，它能與鐵形成熔點為1190℃的FeS，FeS又與γ-Fe形成熔點更低的共晶體，共晶體一般分布于晶界，當鋼材進行鍛造時，由于晶界處FeS塑性不好而使鋼的脆性增加；而當鋼在1000~1200℃壓力加工時，由于FeS-Fe共晶已經熔化，會使鋼沿着奧氏體晶界開裂而脆，稱為“熱脆”。

磷，冷脆，磷具有嚴重偏析傾向，磷的存在還使鋼的焊接性能變差，劇烈地降低鋼的韌性

13、說明片狀珠光體組織的分類，形貌特征及其性能特點？

按片間距，片狀珠光體分為3類：

1）珠光體，P（~650℃之間形成的片層較粗）；

2）索氏體，S（600~650℃之間形成的片層較細的珠光體）；

3）屈氏體，T（550~600℃之間形成的片層極細的珠光體）性能特點：片狀珠光體的性能主要取決于珠光體的片層間距。間距越小，強度和硬度越高。

14、說明貝氏體組織的分類，形貌特征及其性能特點？

根據轉變溫度不同，貝氏體分為

1）上貝氏體（大約在“鼻子”溫度至350℃之間，光學顯微鏡下，上貝氏體組織形态呈羽毛狀，電子顯微鏡研究表明，上貝氏體是由許多平行排列的鐵素體條以及條之間不連續的短杆狀滲碳體所組成）；

2）下貝氏體（大約在350℃至Ms之間形成，光學顯微鏡下，下貝氏體類似馬氏體那樣呈針狀，但顔色暗黑，在電子顯微鏡下，下貝氏體的針片狀鐵素體内成行的分布着細微的碳化物）。

性能特點：貝氏體的力學性能主要取決于其組織形态。上貝氏體的硬度可達HRC45左右，但塑性較差，脆性較大。下貝氏體不僅有高的強度、硬度，同時具有良好的塑性和韌性的綜合力學性能。

16、馬氏體主要兩種形态：

1）闆條馬氏體（光學顯微鏡下，顯微組織是由成群的闆條組成，闆條馬氏體是由束、塊和闆條等組織單元構成，闆條是最基本的組織單元）；

2）片狀馬氏體（光學顯微鏡下，呈針狀或竹葉狀）

性能特點：

馬氏體最主要的性能特點是高硬度、高強度，它的硬度随含碳量增加而升高；

馬氏體的塑性和韌性主要取決于它的亞結構；

馬氏體形成時因其比體積的增大，将會導緻淬火零件的體積膨脹産生較大的内應力；

馬氏體具有鐵磁性；馬氏體電阻率随含碳量下降而下降。

17、鋼的淬透性：指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。

決定因素：淬透性是鋼本身的固有屬性，鋼材的合理使用及熱處理工藝的制定都淬透性密切相關。T8》45》40Cr》20；

鋼的淬硬性：指淬火後馬氏體多能達到的最高硬度。

決定因素：鋼的含碳量40Cr》T8》45》20。

18、以共析鋼為例說明奧氏體的形成過程

奧氏體的形成遵循相變過程的普遍規律，即包括形核和長大兩個基本過程，分為4階段：

1）奧氏體形核；

2）奧氏體晶核長大；

3）殘餘滲碳體的溶解；

4）奧氏體均勻化。

19、以共析鋼為例說明淬火鋼的回火轉變過程

1）馬氏體中碳的偏聚（20~100℃）；

2）馬氏體的分解（100~250℃）；

3）殘餘奧氏體的轉變（200~300℃）；

3）碳化物的轉變（250~400℃）；

4）滲碳體的聚集長大和α相的再結晶（400℃以上）

20、加熱溫度範圍：正火：或以上30~50℃；

淬火：

1）亞共析鋼：以上30~50℃；

2）過共析鋼：以上30~50℃；

回火：

1）低溫回火：150~250℃（獲得回火馬氏體組織，使鋼具有高的硬度、強度和耐磨性）；

2）中溫回火：350~500℃（回火後的組織為回火屈氏體；性能：具有高的彈性極限）；

3）高溫回火：500~650℃（得到回火索氏體組織；使工件的強度、塑性、韌性有較好的配合，即具有較高的綜合力學性能）。

21、淬火以得到細而均勻的奧氏體晶粒為原則，以便得到冷卻後獲得細小的馬氏體組織。

亞共析鋼淬火溫度在以上30~50℃的原因：亞共析鋼若在之間加熱，淬火組織中會保留因不完全奧氏體化加熱而存在的鐵素體，使工件淬火後硬度不均勻，硬度和強度降低。

過共析鋼淬火溫度在以上30~50℃的原因：過共性剛若在以上加熱，先共析滲碳體将全部溶入奧氏體，使奧氏體的含碳量增加，Ms和Mf點降低，淬火後不僅保留大量的殘餘奧氏體，而且獲得的馬氏體粗大，因而耐磨性較差，韌性降低。

22、滲碳方法：

1）氣體滲碳（加熱到900~950℃）；

2）液體滲碳；

3）固體滲碳。

23、感應加熱表面淬火

就是利用“集膚效應”的原理來加熱零件的。

根據電流頻率不同分為：高頻（200~300kHz），中頻（2.5~8kHz），工頻（50Hz）加熱三種。

24、提高金屬抗電化學腐蝕的合金化原則？

1）盡量使金屬在獲得均勻的單相組織條件下使用，避免形成原電池；

2）加入合金元素提高金屬基體的電極電位，使金屬的抗腐蝕性能提高；

3）加入合金元素，在金屬表面形成一層緻密的氧化膜，又稱鈍化膜，把金屬與介質分隔開，從而防止進一步的腐蝕。

25、提高鋼高溫強度的措施？

1）提高合金基體的原子結合力；

2）析出強化；

3）強化晶界

26、根據碳在鑄鐵中存在方式鑄鐵可分為哪幾類？

根據碳在鑄鐵中存在方式鑄鐵分3類：

1）白口鑄鐵（碳的主要存在形式是化合物，如滲碳體，沒有石墨）；

2）石墨鑄鐵，包括灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵（碳的主要存在形式是碳單質，即遊離狀态石墨）；

3）麻口鑄鐵（碳既有遊離石墨，又有滲碳體）

27、什麼是鑄鐵的石墨化？石墨化過程如何？影響鑄鐵石墨化的因素有哪些？

鑄鐵的石墨化：鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為石墨化。

鑄鐵石墨化的過程：

第一階段，即在1154℃時通過共晶反應而形成石墨：Lc→AE G;

第二階段，即在1154~738℃範圍内冷卻過程中，自奧氏體中不斷析出二次石墨Gii；

第三階段，即在738℃時通過共析反應而形成石墨：As →Fp’ G

影響石墨化的因素：

1）化學成分的影響，在實際生産中，調整碳矽的含量是控制鑄鐵組織和性能的基本措施之一；

2）溫度及冷卻速度的影響，鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分擴散，促進石墨化。

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