1、何为材料制备加工？请简述材料制备加工工艺在材料科学与工程中的作用。
材料的制备是将原材料进行加工，使它能够满足生产所要用材料的标准，所以它还是材料。
材料的加工是对材料按一定的标准和方法进行加工，使它变成成品。
通过材料科学与工程和相关学科的基础的智能应用，以及现有技术、新技术或者特殊环境等等，来实现合成或者制备新材料；改变或者控制内部结构（宏观或者微观结构、原子排列、元素分布、能量状态等）以实现设计或者定制材料的机械或功能特性；改变材料的性能
控制或者改变材料的内部结构或者性能等形式得到所需要形状的材料和部件
材料科学与工程主要对材料的合成与制备、结构（成分）、性能以及服役性能研究等四部分进行研究，而在这四个部分中，材料制备加工在材料科学与工程中起着核心支柱的作用。了解材料必然需要了解材料的形成过程和制备方法，从而充分的了解材料的结构、性质和性能，为各种元器件的制备奠定了良好的基础。
金属材料的制备、成形与加工技术进步追求的共同目标是:①尽可能地缩短工艺流程,并实现工件的近终形制造;②在完成外形精确成形的同时,实现组织的优化,最大限度地发挥材料的性能潜力。其主要思路是建立“控形一控性(控制组织)一控制成本一控制污染”一体化的先进材料制备与加工成形的理论与技术体系。采用凝固技术进行高性能构件的一次精确成型,从而免除后续的加工工序,是实现上述目标的最佳选择。
2、论述材料的合成、制备与成形在材料科学与工程中的地位。并举例说明其基本手段和方法。
合成制备新材料、发现新材料、提高现有材料性能、零件成形制造；
凝固处理(熔炼、铸造、焊接）、热处理(热处理、烧结等)、机械加工(冷成型和轧制等）、热机械加工、电磁材料加工、生物材料加工、高能量密度梁材料加工、材料表面加工、真空材料加工、空间或微重力条件下燃烧合成材料加工等等。
3、先进金属材料快速凝固背景、优点、工艺及方法。并简述合金的快速凝固的原理、组织特征和性能特点。
背景：普通凝固过程存在冷却速度慢、凝固速度慢的特点，此特点易导致铸件出现凝固缺陷（例如，宏观偏析、缩松、缩孔、热应力等等）和粗大、发达的树枝晶（出现晶内偏析、晶界偏析），进而导致铸件性能恶化，因此为解决上述问题，从提高冷却速度和增加晶核、细化晶粒角度，提出了快速凝固，即在比常规工艺过程中快得多的冷却速度下，金属或者合金以极快的冷却速度从液态转变为固态的过程，金属的冷却速度一般要达到104-109K/s。
优点：
a.凝固速度快，从而可以使金属在液态中的溶解度得到扩大，这样是其材料的密度有所改变，材料各部位的组织更加的紧密，改变金属中各元素的所含比例，从而可以改变该材料的性质，使其达到某种用途的需求。
b.由于凝固的速度比一般铸造的快，这样得到的凝固结晶会更加的细小，晶粒的分布更加的均匀，一定程度减少了杂质的混入，提高材料的质量，由于晶粒组织的优化，该材料的力学，化学性质会得到提高，从而使其得到更广的运用。
c.由于快速凝固给材料带来的溶解度的扩大，更加精细的晶粒的析出，从而赋予了材料的高强度，高韧度，以及高耐腐蚀性。这是快速凝固技术能在工业领域得到广泛运用的硬道理。
d.除了金属的快速凝固，还
有一种快速凝固非晶态合金。其特点和上类似，可以使材料具有极高的强度，硬度。又因为其实处于非晶态，它在具有高强度的同时也具有较好的韧性。同时，因为非晶态这种特殊形态，可以使材料具有良好的半导体性能，这是传统铸造方法所不能达到的
工艺及方法：
实现快速凝固的三种途径包括：动力学急冷法；热力学深过冷法；快速定向凝固法。
动力学急冷快速凝固技术
急冷凝固技术的核心是提高凝固过程中熔体的冷速，从热传输的基本原理可以知道一个相对环境放热的冷速取决于该系统在单位时间内产生的热量和传出系统的热量，因此对金属凝固而言，提高系统的冷速必须要求：第一，减少单位时间内金属凝固时产生的熔化潜热;第二，提高凝固过程中的传热速度。这里国外常采用的三种方法：急冷的模冷技术、雾化技术、表面熔化与沉积技术。根据熔体分离和冷却方式的不同，可以分为雾化技术、模冷技术和表面熔化及沉淀技术三大类。①模冷技术。主要包括：枪法，双活塞法，熔体旋转法，平面流铸造法，电子束急冷淬火法，熔体提取法和急冷模法。②雾化技术。具体分为：流体雾化法，离心雾化法和机械雾化法。③表面熔化与沉积技术。主要有离子体喷涂沉积法和激光表面重熔法两种。
热力学深过冷快速凝固
大过冷快速凝固技术的核心是在熔体中设法消除可以作为非均匀形核媒质的杂质或容器的影响，创造尽可能均匀形核的条件，从而在形核前获得很大的过冷度。通常在熔体凝固过程中促进非均匀形核的形核媒质主要来自熔体内部和容器壁，因此大过冷技术就是主要从这二个方面设法消除形核媒质。采用大过冷快速凝固技术的具体方法大致分为两类。一类是熔滴弥散法，即在细小熔滴中达到大凝固过冷度的方法，包括乳化法、熔滴水成冰(基底法和落管法等。另一类是在较大体积熔体中获得大的凝固过冷度的方法，包括玻璃体包裹法、二相区法和电磁悬浮熔化法等。因此，深过冷是实现三维大体积液态热力学深过冷获得技术实验方法分类。①大体积液态金属的深过冷，主要有熔融玻璃净化法，循环过热法和熔融玻璃净化法+循环过热法。②微小金属液滴的深过冷，包括乳化-热分析法，落管法和无容器电磁悬浮熔炼法。③其它形状金属液态的深过冷--熔体急冷法，可分为：气枪法，雾化沉积法，熔体旋转法，锤砧法，单辊法。
快速定向凝固法
定向凝固法是指在凝固过程中应用技术手段，在液-固界面处建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，最终得到定向组织、甚至单晶。定向凝固是在高温合金的研制中建立和完善起来的。该技术最初用来消除结晶过程中生成的横向晶界，因为晶界处原子排列不规则，杂质较多，扩散较快。晶界在高温受力条件下是较薄弱的地方，消除横向晶界，可以提高其高温合金的力学性能。定向凝固技术的最主要应用是生产具有均匀柱状晶组织的铸件，特别是在航空领域生产高温合金的发动机叶片，与普通铸造方法获得的铸件相比，它使叶片的高温强度、抗蠕变和持久性能、热疲劳性能得到大幅度提高。对于磁性材料，应用定向凝固技术，可使柱状晶排列方向与磁化方向一致，大大改善了材料的磁性能。定向凝固技术也是制备单晶的有效方法。定向凝固技术还广泛用于自生复合材料的生产制造，用定向凝固方法得到的自生复合材料消除了其它复合材料制备过程中增强相与基体间界面的影响，使复合材料的性能大大提高。定向凝固技术作为功能晶体的生长和材料强化的重要手段，具有重要的理论意义和实际应用价值。
纵观定向凝固技术的发展，人们在不断地提高温度梯度、生长速度和冷却速度，以得到优质的定向凝固组织。根据成分过冷理论，温度梯度无疑是其中的关键。提高固液界面前沿的温度梯度在理论上有以下途径：①缩短液体最高温度处到冷却剂位置的距离；②增加冷却强度和降低冷却介质的温度；③提高液态金属的最高温度。目前新兴的凝固技术如冷坩埚定向凝固技术、软接触陶瓷壳定向凝固技术、双频电磁约束成形定向凝固技术等，这些无坩埚熔炼、无铸型、无污染的定向凝固成形技术会成为未来发展的焦点，在未来的发展中会日渐成熟。
组织特征和性能特点：
组织得到细化，晶粒尺寸细小可获得微晶或者纳米晶，甚至出现非晶态；成分均匀，偏析程度低，扩
大固溶极限；快速凝固导致非平衡相结构出现；增加缺陷密度；
性能特点：快速凝固组织具有晶界强化和韧化作用、而且成分偏析小、固溶度增大以及亚稳相产生，因而改变了合金的强度、韧性和延性。
硬度极高，耐磨性好，极低的摩擦系数，低表面的能量和不粘的行为，优良的抗氧化性能，优良的耐腐蚀性能；储氢物由于其间隙性的位置，导电和高电阻率不敏感依赖的温度(负系数)，热电材料。
4、简述激光增材制造技术的背景、原理及优势。谈一谈制备过程中可能遇到问题。
原理：增材制造技术是基于分层制造原理，采用材料逐层累加的方式，直接将数字化模型制造为实体零件的一种新型制造技术。美国材料与试验协会（ASTM）F42国际委员会给出了增材制造的定义：增材制造是依据三维模型数据将材料连接制作成物体的过程，相对于减法制造，它通常是逐层累加的过程。增材制造技术集成了数字化技术、制造技术、激光技术以及新材料技术等多个学科技术，可以直接将CAD数字模型快速而精密地制造成三维实体零件，实现真正的“自由制造”。与传统制造技术相比，增材制造技术具有柔性高、无模具、周期短、不受零件结构和材料限制等一系列优点，在航天航空、汽车、电子、医疗、军工等领域得到了广泛使用。
优势：增材制造技术是对传统切削加工技术的原理性颠覆，不需要传统的模具、刀具、夹具及多道加工工序，在一台设备上可快速而精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现“自由制造”，并大大减少加工工序、缩短加工周期。增材制造解决了许多过去难以实现的复杂结构零件的制造问题，且结构越复杂，其制造的效率和作用越显著。
对于金属增材制造技术来说，选择高质量的金属粉末非常重要，金属粉末是整个增材制造工艺的原材料，金属粉末的质量显著地影响着最终产品的质量。如果使用的是低质量的金属粉末，即使使用最好的增材制造工艺，最好的工艺控制技术，仍然不能获得质量好的产品。
另一个重点关注的领域是增材制造工艺用金属粉末的使用问题。如果能完全避免其他材料产生的污染，并且可以保证金属粉末筛分的质量，就可以在其他的增材制造工艺中，继续使用这种金属粉末。
技术分类
