金属材料考试复习必备范文

第一篇：金属材料考试复习必备范文

一、填空题

1、焊接产生冷裂纹的三要素即钢的淬硬倾向、焊缝含氢量、接头的应力状态

2、高合金钢中，添加合金元素的总量ω%﹥10%。根据屈服点和热处理状态，将高强钢分为 热轧钢正火刚低碳调质钢中碳调质钢。

3、不锈钢的主要腐蚀形式有 均匀腐蚀晶间腐蚀点蚀缝隙腐蚀应力腐蚀破裂

4、不锈钢复合钢板焊接装配时，必须以 覆层 为基准对齐，定位焊一定要在 基层 面上。

5、铸铁是指c%﹥2.11% 的铁碳合金，机体一般为 铁素体、珠光体 或两者混合组织。

6、正是由于铸铁中石墨的存在，使其具有良好的铸造性、切削加工性、减振性、耐磨性、低的缺口敏感性。

7、灰铸铁同质（铁铸型）焊缝电弧热焊预热温度为600-700°C;焊接时宜采用大电流、长电弧、连续施焊。

8、铝及铝合金焊接性主要表现在以下几个方面：易氧化、能耗大、容易产生气孔、焊接热裂纹、焊接接头软化。

二、判断题

1、碳当量法属于间接法测定工艺焊接性，钢材的碳当量值越高，淬硬倾向越大，冷裂纹越敏感。（√）

2、低碳钢焊接时选择焊材时应遵循等强匹配原则。（√）

3、低合金专用钢包括珠光体耐热钢、低温钢和控轧钢。（×）

4、正火刚产生过热区脆化是由于热输入过大产生的奥氏体组织引起的，(×)

5、奥氏体不锈钢是属于非热处理强化不锈钢，线膨胀系数较大，综合性能较好。（√）

6、加热温度950-1250°c是不锈钢晶间腐蚀的危险温度区，或称为敏化温度区。(×)

7、高温力学性能主要指热强性，包括高温蠕变极限和持久强度极限两个方面。（√）

8、珠光体耐热钢焊前局部预热时必须保证预热宽度，焊缝两侧各大于所含壁厚的4倍，且至少不小于250mm。(×）

9、灰铸铁中的白口化问题是指焊缝及熔合区易出现白口组织。（√）

10、黄铜以锌为主要合金元素的铜合金，H62表示含锌为62%。(×)

三、名词解释

1、金属材料焊接性：金属材料在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件，并满足预订服役要求的能力。

2、微合金钢：加入质量分数0.1%左右并对钢的组织性能有显著或特殊影响的微量合金元素的钢。

3、475脆化：是指铁素体不锈钢在ωcr≥15.5%，并在温度400-500°c长期加热时，常常出现强度升高而韧性下降的现象，并一般随铬质量分数的增加而脆化倾向严重。

4、蒙乃尔焊条：镍铜铸铁焊条是指焊芯为镍铜合金，其中镍的质量分数约为70%，其余为铜。

5、铸铁球化衰退：是指焊接熔池存在一定时间后球化效果下降甚至消失的现象。

四、简答题什么是非合金钢，非合金钢是如何分类的是指以铁为基础，以碳为合金元素，碳质量分数一般不超

过1.4%的钢

按碳的质量分数可分为：低碳钢、中碳钢、高碳钢 按用途：碳素结构钢、碳素工具钢 2 中碳钢的焊接性

一是由于碳本身的偏析以及促进其他元素偏析，二是有CO气孔，三是易发生冷裂纹和脆断，所以中碳钢的焊接性较差，且随碳的质量分数增加而越来越差。主要表现在热裂纹、冷裂纹、气孔和脆断等现象 3 不锈钢之所以不锈的原因

因为：一是不锈钢中含一定量的Cr元素，能在钢材表面形成不溶于腐蚀介质的氧化钝化膜，使金属与外界介质隔离而不发生化学作用；二是铬的加入可提高钢基体的电极电位；三是Ni、Mn等元素的加入会促使形成单相组织，阻止形成微电池，从而提高耐蚀性A耐热钢焊接后不同温度热处理的作用是什么

1、加热在500度以下的低温热处理主要是降低残余应力，提高结构尺寸的稳定性；

2、加热温度在500-800度之间的中温热处理主要是消除接头中的残余应力以提高其抗应力腐蚀的能力；

3、800-850度的高温热处理可提高接头的蠕变极限和塑性；铝及铝合金焊接接头耐蚀性下降的原因

1、主要原因首先是接头组织不均匀；

2、是焊接接头或多或少存在焊接缺陷如气孔、夹杂、裂纹等

3、焊缝是粗大的铸态组织，表面不平滑，表面氧化膜的连续性和致密性都较差；

4、焊接接头中存在焊接残余应力

五、论述题

1、热扎及正火钢的焊接性？

热扎级正火钢中碳和合金元素的含量都较低，焊接性总的来说较好；但是，随着合金元素含量的增加，焊接性变差。主要体现在焊接裂纹和热影响区性能的变化。（1）焊接裂纹：

焊接冷裂纹：屈服点为295-390mpa热扎钢焊接性良好；440-490mpa的正火钢对冷裂纹敏感，焊接性尚好；当碳当量超过0.5%时的18MnMoNb钢，淬硬倾向严重，对冷裂纹敏感 焊接热裂纹：一般不会产生，只有当母材中的碳和硫同时在上限或严重偏析时，则会产生裂纹，应减小熔合比

