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实验一位错蚀坑的观察（Observation of Etchpits of Dislocation）实验学时：2 实验类型：综合前修课程名称：《材料科学导论》适用专业：材料科学与工程一、实验目的⒈通过使用金相显微镜观察晶体中的位错蚀坑，观看录象“Living Metal”，进一步加深对位错的了解。
⒉学会计算位错密度的方法。
⒊计算某一小角度晶界（亚晶界）的角度。
二、概述目前已有多种实验技术用于观察晶体中的位错，常用的有以下两种：浸蚀技术、透射电镜。
⒈位错蚀坑的浸蚀原理利用浸蚀技术显示晶体表面的位错，其原理是：由于位错附近的点阵畸变，原子处于较高的能量状态，再加上杂质原子在位错处的聚集，这里的腐蚀速率比基体更快一些，因此在适当的侵蚀条件下，会在位错的表面露头处，产生较深的腐蚀坑，借助金相显微镜可以观察晶体中位错的多少及其分布。
位错的蚀坑与一般夹杂物的蚀坑或者由于试样磨制不当产生的麻点有不同的形态，夹杂物的蚀坑或麻点呈不规则形态，而位错的蚀坑具有规则的外形，如三角形、正方形等规则的几何外形，且常呈有规律的分布，如很多位错在同一滑移面排列起来或者以其他形式分布；此外，在台阶、夹杂物等缺陷处形成的是平底蚀坑，也很容易地区别于位错露头处的尖底蚀坑。
为了证明蚀坑与位错的一致对应关系，可将晶体制成薄片，若在两个相对的表面上形成几乎一致的蚀坑，便说明蚀坑即位错。
位错蚀坑的形状与晶体表面的晶面有关。
譬如，对于立方晶系的晶体，观察面为{111}晶面时，位错蚀坑呈正三角形漏斗状；在{110}晶面上的位错蚀坑呈矩形漏斗状；在{100}晶面上的位错蚀坑则是正方形漏斗状。
因此，按位错蚀坑在晶面上的几何形状，可以反推出观察面是何晶面，并且按蚀坑在晶体表面上的几何形状对称程度，还可判断位错线与观察面（晶面）之间的夹角，通常是10~90°；自然，若位错线平行于观察面便无位错蚀坑了。
（1-1）PbMoO 4 （001）面位错蚀坑 （1-2）PbMoO4垂直于（001）面的位错蚀坑（1-3）单晶硅（111）晶面上的位错蚀坑 （1-4）ZnWO 4位错蚀坑的侧面形貌与位错类型有关。
北工大考研复试班-北京工业大学固体微结构与性能研究所材料科学与工程考研复试经验分享北京工业大学(Beijing University of Technology)，简称"北工大"，是中国北京市人民政府直属的一所以工为主，理、工、经、管、文、法、艺术等学科门类相结合的全国重点大学，是国家"211工程"重点建设院校，入选"卓越工程师教育培养计划"、"111计划"，设有研究生院和国家大学科技园。
北京工业大学创建于1960年，初设机械、电机、无线电、化工、数理5个系，历经多次整合兼并，逐渐形成了理工、经管、文法相结合的多科性体制;学校于1981年成为第一批硕士学位授予单位，1985年成为博士学位授予单位。
启道考研复式班根据历年辅导经验，编辑整理以下考研复试相关内容，希望对广大考研复试学子有所帮助，提前预祝大家复试金榜题名！专业介绍材料科学与工程(英文名:Materials Science and Engineering，缩写MSE)。
在国务院学位委员会学科评议组制定和颁布的《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录》中，材料科学与工程属于工学学科门类之中的其中一个一级学科，下设3个二级学科，分别是:材料物理与化学、材料学、材料加工工程。
材料科学与工程专业是研究材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用的学科。
在现代科学技术中，材料科学是国民经济发展的三大支柱之一。
招生人数与考试科目复试时间地点3月22日各学院（部、所）复试安排（含相关学科/专业调剂系统开通时间、信息公示栏等）各学院（部、所）复试时间如有微调，以学院（部、所）通知为准。
复试内容复试内容包含外语、专业课与综合面试三个方面：外语：所有复试考生均需参加外语听、说能力的测试。
测试均由各学院（部、所）、学科/专业结合专业知识在复试时进行。
专业课：专业笔试科目考生可登录我校研招网查阅。
北京工业大学试卷七2007年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：材料科学基础适用专业：材料科学与工程一、名词解释1．脱溶(二次结晶)2．空间群3．位错交割4．成分过冷5．奥氏体6．临界变形量7．形变织构8．动态再结晶9．调幅分解10．惯习面二、填空1．晶体宏观对称要素有 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 和 (5) 。
