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一、填空题

1． 液态金属材料凝固条件有_____、和_____。

【答案】结构起伏；能量起伏；浓度起伏

2． 空间群为Fm3m 的晶体结构属于_____晶族，_____晶系。

【答案】尚级；兑方

3． 马氏体相变具有以下的一些特征：_____、_____、_____和_____等。

【答案】存在习性平面；取向关系；无扩散性；速度快（或没有特定的相变温度）

4． 非均匀形核模型中晶核与基底平面的接触角

_____

, _____表明不能促进形核。

所以当时

，当时

，模壁或杂质表面对形核没有帮助，不能促进形核。

5． 结晶高分子中最常见的结晶形态是_____，其光学特征为偏光显微镜的两正交偏振片之间，呈现出特有的_____和_____现象。

【答案】球晶；黑十字消光图案和黑白交替的同心圆环；消光环

6． 在均一的液相中靠自身的结构起伏和能量起伏等条件形成晶核的方式称为_____形核。

【答案】均匀

【答案】一半；表明形核功为均匀形核功的【解析】由于非均匀形核功与均匀形核功有如下关系式：

二、简答题

7． 根据单相固溶体凝固的一维模型回答下列问题（可以用图解说明）：

（1）为什么在凝固过程中会出现边界层？

（2）分别叙述平衡分配系数和有效分配系数的物理意义；

（3）什么情况下出现正常凝固？什么情况下凝固后的铸锭内成分最均匀？什么情况下最不均匀？ （4）用图解说明出现成分过冷的临界条件，并解释如果是正常凝固会不会出现成分过冷。

【答案】（1）合金凝固时，液态合金因具有低黏度和高密度而存在自然对流，其倾向使液体浓度均匀化；然而正是液体流动时的一个基本特性却部分地妨碍对流作用。当液体以低速流过一根水管时，液体中的每一点都平行于管壁流动，这称为层流。流速在管中心最大，并按抛物线规律向管壁降低，制止管壁处的液体流速为零为止。因此在管壁处总是存在着一个很薄的层流液体的边界层。

（2）如图1（a ）中虚线所示，在边界层以外，通过对流可使液体质量浓度快速均匀化，由于在界面上达到局部平衡可知溶质聚集使

比不存在溶质聚集时快。

平衡分配系数是指随着溶质不断聚集，边界层的浓度梯度也随之增大，于是通过扩散方式穿越边界层的传输速度增大，直至界面处固体中排入边界层中溶质的量与从边界层扩散到对流体中溶质的量相等，聚集才停止。

于是用在平衡凝固时固相与液相中溶质浓度之比表示平衡分配系数如图6-5（b ）所示，

即

有效分配系数是指在平衡凝固时，当边界层建立后, 边界固相侧溶质浓度和边界层

以外的液相区中溶质浓度之比，即图中

迅速上升，必使也迅速上升，因此固体浓度上升要

图1

（3）若时，贝U 出现正常凝固，此时没有边界层，液相内成分完全均匀；当

时，则正常凝固时成分最不均匀。 时，铸锭内成分最均匀；当

（4）如图2虚线所示，当边界层中温度梯度与边液相实际温度即界层浓度分布曲线相切时，是成分过冷的临界条件。当温度分布曲线斜率小于切线斜率时则有成分过冷，反之则没有成分过冷。由于正常凝固要求液固面为平直界面，所以要很慢的凝固速度和溶质质量分数，不在发生成分过冷区的阴影中，故正常凝固不会发生成分过冷。

图2

8． 简述时效（强化）处理的工艺路线及原理。

【答案】经高温加热及快速冷却的固溶处理得到过饱和单相组织，然后在一定温度和时间内时效到最高硬度/强度，得到弥散、共格析出的强化相。

9． 在晶体中插入附加的柱状半原子面能否形成位错环？为什么？

【答案】不能形成位错环。假设能形成位错环，由于插入的是附加的柱状半原子面，则该位错环各处均为刃型位错，根据刃型位错的则该位错环每一线元对应的b 应沿着径向，也就是说环上各线元对应的b 不同，这与一条位错线只有一个b 相矛盾。

10．点缺陷（如间隙原子或代位原子）和线缺陷（如位错）为何会发生交互作用？这种交互作用如何影响力学性能？

【答案】（1）发生交互作用的原因：

①在晶体中，点缺陷会引起晶格畸变，产生内应力，形成应力场；点缺陷的应力场与位错的应力场会发生交互作用，其结果是通过点缺陷运动而使点缺陷相位错形成特定的分布，从而使体系的自由能达到较低状态；

②柯垂尔提出了溶质原子与位错之间的交互作用，在间隙固溶体中，由于间隙原子的半径比晶体间隙的半径大，与位错进行弹性交互作用，结果间隙原子将在位错附近聚集，形成小原子集团，称为柯垂尔气团。柯垂尔气团的存在，使位错运动困难，这是因为位错只有从气团中挣脱或者抱着气团一起前进才能继续运动，这需要外力作更多的功，这就是固溶强化效应；

③而空位通常被吸引到刃型位错的压缩区，或消失在刃型位错线上，使位错线产生割阶，空位与位错在一定条件下可互相转化。

（2）由刃型位错的应力场可知，在滑移面以上，位错中心区域为压应力，而滑移面以下的区域为拉应力，若有间隙原子C ，N 或比溶剂原子尺寸大的置换溶质原子存在就会与位错交互作用偏聚于刃型位错的下方，以抵消部分或全部的张应力，从而使位错的弹性应变能降低，当位错处于能量较低状态时，位错趋于稳定，不易运动，即对位错形成钉扎作用，位错要运动就必须在更大应力作用下才能挣脱柯垂尔气团的钉扎作用而移动，这就形成上下屈服点。