增材制造技术，不同于传统的制造技术对材料进行变形和切除，而是采用分层叠加的方式将材料逐层添加制造三维零部件的数字化制造新技术。增材制造技术有多种分类，根据材料的不同，可分为金属丝材、金属粉末和非金属材料，根据热源分类有激光、电子束、等离字弧、电弧等，根据增材的形式又可分为铺粉、送粉和送丝方式。
比较成熟的技术有：
选择性激光溶化技术（SLM），它是根据成形件的三维CAD模型的分层切片信息，扫描系统控制激光束作用于带成形区域内的粉末，一层扫描完成后，金属基板下降一个层厚高度，为熔化的粉末作为支撑，接着送粉系统输送一定量的粉末，铺粉辊铺展一层厚的粉末沉积于已成形层之上。然后，重复上述两个成形过程，直至零件成形。
激光熔覆制造技术（LENS）,它是在高能激光束作用下，将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速融化，光束移开后自激冷却的一种表面强化方法，它适用于各类金属的表面改性和修复。激光熔覆制造技术的关键技术包括：精密高质量同轴送粉熔覆系统；激光熔覆的工艺优化与稳定性；激光熔覆过程的检测与闭环控制。其工作原理是利用高能激光光束在金属基体上形成熔池，通过送粉装置和喷嘴输送来的金属粉末快速熔化，金属粉末或涂层快速凝固后，在基材表面形成无裂纹和气孔的冶金结合层。
与喷涂、电镀和堆焊等其他表面强化方法比，激光熔覆成形技术具有涂层与基体界面为完全冶金结合、结合强度高、局部表层对基体的热影响小、熔覆层晶粒细小且均匀分布、高能激光束在基体作用时间短等优点，但也存在在激光熔覆中会出现某些类似于焊接过程中的冶金缺陷问题，如气孔、变形、成分偏析、
裂纹等。
熔融沉积成形技术（FDM）,它是将丝状的热熔性材料(如ABS)加热熔化，通过一个带有微细喷嘴的挤出头挤喷出来。挤出头与热床的x轴和y轴作相对运动，如果热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而刚成型部分的温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一层面黏接在一起。一个层面沉积完成后，工作台与挤出头的距离按照预定的增量增加一个层的厚度，再继续熔喷沉积，直至完成整个实体造型。
光固化立体造形技术（SLA），它的原材料为液态光敏树脂，在一定波长和一定强度的紫外激光照射下液态光敏树脂会引发聚合反应，紫外激光会沿着零件各分层截面轮廓，对液态树脂进行逐点扫描。被扫描到的树脂薄层会产生聚合反应，由点逐渐形成线，最终形成零件的一个薄层的固化截面，而未被扫描到的树脂保持原来的液态。
5、简述定向凝固的原理、组织基本特征和性能特点。阐述制备的具体优势并举例说明。
定向凝固，又称为定向结晶，是指使金属或合金在熔体中定向生长晶体的一种工艺方法。定向凝固技术是在铸型中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着热流相反方向，按要求的结晶取向进行凝固铸造的工艺。它能大幅度地提高高温合金综合性能。定向凝固技术的最大优势在于，其制备的合金材料消除了基体相与增强相相界面之间的影响，有效地改善了合金的综合性能。
原理：
实现定向凝固需要两个条件：
首先，热流向单一方向流动并垂直于生长中的固-液界面；
其次，在晶体生长前方的熔液中没有稳定的结晶核心。
为此，在工艺上必须采取措施避免侧向散热，同时在靠近固一液界面的熔液中应造成较大的温度梯度，这是保证非定向柱晶和单晶生长停止、取向正确的基本要素。
实现定向凝固应满足凝固界面具有稳定的定向生长要求，抑制固一液界面前方可能出现的较大成分过冷区，而导致自由晶粒的产生。根据成分过冷理论，固一液界面要以单向的平面生长方式进行长大时，需要保证足够大（为晶体生长前沿液相的温度梯度，R为界面的生长速度），这就需要通过以下几个基本工艺措施来保证：
①严格的单向散热，要使凝固系统始终处于柱状晶生长方向的正温度梯度作用之下，并且要绝对阻止侧向散热，以避免界面前方型壁及其附近的形核和长大；
②要减小熔体的异质形核能力以避免界面前方的形核现象，即要提高熔体的纯净度；
③要避免液态金属的对流、搅动和振动，以阻止界面前方的晶粒游离。对于晶粒密度大于液态金属的合金，避免自然对流的最好方法就是自下而上地进行单向结晶。
常规的定向凝固技术主要有：发热剂法、功率降低法、快速凝固法、液态金属冷却法及流态床冷却法等。
定向凝固工艺为了控制晶粒的单向生长，采用了多种措施来保证凝固过程中热流方向的单一性，凝固过程中放出的热量较多，而常规定向凝固技术的主要缺点是温度梯度低、冷却速度小，致使凝固组织出现粗化，枝晶偏析严重，影响材料综合性能的提高。造成冷却速度较小的主要原因是凝固界面与温度最高的液相面距离太远，固液界面偏离最佳位置，因此温度梯度较小。为了保证界面前沿液相中无稳定结晶形核，凝固速度不宜过高，一般控制在平衡结晶状态。
（1）区域熔化液态金属冷却法（ＺＭＬＭＣ）该方法与ＬＭＣ方法冷却方式相同，利用电子束或高频感应电场集中对凝固界面前液相进行加热，进一步提高了温度梯度。他们自制的ＺＭＬＭＣ装置，其温度梯度最高可达１３００Ｋ／ｃｍ，冷却速度最大可达５０Ｋ／ｓ，凝固速率可在６～１０００μｍ／ｓ内调节。采用ＺＭＬＭＣ法，可显著细化高温合金定向凝固一次枝晶和二次枝晶的间距。但是，该方法单纯地采用强制加热方法，通过提高温度梯度来提高凝固速度，未能获得较大的冷却速度，却需要散发掉较多的热量，冷却速度的提高受限，一般很难达到快速凝固。目前这方面的研究还处于试验阶段。电磁约束成形定向凝固（ＤＳＥＭＳ）电磁约束成形定向凝固技术是西北工业大学傅恒志等综合电磁铸造与电磁悬浮等无坩埚熔炼和无模成形各自的优点，并结合液态金属冷却定向凝固技术而提出的新型材料制备技术。该技术最大特点是集加热、融化、无接触成形及组织定向凝固于一体，特别适合高熔点、易氧化、高活性特种合金的无污染近终成形制备。卢百平等利用自制的真空电磁约束成形定向凝固实验设备，研究了真空下耐热不锈钢的双频电磁约束成形过程。研究表明，当两感应器的间距为２５ｍｍ时，预热感应器对成形感应器中的磁场分布影响较小，但能独立调整熔体的温度分布，调节电磁成形系统的有效热力比，可扩大工艺参数的匹配范围。采用ＤＳＥＭＳ法可制备出组织定向优良，表面质量较好的耐热不锈钢件。但目前为止，关于凝固组织控制的研究较少。
（2）深过冷定向凝固技术就是将熔体的深过冷度与定向凝固技术相结合，使熔体在固／液界面前沿液相中温度梯度ＧＬ＜０的条件下晶体定向生长的方法，简称ＳＤＳ技术。由于深过冷熔体凝固速度很快，凝固时间很短，因此可大幅度提高生产效率，同时可获得改善的组织和性能，但目前深过冷的研究还局限于纯金属或简单的二元合金，对复杂合金的深过冷的获得还存在着不少需要解决的问题。
（3）激光超高温度梯度快速定向凝固（ＬＲＭ），激光能量具有高度集中特性，使其作为定向凝固的热源不仅可以实现极高的温度而且可获得比常规定向凝固技术更高的温度梯度。通过对激光表面快速熔凝过程中的熔凝组织生长方向研究，开发出了激光超高温定向凝固技术。该技术与Ｂｒｉｄｇｍａｎ超高温度梯度定向凝固法类似，其温度梯度可高达106Ｋ／ｍ，冷却速度可高达４ｍｍ／ｓ。目前激光快速熔凝技术在医疗、航空航天、军事国防、汽车制造、模具制造等应用领域取得了较大的进展。但是这项技术同时也存在着可制造性、过程缺陷、表面质量以及零件尺寸的限制，需要大量的研究去克服，以扩大应用范围。
（4）电子束悬浮区熔定向凝固技术（ＥＢＦＺＭ）电子束悬浮区熔定向凝固技术就是以高能电子枪为加热源，在试棒上形成狭窄的熔区，熔区在表面张力的作用下保持在试棒与已凝固棒料之间，而在电子枪沿试棒长度方向移动的反方向开始定向凝固，从而使整个棒料沿其长度方向生长的方法，简称ＥＢＦＺＭ技术。该方法具有能量密度高、控制简单且精度高等优点，既能去除气体和夹杂以提纯难熔金属，又能生长出具有理想组织结构的晶体，是目前制备高纯难熔金属的最重要的方法。电子束悬浮区熔技术的最大的局限性就是凝固过程是辐射散热，冷却速率小。
（5）连续定向凝固技术（ＯＣＣ），该技术的基本思想是通过加热结晶器模型到金属熔点温度以上，使金属液不在模型上形核，并将冷却系统和结晶器分离，使铸件在型外冷却，以此获得单向高温度梯度，熔体脱离结晶器的瞬间凝固，铸件离开结晶器的同时，晶体沿与热流相反的方向生长凝固，得到定向结晶组织，甚至单晶组织。该技术最大的特点是将传统的连续凝固中冷却结晶器变为加热结晶器，熔体的凝固不在结晶器内部进行。此外，ＯＣＣ法连铸过程中固相与铸型不接触，固液界面处于自由状态，固相与铸型之间是靠金属液的表面张力来联系，因此固相与铸型之间不存在摩擦力，可以连续拉延铸坯，并且所需的拉力较小，铸坯的表面质量很好。ＯＣＣ法综合了先进的定向凝固技术与高效的连铸技术的优点，是一种新型的近成品形状加工技术。目前该技术生产效率低，主要是由于所使用的冷却剂基本都是水，冷却能力有限，应开发冷却能力强的冷却剂，例如研究如何利用液氮作为冷却剂等来提高温度梯度，以加大生产效率。
（6）二维定向凝固技术（ＢＤＳ）与一维定向凝固相比，二维定向凝固技术具有更为复杂
的工艺条件。ＢＤＳ技术主要被用于制备高性能叶片和圆盘件。二维定向凝固的基本原理是控制热流的方向，使得金属由边缘向中心定向生长，最后获得具有径向柱状晶（宏观）和枝晶轴（微观）组织的材料。二维定向凝固合金由于柱状晶轴沿径向排列，故其径向强度、塑性和冲击韧度得到大幅度提高，具有十分广阔的前景。