2．NaCl型晶体中Na+离子填充了全部的 (6) 空隙，CsCl晶体中Cs+离子占据的是 (7) 空隙，萤石中F-离子占据了全部的 (8) 空隙。
3．非均匀形核模型中晶核与基底平面的接触角θ=π/2，表明形核功为均匀形核功的 (9) ，θ= (10) 表明不能促进形核。
4．晶态固体中扩散的微观机制有 (11) 、 (12) 、 (13) 和 (14) 。
5．小角度晶界由位错构成，其中对称倾转晶界由 (15) 位错构成，扭转晶界由 (16) 位错构成。
6．发生在固体表面的吸附可分为 (17) 和 (18) 两种类型。
7．固态相变的主要阻力是 (19) 和 (20) 。
三、判断正误1．对于螺型位错，其柏氏矢量平行于位错线，因此纯螺位错只能是一条直线。
2．由于Cr最外层s轨道只有一个电子，所以它属于碱金属。
3．改变晶向符号产生的晶向与原晶向相反。
4．非共晶成分的合金在非平衡冷却条件下得到100%共晶组织，此共晶组织称伪共晶。
5．单斜晶系α=γ=90°≠β。
6．扩散的决定因素是浓度梯度，原子总是由浓度高的地方向浓度低的地方扩散。
7．再结晶完成后，在不同条件下可能发生正常晶粒长大和异常晶粒长大。
8．根据施密特定律，晶体滑移面平行于拉力轴时最容易产生滑移。
9．晶粒越细小，晶体强度、硬度越高，塑性、韧性越差。
10．高聚物材料中，大分子链上极性部分越多，极性越强，材料强度越大。
四、影响晶态固体中原子扩散的因素有哪些?并加以简单说明。
五、1．什么是时效处理?2．说明通过时效处理产生强化的原因。
1. 有一硅单晶片，厚0.5mm ，其一面上每107个硅原子包含两个镓原子，另一个面经处理后含镓的浓度增高。
试求在该面上每107 个硅原子需包含几个镓原子，才能使浓度梯度为2×10-26原子/m 32. 为研究稳态条件下间隙原子在面心立方金属中的扩散情况，在厚0.25mm 的金属薄膜的一个端面(面积1000mm m 硅的晶格常数为0.5407nm 。
2) 保持对应温度下 的饱和间隙原子，另一端面3. 一块含0.1%C 的碳钢在930℃渗碳，渗到0.05cm 的地方碳的浓度达到0.45%。
在t>0的全部时间，渗碳 气氛保持表面成分为1%，4. 根据上图4-2所示实际测定lgD 与1/T 的关系图，计算单晶体银和多晶体银在低于700℃温度范围的扩散激活能，并说明两者扩散激活能差异的原因。
5. 设纯铬和纯铁组成扩散偶，扩散1小时后，Matano 平面移动了1.52×10-3cm 。
已知摩尔分数C Cr =0.478时，dC/dx=126/cm ，互 扩散系数为1.43×10-9cm 2/s ，试求Matano 面的移动速度和铬、铁的本征扩散系数D Cr ，D Fe 。
(实验测得Matano 面移动距离的平方与扩散时间之比为常数。
D Fe =0.56×10-9(cm 26. 对于体积扩散和晶界扩散，假定Q /s) )晶界≈1/2Q 体积7. γ铁在925℃渗碳4h ，碳原子跃迁频率为1.7×10，试画出其InD 相对温度倒数1/T的曲线，并指出约在哪个温度范围内，晶界扩散起主导作用。
9/s ，若考虑碳原子在γ铁中的八面体间隙跃迁，(a)求碳原子总迁移路程S ； (b)求碳原子总迁移的均方根位移；(c)若碳原子在20℃时跃迁频率为Γ=2.1×10-98.假定聚乙烯的聚合度为2000，键角为109.5°，求伸直链的长度为L /s ，求碳原子的总迁移路程和根均方位移。
综合实验一 铝合金制备、加工及改性实验1.1 铝合金的熔炼、铸锭与固溶-时效处理实验指导书实验学时：4 实验类型：综合、设计型 前修课程名称：材料工程基础 适用专业：材料类本科生 一 实验目的掌握铝合金熔化的基本原理，并应用在熔化的实践中。
熔炼是使金属合金化的一种方法，它是采用加热的方式改变金属物态，使基体金属和合金化组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体，并使其满足内部纯洁度，铸造温度和其他特定条件的一种工艺过程。
熔体的质量对铝材的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响，如果熔体质量先天不足，将给制品的使用带来潜在的危险。
因此，熔炼又是对加工制品的质量起支配作用的一道关键工序。