消除应力裂纹：热扎及正火钢中，18MnMoNb和14MnMoV钢有轻微的消除应力裂纹倾向，可通过提高预热温度或焊后立即热处理等措施来改善

层状撕裂：主要与刚的冶炼轧制质量、板厚、接头形式、z向应力有关。

（2）热影响区性能变化

其主要是过热区的脆化；在一些合金元素含量较低的钢中有时可能出现热应变脆化问题

2、a不锈钢焊接接头中晶间腐蚀的产生位置原因防止措施 位置：局部沿着晶界腐蚀

原因：

1、焊态下已有Cr23C6析出，如多层焊缝的重复加热区域；

2、接头在焊态下无贫铬层，但是焊后经过敏化温度区间，因而具有晶间腐蚀倾向。措施：（1）冶金措施：

1、使焊缝金属具有奥氏体-铁素体双相组织，铁素体的体积分数应在4%-12%范围内

2、在焊缝金属中渗入比铬更容易与碳结合的稳定化元素

3、最大限度的降低碳在焊缝金属中的含量（2）工艺措施：

1、选择热输入最小的焊接方法

2、采用小的焊接电流，最快的焊接速度

3、在操作上尽量采用窄焊缝，多道多层焊

4、强制焊接区的快速冷却

5、进行固溶处理或稳定化处理

第二篇：《金属》复习教案

《金属的性质》复习教学设计

杞县一高附中 孙岩

一、教学目标:

1、了解金属一些物理性质。

2、认识常见金属与氧气、与酸、与盐溶液的反应；能利用金属活动性顺序表对有关反应能否发生进行简单的判断。

二、重点：金属的化学性质。

三、难点：金属活动性顺序及灵活运用。

四、教学方法：问答、归纳、练习设计相结合。

五、教具：多媒体及课件。

六、教学过程：

一、金属的物理性质：如导电性、导热性、延展性等等，让学生回忆、回答

二、金属的化学性质：

1、金属与氧气的反应

2、金属与酸的反应

3、金属与某些盐溶液的反应

让学生边思考、边总结、边回答，并且共同做一下练习题。

三、金属活动性顺序：这里是重难点，应详细讲解、技巧记忆，加深理解，并让学生学会灵活应用。与学生一起完成习题。

四、讲例题、做练习。使本节课的知识点得到延伸。

第三篇：冶金专业金属学考试试题总复习。

填空题

1、根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为

2、普通灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁中石墨的形态分别为。3、4、5、金属的断裂形式有 脆性断裂和 延性断裂 两种。

6、7、金属元素在钢中形成的碳化物可分为两类。

8、常见的金属晶体结构有

9、合金常见的相图有 和具有稳定化合物的二元相图。

10、感应表面淬火的技术条件主要包括_表面硬度有效淬硬深度 及 淬硬区的分布

11、选择题

1、铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是

（C）A 铁总是存在加工硬化，而铜没有B 铜有加工硬化现象，而铁没有C 铁在固态下有同素异构转变，而铜没有D 铁和铜的再结晶温度不同

2、常用不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和（A）

A 铁素体-奥氏体不锈钢B 马氏体-奥氏体不锈钢 C 莱氏体不锈钢D 贝氏体不锈钢

3、以下哪种铸铁的断口呈灰黑色？（D）A 马口铁 B 白口铸铁C 麻口铸铁D灰铸铁

4、用于制造渗碳零件的钢称为（C）。A 结构钢B 合金钢 C 渗碳钢D 工具钢

5、马氏体组织有两种形态（B）。A 板条、树状 B 板条、针状 C 树状、针状D 索状、树状

6、实际生产中，金属冷却时（C）。

A理论结晶温度总是低于实际结晶温度B理论结晶温度总是等于实际结晶温度

C理论结晶温度总是大于实际结晶温度D实际结晶温度和理论结晶温度没有关系

7、零件渗碳后，一般需经过（A）才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。

A淬火+低温回火B正火C调质D淬火+高温回火

8、C曲线右移使淬火临界冷却速度（A），淬透性（A）。

A 减小、增大B 减小、减小C 增大、减小D、增大、增大

9、机械制造中，T10钢常用来制造（B）A容器 B刀具 C轴承D齿轮

10、钢经表面淬火后将获得：（A）A一定深度的马氏体B全部马氏体C下贝氏体D上贝氏体

11、GCrl5SiMn钢的含铬量是：（B）A15％B1．5％C0.15％D0.015％

12、铅在常温下的变形属：(C)A冷变形 B弹性变形 C热变形 D既有冷变形也有热变形

13、黄铜是以（D）为主加元素的铜合金。A 铅B 铁C 锡 D 锌

14、在Fe-Fe3C和图中，奥氏体冷却到ES线时开始析出（C）。A 铁素体 B 珠光体 C 二次渗碳体 D 莱氏体

15、从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以（C）温度为界限区分的。A结晶B 再结晶 C 相变 D25℃ 名词解释：

1、同素异晶转变：部分金属只有一种晶体结构，但也有少数金属如Fe、Ti、Co等具有两种或多种晶体结构，即具有多晶型。当外部条件（温度、压强）改变时，金属内部由一种晶体结构向另外一种晶体结构的转变称为多晶型转变或同素异晶转变。

2、晶格畸变：空位、间隙原子、置换原子的存在使其周围原子间的相互作用失去平衡，偏离其平衡位置，就在这些缺陷的周围出现一个涉及几个原子间距范围的弹性畸变区，因而引起周围晶格产生畸变。

