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金属材料的强韧化
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你可能喜欢作业三；一、名词解释（6题共30分，每题5分）；(1).；(2).；(3).；(4).晶体：原子在空间呈有规则的周期性的重复排；描述，特征相同的部分归为一种组织组成物；(5).韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能；(6).材料的“合金化”：通过改变材料的成分，达；在金属材料和现代高分子材料的改性方面有广泛的应用；二、填空题（10个空共10分，每空1分）；
一、 名词解释（6题共30分，每题5分）
(4). 晶体：原子在空间呈有规则的周期性的重复排列。 硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。 疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。 材料组织： 材料的组织是对材料的类型、形状、数量、大小、分布等特征的
描述，特征相同的部分归为一种组织组成物。
(5). 韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。
(6). 材料的“合金化”：通过改变材料的成分，达到改变材料性能的方法。这种方法
在金属材料和现代高分子材料的改性方面有广泛的应用。
二、 填空题 （10个空共10分，每空1分）
(1). 固体中的结合键可以分为（4）种，它们是（金属键）、离子键、（分子键）、共
(2). 共晶反应式为：( L→α+β)，共晶反应的特点为：(一个液相生成两个固相)。
(3). 材料力学性能的硬度表征：布氏硬度、(洛氏硬度)、维氏硬度等。
(4). 马氏体的显微组织形态主要有：（板条马氏体）、（片状马氏体）两种。其中（板
条马氏体）的韧性较好
(5). 液态金属结晶时，结晶过程的推动力是：（液相和固相之间存在过冷度）。
三、 是非题 （5题共10分，每题2分）
(1). 材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载
荷的 反应。
(2). 一个合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β），它由三相组成。（×）
(3). 三束表面改性是指：激光束、电子束、离子束 （ √ ）
(4). 材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。（ √ ）
(5). 不论含碳量的高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。（×）
四、 选择题 （5题共10分，每题2分）
(1). 决定晶体结构和性能最本质的因素是：a. 原子间的结合能 b.原子间的距离 c.
原子的大小。（a）
(2). 固溶体的晶体结构：（a）a.与溶剂相同b.与溶质相同.c.为其它晶型
(3). 材料的刚度和（a）有关：a.弹性模量 b屈服强度 c抗拉强度
(4). 间隙相的性能特点是：a.熔点高，硬度低；b 硬度高，熔点低c 硬度高、熔点
(5). 珠光体是一种：a.单相固溶体 b 两相混合物 c. Fe和C的化合物 （b）
五、 简答题（4题共20分，每题5分）
(1). 何为粉末烧结？影响烧结的因素有哪些？
烧结是陶瓷何粉末冶金工艺中最重要的工序。所谓烧结就是指在高温作用下，
坯体发生一系列物理化学变化，由松散状态逐渐密化，且机械强度大大提高的
影响烧结的因素有很多，如坯体的初始密度、物相组成、烧结气氛、压力以及
添加剂等。
(2). 简述纤维增强复合材料的机理。
纤维复合材料强度高的原因是：纤维尺寸小强度高韧性改善，纤维表面受基体
保护，基体有止裂作用，断裂时纤维拔出要克服粘结力，以及纤维处于三向受
力状态等。
(3). 简述从事材料工程的人们必须注重材料性能数据库。
材料性能数据库是材料选择的先决条件；材料性能数据库是实现计算机辅助选
材（CAMS）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）的基础。
(4). 简述材料设计的主要内容
材料设计贯穿于材料“四要素”的各个方面，即：
成分结构设计
性质性能预测
合成加工过程的控制与优化
六、 综合分析题（2题共20分，每题10分）
(1). 材料的四大要素是什么？叙述材料四大要素之间的关系。