而铸造是一种使液态金属冷凝成型的方法，它是将符合铸造的液态金属通过一系列浇注工具浇入到具有一定形状的铸模（结晶器）中，使液态金属在重力场或外力场（如电磁力、离心力、振动惯性力、压力等）的作用下充满铸模型腔，冷却并凝固成具有铸模型腔形状的铸锭或铸件的工艺过程。
铝合金的铸锭法有很多，根据铸锭相对铸模二 实验内容铝铜合金的熔炼工艺流程 铝合金铸锭方法连续铸造法无模铸造（无接触铸造）：电磁铸造等三实验要求严格控制熔化工艺参数和规程1. 熔炼温度熔炼温度愈高，合金化程度愈完全，但熔体氧化吸氢倾向愈大，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。
通常，铝合金的熔炼温度都控制在合金液相线温度以上50～100℃的范围内。
从图1的Al-Cu相图可知，Al-5%Cu的液相线温度大致为660～670℃，因此，它的熔炼温度应定在710（720）℃～760（770）℃之间。
浇注温度为730℃左右。
图1 铝铜二元状态图2．熔炼时间熔炼时间是指从装炉升温开始到熔体出炉为止，炉料以固态和液态形式停留于熔炉中的总时间。
熔炼时间越长，则熔炉生产率越低，炉料氧化吸气程度愈严重，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。
精炼后的熔体，在炉中停留愈久，则熔体重新污染，成分发生变化，变形处理失效的可能性愈大。
材料科学基础教学大纲材料科学基础Ⅱ－1英文名称：Principles of Materials Science Ⅱ－1课程编号：0003240课程类型：学科基础必修课学时：64学分：4适用对象：材料类本科先修课程：物理化学使用教材及参考书：1.《材料科学基础》，徐恒钧编著，北京工业大学出版社，2001年10月2. Materials Science and Engineering An Introduction, William D. Callister, Jr. John Wiley & Sons(ASIA) Pte Ltd, 2002一、课程性质、目的和任务本课程为材料科学与工程一级学科专业基础必修课，是研究材料的成分、结构与性能之间的关系及其变化规律的一门应用基础科学，是进一步学习金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、结构材料及功能材料的基础。
它将阐述各种材料的共性基础知识，从材料的组织结构出发，研究材料的结构与材料的制备方法、加工工艺以及材料性能之间的关系。
二、课程教学内容及要求第一章原子结构与结合键第一节原子结构：电子波函数及四个量子数[1]第二节结合键:键型及其性质[2]第二章材料的结构第一节晶体学基础：点阵和晶胞[1]；晶体对称性[2]；晶面指数和晶向指数[1]；晶体投影Δ第二节常见晶体结构：密堆积[1]；氯化铯[1]、氯化钠[1]；纤锌矿[1]；闪锌矿[1]；钙钛矿[1]；金红石[2]；萤石Δ第三节固溶体结构[2]；第四节金属间化合物[2]；第五节硅酸盐结构[2]；第六节非晶态固体[3]；第七节准晶体[3]；第八节能带理论初步Δ第三章晶体结构缺陷第一节点缺陷[1];第二节位错的结构[1]；第三节位错的运动[2]；第四节位错应力场[3]；第五节位错与缺陷的交互作用[3]；第六节位错的增殖、塞积与交割[3]；第七节全位错和不全位错[1]；位错反应[1]；扩展位错Δ第四章相平衡与相图第一节相与相平衡[2]；第二节单元系相图[2]；第三节二元系相图[1]；第四节铁碳相图[1]；第五节相图的热力学解释[3]第六节三元系相图[2]第五章材料的凝固第一节结晶：成核与长大[2]第二节溶质分凝[1]、成分过冷[1]；界面稳定性[2]；第三节共晶合金结晶[3]；第四节铸锭三晶区[2]；第五节凝固技术[3]；第六节无机材料的液固相变Δ；第七节高分子材料凝固Δ其中角标符号表示：[1] ：掌握、[2] ：理解、[3] ：了解、△：自学或粗讲三、课程教学基本要求课堂讲授为主。
北京工业大学试卷七2007年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：材料科学基础适用专业：材料科学与工程一、名词解释1．脱溶(二次结晶)2．空间群3．位错交割4．成分过冷5．奥氏体6．临界变形量7．形变织构8．动态再结晶9．调幅分解10．惯习面二、填空1．晶体宏观对称要素有 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 和 (5) 。
2．NaCl型晶体中Na+离子填充了全部的 (6) 空隙，CsCl晶体中Cs+离子占据的是 (7) 空隙，萤石中F-离子占据了全部的 (8) 空隙。