3、多晶体：通常固态金属均由很多结晶颗粒组成，这些结晶颗粒称为晶粒，凡由两颗以上晶粒所组成的晶体称为多晶体。

4、固溶体：凡溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的晶格类型索形成的合金相称为固溶体。

5、金属间化合物：晶体结构不同于组成化合物的组元，结合键主要为金属键，兼有离子键，共价键，中间相具有金属的性质，称为金属件化合物。

6、合金：由两种或两种以上的金属，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称合金。

7、相：是指合金中结构相同、成分相同，性能均一并以界面相互分开的均匀组成部分。

8、晶内偏析：晶粒内部成分不均匀的现象称为晶内偏析。

9、比重偏析：是由组成相与液体之间密度的差别所引起的一种区域偏析。

10、铁素体：是碳溶于α铁中的间隙固溶体，为体心立方晶格常用符号α或F表示。

11、奥氏体：是碳溶于γ铁中的间隙固溶体，为面心立方晶格常用符号γ或A表示。

12、渗碳体：是铁与碳形成的间隙化合物，含碳量6.69%，分子式Fe3C。

13、珠光体：共析转变是在727°C恒温下，由Wc=0.77%的奥氏体转变为Wc=0.0218%的铁素体和渗碳体组成的混合物。

14、莱氏体：共晶转变形成的奥氏体与渗碳体的混合物，用符号Ld表示。

15、组织组成物：如αβαβ（α+β）在显微组织中均能清楚地区分开，是组成显微组织的独立部分。

16、相组成物：从想的本质看，都是由α和β两相组成，所以αβ两相称为合金的相组成物。

17、加工硬化：在塑性变形过程中，随着金属内部组织的变化，金属的力学性能也将产生明显的变化，即随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降，这一现象即为加工硬化或形变硬化。

18、热处理：是将固态金属或合金采用适当的程序进行加热、保温和冷却。以获得索需要的组织结构与性能的工艺。

19、结晶: 结晶就是原子由不规则排列状态（液态）过渡到规则排列状态（固态）的过程。

20、自然时效:是指经过冷、热加工或热处理的金属材料，于室温下发生性能随时间而变化的现象。

简答题：

1、实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？对性能有哪些影响？点、线、面缺陷。点缺陷会造成晶格畸变，对金属性能产生影响，如屈服度升高，电阻增大，体积膨胀等。点缺陷存在将加速金属中的扩散过程。线缺陷使刃型位错金属强度增大，螺型位错对金属材料的力学性质，扩散及相变等过程有重要影响。面缺陷对塑性变形与断裂、固态相变，材料的物理化学及力学性能有显著的影响。

2、简述奥氏体晶粒对钢在室温下组织和性能的影响。奥氏体晶粒细小时，冷却后转变产物的组织也细小，其强度与塑性韧性都较高，冷脆转变温度也较低；反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却转变后仍获得粗晶粒组织，使钢的力学性能（特别是冲击韧性）降低，甚至在淬火时发生变形、开裂。

3、简述回火的目的。（1）降低零件脆性，消除或降低内应力；（2）获得所要求的力学性能；（3）稳定尺寸；（4）改善加工性。

4、试述耐磨钢的耐磨原理。耐磨钢工作时，如受到强烈的冲击、压力和摩擦，则表面因塑性变形会产生强烈的加工硬化，而使表面硬度提高到500—550HBS，因而获得高的耐磨性，而心部仍保持原来奥氏体所具有的高的塑性与韧性。当旧表面磨损后，新露出的表面又可在冲击与摩擦作用下，获得新的耐磨层。故这种钢具有很高的抗冲击能力与耐磨性，但在一般机器工作条件下，它并不耐磨。

5、写出下列牌号数字及文字的含意，Q235-F、KTZ450-06、H68、LF5。答：Q235-F：表示普通碳素结构钢，其屈服强度为235MPa，F表示是沸腾钢。KTZ450-06：表示珠光体基体的可锻铸铁，其表示最低抗拉强度为450MPa，最小伸长率为6%。H68：表示含铜68%的黄铜。LF5：表示防锈铝，其序数号为5。

6、轴承钢应满足哪些性能要求？（1）高的接触疲劳强度和抗压强度；（2）高的硬度和耐磨性；（3）高的弹性极限和一定的冲击韧度；（4）有一定的抗蚀性。

7、

第四篇：金属凝固原理复习大纲

金属凝固原理复习大纲

绪论

1、凝固定义

宏观上：物质从液态转变成固态的过程。微观上：激烈运动的液体原子回复到规则排列的过程。

2、液态金属凝固的实质：原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程

液态金属的结构特征：“近程有序”、“远程无序”

组成：液态金属是由游动的原子团、空穴或裂纹构成

3、液态金属的性质：粘度和表面张力

粘度的物理意义：单位接触面积，单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力

粘度的本质上是原子间的结合力

影响液体金属粘度的主要因素是：化学成分、温度和夹杂物

表面张力的物理意义：作用于表面单位长度上与表面相切的力，单位N/m

影响液体金属表面张力的主要因素是：熔点、温度和溶质元素。取决于质点间的作用力

4、液体结构的特性：近程有序和远程无序

晶体:凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列的物质称为晶体。

单晶体:在晶体中所有原子排列位向相同者称为单晶体

多晶体:大多数金属通常是由位向不同的小单晶（晶粒）组成，属于多晶体。

吸附是液体或气体中某种物质在相界面上产生浓度增高或降低的现象。

金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶

金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为二次结晶

当向溶液中加入某种溶质后，使溶液表面自由能降低，并且表面层溶质的浓度大于溶液内部深度，则称该溶质为表面活性物质（或表面活性剂），这样的吸附称为正吸附。反之，如果加入溶质后，使溶液的表面自由能升高，并且表面层的溶质浓度小于液体内部的浓度，则称该溶质为非表面活性物质（或非表面活性剂），这样的吸附为负吸附

第一章 凝固过程的传热

1、凝固过程的传热特点：“一热、二迁、三传”

“一热”指热量的传输是第一重要；

“二迁”指存在两个界面，即固－液相间界面和金属－铸型间界面。

“三传”指动量传输、质量传输和热量传输的三传耦合的三维热物理过程。

2、金属型特点：具有很高的导热性能；非金属型铸造特点：与金属相比具有非常小热导率，故凝固速度主要取决于铸型的传热性能。铸型外表面温度变化不大，故可把铸型看成是半无限厚的。