材料四要素：
使用性能、材料的性质、结构与成分、合成与加工
(2). 试述材料的强韧化的主要方法及其各自原理。
固溶强化、加工硬化、弥散强化、第二相强化、相变增韧
(5). 名词解释（6题共30分，每题5分） 塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。 刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。 抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载荷）作用下抵抗变形的能力。 马氏体：碳在α-Fe的过饱和固溶体。 断裂韧性：工程上使用的各种材料，本身不可避免地存在着微裂纹，在应力的作用
下，这些裂纹进行扩展，一旦达到失稳扩展状态，便会发生低应力脆断。
(6). 材料的热处理：通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，
达到改变材料性能的方法。
(4). 填空题 （10个空共10分，每空1分） 材料的物理性质主要包括：(电学性质)、磁学性质、(光学性质)、热学性质等 三类主要的材料力学失效形式：(断裂)、(磨损)、腐蚀。 材料物理性能的电学性能表征有：（导电率）、（电阻率）、介电常数等。 三大类材料的成型技术在材料工程中是内容最为丰富的一部分。如果按材料的流变
特性来分析，则材料的成型方法可分为三种：（液态成型）、（塑变成型）、流变成型。
(5). 三束表面改性是指：（激光束）、（电子束）、离子束等。
三、 是非题 （5题共10分，每题2分）
(1). 结构材料是指工程上要求机械性能的材料。（×）
(2). 表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。（×）
(3). 材料的加工与合成主要内容包括材料制备、材料加工、表面工程、材料复合。
(4). 有许多种薄膜技术能够在基材表面覆盖薄膜材料层，其中最重要的两种方法是：物
理气相沉积PVD和化学气相沉积CVD。（√）
(5). 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（×）
四、 选择题 （5题共10分，每题2分）
(1). 晶体中的位错属于：a.体缺陷.b面缺陷.c.线缺陷 （c）
(2). 奥氏体是：a.碳在γ-Fe中的间隙固溶体；b. 碳在α-Fe中的间隙固溶体c. 碳在β
-Fe中的间隙固溶体
(3). 在发生L→α+β 共晶反应时，三相的成分：a. 确定b.相同c.不定 （ b）
(4). 设计纤维复合材料时，对于韧性较低的基体，纤维的膨胀系数可（a ）；对于塑性
较好的基体，纤维的膨胀系数可（ c ）
a. 略低 b相差很大 c略高 d相同
五、 简答题（4题共20分，每题5分）
(1). 何为复合材料？简述材料复合的目的。
复合材料为由两种以上不同性质的材料组成的多相固体材料，具有其组成材料所，没有的优越性能，材料复合的主要目的就是依据不同材料性能的优势互补、协调作用的原则，进行材料的设计与制备。因此材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。
(2). 简述性质与性能的关系和区别。
材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。 使用性能：是指材料在最终使用状态（产品、元件）下表现出的行为。
性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现
(3). 简述材料的加工的主要范畴
传统意义上，材料的加工范畴包括四个方面：
材料的切削：车、铣、刨、磨、切、钻
材料的成型：铸造、拉、拔、挤、压、锻
材料的改性：合金化、热处理
材料的联接：焊接、粘接
(4). 简述材料改性的目的以及其主要内容
目的：通过改变材料的成分、组织与结构来改变材料的性能。
材料的“合金化”
材料的热处理
六、 综合分析题（2题共20分，每题10分）
(1). 材料的成分和结构主要的测试手段有哪些？
成 分 分 析
化学分析：化验
物理分析：物理量间接测定
谱学分析：红外光谱、光电子能谱，等
光学显微镜、SEM、TEM、场离子显微镜、隧道扫描显微镜等
(2). 试述材料热处理的常见工艺及其目的。
典型热处理工艺
淬火、退火、回火、正火
一、填空题：
1、 碳的质量分数Mn、、
2、 优质碳素结构钢的钢号是以来表示的。
3、 碳钢常规热处理有 、、、四种