3．非均匀形核模型中晶核与基底平面的接触角θ=π/2，表明形核功为均匀形核功的 (9) ，θ= (10) 表明不能促进形核。
4．晶态固体中扩散的微观机制有 (11) 、 (12) 、 (13) 和 (14) 。
5．小角度晶界由位错构成，其中对称倾转晶界由 (15) 位错构成，扭转晶界由 (16) 位错构成。
6．发生在固体表面的吸附可分为 (17) 和 (18) 两种类型。
7．固态相变的主要阻力是 (19) 和 (20) 。
三、判断正误1．对于螺型位错，其柏氏矢量平行于位错线，因此纯螺位错只能是一条直线。
2．由于Cr最外层s轨道只有一个电子，所以它属于碱金属。
3．改变晶向符号产生的晶向与原晶向相反。
4．非共晶成分的合金在非平衡冷却条件下得到100%共晶组织，此共晶组织称伪共晶。
5．单斜晶系α=γ=90°≠β。
6．扩散的决定因素是浓度梯度，原子总是由浓度高的地方向浓度低的地方扩散。
7．再结晶完成后，在不同条件下可能发生正常晶粒长大和异常晶粒长大。
8．根据施密特定律，晶体滑移面平行于拉力轴时最容易产生滑移。
9．晶粒越细小，晶体强度、硬度越高，塑性、韧性越差。
10．高聚物材料中，大分子链上极性部分越多，极性越强，材料强度越大。
四、影响晶态固体中原子扩散的因素有哪些?并加以简单说明。
五、1．什么是时效处理?2．说明通过时效处理产生强化的原因。
2020北京工业大学材料科学与工程考研经验指导一、考研公共课小谈1、数学：无非就是通过不断的做题，不断的去练，那样才能更快的提升自己的做题能力以及数学分数，对于我来说，在做数学题的时候，我是准备了一个错题本，将自己经常出错以及不会的题目记录下来，到最后你攻坚复习的时候就能派上用场了，我是到最后的时候经常拿出来温习，看看解题思路，同时也让我在后来的考试中避免了类似的问题；2、英语，其实英语从我们小学开始就开始学习了，从那时候我们就知道要想学好英语就要多去背，多去记忆，当然练习那也是必不可少的，多去做那些历年真题，从中你能学习到很多考试题型以及出题方向，这样你才能切中目标。
然后作文直接报了新祥旭考研机构一对一的辅导，很有针对性，应该算是私人订制的了。
3、政治：政治，其实我们每天都在接触国内以及国外的各种时事政治，政治考试也就那些书本上的理论知识，以及结合你现在阶段的当下时事，把握住当下大的方向，你就不会有错。
二、专业课复习及经验建议考试科目：材料科学与工程。
参考书：《材料科学与工程基础》郭福，《材料科学基础》.徐恒钧主编，《金属学与热处理》，崔忠折主编，《陶瓷导论》，清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室。
专业课经验:在这里我讲一下我是怎样复习过来的，时间上，大家一定要啊尽早开始，不要自己拖自己，最后把自己给拖死了，暑假是最晚开始复习专业课程的时间了，暑假前可以进行专业课的零散复习规划，因为这个时候其实你学校还是会对你们都有任务布置的吧，接着还是通过我的经验来告诉大家什么样的情况，就是为了给大家一个借鉴而已，我本人其实不是那么优秀，只是作为一个过来人，给大家分享一下我的想法，我复习的规划和安排罢了。
我首先是先从课本，那些参考书开始着手，先把所有参考书认认真真过一遍，让我知道有哪些知识点，做到心中有数，有个大概的了解之后，就开始做历年真题，边做题边参照课本参考书，从题中知道考的是哪个知识点，同时你要备好一个笔记本，将各类知识点记录下来，一类一类的分门别类记录好，同时将这一个知识点多的各种题型剪贴在你所记录的那个知识点下面，相同的题型那就只剪贴一个，关键是要把不同的题型放在一起，那样方便后面的复习，可能在这个阶段有点枯燥乏味，以及需要做的比较多，但是要注意，只有这样全部归类好之后，你后面的复习才更加的明确以及高效。
实验教学大纲：材料学基础实验Ⅰ教学大纲课程名称：材料学基础实验Ⅰ课程编码：050242021课程类别：专业基础课课程性质：必修适用专业：金属材料工程课程总学时：8实验（上机）计划学时：8开课单位：材料学院一、大纲编写依据本实验教学大纲依据：我校材料类本科生培养计划和培养目标，综合本专业的特点，制定本大纲，指导实践教学环节。
二、实验课程地位及相关课程的联系本实验课程是金属材料工程专业本科生必修的一门独立实验课，让学生熟悉和掌握金属材料的有关常用实验技术和方法；在学习本课程前应先学完《材料工程基础》、《材料科学基础》，《物理化学》《普通物理》等课程，可以为后期的专业课程实验、课程设计、毕业论文（设计）以及毕业后从事相关工作打下坚实的理论及实践基础。