（7）辅助场定向凝固技术，近年来，借助电场、磁场等外场来优化金属基材料定向凝固方法引起了研究者的关注。北京科技大学郭发军等，研究了交流电场对定向凝固及界面溶质分配系数的影响，发现交流电场对定向凝固组织有细化作用，且随电流的增大，其效果越明显，同时交流电场使凝固界面的溶质含量减小。上海大学玄伟东等研究了纵向磁场对ＤＺ４１７Ｇ合金的定向凝固组织的影响，发现磁场在固／液界面前沿合金熔体中诱发热电磁对流，致使高温合金ＤＺ４１７Ｇ一次枝晶间距减小，且一次枝晶间距减小的程度随外加磁场的强度增大而增大。董建文等研究了横向磁场对镍基高温合金定向凝固组织的影响，发现在生长速率较低条件下，外加磁场明显影响了合金的枝晶生长和宏观偏析，一次枝晶间距减小，试样在沿磁场方向的左侧出现了“斑状”偏析，随着生长速率的增加，磁场的影响减弱。Ｖｅｒｈｏｅｖｅｎ等研究了磁场对Ｓｎ－Ｃｄ和Ｓｎ－Ｐｂ合金定向凝固组织的影响。研究表明辅助场对凝固组织细化、偏析减小都有重要的影响。目前，该技术还处于试验研究阶段。
组织基本特征和性能特点：
定向凝固的金属材料的晶粒具有明显的方向性，以长轴粗大晶粒为主（晶粒的长度方向为凝固方向），材料的总体力学性能表现为各向异性，材料的高温性能好。
定向凝固技术的最主要应用是生产具有均匀柱状晶组织的铸件，特别是在航空领域生产高温合金的发动机叶片，与普通铸造方法获得的铸件相比，它使叶片的高温强度、抗蠕变和持久性能、热疲劳性能得到大幅度提高。对于磁性材料，应用定向凝固技术，可使柱状晶排列方向与磁化方向一致，大大改善了材料的磁性能。
6、何谓金属间化合物，简述金属间化合物的性能特点及强化途径。
金属间化合物：金属与金属或金属与类金属之间所形成的化合物。
由两个或多个的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。
金属间化合物的性能特点：力学性能：高硬度、高熔点、高的抗蠕变性能、低塑性等；良好的抗氧化性；特殊的物理化学性质：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、磁性材料等等。
金属间化合物中不同种类原子的原子间强键合和有序排列及可能由此导致的晶体结构的低对称性，使其原子和位错在高温下的可动性降低，晶体结构更加稳定，其结果金属间化合物通常具有优良的高温强度和刚度。但是塑性形变比普通金属困难，变形能力介于金属与陶瓷之间。
强化途径：
（1）合金化
通过向金属间化合物中加入合金化元素，来改善或提高合金的微观组织、高温强度、室温塑性以及高温抗氧化性能等。其中所应用的强化或者增韧机制主要有:a.固溶强化b.沉淀强化c.强化晶界。如在微合金化过程中加入一定量的B，通过B向晶界偏聚起强化晶界的作用。此外，加入伪共晶形成元素，形成伪共晶组织从而改善合金的室温韧性和高温强度等性能；加人一定量的合金化元素，形成塑性第二相，起到塑化作用。
（2）制备多相合金
通过向脆性金属间化合物基体中引人塑性第二相来达到韧化基体的目的。
（3）制备复合材料
制备复合材料也被认为是非常有效的方法之一。目前的工艺方法主要有机械合金化+热压或热等静压、铸造法、反应热压法等。通常采用的增强相有:HfC，TiB2和TC。
（4）改进制备工艺
定向凝固、机械合金化、热压或热等静压、微晶涂层等。
7、试述高性能金属基复合材料的主要制备方法、优点以及设计与过程中应考虑的主要材料科学问题及解决方法，并谈金属基复合在工业实际应用中面临的主要问题。选一种具体简述金属基复合材料制备原理和应用情况。
制备方法：
金属基复合材料多数制造过程是将复合过程与成型过程合为一体，同时完成复合和成型。由于基体金属的熔点，物理和化学性质不同，增强体的几何形状、化学、物理性质不同，应选用不同的制造工艺。现有的制造工艺有粉末冶金法、热压法、热等静压法、挤压铸造法、共喷沉积法、液态金属浸渗法、反应自
生法等，归纳起来可分成以下几大类：固态法、液态金属法和自生成法及其他制备方法。
金属基复合材料常用制备方法：热压扩散结合法、粉末冶金成型法、渗铸法、液态金属模锻法、搅拌法，挤压铸造成型法。
优点：
金属基复合材料的性能主要取决于所选用的金属或合金基体和增强物的特性、含量、分布等。通过优化组合可以获得既有金属特性，又有高比强度、高比模量、耐热、耐磨等综合性能的复合材料。
高比强度、高比模量；
良好的导热、导电性能；
热膨胀系数小、尺寸稳定性好；
耐磨性好；
良好的疲劳性能和断裂韧性；
不吸潮、不老化、气密性好，性质稳定，组织制密。
设计过程中考虑的问题：
考虑到金属基复合材料的性能、应用、成本等因素，金属基复合材料的制造技术应具备以下几个条件：（1）能使增强材料以设计的体积分数和排列方式均匀的分布于金属基体中，满足符合复合材料结构和强度设计要求。
（2）能确保复合材料的界面效应、混杂效应或者复合效应充分发挥，有利于复合材料性能的提高和互补，不能因制造工艺不当而造成材料性能下降，特别是不能对高性能增强材料造成损伤。
（3）能够充分发挥增强材料对基体金属的增强效果、增韧效果、尽量避免在制造过程中增强材料和金属基体之间发生各种不利的化学反应，得到适合界面结构和特性的复合材料。
（4）设备投资少。工艺简单易行，可操作性强，便于实现批量或者规模生产。
（5）尽量能制造出接近最终产品的形状，尺寸和结构，减少或者避免后加工工序。
解决途径或者办法：
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，在制造金属基体复合材料中需要解决一些关键性技术，主要包括以下几点：
（1）由于加工温度高，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（往往接近或者高于基体的熔点）。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，形成过强的结合界面，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，控制复合材料的加热温度是一项关键技术。
解决办法：尽量缩短高温加热时间，使增强材料与基体界面反应降至最低程度；通过提高工作压力使增强材料与基体浸润速度加快；采用扩散粘结法可有效控制温度并缩短时间。
（2）增强材料与基体润湿性差是金属基复合材料制造的又一难点。绝大多数的金属基复合材料如：碳铝、碳镁、碳化硅铝、氧化铝、铜等等，基体对增强材料润湿性差，有时根本不发生润湿现象。
解决办法：加入合金元素，优化基体成分，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。表面涂层涂覆的方法比较多，有CVD、PVD、溶胶-凝胶和电镀或化学镀等。
（3）按照结构设计要求和所需方向，，使增强材料均匀地分布于基体中也是金属基体复合材料制造中的难点。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的差异，使其均匀地或按设计强度的需要分布比较困难。
解决办法：对增强材料进行适当的表面处理，使其浸润基体速度加快；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。
在实际工业应用中面临的主要问题：
（1）在力学上存在的问题
以往对复合材料力学性能的研究大都是建立在连续介质力学的理论基础上,属宏观力学.但实际上,复合材料的结构与连续介质的模型偏离很远,建立的很多模型并不能很好地描述复合材料的力学行为,所以人们开始注意微观结构与力学性质的关系,试图建立和补充微观力学的研究.由于复合材料结构复杂,应考虑随机和统计的概念,而且其力学受工艺、环境及原材料性能影响很大,因此,要建立严格的力学模型和数学模型困难很大,只能采取由实验结果寻找经验关系的方法来进行研究,将来或许可利用模糊数学的概念来解决复合材料的力学问题.
（2）金属基复合材料的界面
界面是多种复合材料中既重要又复杂的关键问题,也是一直困扰本领域研究者的重大问题,复合材料中增强相与基体的界面强烈地影响着材料的物理性能和机械性能。当前的工作是致力于用各种先进的分析手段如透射电镜、扫描电镜、X射线衍射仪等方法表征界面结构.对于复合材料来说,不同材料的良好复合应该有适当匹配的热扩散,其中扩散系数是表征物质扩散能力和热物理化学性能的重要参量.研究界面扩散和扩散系数传统的方法是把含界面的样品按不同的距离逐层剥离下来,而后用化学分析或光谱分析的方法剖析分离物样的浓度.这样的方法相当繁琐,而且仍然是以平均成分代替真实成分,也不能微观和精确.现代电子探针分析(EPMA)方法的发展,提供了一种微观界面研究的最佳方法.陶景光等对金刚石复合界面的扩散问题提出了能谱仪与波谱仪原位互补分析研究的方法,并指出较低熔点钴的扩散分布是金刚石复合界面质量的关键.黄大千等用电子探针、X射线能谱仪、透射电镜、扫描电镜研究了碳化硅颗粒增强Al2014复合材料的界面,发现界面没有Si和Al的相互扩散.由于界面结构对复合材料性能具有很大影响,人们希望得到最佳的界面,以获得复合材料的最佳性能.因此,界面的研究成为材料科学中普遍而重要的问题.
（3）热疲劳问题
金属基复合材料及涂层技术的发展,赋予材料高的耐磨、耐蚀性及抗高温氧化性,但对于在高温、高压环境下工作的零部件,由于在使用过程中受温度急剧变化而易产生热疲劳破坏,这就要求对这些新材料的热疲劳性能进行研究.对于涂层材料需指出的是,由于涂层与基体之间存在一个性能突变的界面,尤其是热膨胀系数相差较大,难以得到足够的结合强度,并在高温下内外温差较大的使用环境中,界面处易产生很大的热应力而引起涂层的剥落.这也是引起热疲劳破坏的一个主要原因.