4、 碳在铁碳合金中的存在形式有、
5、 高分子材料分子量很大，是由组成，并以接而成。
6、、、被称为三大合成高分子材料。
7、 高分子按结构单元的化学组成可分为、 无机高分子 。
8、 聚合物分子运动具有
9、 聚乙烯可分为 低密度聚乙烯 、 高密度聚乙烯 、 线性低密度聚乙烯 、 超高分子质量聚乙烯 、 改性聚乙烯 。
10、 陶瓷材料的晶体缺陷有、，其中导电性与接关系。
11、 陶瓷材料的
12、 陶瓷材料热膨胀系数小，这是由 晶体结构 和 化学键 决定的。
13、 由两种或两种以上、、不同的物质，经人工组合而成的相固体材料 叫做复合材料。
14、 复合材料可分为和两大类。
15、 颗粒增韧的增韧机理主要包括、、和。
16、 界面是复合材料中之间发生合面。
17、 复合材料界面结合的类型有 机械结合 、 溶解与侵润结合 、 反应结合 、 混合结合 。
二、判断题：
1、不锈钢中含碳量越低，则耐腐蚀性就越好。
2、纯铝中含有Fe、Si等元素时会使其性能下降。
3、正火是在保温一段时间后随炉冷却至室温。
4、受热后软化，冷却后又变硬，可重复循环的塑料称为热塑性塑料。
5、聚乙烯从是目前产量最大，应用最广泛的品种。
6、陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容大。
7、陶瓷材料中位错密度很高。
8、陶瓷材料一般具有优于金属材料的高温强度，高温抗蠕变能力强。
9、纤维增强金属基复合材料的目标是，提高基体在室温和高温下的强度和弹性模量。（ √ ）
10、复合材料有高的强度和弹性模量、良好的减震性。
11、界面的特性对复合材料起着举足轻重的作用。
包含各类专业文献、幼儿教育、小学教育、高等教育、专业论文、文学作品欣赏、中学教育、各类资格考试、材料科学与工程导论试题14等内容。　
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铁基块体金属玻璃及其复合材料的强韧化研究
【摘要】：Fe基块体金属玻璃以其高强度,高硬度,高弹性极限以及低廉的材料成本等优异性能,使其成为产业化前景非常广阔的下一代结构材料。然而,极低的室温塑性变形能力(压缩塑性应变通常低于0.2%),严重限制了Fe基块体金属玻璃的广泛应用。因此,开发新型的高强度并兼有良好塑韧性的Fe基块体金属玻璃及其复合材料,成为当前结构材料前沿领域的热门课题,具有重要意义。
根据形成组元的不同,Fe基金属玻璃可大致划分为Fe(B, Si)-系和Fe(P, C)-系两大类型,其中Fe(P, C)-系金属玻璃具有较好的塑韧性。为了提高Fe基金属玻璃的室温塑性,本文提出了发展单一“α-Fe”韧性相增强的Fe基块体金属玻璃基内生复合材料的设想。依据这一研究思路,通过合理的成分和结构设计,开发了一系列新型铁基块体金属玻璃及其复合材料。利用X射线衍射分析仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、示差扫描量热仪(DSC)、万能材料试验机等实验手段系统研究了其显微结构、热稳定性及室温力学行为。主要的结论概括如下：
(1)通过电弧熔炼/水冷铜模吸铸技术,利用适量的Ni部分替换Fe,获得了具有良好室温塑性变形能力的新型(Fe_(0.8)Ni_(0.2))_(71)Mo_5P_(12)C_(10)B_2块体金属玻璃,压缩塑性应变超过5%,这归因于其玻璃转变温度Tg和冷液相区△Tx的降低,在外载荷作用下,金属玻璃结构易于失稳而展现出更好的塑性变形能力。
(2)根据相选择理论,在FeMoPCB金属玻璃中,首次获得了含有均布于玻璃相基体上的单一α-Fe枝晶相的Fe金属玻璃内生复合材料。在形变过程中,韧性α-Fe枝晶相在抑制合金单一剪切带的迅速失稳扩展的同时,也促进了多重剪切带的萌生,使得Fe_(77)Mo_5P_9C_(7.5)B_(1.5)金属玻璃基复合材料展现出比单一Fe基金属玻璃具有更好的室温塑性变形能力,1mm直径压缩样品的宏观压缩塑性应变超过30%。
(3)以Fe_(75)Mo_5P_(10)C_(8.3)B_(1.7)单相金属玻璃为初始合金,分别沿简化的Fe-Mo-(PCB)成分三角形中水平向右和右下角富Fe端方向开发了一系列玻璃基内生复合材料。研究发现,沿水平向右方向制备的复合材料,其第二相分布更均匀。而沿右下角方向获得的复合材料,其第二相呈现“螺旋状”的不均匀分布,这主要是由于类金属和金属Mo含量的减少,破坏了初始合金的玻璃形成能力所致。