第二章 凝固动力学

1、自发过程：从不平衡态自发地移向平衡态的过程（不可逆过程）

2、化学势：某一组元的化学势为1mol该组元物质的吉布斯自由能，是1mol的恒温等压势。

3、公切线原理求相平衡P61.63

4、判断平衡相（液相还是固相）P65

4、溶质平衡分配系数K0：恒温下固相溶质浓度CS与液相溶质浓度CL达到平衡时的比值。

K0=CS/CL=mL/mS=

5、界面曲率对溶质平衡分配系数k0影响：曲率半径小的晶体，其固液界面前沿富集起来的液相溶质浓度比曲率半径大的晶体小。在理想溶液中是均匀向下移动相图中液固相线位置。

6、压力对溶质平衡分配系数k0的影响：均匀地向上移动相图中液固相线位置。

第三章 凝固动力学

1、形核：亚稳定的液态金属通过起伏作用在某些微观小区域内生成稳定存在的晶态小质点的过程。

2、均质形核：在没有任何外来的均质溶体中，依靠液体金属内部自身结构自发地形核。均质形核在溶体各处概率相同，全部固液界面都由形核过程提供。因此热力学能障大，所需驱动力大。

异质形核：在不均匀的溶体中依靠外来夹杂或型壁界面所提供的异质界面进行形核。异质形核首先发生在外来界面处，因此能障较小，所需的驱动力也较小。

3、形核相变的驱动力：固液相体积自由能差；阻力：界面能。

4、形核速率是在单位体积中单位时间内形成的晶核数目。

5、在液相中那些对形核有催化作用的现成界面上形成的晶核称为非自发形核

6、均质形核理论的局限性：

均质形核是对理想纯金属而言的，其过冷度很大比实际液态金属凝固时的过冷度大多了。实际上金属结晶时的过冷度一般为几分之一摄氏度到十几摄氏度。实际的液态金属(合金)在凝固过程中多为异质形核。

7、均质形核与异质形核的异同：

相同点：异质形核的临界晶核半径在形式上与均质形核临界晶核半径完全相同

不同点：①均质形核临界晶核是球体，而异质形核的晶核为球体的一部分（球冠），因而异质晶核中所含原子数目少，这样的晶坯易形成。②润湿角θ与均质形核无关，而影响异质晶核的体积

8、形核剂的条件：

①适配度小 ②粗糙度大 ③分散性好 ④温稳定性好

9、当晶格点阵适配度δ≤5% 时，通过点阵畸变过渡，可以实现界面两侧原子之间的一一对应。这种界面称为完全共格界面，其界面能较低，衬底促进非均质生核的能力很强；当5%＜δ＜25%时为部分共格界面；当δ≥25% 时，为不共格，夹杂物衬底无形核能力。

10、界面共格对应原则：固相杂质表面的原子排列规律和原子（晶粒细化剂的选择原则）间距与新相晶核相近。（晶粒细化剂选择原则）

11、粗糙界面（非小晶面）：微观粗糙，宏观光滑。非小晶面长大。大部分金属属于此类。

光滑界面（小晶面）：微观光滑，宏观粗糙。小晶面长大。非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此。

第四章 单相合金的凝固

1、合金可分为单相合金和多相合金两大类。单相合金是指在凝固过程中只析出一个固相的合金，如固溶体、金属间化合物等。多相合金是指凝固过程中同时析出两个以上新相的合金如有共晶、包晶或偏晶转变的合金。

2、溶质再分配：合金在凝固过程中，已析出固相排出多余的溶质原子（或溶剂原子），并富集在界面的液体中，造成成分分离的现象。（合金凝固过程的一大特点）

3、平衡分配系数Ko实际上描述了在固、液两相共存的条件下溶质原子在界面两侧的平衡分配特征。

4、成分过冷：合金晶体在长大过程中，因溶质再分配而引起的过冷，称为成分过冷。其过冷度称为成分过冷的过冷度。

5、热过冷：金属凝固过程中，纯粹由热扩散控制形成的过冷，称为热过冷，其过冷度称为热过冷的过冷度。

6、成分过冷条件：①合金凝固过程中溶质在固-液界面前沿富集；②满足成分过冷判别式。

7、成分过冷的过冷度在生长着的固-液界面处最小，离开界面逐渐增大，因此界面很不稳定。

8、成分过冷降低了实际过冷度，阻碍了晶体的生长。凡是溶质富集的地方，那里成分过冷就越大，其过冷度就越小，该处生长就越慢。

9、影响成分过冷的因素：

由成分过冷判据式可知，下列因素有利于成分过冷： ①液相中温度梯度小，GL小； ②晶体生长速度快，v大； ③陡的液相线斜率，mL大； ④原始成分浓度高，C0大； ⑤液相中溶质扩散慢，DL低； ⑥k0＜1时，k0小；k0＞1时，k0大

备注：①和②属于工艺因素，③-⑥属于合金方面因素。

10、强成分过冷元素（表面活性元素）的选取原则： ①熔点低

（液相线斜率陡，mL大）

②原子半径大

（液相中溶质扩散慢，DL 低）③在合金中的固溶度小

（k0小）

11、成分过冷的单相合金四种宏观生长方式（如右图）：

①无成分过冷的平面生长

（GL1）②窄成分过冷区的胞状生长

（GL2）③较宽成分过冷区的柱状树枝晶生长（GL3）④宽成分过冷区的自由树枝晶生长

（GL4）

12、“外生生长”与“内生生长”的概念：

外生生长：晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式。平面生长、胞状生长和柱状枝晶生长皆属此类。

内生生长：等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式。

13、合金固溶体凝固时的晶体生长形态：

 不同的成分过冷情况（成分过冷主要结论！）

①无成分过冷——平面晶 ②窄成分过冷区间——胞状晶

③成分过冷区间较宽——柱状树枝晶 ⑤宽成分过冷——内部等轴晶

14、平面生长→胞状生长→树枝晶生长演变过程：

由大逐渐减小，即随“成分过冷”程度增大，固溶体生长方式变化为：

平面晶→胞状晶→胞状树枝晶(柱状树枝晶)→内部等轴晶(自由树枝晶)