简述一种金属基复合材料制备原理和应用情况
挤压铸造法是目前制备非连续增强金属基复合材料最成功的工艺。它是通过铸造机将液态金属强行压入增强材料预制件中以制造复合材料的一种方法。挤压铸造法是将增强体制成预成型体，干燥预热后，再浇入金属熔体并将模具压下并加压，液态金属在压力下浸渗入预制件中，并在压力下凝固，制成接近最终形状和尺寸的零件。挤压铸造法具有成本低、工艺简单、增强体体积分数可调范围大、可以制备近净成型产品的优点。另外，由于基体合金在高压下浸渗和凝固，可以大大改善增强体和基体合金的结合状况，减少铸造缺陷，提高材料的致密度，从而改善复合材料的机械性能。但挤压铸造法受产品形状和尺寸的影响，对大体积零件的适应性不高，而且对模具和设备要求较高，预制件的制备技术直接影响到增强体颗粒在基体合金内的分布情况，继而对复合材料力学性能产生影响，同时挤压压力会损害预制件的完整性，使得其应用受到一定的限制。
8、非晶材料的主要制造技术及应用。
1、非晶态材料的制备原理
（1）获得非晶态材料的根本条件
——足够快的冷却速度，并冷却到材料的再结晶温度以下。
（2）制备非晶态材料需解决的两个技术关键：
（a）必须形成分子或原子混乱排列的状态；
（b）将热力学亚稳态在一定范围内保存下来，并使之不向晶态转变。
（3）制备非晶材料的基本原理示意
（a）可以看出，一般的非晶态形成存在气态、液态和固态三者间的相互转化；
（b）图中粗箭头表示物态间的平衡转变；
（c）非晶态转变在图中用空心箭头表示，在箭头的旁边标出了实现该物态转变所采用的技术。（4）影响非晶态材料制备的因素
（a）最主要因素——临界冷却速率Rc
（c）熔点Tm，降低熔点可使得合金成分处于共晶点附近，更容易形成非晶态。
多元合金比二元合金更容易形成非晶态。
（d）玻璃化温度Tg，玻璃化温度：在某些材料的热容-温度曲线上，随T↑，热容值有一急剧增大的趋势，该点即为材料的玻璃化温度。提高玻璃化温度，金属更容易直接过冷到Tg以下而不发生结晶。
2、主要制造技术：
粉末冶金法、气相直接凝聚法（溅射、真空蒸发沉积、电解和化学沉积、辉光放电分解法、激光加热、离子注入法）、液体急冷法（喷枪法、锤砧法、离心法、压延法、单辊法、熔体沾出发、熔滴法）、
3、性能特点
（1）具有高的抗拉强度；
（2）具有很高的强度、硬度和较高的刚度；
（3）具有很好的韧性和延性；
（4）具有高的弯曲强度、高的断裂韧性、高的冲击断裂能和较低的杨氏模量；
（5）在过冷温度区间具有高应变率超塑性能；
（6）高的抗腐蚀性能。
（7）具有软磁性和超导性。
4、应用
（1）缺乏晶体材料所具有的磁各向异性，导磁率高，损耗小。也就是说，旋转磁化容易，各向磁场灵敏度高，因此，可用来构成高灵敏度磁场计或磁通量传感器。现已相继开发出应力ˉ磁效应式高灵敏度应力传感器、磁致伸缩效应式机械传感器。
（2）具有高电阻率(比坡莫合金高几倍)，因此，即使是在高频范围内也能得到较小的涡流损耗和极好的磁特性，有效利用此特性便可开发研制出磁性晶体难以实现的快速响应传感器。
（3）不存在晶粒边界、位错等晶体材料固有的缺陷，因而机械强度高，抗化学性强。
（4）直到居里温度（近似为200~500K），其组合成分均可随意确定。因此，可望用于开发研制快速响应温度传感器。
9、当前涡轮叶片的主要制造技术及技术瓶颈。
涡轮叶片的制备工艺从早期的挤压、锻造发展为铸造，经历了等轴晶叶片、定向凝固柱状晶叶片和单晶叶片三个发展阶段。作为最为先进的单晶叶片，其性能水平成为一种型号发动机先进程度的重要标志，在一定意义上,也是一个国家航空工业水平的显著标志。
铸造单晶叶片从最早的功率降低法进行冷却，逐渐发展为空冷法、液态金属冷却法；启晶方式由早期的晶种启晶的方式逐渐发展为现在主流的铜盘冷却方式；选晶方式主要有转折式和螺旋式选晶，并以螺旋选晶器为主。
在涡轮材料方面，近期的发展方向是：定向共晶合金、超单晶合金、机械合金化高温合金，远期的是人工纤维增强高温合金、定向再结晶氧化物弥散强化合金以及新的能承受高温度的材料如金属间化合物及复合材料，碳－碳复合材料，陶瓷和陶瓷基复合材料。未来的发动机将大量采用非金属材料。
在制造工艺和结构上，现在国外在探索更高性能水平的单晶对开和扩散连接的叶片和多孔层板叶片制造技术，这种加工技术可使涡轮进口温度进一步提高。由小孔加工发展的铸造冷却技术使得在涡轮叶片上铸造出0.25mm的气膜孔成为可能，单晶精密铸造、真空扩散焊和优良的表面防护及处理等工艺技术的发展保证了涡轮叶片经过设计越来越精细。
随着快速成型技术在精密铸造领域的应用发展，可以用快速成型制造的原型替代蜡型，在其表面上涂挂耐火材料，然后焙烧，使原型材料烧蚀气化后得到铸壳，用于金属零件的烧注成形。快速成型技术也被用于直接成型陶瓷铸型。这种技术无需任何模具、夹具，可以快速成型复杂形状的陶瓷铸型。西安交通大学结合叶片熔模铸造技术、快速成型技术、凝胶注模技术，提出了空心涡轮叶片整体式陶瓷铸型铸造工艺。整体式陶瓷铸型是指型芯型壳使用相同的材料，同时成形，无需组合装配。这些都为复杂空心叶片制作探索了新的工艺方法。
10、根据你的了解，你认为3D打印技术的发展前景和技术瓶颈是什么？
作为第三次工业革命标志的3D打印技术，经过二十多年的发展，其相关技术领域逐渐成熟，应用范围逐渐扩充。根据美国专门从事增材制造技术的技术咨询服务协会Wohlers发布的2013年度报告显示，对各行各业对增材制造技术的应用进行了分析，可以看出，3D打印技术目前在消费电子、汽车、医疗牙科、科研用途，以及建筑方面应用较多。
在生物制造领域，增材制造技术得到了广泛关注和发展，该领域也是增材制造技术研究最前沿的领域。“细胞打印”是增材制造技术与生物制造技术的有机结合，解决了传统组织工程难以解决的问题，利用计算机控制含细胞液滴的沉积位置，在指定位置逐点打印，层层叠加形成三维多细胞／凝胶体系。目前生物制造领域的研究主要为一些国外的科研机构，我国在这一领域的研究离国外还存存一定差距。
在航空航天领域，随着新一代飞行器不断向高性能、高可靠性、低成本方向发展，越来越多的航空航天零部件趋向于轻量化、高强度、复杂化，从而推动了增材制造技术的大发展。欧美等国已将增材制造技术视为提升航空航天领域水平的重要关键技术之一，并且得到了极大应用。
在建筑设计领域，3D打印技术也大有作为。Enrico Dini发明了世界上首台大型建筑3D打印机，该机器可以打印出高4in的建筑物。目前欧空局正尝试利用3D打印技术打印月球基地，如果使用3D打印技术，以就地取材的方式，建立月球基地就会变得简单一些。3D打印技术对环保，建筑业，商品混凝土行业带来的改变是显而易见的，这对建筑业来说不仅仅是一场技术革命，更是一场环保革命。
目前，增材制造技术得到了较快的发展，实现了实体零部件的直接制造，但仍面临一些技术瓶颈问题和关键科学问题，技术瓶颈问题主要有制造效率与精度低、性能强度尚难满足要求、设计理论与方法不完善（高质量3D打印模型很难获取），以及增材制造原材料少、市场认可度不高、从事3D打印技术研究和应用的专业人员匮乏、3D打印带来了知识产权危机等问题。对比增材制造的精度与传统的减材制造方法有
较大的差距，这主要是由于对于增材制造技术，尺寸精度的检测极具挑战性，且无法应用生产过程的动态监测。关键科学问题主要为一些原理与机制研究不完善，如激光能量高效率利用原理与机制、高精度激光熔化成形原理与机制、激光增材制造的高性能化原理与机制、复合功能结构设计原理与制造方法，以及功能材料定向设计原理与制造方法等问题。
相信随着科学技术的进一步发展，未来增材制造技术将在速度、效率和打印精度等方面有较大提高，材料将更加多种多样，打印的产品更JJD4,型化和成本降低，软件更加智能，应用领域逐步应用到国防、航空航天、汽车、生物制造、文物修复和文化创意等各个领域，真正推动人类工业文明的快速发展。
采用激光、电子束为热源的3D打印金属构件，就是将金属粉末或金属丝按设定的路径一层层堆焊叠加，最终形成目标零件，其本质是焊接。所以，3D打印金属零件内部必然存在气孔、裂纹、夹杂、未熔合等焊接缺陷，因此金属材料3D打印技术研究的重要课题之一是缺陷控制技术。3D打印成形的金属材料存在组织和力学性能的各向异性，表面质量、尺寸精度和一致性也有别于传统的铸造、锻造，因此3D打印制件的力学性能和尺寸精度是另一个研究重点。另外，如何提高打印效率，降低批量生产成本，也是急需解决的问题。具体来说，金属材料的3D打印技术应在提高3D打印粉末质量和收得率、提高3D打印设备能力和开发过程监控系统、制定3D打印制件无损检测标准规范、建立3D打印材料全面力学性能数据库、研究3D打印材料失效行为及预测寿命几个方面予以重点关注。
3D打印技术以迅猛的速度发展，目前其应用已十分广泛，但其距离产业化仍有很长的路要走。3D打印发展的瓶颈因素主要有技术本身的不足、打印材料价格高昂且种类过少，以及打印模型建模获取困难。除解决这些问题之外，还应注意对3D打印产业的统筹规划，加强相关定向人才的培养。3D打印技术的发展过程中既有挑战又存在着前所未有的机遇，我们应当直面挑战抓住机遇为制造业创新转型助力，努力缩小和世界先进水平之间的差距。
11、先进金属材料（制备、工艺）的发展前景及理解。
材料的加工技术的总体发展趋势，可以概括为三个综合，即过程综合、技术综合、学科综合。
过程综合主要包括两个方面的含义，其一是指材料设计、制备、成形与加工的一体化，各个环节的关联越来越紧密；其二指多个加工过程（如凝固与成形）的综合化，或称短流程化，如喷射成形技术，半固态加工技术和连续轧制技术。
技术综合指材料加工技术越来越发展成为一个多门技术相结合的应用技术学科，尤其体现为制备、成形、加工技术与计算机技术（计算机模拟与过程仿真）及信息技术综合，各种先进控制技术的综合等。
学科综合则体现为传统三级学科（铸造、塑性加工、热处理和连接）之间的综合，与材料物理化学、材料学等二级学科的综合，与计算机科学、信息工程，环境工程等材料科学与工程学科意外的其他一级学科的综合，其中，与材料科学与工程的其他二级学科的综合的最大特点是，各二级学科之间的界限越来越不明显，学科渗透与互相依赖性越来越强。
（1）常规材料加工工艺的短流程化和高效化。
（2）发展先进的成形技术，实现组织与性能的精确控制。
（3）材料设计（包括成分设计、性能设计与工艺设计），制备与成形加工的一体化。
（4）开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新制品。
（5）发展计算机数值模拟与过程仿真技术，构筑完善的材料数据库。
（6）材料的智能制备与成形加工技术。
《金属材料学》课程教学大纲 以下是为大家整理的《金属材料学》课程教学大纲的相关范文，本文关键词为金属材料学,课程,教学大纲,，您可以从右上方搜索框检索更多相关文章，如果您觉得有用，请继续关注我们并推荐给您的好友，您可以在教师教学中查看更多范文。 《金属材料学》课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称：金属材料学所属专业：材料物理专业课程性质：专业基础课学分：3 （二）课程简介：《金属材料学》是一门综合性和应用性较强的专业必修课。根据材料物理专业先修课程和教学内容，本课程包括金属学和金属材料两大部分，其中金属学的内容作为《材料科学基础》课程的补充和深入，金属材料部分在《材料科学基础》、《材料力学性能》等课程的基础上，系统介绍金属材料合金化的一般规律及金属材料的成分、工艺、组织、性能及应用的关系。课程的学习，使学生系