三、实验目的、性质和任务实验目的：1、了解金相显微镜的构造与掌握基本使用方法；掌握教学互动系统操作，会利用图像分析软件对某些参数进行测定。
学会最基本的晶粒度的测定（二选一）2、掌握金相显微试样的一般制备方法，独立完成金相试样的基本操作，熟练操作抛光机。
3、结合理论教学，对典型的二元合金组织进行观察和分析；掌握铁碳合金的平衡组织观察和分析，了解含碳量对铁素体、珠光体和渗碳体对组织及相对量的影响。
实验性质：操作性、观察性、验证、综合性实验。
实验任务：完成实验项目中规定的各项实验要求。
通过验证、综合实验，培养学生观察问题、分析问题和运用综合知识独立解决问题的能力通过实验操作、观察、结果分析，培养正确处理实验数据和分析实验结果的能力，以及正确书写实验报告的能力。
四、实验基本要求1、实验项目和实验内容的选定及其选定原则说明材料学基础实验是材料研究的重要组成部分。
为了使学生能更好地把理论知识与实践知识结合起来，独立开设8学时实验。
通过实验让学生熟悉和掌握金属材料的有关常用实验技术和方法，为以后开展实验工作和研究打下基础。
2、每个实验项目应达到的教学要求和具体规定第一个实验：了解金相显微镜的构造与掌握基本使用方法，学会光学显微镜的维护，初步认识并绘出组织示意图；掌握教学互动系统操作，会利用图像分析软件对某些参数进行测定。
一、报考情况分析1.招生目录招生年份：2023年招生专业：085601材料工程（02化学大类方向）研究方向：01 (全日制)金属大类方向02 (全日制)化学大类方向03 (全日制)能源大类方向拟招生人数：11考试科目：①101 思想政治理论②204 英语二③302 数学二④829高分子物理（化学大类方向）复试要求及相关说明：笔试科目:主要考察有关高分子化合物的合成与反应、聚合工艺、结构与性能的关系及表征方法；高分子材料及相关功能材料的制备与应用等方面的基本理论与专业知识。
面试内容:1、参加化学大类方向面试，主要考察高分子材料和材料化学专业领域的学科基础知识、专业技能及对该领域研究进展的了解。
内容涉及高分子化学、高分子物理、高分子材料结构与性能测试、高分子材料及相关功能材料等方面的基础知识。
2、英语听力、口语和阅读理解。
2.复试分数线2023年1、828材料学概论：300（45，45，68，68）2、829高分子物理：300（45，45，68，68）3、839材料科学基础：300（45，45，68，68）2022年1、828材料学概论：311（45，45，70，70）2、829高分子物理：311（45，45，70，70）3、839材料科学基础：311（45，45，70，70）2021年1、828材料学概论：308（45，45，70，70）2、829高分子物理：343（45，45，70，70）3、839材料科学基础：348（45，45，70，70）二、考试大纲及参考书目829 高分子物理1．考试内容①高分子物理的内涵和发展历程涵盖高分子科学发展中的重要人物和事件；高分子物理的特点及研究内容、高分子的结构等。
②高分子链结构涵盖高分子的链结构分类；高分子链的构型和构象；链的柔顺性和刚性的判断以及相关参数；自由结合链、自由旋转链、高斯等效链、受阻自由结合链等的均方末端距、最大极限拉伸比等公式以及相关应用；贯穿全课程的高分子与小分子在结构、性能以及分子运动等方面的异同。
北京工业大学材料科学与工程学院材料连接科学与技术Materials Joining Science & Technology课程重点2010-6-3课程负责人：王智慧老师zhwang@；贺定勇老师dyhe@Materials Joining Science and Technology“材料连接科学与技术”是材料加工方向的主要专业模块课. 通过该课程的学习应该掌握材料连接的基本理论和工程实践的基本知识，为制定合理的连接工艺、探索提高连接质量的新途径、开发新的连接技术提供理论依据. 也为将来研究和解决具体实际的材料连接问题打下坚实的基础.课程重点：①材料连接的基本理论(包括焊接化学冶金、焊接热影响区组织和性能、焊接冶金缺陷等)②合金结构钢、不锈钢连接，先进材料的连接及先进的连接方法.课程难点：①焊接冶金的气相、熔渣和液态金属的反应；②焊接裂纹形成机理；③各种材料焊接接头组织分析，焊接接头性能尤其是热影响区脆化机理和形成条件使用教材及参考书：名称、作者/译者、出版社如下：①《材料连接原理》，陈铮等主编，哈尔滨工业大学出版社②《焊接冶金原理》，陈伯蠡，清华大学出版社③《先进材料的连接》，任家烈等编著，机械工业出版社④《先进连接方法》，李志远等编著，机械工业出版社⑤《焊接冶金学(基本原理)》，张文钺主编，机械工业出版社⑥《焊接冶金学(金属焊接性)》，周振丰主编，机械工业出版社2010年度课程重点内容如下：Part 1. 