第五章 多相合金的凝固

1、共晶组织的分类：

①规则共晶(金属一金属共晶)，属于非小平面—非小平面共晶。 固一液界面：在原子尺度上是粗糙界面。

 组成：金属—金属相或金属—金属间化合物相。

 组织形态：层片状及棒状（出现哪种结构要取决于：①α与β相间的体积比②第三组元的存在。若某一相体积分数小于1/π时，该相出现棒状结构；若体积分数在1/π-1/2之间时，两相均以片状结构出现。造成原因：结构表面能的大小。体积分数小于1/π时，棒状结构表面能小于片状结构；体积分数在1/π-1/2之间时，片状结构表面能小于棒状结构）。

 决定共晶两相长大的因素：热流的方向和两组元在液相中的扩散，两相长大过程互相依赖的关系是界面附近的溶质横向扩散。



固一液界面形态：将近似地保持着平面，其等温面基本上也是平直的。（每一相的长大受着另一相存在的影响，当共晶结晶时，两相并排地结晶出来并垂直于固一液界面长大）。

②非规则共晶(金属一非金属共晶)，属于非小平面一小平面。 固一液界面：一个是特定的晶面。

 组织形态：多种多样，简化为片状与丝状两大类。

 固一液界面形态：非平面的且是极不规则的，其等温面也不是平直的。△金属—金属共晶与金属—非金属共晶相同点：热力学原理和动力学原理一样；不同点如上所述。

2、共生生长：在共晶合金结晶时，后析出的相依附于领先相表面而析出，进而形成相互交叠的双相晶核且具有共同的生长界面，依靠溶质原子在界面前沿两相间的横向扩散，互相不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元，彼此偶合的共同向前生长。

3、离异生长：两相没有共同的生长界面，它们各以不同的速度而独立生长，在形成的组织中没有共生共晶的特征，这种非共生生长的共晶结晶方式称为离异生长，所形成的组织称为离异共晶。

4、偏晶合金的最终显微形貌将要取决于三个界面能、L1与L2的密度差以及固一液界面的推进速度

5、晶体生长机制（方式）：

 非小晶面结构——连续长大（正常长大）

 小晶面结构——侧面长大

①二维晶核台阶

②晶体缺陷台阶：螺位错、孪晶沟槽。

6、“侧面长大”方式的三种机制：

 二维晶核机制：台阶在界面铺满后即消失，要进一步长大仍须再产生二维晶核。 螺旋位错机制：这种螺旋位错台阶在生长过程中不会消失。 孪晶面机制：长大过程中沟槽可保持下去，长大不断地进行。

7、非平衡状态下的共晶生长区P173

第六章 金属凝固的宏观组织

1、浇注及凝固过程中液体的三种流动形式: ①浇注时存在液流的冲刷——强制对流。②浇注时及浇注完毕后液体存在自然对流。

③存在着枝晶间及分枝间的液体流动——微观流动。

2、金属凝固的典型宏观组织： ①表层细晶区

②内部柱状晶区：晶粒垂直于型壁排列，且平行于热流方向 ③中心等轴晶区：晶粒较为粗大

3、获得细等轴晶的措施：

①增大冷却速度（V冷↑）和降低浇注温度（t浇↓）

②加强液体在浇注和凝固期间的流动

（促使型壁上已凝固层晶体的脱落，分枝的熔断脱落及脱落晶体的增殖。）③孕育处理 ⑴外加晶核：

（在浇注时向液流中加入被细化相具有界面共格对应的高熔点物质或同类金属的碎粒，使之成为异质形核的有效衬底，促使异质形核，增加晶粒数而细化晶粒。）⑵采用生核剂

（加入的物质不一定能作为晶核，但通过它与液态金属的某些元素相互作用，能产生晶核或成为有效衬底，这类物质称为生核剂。）⑶采用强过冷成分元素

（强成分过冷元素在Al-Si合金中称为变质剂，生产中称为变质处理）

孕育处理是指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到细化晶粒的目的。

——————————————————————————————————————— 简答题目：

1、纯金属和实际金属液态结构有何异同？

纯金属的液态结构：接近熔点的液态金属是由和原子晶体显微晶体和“空穴”组成。

实际金属的液态结构：存在着两种起伏：能量起伏、浓度起伏。微观上是由结构和成分不同的游动原子集团，空穴和许多固态，气态，液态化合物组成，是一种浑浊液体，而从化学键上看除了金属基体与其合金元素组成的金属键外，还存在着其他化学健。