统掌握有关金属材料学方面的知识，培养学生研究开发和合理应用金属材料的初步能力。 目标与任务；通过本课程的学习主要掌握：1.金属材料的成份、组织结构及性能三者间的关系，金属的基本理论和知识。2.合金元素在钢中的作用、原理和规律；3.钢的热处理原理以及其与合金化的配合；4.掌握各类铸铁的成分组织和性能特点；5.常用有色金属及其合金的成分、性能和热处理特点. （三）先修课程：《材料科学基础》、《材料力学性能》等。 （四）教材与主要参考书。 教材：《金属学与热处理》第二版，崔忠圻主编，哈尔滨工业大学出版社。参考书： 《金属材料学》第二版，吴承建陈国良强文江等编著，冶金工业出版社。《金属材料学》第二版，戴起勋主编程晓农主审，化学工业出版社。《材料科学基础》，胡赓祥、蔡荀主编，上海交通大学出版《材料科学基础》，潘金生等编，清华大学出版社 二、课程内容与安排绪论 （一）讲授，2学时（二）内容及基本要求1.金属材料的发展概况。 2.了解金属材料在国民经济中的地位与作用。 3.本课程的性质、
金属材料的基本知识综合测试 一、判断题（正确的填√，错误的填×） 1、导热性好的金属散热也好，可用来制造散热器等零件。（） 2、一般，金属材料导热性比非金属材料差。（） 3、精密测量工具要选用膨胀系数较大的金属材料来制造。（） 4、易熔金属广泛用于火箭、导弹、飞机等。（） 5、铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等。（） 6、δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。（） 7、维氏硬度测试手续较繁，不宜用于成批生产的常规检验。（） 8、布氏硬度不能测试很硬的工件。（） 9、布氏硬度与洛氏硬度实验条件不同，两种硬度没有换算关系。（） 10、布氏硬度试验常用于成品件和较薄工件的硬度。 11、在F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关，直径愈小，硬度值愈大。（） 12、材料硬度越高，耐磨性越好，抵抗局部变形的能力也越强。（） 13、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 14、20钢比T12钢的含碳量高。（） 15、金属材料的工艺性能有铸造性、锻压性，焊接性、热处理性能、切削加工性能、硬度、强度等。（） 16、金属材料愈硬愈好切削加工。（） 17、含碳量大于0.60%的钢为高碳钢，合金元素总含量大于10%的钢为高合金钢。（） 18、T10钢的平均含碳量比60Si2Mn的高。（） 19、一般来说低碳钢的锻压性最好，中碳钢次之，高碳钢最差。（） 20、布氏硬度的代号为HV，而洛氏硬度的代号为HR。（） 21、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 22、某工人加工时，测量金属工件合格，交检验员后发现尺寸变动，其原因可能是金属材料有弹性变形。（） 二、选择题 1、下列性能不属于金属材料物理性能的是（）。 A、熔点 B、热膨胀性 C、耐腐蚀性 D、磁性 2、下列材料导电性最好的是（）。 A、铜 B、铝 C、铁烙合金 D、银 3、下列材料导热性最好的是（）。 A、银 B、塑料 C、铜 D、铝 4、铸造性能最好的是（）。 A、铸铁 B、灰口铸铁 C、铸造铝合金 D、铸造铝合金 5、锻压性最好的是（）。
第一章钢的合金化原理 1．名词解释 1）合金元素: 特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。(常用M来表示) 2）微合金元素: 有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。 3）奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如Mn, Ni, Co, C, N, Cu；4）铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb, Ti 等。 5）原位析出: 元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr钢中的Cr： ε-FexC→Fe3C→（Fe, Cr）3C→（Cr, Fe）7C3→（Cr, Fe）23C6 6）离位析出: 在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC和强度提高（二次硬化效应）。如V，Nb, Ti等都属于此类型。 2．合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在a-Fe中形成无限固溶体？哪些能在g-Fe 中形成无限固溶体？ 答：铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al； 奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu 能在a-Fe中形成无限固溶体：V、Cr； 能在g-Fe 中形成无限固溶体：Mn、Co、Ni 3．简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？ 答：（1）扩大γ相区：使A3降低，A4升高一般为奥氏体形成元素 分为两类：a.开启γ相区：Mn, Ni, Co 与γ-Fe无限互溶. b.扩大γ相区：有C，N，Cu等。如Fe-C相图，形成的扩大的γ相区，构成了钢的热处理的基础。 （2）缩小γ相区：使A3升高，A4降低。一般为铁素体形成元素 分为两类:a.封闭γ相区：使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α相区连成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb。 b.缩小γ相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等 （3）生产中的意义：可以利用M扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。 4．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。 答：答：1）改变了奥氏体区的位置 2）改变了共晶温度：（l）扩大γ相区的元素使A1，A3下降； (2)缩小γ相区的元素使A1，A3升高。当Mo>8.2%, W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%，γ
数值分析模拟试卷1 一、填空（共30分，每空3分） 1 设??? ? ??-=1511A ，则A 的谱半径=)(a ρ______，A 的条件数)(1A cond =________. 2 设 ,2,1,0,,53)(2==+=k kh x x x f k ，则],,[21++n n n x x x f ＝________, ],,[321+++n n n n x x x x f ，＝________. 3 设?????≤≤-++≤≤+=2 1,121 0,)(2 323x cx bx x x x x x S ，是以0，1，2为节点的三次样条函数，则b=________,c=________. 4 设∞=0)]([k k x q 是区间［0，1］上权函数为x x =)(ρ的最高项系数为1的正交多项式族，其中1)(0=x q ，则 ?=1 )(dx x xq k ________，=)(2 x q ________. 5 设???? ??????=11001a a a a A ，当∈a ________时，必有分解式，其中L 为下三角阵，当 其对角线元素)3,2,1(=i L ii 满足条件________时，这种分解是唯一的. 二、（14分）设4 9,1,41,)(2102 3 === =x x x x x f , （1）试求)(x f 在]4 9,41[上的三次Hermite 插值多项式)(x H 使满足 2,1,0),()(==i x f x H i i ，)()(11x f x H '='. （2）写出余项)()()(x H x f x R -=的表达式. 三、（14分）设有解方程0cos 2312=+-x x 的迭代公式为n n x x cos 3 2 41+ =+， （1） 证明R x ∈?0均有? ∞ →=x x n x lim （? x 为方程的根）； （2） 取40=x ，用此迭代法求方程根的近似值，误差不超过，列出各次迭代值； （3）此迭代的收敛阶是多少？证明你的结论. 四、(16分) 试确定常数A ，B ，C 和，使得数值积分公式 有尽可能高的代数精度. 试问所得的数值积分公式代数精度是多少？它是否为Gauss 型的？
第一章钢中的合金元素 1、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为哪几种？ 答：开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素 扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素 封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素 缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响，请举例说明这种影响的作用 答：合金元素对α-Fe、γ-Fe、和δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和A4均有很大影响 A、奥氏体（γ）稳定化元素 这些合金元素使A3温度下降，A4温度上升，即扩大了γ相区，它包括了以下两种情况：（1）开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素 （2）扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素 B、铁素体（α）稳定化元素 （1）封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅 （2）缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 3、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响？ 答： 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度 扩大γ相区元素：降低了A3，降低了A1 缩小γ相区元素：升高了A3，升高了A1 2、改变了共析体的含量 所有的元素都降低共析体含量 第二章合金的相组成 1、什么元素可与γ-Fe形成固溶体，为什么？ 答：镍可与γ-Fe形成无限固溶体 决定组元在置换固溶体中的溶解条件是： 1、溶质与溶剂的点阵相同 2、原子尺寸因素（形成无限固溶体时，两者之差不大于8%） 3、组元的电子结构（即组元在周期表中的相对位置） 2、间隙固溶体的溶解度取决于什么？举例说明 答：组元在间隙固溶体中的溶解度取决于： 1、溶剂金属的晶体结构 2、间隙元素的尺寸结构 例如：碳、氮在钢中的溶解度，由于氮原子小，所以在α-Fe中溶解度大。 3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素 答：铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素；形成最稳定的MC型碳化物 钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素 锰、铁、铬是弱碳化物形成元素