焊接冶金学(基本原理)1.1 绪论部分1.2 熔化焊化学冶金1.3 焊接材料1.4 熔池凝固和焊缝固态相变1.5 焊接热影响区组织和性能1.6 焊接裂纹Part2.焊接冶金学(金属焊接性)常用材料焊接2.1 金属焊接性及其试验方法2.2 常用材料焊接2.2.1 合金结构钢的焊接2.2.2 不锈钢耐热钢的焊接2.2.3 Al合金的焊接2.3 堆焊Materials Joining Science and TechnologyPart 1.焊接冶金学(基本原理)1.1 绪论部分1.什么是焊接？钎焊？二者物理本质的区别是什么？2.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？3.什么是焊接温度场，焊接电弧加热区的特点及其热分布？4.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？5.焊接热循环的概念.1.2 熔化焊化学冶金6.什么是焊接化学冶金过程？7.手工电弧焊冶金过程分几个阶段，各阶段反应条件有何不同，主要进行哪些物理化学反应？8.调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？9.焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？10.氮对金属的作用，溶解机制，对焊接质量有哪些影响？控制氮的主要措施是什么？11.氢对金属的作用，溶解机制，对焊接质量有哪些影响？控制氢的主要措施是什么？12.氧对金属的作用，溶解机制，对焊接质量有哪些影响？控制氧的主要措施是什么？13.在焊接过程中熔渣起哪些作用？14.根据分子理论，熔渣碱度的定义是什么？15.焊缝金属脱氧的原则和主要措施是什么？选择脱氧剂的原则是什么？脱氧反应进行的方式和特点是什么？16.先期脱氧、沉淀脱氧(锰脱氧，硅脱氧，硅锰联合脱氧)、扩散脱氧的特点Materials Joining Science and Technology17.为什么酸性焊条用锰铁作为脱氧剂，而碱性焊条用硅铁、锰铁和钛铁作为脱氧剂？18.说明S,P对焊接质量的影响，如何控制？19.什么是熔合比？20.试述合金化的目的，方式及过渡系数的影响因素.21.脱氧和合金过渡有何区别和联系？22.综合分析熔渣的碱度对金属的氧化、脱氧、脱硫、脱磷、合金过渡的影响.1.3 焊接材料23.焊条的分类(按用途、按熔渣碱度、按药皮的类型)，药皮的作用，焊条的工艺性能有哪些？24.典型焊条的冶金性能分析(E4303 & E5015).25.试对比分析酸性焊条及碱性焊条的工艺性能、冶金性能和焊缝金属的力学性能.26.低氢型焊条为什么对于铁锈、油污、水分很敏感？27.什么是焊剂？焊剂牌号中“HJ”和“SJ”的指代哪种类型的焊剂？28.按照形状结构，焊丝如何分类29.药芯焊丝的特性有哪些？1.4 熔池凝固和焊缝固态相变30.焊接溶池凝固与一般铸锭凝固有何不同的特点?31.简述熔池的结晶形态有哪些，并分析结晶速度、温度梯度和浓度对结晶形态的影响.32.什么是联生结晶，焊接条件下，为什么容易得到柱状晶？33.分析焊缝和熔合区的化学不均匀性，为什么会形成这种不均匀性?34.焊缝的偏析有几种，产生原因是什么？Materials Joining Science and Technology35.分析粒状贝氏体和M-A组元(Constitution M-A)的形成原因及其对焊缝性能的影响.36.试述氢气孔和CO气孔的形成原因、特征及如何防止.37.焊缝中夹杂物的种类及其对焊缝金属性能的影响.38.分析微量元素(Mo、Nb、Ti、B、V、稀土等)对焊缝性能的影响，并考虑它们之间的相互作用及分析原因.1.5 焊接热影响区组织和性能39.什么是焊接热影响区？40.焊接热循环的主要参数有哪些？41.焊接热影响区的性能特点1.6 焊接裂纹42.焊接热裂纹、再热裂纹、冷裂纹和层状撕裂的机理、分类、基本特征、敏感温度区间、在何种材料上容易发生、产生位置与裂纹走向特点？43.结晶裂纹的形成机理？Materials Joining Science and TechnologyPart 2.焊接冶金学(金属焊接性)常用材料焊接2.1 金属焊接性及其试验方法44.金属焊接性的定义，影响金属焊接性的因素？评价金属焊接性的方法有哪些？45.低合金高强钢的强化手段有哪些？46.如何进行斜Y坡口焊接性试验, 如何用这种方法确定预热温度？