(4)当α-Fe树枝晶原位析出的体积分数少于5%时,不能有效阻碍主剪切带的失稳扩展,此时的塑性变形主要依赖于金属玻璃基体。当α-Fe相继续增加至临界体积分数(约30～50%)时,析出相相互连接,形成“手拉手”的网状分布,复合材料中的局域剪切断裂源隔离为一个个孤立的局部剪切区域,此时材料表现出宏观塑性变形。当第二相的体积分数超过逾渗阈值后,塑形变形能力下降。
(5)通过单边缺口三点弯曲试验,得到了Fe_(75)Mo_5P_(10)C_(8.3)B_(1.7)单相金属玻璃、Fe_(77)Mo_5P_9C_(7.5)B_(1.5)和Fe_(79)Mo_5P_8C_(6.7)B_(1.3)金属玻璃基复合材料的缺口断裂韧性分别为：27.2±2.1 MPa-m1/2、36.7±4.3MPa-m1/2和25.5±4.0MPa-m1/2。研究指出,低的玻璃转变温度Tg和剪切模量G,是Fe_(75)Mo_5P_(10)C_(8.3)B_(1.7)单相金属玻璃具有良好断裂韧性的主要原因。
(6)TEM结果表明,Fe_(77)Mo_5P_9C_(7.5)B_(1.5)金属玻璃基复合材料中析出的第二相为单-的α-Fe相。韧性的α-Fe相能够有效地避免裂纹快速失稳扩展,同时促进了裂纹分叉,使得Fe_(77)Mo_5P_9C_(7.5)B_(1.5)金属玻璃基复合材料具有更好的缺口断裂韧性。然而,随着Fe含量继续增加,Fe_(79)Mo_5P_8C_(6.7)B_(1.3)复合材料中的α-Fe韧性相体积分数增加的同时,在枝晶间还析出一些Fe_2MoP_(12)硬脆相,使得Fe_(79)Mo_5P_8C_(6.7)B_(1.3)合金的断裂方式以沿晶断裂为主,导致缺口断裂韧性下降。
【关键词】：
【学位授予单位】：华中科技大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2010【分类号】：TG139.8【目录】：
Abstract6-10
1 绪论10-28
1.1 金属玻璃概述10-12
1.2 铁基块体金属玻璃的发展历程12-15
1.3 铁基块体金属玻璃的优势与劣势15-19
1.4 铁基块体金属玻璃基复合材料的现状与发展19-21
1.5 两类铁基金属玻璃21-24
1.6 成分设计规则24-25
1.7 本研究的主要内容和意义25-28
2 相似元素对铁基块体金属玻璃室温塑性的影响28-39
2.1 引言28-29
2.2 实验过程29-30
2.3 实验结果与讨论30-38
2.4 本章小结38-39
3 原位合成铁基块体金属玻璃基复合材料39-54
3.1 引言39-40
3.2 实验过程40-41
3.3 实验结果与讨论41-52
3.4 本章小结52-54
4 第二相对铁基块体金属玻璃基复合材料力学性能的影响54-69
4.1 引言54-55
4.2 试验方法55-57
4.3 实验结果与讨论57-68
4.4 本章小结68-69
5 铁基块体金属玻璃及其复合材料的断裂韧性研究69-82
5.1 引言69-70
5.2 试验方法70-72
5.3 试验结果与讨论72-81
5.4 本章小结81-82
6 全文总结82-84
6.1 主要实验结果82-83
6.2 本论文的创新之处83-84
参考文献85-99
附录1 攻读博士学位期间发表的论文99-100
附录2 论文Scr.Mater.62( 入选"TOP 25 Hottest Articles"inScience Direct100-101
附录3 论文Scr.Mater.60( 入选"TOP 25 Hottest Articles"inScience Direct101-102
附录4 攻读博士学位期间所获的奖励102
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问答题简答题试述氢化物发生原子荧光测定砷、硒、锑、铋的方法原理。 参考答案 （1）在消解处理水样后加入还原剂（如硫脲），把砷、锑、铋还原成三价，硒还原成四价，在酸性介质中加入硼氢化钾溶液，三价砷、......
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1.问答题 参考答案称取7g硼氢化钾于预先加有2KOH的200ml去离子水中，用玻璃捧搅拌至溶解后，用脱脂棉过滤，稀释至1000ml。2.问答题 参考答案
作用是将水亲中的砷、锑还原成三价，同时也作为抗干扰的掩蔽剂。
3.问答题 参考答案矿山开采、冶炼、炼油、精炼铜、制造硫酸及特种玻璃等行业。4.问答题 参考答案采矿、冶金、化工、化学制药、农药生产、纺织、玻璃和制革等部门的工业废水。5.问答题 参考答案
灵敏度较高、谱线比较简单、分析曲线的线性范围较宽、可同时进行多元素测定。