习题 第一章 1、何时不能直接淬火呢？本质粗晶粒钢为什么渗碳后不直接淬火？重结晶为什么可以细化晶粒？那么渗碳时为什么不选择重结晶温度进行A化？ 答：本质粗晶粒钢，必须缓冷后再加热进行重结晶，细化晶粒后再淬火。晶粒粗大。A 形核、长大过程。影响渗碳效果。 2、C是扩大还是缩小奥氏体相区元素？ 答：扩大。 3、Me对S、E点的影响？ 答：A形成元素均使S、E点向左下方移动。F形成元素使S、E点向左上方移动。 S点左移—共析C量减小；E点左移—出现莱氏体的C量降低。 4、合金钢加热均匀化与碳钢相比有什么区别? 答：由于合金元素阻碍碳原子扩散以及碳化物的分解，因此奥氏体化温度高、保温时间长。 5、对一般结构钢的成分设计时，要考虑其M S点不能太低，为什么? 答：M量少，Ar量多，影响强度。 6、W、Mo等元素对贝氏体转变影响不大，而对珠光体转变的推迟作用大，如何理解? 答：对于珠光体转变：Ti, V：主要是通过推迟（P转变时）K形核与长大来提高过冷γ的稳定性。 W，Mo： 1）推迟K形核与长大。 2）增加固溶体原子间的结合力，降低Fe的自扩散系数，增加Fe的扩散激活能。 3）减缓C的扩散。 对于贝氏体转变：W，Mo，V，Ti：增加C在γ相中的扩散激活能，降低扩散系数，推迟贝氏体转变，但作用比Cr，Mn，Ni小。 7、淬硬性和淬透性 答：淬硬性：指钢在淬火时硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。 淬透性：指由钢的表面量到钢的半马氏体区组织处的深度。 8、C在γ-Fe与α-Fe中溶解度不同，那个大？ 答：γ-Fe中，为八面体空隙，比α-Fe的四面体空隙大。 9、C、N原子在α-Fe中溶解度不同，那个大？ 答：N大，因为N的半径比C小。 10、合金钢中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。 答：V：MC型；Cr：M7C3、M23C6型；Mo：M6C、M2C、M7C3型；Mn：M3C型。 复杂点阵：M23C6、M7C3、M3C、稳定性较差；简单点阵：M2C、MC、M6C稳定性好。 11、如何理解二次硬化与二次淬火？ 答：二次硬化：含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M回,使硬度不仅不下降，反而升高的现象称二次硬化。 二次淬火：在高合金钢中回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象称为二次淬火。
金属材料学思考题答案2 绪论、第一章、第二章 1．钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类，各有什么特点？ 答：分为简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高、硬度高、稳定性好，后者硬度低、熔点低、稳定性差。 2．何为回火稳定性、回火脆性、热硬性？合金元素对回火转变有哪些影响？ 答： 回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力 回火脆性：在200-350℃之间和450-650℃之间回火，冲击吸收能量不但没有升高反而显著下降的现象 热硬性：钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能 合金元素对回火转变的影响：①Ni、Mn影响很小，②碳化物形成元素阻止马氏体分解，提高回火稳定性，产生二次硬化，抑制C和合金元素扩散。③Si比较特殊：小于300℃时强烈延缓马氏体分解， 3．合金元素对Fe-Fe3C相图S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ 答：凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等； 凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等？ E点左移：出现莱氏体组织的含碳量降低，这样钢中碳的质量分数不足2％时就可以出现共晶莱氏体。S点左移：钢中含碳量小于0.77％时，就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。 4．根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。 1）淬透性：40CrNiMo 〉40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr 2）回火稳定性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr 3）奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo 4）韧性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉40Cr〉40CrMn (Mn少量时细化组织) 5）回火脆性： 40CrMn 〉40CrNi> 40Cr 〉40CrNiMo 5.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。并且合金元素的良好作用，只有在进行适当的热处理条件下才能表现出来”？从强化机理和相变过程来分析（不是单一的合金元素作用） 合金元素除了通过强化铁素体，从而提高退火态钢的强度外，还通过合金化降低共析点，相对提高珠光体的数量使其强度提高。其次合金元素还使过冷奥氏体稳定性提高，C曲线右移，在相同冷却条件下使铁素体和碳化物的分散度增加，从而提高强度。 然而，尽管合金元素可以改善退火态钢的性能但效果远没有淬火回火后的性能改变大。 除钴外，所有合金元素均提高钢的淬透性，可以使较大尺寸的零件淬火后沿整个截面得到均匀的马氏体组织。大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的倾向（Mn除外），从而细化晶粒，使淬火后的马氏体组织均匀细小。
第二章工程结构钢 1.叙述构件用钢一般的服役条件、加工特点和性能要求。 答：服役条件：①工程结构件长期受静载；②互相无相对运动受大气（海水）的侵蚀；③有些构件受疲劳冲击；④一般在-50~100℃范围内使用； 加工特点：焊接是构成金属结构的常用方法；一般都要经过如剪切、冲孔、热弯、深冲等成型工艺。 性能要求：①足够的强度与韧度（特别是低温韧度）；②良好的焊接性和成型工艺性； ③良好的耐腐蚀性； 2.低碳钢中淬火时效和应变时效的机理是什么对构件有何危害 答：构件用钢加热到Ac1以上淬火或塑性变形后，在放置过程中，强度、硬度上升，塑性、韧性下降，韧脆转变温度上升，这种现象分别称为淬火时效和应变时效。 产生的原因：C、N等间隙原子偏聚或内吸附于位错等晶体缺陷处。提高硬度、降低塑性和韧度。 危害：在生产中的弯角、卷边、冲孔、剪裁等过程中产生局部塑形变形的工艺操作，由于应变时效会使局部地区的断裂抗力降低，增加构件脆断的危险性。应变时效还给冷变形工艺造成困难，往往因为裁剪边出现裂缝而报废。 3.为什么普低钢中基本上都含有不大于%w(Mn) 答：加入Mn有固溶强化作用，每1%Mn能够使屈服强度增加33MPa。但是由于Mn能降低A3温度，使奥氏体在更低的温度下转变为铁素体而有轻微细化铁素体晶粒的作用。Mn的含量过多时，可大为降低塑韧性，所以Mn控制在<%。 4.为什么贝氏体型普低钢多采用%w(Mo)和微量B作为基本合金化元素 答：钢中的主要合金元素是保证在较宽的冷却速度范围内获得以贝氏体为主的组织。当Mo 大于%时，能显着推迟珠光体的转变，而微量的B在奥氏体晶界上有偏析作用，可有效推迟铁素体的转变，并且对贝氏体转变推迟较少。因此Mo、B是贝氏体钢中必不可少的元素。 5.什么是微合金化钢微合金化元素的主要作用是什么 答：微合金化钢是指化学成分规范上明确列入需加入一种或几种碳氮化物形成元素的钢中。作用：Nb、V、Ti单元或复合是常用的，其作用主要有细化晶粒组织和析出强化。微合金元素通过阻止加热时奥氏体晶粒长大和抑制奥氏体形变再结晶这两方面作用可使轧制后铁素体晶粒细化，从而具有较好的强韧度配合。 6.在汽车工业上广泛应用的双相钢，其成分、组织和性能特点是什么为什么能在汽车工业上得到大量应用，发展很快 答：主要成分：~%C，~%Si，~%Mn，~%Cr，~%Mo，少量V 、Nb、Ti。（质量分数） 组织：F+M组织，F基体上分布不连续岛状混合型M（<20%）。 F中非常干净，C、N等间隙原子很少；C和Me大部分在M中. 性能特点：低σs，且是连续屈服，无屈服平台和上、下屈服；均匀塑变能力强，总延伸率较大，冷加工性能好；加工硬化率n值大，成型后σs可达500~700MPa。 因为双相钢具有足够的冲压成型性，而且具备良好的塑性、韧度，一定的马氏体还可以保证提高钢的强度。 7.在低合金高强度工程结构钢中大多采用微合金元素（Nb、V、Ti等），它们的主要作用是什么 答：Nb、V、Ti单元或复合是常用的，其作用主要有细化晶粒组织和析出强化。微合金元素通过阻止加热时奥氏体晶粒长大和抑制奥氏体形变再结晶这两方面作用可使轧制后铁素体晶粒细化，从而具有较好的强韧度配合。 8.什么是热机械控制处理工艺为什么这种工艺比相同的成分普通热轧钢有更高的力学综合
《航空航天概论》国家精品课建设 北京航空航天大学贾玉红 一、课程的历史沿革和特色 《航空航天概论》是我校针对全校大学一年级学生开设的工程概论性公共必修课程，作为全校的重要特色基础课一直都受到学校和教师们的高度重视。自1952年建校以来，《航空航天概论》（以下简称《航概》）就被列为全校的选修课。经过几代人50多年的努力，该课程从课程内容、教学方法、组织形式等各方面均有了很大的突破，使本课程成为全校重点建设的基础课程。随着航空航天科技的快速发展，1997年学校又把本课作为全校所有理工类、文史类和法律类大学一年级的必修课，使之成为一门具有浓郁航空航天特色的重要课程。 航空航天技术是一门高度综合的尖端科学技术，是一个国家科学技术先进水平的重要标志，对社会发展影响巨大。因此，《航概》的学习，是学生了解航空、航天科技和世界先进技术的第一窗口，是培养学生爱航空、学航空、投身于航空事业的重要入门课程，也是让学生初步建立航空航天工程意识，并为后继课程的学习打下基础的重要环节。《航概》课不仅对航空类专业的学生有重要的意义，而且对于非航空类专业和其它各类高校的学生来讲，也是他们进一步拓宽知识面和专业面，开拓视野，扩大知识口径，提高文化素质的有效途径。 由于教学对象是低年级的大学生，还不具备相应的专业基础，因此必须考虑如何将先进的航空航天知识更好地传授给学生，使学生达到融会贯
通、学以致用的目的。通过长期的教学实践，我们对传统的单一的以课堂讲授为主的教学模式进行了改革，不断更新教学内容，改进教学方法，形成了一种课堂授课和现场教学相结合，跨院系、跨学科、跨专业的联合教育模式，充分利用各系资源和教学条件，为学生提供更多的学习和实践机会。经过多年来的教学实践，教学水平和教学质量有了显著的提高。二、课程教材建设 航空航天技术的发展日新月异，为了使教学内容充分体现现代航空航天的最新成果，自52年建校以来，教材内容几经改革，由最初的讲义，到史超礼编的《航空概论》和过崇伟等编的《航空航天技术概论》，都凝聚了很多教师的心血，课程内容浓缩了航空航天技术每个阶段的发展历程。 教材建设是教学改革的重要内容，1996年学校组织了一批以何庆芝教授为组长的在航空航天领域有较高学术造诣的专家编写了《航空航天概论》教材，教材内容丰富翔实，通俗易懂，被评为普通高等教育“九五”国家级重点教材，教材发行量在20000册以上，已成为航空院校和相关院校的首选教材。为了使教学内容充分体现现代航空航天技术的特点，需要对教材内容进行及时更新，从2002年起，课程组又组织新版教材的编写。新编的《航空航天技术概论》（谢础主编）即将出版，并作为国防“十五”重点教材向全国推行。新编教材在吸收原教材优点的基础上，突出了航空航天新技术和新成果的介绍，使教材具有很强的时代性。 三、教学改革与教学实践 《航概》的特点是图片多，信息量大，涉及内容广，如果采用传统的