2、液态金属的基本特征是什么？

①有固定的体积。②有很好的流动性。③物理化学性质接近于固态，而远离气态。

3、相平衡条件 相平衡时，每一组元在共存的各相中的化学势都必须相等。在k个元素含有p个相的体系中，恒温等压的化学平衡条件是：

4、固液界面在结构上有哪两种类型？他们在微观和宏观上的特点是什么？

光滑界面（小平面）和粗糙界面（非小平面）。粗糙界面：微观粗糙，宏观光滑；光滑界面：微观光滑，宏观粗糙。

5、界面类型的实质是什么？

能量最低时的原子沉积几率不同。能量最低时原子沉积几率近似为0或1，说明是光滑界面；能量最低时原子沉积几率近似为远离0或1，说明是粗糙界面。

6、讨论长大机制与过冷度的关系。

①过冷度小，按螺位错方式长大；②过冷度大，连续长大；③二维晶核长大在任何情况下，可能性都不大。

7、形核的首要条件是什么？

形核的首要条件是系统必须处于亚稳态提供相变驱动力；其次需要通过起伏作用克服能障才能形成稳定存在的晶核并确保其进一步生长。

8、为什么自发形核的临界形核功等于形成临界形核表面能的1/3？ 见P93

9、均质形核机制必须具备哪些条件？

①冷液体中存在相起伏，以提供固相晶核的晶胚。

②形核导致体积自由能降低，界面自由能提高。为此，晶胚需要体积达到一定尺寸才能稳定存在。

③过冷液体中存在能量起伏和温度起伏，以提供临界形核功。④为维持形核功，需要一定的过冷度

10、即三个基本条件：过冷度，能量起伏，结构起伏。为什么过冷度是液态金属凝固的驱动力？

等压条件下，体系自由能随温度升高而降低，且液态金属自由能随温度降低的趋势大于固态金属。在熔点附近凝固时，热焓和熵值随温度的变化可忽略不计，则有相变驱动力：

过冷度△T＝T-Tm为金属凝固的驱动力，过冷度越大，凝固驱动力越大；金属不可能在T＝Tm时凝固。

11、为什么说异质形核比均质形核容易？影响异质形核的基本因素和其他条件是什么？（1）因为均质形核在其形核过程中为克服过程中的能障，所需要的过冷度是很大的，而实际金属凝固过程中的过冷度远小于此，所以较难发生；对异质形核而言，液态金属中存在一些微小的固相杂质质点，并且液态金属在凝固时还和型壁相接触，于是晶核就可以优先依附于这些现成的固体表面形核，因此形核所需的过冷度大大降低，所以异质形核比均质形核更容易。

12、界面共格对应原则的实质是什么？ 增大固、液两相界面附着力，减小异质形核的形核功，使固相质点成为异质形核的有效衬底。

13、成分过冷的判据式（有过冷/无过冷）无成分过冷判据式为：

有成分过冷判据式

为：

14、成分过冷的本质是什么？

①成分过冷使实际过冷度降低，阻碍固液界面的推进。②成分过冷使界面不稳定，不能保持平面生长。

③成分过冷阻止原有界面的生长，促进界面前方液相中形核。

15、共生生长具备的两个基本条件是什么？

①两相生长能力要相近，且析出相要容易在先析出相上形核和长大。②A、B两组元在界面前沿的横向传输能保证两相等速生长的需要。期末成绩=考试60％+平时40％

一、填空题

15×1分=15分

二、名词解释题

5×4分=20分

三、简答题

5×5分=25分

四、计算与证明

3×10分=30分

五、论述题

1×10分=10分

第五篇：金属基复合材料考试题目（推荐）

1、金属基复合材料的特性有哪些？请详细说明。

答：金属基复合材料的性能取决于所选的金属和或合金基体和增强体的特性、含量、分布等。通过优化组合可以获得既具有金属特性，又具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨等综合性能。综合归纳金属基复合材料具有以下性能特点： 1.高比强度、高比模量

由于金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强体，明显提高复合材料的比强度和比模量，特别是高性能连续纤维—硼纤维、碳(石墨)纤维、碳化硅纤维等增强物，具有很高的强度和模量。2.导热、导电性能

金属基复合材料中金属基体占有很高的体积分数，一般在60%以上，因此仍然保持金属所特有的良好的导热和导电性。在金属基复合材料中采用高导热性的增强体可以进一步提高金属基复合材料的热导率比纯金属基体还高。3.热膨胀系数小，尺寸稳定性好

金属基复合材料中所用的增强物碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗粒、硼纤维等既具有很小的热膨胀系数，又有很高的模量，特别是超高模量的石墨纤维具有负的热膨胀系数。加入相当含量的增强体不仅大幅度提高材料的强度和模量，也使其热膨胀系数明显下降并可通过调整增强体的含量获得不同的热膨胀系数，以满足各种工况要求。4.良好的高温性能

由于金属基体的高温性能比聚合物高很多，增强纤维、晶须、颗粒在高温下又都具有高的高温强度和模量，因此金属基复合材料具有比基体金属更高的高温性能，特别是连续纤维增强金属基复合材料。5.耐磨性好

金属基复合材料，尤其是陶瓷纤维、晶须、颗粒增强的金属基复合材料具有很好的耐磨性。

6.良好的疲劳性能和断裂韧度

金属基复合材料的疲劳性能和断裂韧度取决于纤维等增强体与金属基体的界面结合状态，增强体在金属体重的分布以及金属、增强体本身的特性，特别是界面状态。最佳的界面状态既可以有效地传递载荷，又能阻止裂纹的扩展，提高材料的断裂韧度。

7.不吸潮，不老化，气密性好 与聚合物相比，金属性质稳定、组织致密，不存在老化、分解、吸潮等问题，也不会发生性能的自然退化，具有明显的优越性。

总之，金属基复合材料具有高比强度、高比模量等以上所述的优异的综合性能，使金属基复合材料在航天、航空、电子、汽车等领域均具有广泛的应用前景。

2、金属基复合材料基体的选择原则有哪些？请详细说明。

答：金属与合金的品种繁多，目前用作金属基复合材料的基体金属有铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物等。基体材料的正确选择，对于能否充分组合和发挥基体金属和增强物性能，获得预期的优异综合性能以满足使用要求十分重要。1.金属基复合材料的使用要求

金属基复合材料构件的使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据。在宇航、航空、先进武器、电子、汽车等技术领域和不同的工作条件下，对复合材料的性能要求很大，需选择不同基体的复合材料。在航天、航空技术中高比强度、高比模量、尺寸稳定性是最重要的性能要求。此外，高性能发动机还要有优良的耐高温性能。电子工业集成电路则需要高导热、低热膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板。

2.金属基复合材料组成的特点

金属基复合材料有连续增强和非连续增强金属基复合材料，由于增强体的性质和增强机制不同，在基体材料的选择原则上有很大差别。

对于连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要承载物体。纤维本身具有很高的强度和模量，金属基体的强度和模量远低于纤维的性能，因此在连续纤维增强金属基复合材料中基体主要作用是以发挥增强纤维的性能为主，基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性，基体不需要很高的强度。