2.2 常用材料焊接2.2.1 合金结构钢的焊接47.热轧钢的成分、性能特点，列举2种典型钢号(旧型号)？48.正火钢的成分、性能特点，列举2种典型钢号(旧型号)？49.低碳调质钢的成分、性能特点，列举2种典型钢号50.如何控制焊接热轧和正火钢的焊缝热裂纹和冷裂纹？分析热轧钢16Mn、正火钢15MnV的热裂纹倾向、冷裂纹倾向及HAZ脆化原因. 分析低碳调质钢HAZ脆化倾向，及防止冷裂纹、热裂纹及HAZ脆化的方法.51.焊接低合金高强钢，如何选择焊接材料？52.如何确定焊接热轧钢、正火钢的焊接线能量和预热温度？焊后热处理的作用是什么？53.什么是CCT图？如何应用CCT图判断低合金高强钢的冷裂纹倾向？2.2.2 不锈钢耐热钢的焊接54.不锈钢耐热钢的分类和化学成分特点. 什么是奥氏体不锈钢的敏化温度区间、稳定化处理、敏化处理.55.分析奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因及防止措施？Materials Joining Science and Technology56.分析奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀和刀状腐蚀产生的原因及防止措施.57.奥氏体不锈钢焊接接头会发生什么脆化？发生的温度？58.如何调整奥氏体不锈钢焊缝的铁素体含量？舍夫勒(Schaeffler)焊缝组织图的用途.59.如何应用Schaeffler组织图确定异种钢焊缝的组织?60.奥氏体/铁素体异种钢焊接接头熔合区组织有什么特点？2.2.3 Al合金的焊接61.铝及合金的分类及各自的成分特点，铝及合金气孔产生的原因及防止措施62.综合分析铝及合金焊接时的热裂纹产生热裂纹的原因及防止措施63.铝及合金的主要工艺特点2.3 堆焊64.金属的磨损形式有哪些？怎样正确选择堆焊合金？选择堆焊合金的原则是什么？堆焊稀释率的定义？65.高锰钢堆焊合金的成分和性能特点是什么？。
实验八晶体结晶过程观察及凝固条件对
铸锭组织的影响
（Observation of the crystallization process of crystalloid and the impact of solidification conditions on
ingot structure）
实验学时：2 实验类型：操作
前修课程名称：《材料科学导论》
适用专业：材料科学与工程
一、实验目的
⒈观察盐类的结晶过程：
⒉分析凝固条件对铸锭组织的影响。
二、概述
盐和金属均为晶体。
由液态凝固形成晶体的过程叫结晶。
不论盐的结晶，金属的结晶以及金属在固态下的重结晶都遵循生核和长大的规律。
结晶的长大过程可以观察到，可是晶核的大小不能用肉眼看到，因为临界晶核的尺寸很小，而在试验中只能见到正在长大的晶粒，此刻已经不再是临界尺寸的晶核。
金属和盐类晶体最常见到的是树枝状晶体。
通过直接观察透明盐类（如氯化铵等）的结晶过程可以了解树枝状晶体（枝晶）的形成过程。
在玻璃片上滴上一滴接近饱和的氯化铵溶液，观察它的结晶过程。
随着液体的蒸发，溶液逐渐变浓，达到饱和，由于液滴边缘最薄，因此蒸发最快，结晶过程将从边缘开始向内扩展。
结晶的第一阶段是在最外层形成一圈细小的等轴晶体，结晶的第二阶段是形成较为粗大的柱状晶体，其成长的方向是伸向液滴的中心，这是由于此时液滴的蒸发已比较慢，而且液滴的饱和顺序也是由外向里，最外层的细小等轴晶只有少数的位向有利于向中心生长，因此形成了比较粗大的、带有方向性的柱状晶。
结晶的第三阶段是在液滴的中心部分形成不同位向的等轴枝晶。
这是由于液滴的中心此时也变的较薄，蒸发也较快，同时溶液的补给也不足，因此可以看到明显的枝晶组织。
细小的等轴晶与粗大的柱状晶体
液体中间部分的粗大等轴树枝晶
盐液滴由于蒸发而进行的结晶过程及所得的结晶组织与铸锭的结晶过程和组织很相似。
铸锭的表层为细等轴晶粒区，晶粒细小，组织致密，成分均匀。
当液态金属到入铸模以后，结晶首先从靠近模壁处开始。
模壁温度低，在该处因过冷度极大，晶核产生多，这些核心长大时很快接触，形成细小的等轴晶粒，称为细等轴区。
紧接表层的是柱状晶区，由垂直于模壁的彼此平行的柱状晶粒组成，组织致密。
这是因为，在细等轴区形成的同时，模壁温度已升高，过冷度减小，与液体接触的小枝晶要长大，但在长大过程中很快地与上下左右的枝晶相撞，长大受到了限制。
这时只有晶轴与模壁垂直的小枝晶向液体内伸展不受阻碍，而这时散热有了方向性，垂直模壁的方向散热最快，这样，这部分晶粒一致向液体内伸展，结果就形成了与模壁垂直的粗大柱状晶体，称为柱状晶区。