第一章1.为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的？ 答：S、P会导致钢的热脆和冷脆，并且容易在晶界偏聚，导致合金钢的第二类高温回火脆性，高温蠕变时的晶界脆断。 S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆； P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。 2.钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类？各有什么特点？ 答：简单点阵结构和复杂点阵结构 简单点阵结构的特点：硬度较高、熔点较高、稳定性较好； 复杂点阵结构的特点：硬度较低、熔点较低、稳定性较差。 3.简述合金钢中碳化物形成规律。 答：①当rC/rM>0.59时，形成复杂点阵结构；当rC/rM<0.59时，形成简单点阵结构； ②相似者相溶：完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似；有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合碳化物。 ③NM/NC比值决定了碳化物类型④碳化物稳定性越好，溶解越难，析出难越，聚集长大也越难；⑤强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物。
4.合金元素对Fe-C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ 答：A形成元素均使S、E点向_____移动，F形成元素使S、E点向_____移动。 S点左移意味着_____减小，E点左移意味着出现_______降低。 （左下方；左上方）（共析碳量；莱氏体的C量） 5.试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下，不同合金元素的分布状况。 答：退火态：非碳化物形成元素绝大多数固溶于基体中，而碳化物形成元素视C和本身量多少而定。优先形成碳化物，余量溶入基体。 淬火态：合金元素的分布与淬火工艺有关。溶入A体的因素淬火后存在于M、B中或残余A 中，未溶者仍在K中。 回火态：低温回火，置换式合金元素基本上不发生重新分布；>400℃，Me开始重新分布。非K形成元素仍在基体中，K形成元素逐步进入析出的K中，其程度取决于回火温度和时间。 6.有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大？阻止奥氏体晶粒长大有什么好处？ 答：Ti、Nb、V等强碳化物形成元素（好处）：能够细化晶粒，从而使钢具有良好的强韧度配合，提高了钢的综合力学性能。 7.哪些合金元素能显着提高钢的淬透性？提高钢的淬透性有何作用？ 答：在结构钢中，提高马氏体淬透性作用显着的元素从大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni 等。
北航《航空航天概论》在线作业一 试卷总分：100 测试时间：-- 单选题（共 5 道试题，共 20 分。） V 1. 中国的第一位航天员是（）。 B. 杨利伟 满分：4 分 2. 20世纪60年代，苏联航天员加加林乘坐（）飞船进入太空，人类实现了遨游太空的 伟大理想。 A. 东方1号 满分：4 分 3. 中国的运载火箭都是以（）命名。 A. 长征 满分：4 分 4. 固定翼航空器包括飞机和（）。 A. 滑翔机 满分：4 分 5. 美国的（）兄弟发明了飞机。 B. 莱特 满分：4 、多选题（共 5 道试题，共 20 分。） V 1. 神舟6号飞船搭载的航天员是（）。 C. 费俊龙 D. 聂海胜 满分：4 分 2. 人造地球卫星按照用途可以分为（）。 A. 科学卫星 B. 应用卫星 C. 技术试验卫星 满分：4 分 3. 飞机的隐身方式主要有（）。
A. 雷达隐身 B. 红外隐身 满分：4 分 4. 民用航空市场现在基本处于垄断市场的两家飞机公司是（）。 A. 空客 B. 波音 满分：4 分 5. 根据大气中温度随高度的变化，可将大气层划分为（）。 A. 对流层 B. 平流层 C. 中间层 D. 热层和散逸层 满分：4 、判断题（共 15 道试题，共 60 分。） V 1. 中国是第一个具有载人航天能力的国家。 A. 错误 满分：4 分 2. 伯努利原理就是能量守恒原理在流体流动中的应用。 B. 正确 满分：4 分 3. 马赫数可以用来衡量空气被压缩的程度。 B. 正确 满分：4 分 4. 卫星导航系统是21世纪的新技术。 A. 错误 满分：4 分 5. 惯性导航系统是通过测量飞行器的加速度进而推算出飞行器的位置和速度的一种导航 技术。 B. 正确
第一章 1.为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的？ 答：S、P会导致钢的热脆和冷脆，并且容易在晶界偏聚，导致合金钢的第二类高温回火脆性，高温蠕变时的晶界脆断。 S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆； P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。 4.合金元素对Fe-C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ 答：A形成元素均使S、E点向_____移动，F形成元素使S、E点向_____移动。 S点左移意味着_____减小，E点左移意味着出现_______降低。（左下方；左上方）（共析碳量；莱氏体的C量 5.试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下，不同合金元素的分布状况。 答：退火态：非碳化物形成元素绝大多数固溶于基体中，而碳化物形成元素视C和本身量多少而定。优先形成碳化物，余量溶入基体。 淬火态：合金元素的分布与淬火工艺有关。溶入A体的因素淬火后存在于M、B中或残余A中，未溶者仍在K中。 回火态：低温回火，置换式合金元素基本上不发生重新分布；>400℃，Me开始重新分布。非K形成元素仍在基体中，K形成元素逐步进入析出的K中，其程度取决于回火温度和时间。 8.能明显提高回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？答：提高回火稳定性的合金元素：Cr、Mn、Ni、Mo、W、V、Si 作用：提高钢的回火稳定性，可以使得合金钢在相同的温度下回火时，比同样碳含量的碳钢具有更高的硬度和强度；或者在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而使韧性更好些。 10.就合金元素对铁素体力学性能、碳化物形成倾向、奥氏体晶粒长大倾向、淬透性、回火稳定性和回火脆性等几个方面总结下列元素的作用：Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ni。答：Si： ①Si是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小）②Si是非碳化物形成元素，增大钢中的碳活度，所以含Si钢的脱C倾向和石墨化倾向较大；③Si量少时，如果以化合物形式存在，则阻止奥氏体晶粒长大，从而细化A晶粒，同时增大了钢的强度和韧性； ④Si提高了钢的淬透性，使工件得到均匀而良好的力学性能。在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。 ⑤Si提高钢的低温回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢；⑥Si能够防止第一类回火脆性。 11.根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能：40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo 答：①淬透性：40CrNiMo>40CrMn >40CrNi >40Cr （因为在结构钢中，提高马氏体淬透性作用显著的元素从大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni，而合金元素的复合作用更大。） ②回火稳定性：40CrNiMo>40CrMn >40CrNi >40Cr ③奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn>40Cr >40CrNi>40CrNiMo ④韧性：40CrNiMo>40CrNi>40CrMn>40Cr（Ni能够改善基体的韧度）⑤回火脆性：
北航13年6月课程考试《航空航天概论》考核要求 1.飞机的气动布局形式有哪些？请简述各布局形式的特点。（20分） 2.简述直升机是如何实现前飞、后飞、上飞和下飞的？（20分） 3.比较描述宇宙飞船和航天飞机的基本结构及其用途。（20分） 4.无人机是如何分类的？试估计未来无人机的发展趋势；（20分） 5.支线飞机的定义是什么？通过你对航空技术现状和未来的发展趋势，谈谈你对我国支线 飞机发展状况和前景的看法。（20分） 大千世界千变万化，飞机也是形态各异，大的、小的、胖的、瘦的，四个翅膀的、两个翅膀的甚至还有一个翅膀的，打个比方，飞机的式样就像宠物狗一样，当真是品种丰富，血统复杂。俗话说外行看热闹，内行看门道，既然飞机的外观是空气动力原理决定的，那么这么多种飞机的形状在飞机设计中就有个称谓，叫做空气动力布局。 苏－27的边条使之具有不亚于鸭式布局飞机的大迎角飞行操纵性，以至于可以做出 “普加契夫眼镜蛇”这样的高难度动作。 我们看到任何一架飞机，首先注意到的就是气动布局。简单地说，气动布局就是指 飞机的各翼面，如主翼、尾翼等是如何放置的，气动布局主要决定飞机的机动性，至于 发动机、座舱以及武器等放在哪里的问题，则笼统地称为飞机的总体布局。 飞机的设计任务不同，机动性要求也不一样，这必然导致气动布局形态各异。现代 作战飞机的气动布局有很多种，主要有常规布局、无尾布局、鸭式布局、三翼面布局和 飞翼布局等。这些布局都有各自的特殊性及优缺点。 EF－2000“台风”的前翼只有很小的面积，却有很大的作用。 常规布局 自从莱特兄弟发明第一架飞机以来，飞机设计师们通常将飞机的水平尾翼和垂直尾翼都 放在机翼后面的飞机尾部。这种布局一直沿用到现在，也是现代飞机最经常采用的气动布局，因此称之为“常规布局”。 20多年前，研究人员发现，如果在机翼前沿根部靠近机身两侧处增加一片