对于非连续增强金属基复合材料，基体的强度对非连续增强金属基复合材料有绝对的影响。因此要获得高性能的金属基复合材料必须选用高强度的铝合金为基体。

总之针对不同的增强体系，要充分分析和考虑增强体的特点来正确选择基体合金。

3.基体金属与增强体的相容性

金属基复合材料制备过程中金属基体与增强体在高温复合过程中会发生不同程度的界面反应，基体金属中往往含有不同烈性的合金元素，这些合金元素与增强体的反应程度不同，反应后生成的反应产物也不同，在选用基体合金成分时尽可能选择既有利于金属与增强体浸润复合，又有利于形成合适稳定的界面的合金元素。如碳纤维增强铝基复合材料中，在纯铝中加入少量的Ti、Zr等元素可以明显的改善复合材料的界面结构和性能，提高复合材料的性能。铁镍元素是促进碳石墨化的元素，用铁镍作为基体，碳纤维作为增强体是不可取的。

金属基复合材料需要在高温下成型，制备过程中，处于高温热力学非平衡状态下的纤维与金属之间很容易发生化学反应，在界面形成反应层。界面反应层大多是脆性的，当反应层达到一定厚度后，材料受力时将会因界面层的断裂伸长小而产生裂纹，并向周围纤维扩展，容易引起纤维断裂，导致复合材料整体破坏。在选择基体时要充分考虑与增强体的相容性，特别是化学相容性，并尽可能在复合材料成型过程中抑制界面反应。

3、请陈述金属基复合材料增强体的特性及分类。

答：金属基复合材料的增强体的基本特性如下：

1．增强体应具有能明显提高金属基体某种所需特性的性能，如高的比强度、比模量、高导热性、耐热性、耐磨性、低热膨胀等，以便赋予金属基体所需的某种特性和综合性能。

2．增强体应具有良好的化学稳定性。在金属基复合材料制备和使用过程中其组织结构和性能不发生明显的变化和退化，与金属基体有良好的化学相容性，不发生严重的界面反应。

3．与金属好的浸润性，或通过表面处理能与金属基体良好浸润、复合和分布均匀。此外，增强体的成本也是应考虑的一个重要因素。

金属基复合材料的增强体分类如下：

1．纤维类增强体。包括连续长纤维和短纤维两种。连续长纤维的长度均超过数百米，纤维性能有方向性，一般沿轴向有很高的强度和弹性模量。短纤维一般由几毫米到几十毫米，排列无方向性，通常采用生产成本低、生产效率高的喷射法制造。

2．颗粒增强体，包括外加和内生两种，一般是陶瓷和石墨等非金属颗粒。3．晶须类增强体。根据化学成分不同，晶须可分为陶瓷晶须和金属晶须两类。陶瓷晶须包括氧化物和非氧化物晶须，金属晶须包括Cu、Cr、Fe、Ni晶须。4．其他增强体。用于金属基复合材料的高强度、高模量金属丝增强体，主要有铁丝、高强度钢丝、不锈钢丝和钨丝等。

4、金属基复合材料制造中的关键技术问题有哪些？请详细说明。

答：

由于金属所固有的物理和化学特性，其加工性能不如树脂好，在制造金属基复合材料中需要解决一些关键技术问题，主要包括：

1．在高温下易发生不利的化学反应 在加工过程中，为了确保基体的浸润性和流动性，需要采用很高的加工温度（往往接近或高于基体的熔点）。在高温下，基体与增强材料易发生界面反应，有时会发生氧化而生成有害的反应产物。这些反应往往会对增强材料造成损害，形成过强结合界面，而过强结合界面会使材料产生早期低应力破坏。同时，高温下反应的产物通常呈脆性，会成为复合材料整体破坏的裂纹源。因此，控制复合材料的加工温度是一项关键技术。

解决的方法是：尽量缩短高温加工时间，使增强材料与基体界面反应降至最低温度；通过提高工作压力使增强材料与基体浸润速度加快；采用扩散粘接法可有效地控制温度并缩短时间。

2．增强材料与基体润湿性差 绝大多数的金属基复合材料如：碳/铝、碳/镁、碳化硅/铝、氧化铝/铜等，基体对增强材料润湿性差，有时根本不会发生润湿现象。

解决的方法是：加入合金元素，优化基体组分，改善基体对增强材料的润湿性，常用的合金元素有钛、锆、铌、铈等；对增强材料进行表面处理，涂覆一层可抑制界面反应的涂层，可有效改善其润湿性。表面涂层涂覆方法很多，如化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶和电镀或化学镀等。

3．如何使增强材料按所需方向均匀的分布于基体中 增强材料的种类较多，如短纤维、晶须、颗粒等，还有直径较粗的单丝、直径较细的纤维束等，同时在尺寸、形态、理化性能上也有很大差异，使其均匀地、或按设计强度的需要分布比较困难。

解决的方法是：对增强材料进行适当的表面处理，使其浸渍基体速度加快；加入适当的合金元素改善基体的分散性；施加适当的压力，使基体分散性增大。

5、金属基复合材料的二次成形加工技术有哪些？请分别陈述。

答：为了制成实用的金属基复合材料构件，需对金属基复合材料进行二次成型加工和切削加工。由于增强物的加入给金属基复合材料的二次加工带来很大的困难，如陶瓷纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料，增强物硬度高、耐磨，使这种复合材料的切削加工十分困难。不向类型的金同基复合材料构件的加工要求和难度有很大差别，对连续纤维增强金届基复合材料构件一般在复合过程中完成成型过程，辅以少量的切削加工和连接即成构件而短纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料则可采用铸造、挤压、超塑成型、焊接、切削加工等二次加工制成实用的金属基复合材料构件。