如果模壁的散热较快，已结晶的金属的导热性较好，液态金属始终能保持较大的内外温度梯度和方向性散热，柱状晶能一直长大到铸锭中心，形成所谓穿晶组织。
一般情况下随着柱状晶的发展，模壁温度继续上升，方向性散热条件逐渐消失，剩余液体的温差越来越小，趋于均匀缓冷状态，柱状晶长大的趋势也渐趋减小。
这时仍为液体的中心区域的温度也逐渐降低，并趋于均匀，加上杂质的作用会在这部分液体中同时形核。
因为该区过冷度小，核心产生得少，且因散热无方向性，各方向的成长速度相同，于是在铸锭内部形成许多位向不同的粗大的等轴晶粒，形成晶粒粗大的等轴晶区，组织疏松。
金属铸锭的结构
铸锭的这三个晶区是的不同的条件下形成的，若改变液体金属的冷却条件（如模壁材料，模壁温度，模壁厚度）和浇注温度以及变质处理等凝固条件，则将改变三个晶区，特别是柱状晶区和等轴晶区的相对面积以及各自的晶粒大小。
冷却速度越快或铸模内外温差越大，则均有利于柱状晶的发展。
例如改变模壁材料，就改变了金属的冷却条件。
金属模可以比砂模获得更大的柱状晶区。
如果将模子预热，其实质是降低了冷却速度。
预热温度越高等轴晶区越大。
浇注温度愈高，浇注后沿铸锭截面的温差也越大，方向性散热时间越长，有利于柱状晶发展。
同时液态金属过热程度愈大，非自发晶核的数目就愈少，这也减少了液体中成核的可能性，因此也促进了柱状晶的发展。
通过加入一定的变质剂进行变质处理，增加结晶时的核心，可得到细小的晶粒。
不同纯度的金属，由于其非自发核心数目的不同，结晶后的晶粒粗细也不同。
从铸锭组织结构看到，纯金属只在铸锭的表面、缩孔处，可以清楚地看到枝晶组织，而在铸锭内只能看到外形不规矩的晶粒。
在铸态合金的组织中，由于晶内偏析或结晶顺序不同，合金内部可以用显微镜看到枝晶组织（即枝晶偏析）。
从性能角度出发，外层细等轴晶区很薄，对铸锭机械性能影响不大。
柱状晶粒由于彼此互相纺碍，树枝的分枝较少，结晶后显微缩孔少，组织致密。
但是柱状晶方向一致，使铸件的性能有方向性，且从相临模壁长出的柱状晶粒的交界面处容易聚集杂质而形成弱面，压力加工时易沿脆弱面开裂。
粗大等轴晶长大时彼此交叉，不存在脆弱面，但树枝状晶体发达，分枝较多，因而显微缩孔多，结晶后组织不致密，铸锭热压力加工时显微缩孔一般可焊合。
三、实验方法指导
⒈ 实验设备及材料
⑴坩埚电阻炉；⑵石墨坩埚；⑶热电偶温度计；⑷钢模；⑸干沙模；⑹手钳；⑺打字头；⑻锯锉；⑼砂纸；⑽工业纯铝锭；⑾0.2～0.3%Ti 粉（变质剂）；⑿侵蚀剂；⒀
氯化铵饱和液；⒁清洁的玻璃片和玻璃棒；
⒉实验内容和步骤
⑴观察氯化铵溶液的结晶过程
用玻璃棒或毛笔引一小滴已配好的氯化铵水溶液到玻璃片上；仔细观察枝晶的形成过程。
注意：液滴不应太大，否则蒸发太慢，不容易结晶。
（或，将玻璃片浸入溶液中，利用液体的表面吸附作用消除大的液滴，将一侧及两边的溶液擦干，在一侧的表面保留一层极薄的溶液，结晶速度较快，便于在生物显微镜下即时观察。
）
⑵分析凝固条件对铸锭组织的影响
实验方案如下表，根据提供的样品，结合理论，研究冷却速度和浇注温度对铸锭粗视组织的影响。
①将熔融的液态金属铝锭铸入模内。
一组浇注一个铸锭。
②冷却后将铝锭取出，分别在两端打上记号，以便识别。
③将铝锭用虎钳夹住，一个离锭底25mm处锯开（注意，锯断面尽量与锭的长轴
垂直），一个沿纵轴锯开，锯时防止偏斜。
④锯断面用锉刀锉平，然后用200号砂纸磨平（方法与磨光方法相同）
⑤磨好后不必抛光，即用水洗，再用酒精洗净吹干。
将磨面侵入1：1的硝酸盐
酸溶液中，在溶液内来回移动，约两分钟，组织清楚显现后，取出洗净，吹干。
⑥观察、分析比较各种凝固条件下的剖面组织，画下粗视组织示意图。
⒊如果进行实际浇注，需要强调的实验注意事项：
①浇注时注意安全，防止烫伤。
熔化金属的坩埚内浮有溶渣时，倾注时须用铁板
挡住；液体金属注入模子时须连续，不能断续或停歇。
②向铝液中加变质剂钛铁粉（0.2～0.3%Ti）时，首先，待金属熔化并达到浇注
温度后，将表面的渣拨开，放入少量变质剂，搅动，然后再待温度升至浇注温
度即可浇注。
③侵蚀时，注意防止酸溅到身上。
四、本次实验的总结要求
⒈画出六种铸锭的纵面粗视组织示意图，注明浇注条件。
⒉比较它们的柱状晶区和粗等轴晶区的相对面积和晶粒的大小；分析原因，说明模壁材料、模子预热温度、浇注温度、变质处理对铸锭组织的影响。
10mm铸铁模具+800℃----穿晶，柱状晶区发达。
10mm铸铁模具+700℃+加入变质剂
10mm铸铁模具+700℃
3mm铸铁模具+700℃
10mm砂模+700℃
10mm 铸铁模具（500预热）+700℃。