金属材料学习题与思考题 第七章铸铁 1、铸铁与碳钢相比，在成分、组织和性能上有什么区别？ （1）白口铸铁：含碳量约2.5%,硅在1%以下白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料 （2）灰口铸铁；含碳量大于4.3％，铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。（3）钢的成分要复杂的多，而且性能也是各不相同钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等，而且钢还根据品质分类为①普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）②优质钢（P、S均≤0.035%）③高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）按照化学成分又分①碳素钢：.低碳钢（C≤0.25%）.中碳钢（C≤0.25~0.60%）.高碳钢（C≤0.60%）。 ②合金钢：低合金钢（合金元素总含量≤5%）.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。 2、C、Si、Mn、P、S元素对铸铁石墨化有什么影响？为什么三低（C、Si、Mn低）一高（S高）的铸铁易出现白口？ （1）合金元素可以分为促进石墨化元素和阻碍石墨化元素，顺序为： Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等。其中，Nb为中性元素，向左促进程度加强，向右阻碍程度加强。C和Si是铸铁中主要的强烈促进石墨化元素，为综合考虑它们的影响，引入碳当量CE = C% + 1/3Si%，一般CE≈4%，接近共晶点。S是强烈阻碍石墨化元素，降低铸铁的铸造和力学性能，控制其含量。 （2）铸铁的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接过程中易产生白口组织和裂纹。 白口组织是由于在铸铁补焊时，碳、硅等促进石墨化元素大量烧损，且补焊区冷速快，在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生的。白口铸铁硬而脆，切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料，或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出，或采用钎焊，可避免出现白口组织，。 3、铸铁壁厚对石墨化有什么影响？冷速越快，不利于铸铁的石墨化，这主要取决于浇注温度、铸型材料的导热能力及铸件壁厚等因素。冷速过快，第二阶段石墨化难以充分进行。 4、石墨形态是铸铁性能特点的主要矛盾因素，试分别比较说明石墨形态对灰铸铁和球墨铸铁力学性能及热处理工艺的影响。墨的数量、大小和分布对铸铁的性能有显著影响。如片状石墨，数量越多对基体的削弱作用和应力集中程度越大。 石墨形状影响铸铁性能：片状、团絮状、球状。对于灰铸铁，热处理仅能改变基体组织，改变不了石墨形态，热处理不能明显改善灰铸铁的力学性能。 球墨铸铁是石墨呈球体的灰铸铁，简称球铁。由于球墨铸铁中的石墨呈球状，对基体的割裂作用大为减少，球铁比灰铸铁及可锻铸铁具有高得多的强度、塑性和韧性。 5、球墨铸铁的性能特点及用途是什么？ 球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等.。 珠光体型球墨铸铁——柴油机的曲轴、连杆、齿轮；机床主轴、蜗轮、蜗杆；轧钢机的轧辊；水压机的工作缸、缸套、活塞等。铁素体型球墨铸铁——受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等。 6、和刚相比，球墨铸铁的热处理原理有什么异同？ 球墨铸铁的热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。 7、HT200、HT350、KTH300-06、QT400、QT600各是什么铸铁？数字代表什么意义？各具有什么样的基体和石墨形态？说明他们的力学性能特点及用途。 （1）灰铸铁常用型号为HT100/HT150/HT200/HT250/HT300/HT350 球墨铸铁常用型号为QT400-18/QT400-15/QT450-10/QT500-7/QT600-3/QT700-2/QT800-2/QT900-2 黑心可锻铸铁常用牌号为KTH300-06/KTH350-10/KTZ450-06/KTZ550-04/KTZ650-02/KTZ700-02,其中KTH300-06适用于气密性零件,KTH380-08适用于水暖件，KTH350-10适用于阀门、汽车底盘。
北航《航空航天概论》第一章课堂笔记（1） 一、主要知识点掌握程度 了解航空航天发展概况．掌握航空器、航天器的分类，航空器、航天器发展过程中具有里程碑的重要事件，航空发动机及火箭发动机原理，飞行器升空原理、复合材料和飞机的仪表等内容。 二、知识点整理 （一）气球飞艇 1、载人气球的诞生 热气球在中国已有悠久的历史，称为天灯或孔明灯，知名学者李约瑟也指出，西元1241年蒙古人曾经在李格尼兹（Liegnitz）战役中使用热气球过龙形天灯传递信号。法国的孟格菲兄弟于1783年才向空中释放欧洲第一个内充热空气的气球。法国的罗伯特兄弟是最先乘充满氢气的气球飞上天空的。在世界很多不同的国家，气球也会用来作庆祝大日子来临时的点缀。很多地方的街道上都可以看到不同颜色的各种气球。在一些开幕的仪式中，人们会刺破气球，象征着那开幕的重要时刻，也能凝聚气氛。 2.发展历程 十八世纪，法国造纸商蒙戈菲尔兄弟因受碎纸屑在火炉中不断升起的启发，用纸袋聚热气作实验，使纸袋能够随着气流不断上升。1783年6月4日，蒙戈菲尔兄弟在里昂安诺内广场做公开表演，一个圆周为110英尺的模拟气球升起，这个气球用糊纸的布制成，布的接缝用扣子扣住。兄弟俩用稻草和木材在气球下面点火，气球慢慢升了起来，飘然飞行了1.5英里。乘坐蒙戈菲尔兄弟制造的气球的第一批乘客是一只公鸡、一只山羊还有一只丑小鸭。同年9月19日，在巴黎凡尔赛宫前，蒙戈菲尔兄弟为国王、王后、宫廷大臣及13万巴黎市民进行了热气球的升空表演。同年11月21日下午，蒙戈菲尔兄弟又在巴黎穆埃特堡进行了世界上第一次载人空中航行，热气球飞行了二十五分钟，在飞越半个巴黎之后降落在意大利广场附近。这次飞行比莱特兄弟的飞机飞行整整早了120年。二战以后，高新技术使球皮材料以及致热燃料得到普及，热气球成为不受地点约束、操作简单方便的公众体育项目。八十年代，热气球引入中国。1982年美国著名刊物《福布斯》杂志创始人福布斯先生驾驶热气球、摩托车旅游来到中国，自延安到北京，完成了驾驶热气球飞临世界每个国家的愿望。热气球作为一个体育项目正日趋普及，它曾创造了上升34668米高度的记录。1978年8月11日至17日，“双鹰Ⅲ号”成功飞越了大西洋，1981年“双鹰Ⅴ号”又成功跨越太平洋。现在全世界有20000多个的热气球在飞行。我国目前已有100多个球，成功地举办了第一届、第二届北京国际热气球邀请赛、泰山国际热气球邀请赛等大型比赛活动、99'
颜色不同的是课件和课后题都有的题目，水平有限，大家参考哦3-1在结构钢的部颁标准中，每个钢号的力学性能都注明热处理状态和试样直径或钢材厚度，为什么？有什么意义？（这个实在不会也查不到，大家集思广益吧！！！） 3-2为什么说淬透性是评定钢结构性能的重要指标？ 结构钢一般要经过淬火后才能使用。淬透性好坏直接影响淬火后产品质量3-3调质钢中常用哪些合金元素？这些合金元素各起什么作用？ Mn：↑↑淬透性，但↑过热倾向，↑回脆倾向； Cr：↑↑淬透性，↑回稳性，但↑回脆倾向； Ni:↑基体韧度， Ni-Cr复合↑↑淬透性，↑回脆； Mo：↑淬透性,↑回稳性，细晶,↓↓回脆倾向； V：有效细晶，(↑淬透性) ，↓↓过热敏感性。 3-4机械制造结构钢和工程结构钢对使用性能和工艺性能上的要求有什么不同？ 工程结构钢：1、足够的强度与韧度（特别是低温韧度）；2、良好的焊接性和成型工艺性；3、良好的耐腐蚀性；4、低的成本 机械制造结构钢：1具有良好的力学性能不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不同要求2具有良好冷热加工工艺性如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等 3-5低碳马氏体钢在力学性能和工艺性上有哪些优点？在应用上应注意些什么问题？ 力学性能：抗拉强度σb ，1150~1500MPa ；屈服强度σs , 950~1250 MPa
ψ≥40% ；伸长率δ，≥10% ；冲击韧度A K≥6J 。这些性能指标和中碳合金调质钢性能相当，常规的力学性能甚至优于调质钢。 工艺性能：锻造温度淬火加自回火 局限性：工作温度<200℃;强化后难以进行冷加工\焊接等工序; 只能用于中小件;淬火时变形大,要求严格的零件慎用. 3-6某工厂原来使用45MnNiV生产直径为8mm高强度调质钢筋，要求Rm>1450Mpa,ReL>1200Mpa,A>0.6%,热处理工艺是（920±20）℃油淬，（470±10）℃回火。因该钢缺货，库存有25MnSi钢。请考虑是否可以代用。热处理工艺如何调整？ 能代替，900℃油淬或水淬，200℃回火 3-7试述弹簧的服役条件和对弹簧钢的主要性能要求。为什么低合金弹簧钢中碳含量一般在0.5%~0.75%（质量分数）之间？ 服役条件：储能减振、一般在动负荷下工作即在冲击、振动和长期均匀的周期改变应力下工作、也会在动静载荷作用下服役； 性能要求：高的弹性极限及弹性减退抗力好，较高的屈服比；高的疲劳强度、足够的塑性和韧度；工艺性能要求有足够的淬透性；在某些环境下，还要求弹簧具有导电、无磁、耐高温和耐蚀等性能，良好的表面质量和冶金质量 总的来说是为了保证弹簧不但具有高的弹性极限﹑高的屈服极限和疲劳极限（弹簧钢含碳量要比调质钢高），还要有一定的塑性和韧性（含碳量太高必然影响塑性和韧性了）。 3-8弹簧为什么要求较高的冶金质量和表面质量？弹簧的强度极限高是否也
北航《航空航天概论》考核要求 1.飞机的气动布局形式有哪些？请简述各布局形式的特点。（20分） 2.简述直升机是如何实现前飞、后飞、上飞和下飞的？（20分） 3.比较描述宇宙飞船和航天飞机的基本结构及其用途。（20分） 4.无人机是如何分类的？试估计未来无人机的发展趋势；（20分） 5.支线飞机的定义是什么？通过你对航空技术现状和未来的发展趋势，谈谈你对我国支线 飞机发展状况和前景的看法。（20分） 答案如下： 1.飞机的气动布局形式有哪些？请简述各布局形式的特点。（20分） 答： 常规布局 自从莱特兄弟发明第一架飞机以来，飞机设计师们通常将飞机的水平尾翼和垂直尾翼都放在机翼后面的飞机尾部。这种布局一直沿用到现在，也是现代飞机最经常采用的气动布局，因此称之为“常规布局”。 无尾布局 通常说的“无尾布局”，是指无水平尾翼，垂直尾翼还是有的。在无尾布局的飞机上，副翼兼顾了平尾的作用。省去了平尾，可以减少飞机的重量和阻力，使之容易跨过音速阻力突增区，其缺点主要是起降性能差。无尾布局的飞机高空高速性能好，适合做截击机用。但其低空区音速机动性能差，不符合现代飞机发展趋势，正逐渐被鸭式布局所取代。 鸭式布局 是一种十分适合于超音速空战的气动布局。采用鸭式布局的飞机的前翼称为“鸭翼”。战机的鸭翼有两种，一种是不能操纵的，其功能是当飞机处在大迎角状态时加强机翼的前缘涡流，改善飞机大迎角状态的性能，也有利于飞机的短矩起降。飞机的鸭翼除了用以产生涡流外，还用于改善跨音速过程中安定性骤降的问题，同时也可减少配平阻力、有利于超音速空战。在降落时，鸭翼还可偏转一个很大的负角，起减速板的作用。 三翼面布局 在常规布局的飞机主翼前机身两侧增加一对鸭翼的布局称为“三翼面布局”。三翼面布局的前翼所起的作用与鸭式布局的前翼相同，使飞机跨音速和超音速飞行时的机动性较好。但目前这种布局的飞机大多是用常规布局的飞机改装成的。三翼面布局的缺点是增加了鸭翼，阻力和重量自然也会增大，电传操纵系统也会复杂一些。不过这种布局对改进常规布局战机的机动性会有较好的效果。 飞翼布局 由于飞翼布局没有水平尾翼，连垂直尾翼都没有， 所以其雷达反射波很弱。