常用的生产有色金属铸件的铸造方法可用来制造颗粒增强铝基、镁基复合材料铸件，但由于增强颗粒的加入改变了金属熔体的粘度、流动性等性质，高温时还可能发生增强颗粒与基体金属之间的化学反应、颗粒的沉降等问题，因此在选择工艺方法和参数时必须考虑金属基复合成料的特点，对现有铸造工艺做必要的改进。铸造法是—种经济、可批量生产复杂零件的有效方法，并可借鉴现有成熟的铸造工艺，是生产颗耽增强金属基复合材料零件的主要方法。

对于非连续增强金属基复合材料利用挤压、模锻、超塑成型等工艺方法制造型材和零件也是一种工业规模生产金属基复合材料零件的有效方法，这种方法生产出来的零件组织致密，性能好。现有的挤压、锻造等工艺和设备均可借鉴用于制造短纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料，其中颗粒增强铝基、镁基复合材料用得更多。出于金属基体中含有一定体积分数的增强物(晶须、颗粒)，大大降低了金属的塑性，变形阻力大，成型困难，坚硬的增强颗粒将磨损模具，因此对常规的工艺需进行相应的改进，如挤压、锻造温度、挤压速度、挤压力等。

金属基复合材料由于连续纤维、短纤维、品须、颗粒等增强物的存在，给切削加工带来很大困难。连续纤维增强金属基复合材料具有明显的各向异性，沿纤维方向材料的强度高，而垂直纤维方向性能低，纤维与基体的结合强度低，因此在加工过程中容易造成分层脱粘现象，破坏了材料的连续性，用常规的刀具和方法难以加工。而晶须、颗粒增强金属基复合材料由于增强物均很坚硬，本身就是磨料，在加工过程中对刀具的磨损十分严重。金属基复合材料加工困难，加工成本高也是金属基复合材料发展的障碍之一。

为了制造金属基复合材料构件，焊接工艺常需采用，如自行车架、汽车传动铀、航天飞行器中的构件等。增强物的加入影响焊接熔池的粘度和流动性，增强物与基体金属的化学反应又限制了焊接速度，给金属基复合材料焊接造成较大的困难。金属基复合材料的焊接工艺过程研究工作尚届初期阶段，许多技术困难正在研究解决中，这也是金属基复合材料研究应用中的一个重要问题。

6、请介绍金属基复合材料的各种界面结合机制。

答：界面的结合力有三种：机械结合力、物理结合力和化学结合力。机械结合力就是摩擦力，它决定于增强体的比表面和表面粗糙度以及基体的收缩，比便面和表面粗糙度越大，基体收缩越大、摩擦力也越大。机械结合力存在于所有复合材料中。

物理结合力包括范德华力和氢键，它存在于所有复合材料中，但在聚合物基体材料中占有很重要的地位。

化学结合力就是化学键，它在金属基符合材料中有重要作用。

由上面三种结合力，金属基符合材料中界面结合形式可以分为下面六种： 1．

机械结合这是基体与增强物之间纯粹靠机械连接的一种结合形式，它由粗糙的增强物表面及基体的收缩产生摩擦力完成。具有这类界面结合的复合材料的力学性能，不宜作结构材料使用。例如，以机械结合的纤维增强复合材料除承受不大的纵向载荷外，不能承受其他类型的载荷。事实上由于材料总有范德华力存在，纯粹的机械结合很难实现。2．

溶解和润湿结合

溶解和润湿结合是基体与增强物之间发生润湿（润湿角＜90℃)，并伴随一定程度的相互溶解（也可能基体和增强物之一溶解于另一种中）而产生的一种结合形式。这种结合是靠原子范围内电子的相互作用产生的，因此要求复合材料各组元的原子彼此接近到几个原子直径的范围内才能实现。增强体表面吸附的气体和污染物都会妨碍这种结合的形成，所以必须进行处理，除去吸附气体和污染物。3．

反应结合

这是基体与增强物之间发生化学反应，在界面上形成化合物而产生的一种结合形式。其中典型的代表为Al-C和Ti-B系。但在Al-C和Ti-B两个体系中，如果工艺参数控制不当，没有采取相应的措施，以致在界面上生成过量的脆性反应产物，材料强度降低。像这类不能提供有使用价值的复合材料的结合，不能称之为复合材料。4．

交换反应结合

交换反应结合是基体（含两种以上元素）与增强物之间，除发生化学反应在界面上形成化合物外，还有通过扩散发生元素交换的一种结合形式。钛合金（例如Ti-8Al-1V-1Mo）-硼系是这种结合的典型代表。钛与硼的作用分为两个阶段：

Ti（Al）+2B→（Ti，Al）B2

（Ti，Al）B2+Ti→TiB2+Ti（Al）

即首先形成（Ti，Al）B2，然后因为Ti与B的亲和力大于Al与B的亲和力，（Ti，Al）B2中的Al被Ti置换出来，再扩散到钛合金中。因此，界面附近的基体中有铝的富集，这构成了额外的扩散阻挡层，使反应速度常数降低。5．

氧化物结合

这种结合实际上是结合的一种特殊情况。例如Ni-Al2O3复合材料的结合本来是机械结合，但在氧化性气氛中Ni氧化后，与Al2O3作用形成NiO?Al2O3，变成了反应结合。又如铝-硼、铝-碳化硅复合材料，由于铝表面上的氧化物膜与硼纤维上的硼的氧化物，或碳化硅纤维上的硅氧化物间发生相互作用，形成氧化物结合。正是这种氧化物膜提供了复合材料的表观稳定性。6．

混合结合

这种结合是最重要、最普遍的结合形式之一，因为在实际的复合材料中经常同时存在几种结合形式。例如在Al-B系中如果制造温度较低，氧化膜不破坏，则形成机械结合；如果温度较高（高于基体的熔点），氧化膜部分破坏，形成反应结合，就变成混合结合了。