复合材料复习题

1. 常见的材料强化途径都有哪些？请分别进行简要的论述 答：金属材料的基本强化途径：1) 单晶强化：获得无位错和其它缺陷的单晶结构，达到理论强度，如晶须；2) 适当的引入缺陷以阻碍材料内部位错的运动，达到强化的效果。

具体的措施如① 形变强化（加工硬化）：通过增加位错密度，使位错之间的交互作用加剧，位错运动阻力增大，使金属的强度、硬度增加。

② 固溶强化：异类原子加入纯金属基体中构成固溶体后，1.增加位错运动的摩擦阻力外，在“稀”的固溶体中突出地表现在对位错的钉扎作用上。

2.弹性模量：弹性常数的变化使位错应力场也发生变化，从而会引起位错和溶质原子间更大的交互作用能；3.电子浓度因素：溶质原子与带电荷的位错区域之间就有电交互作用4.结构因素：有序区域或偏聚区域将遭到破坏，稳定状态破坏的塑性变形是要付出更多的能量作为代价。

③ 分散强化（包括沉淀强化和弥散强化）：由于第二相分散质点造成的强化过程，分为沉淀强化和弥散强化。

合金组织中如果含有一定数量的分散的异相粒子，它的强度往往会有很大的提高；（依靠时效：分散相与基体是共格的。

共格析出相原子面与基体原子面是连续过渡的，基体晶格在很大区域中发生畸变。

当位错移动时，即使经过共格析出相的附近区域，也会大大受阻。

从而产生强化。

最后产生平衡相，仍有强化效果。

）沉淀强化的第二相通常是亚稳态物质，多与基体相呈共格关系，在适当的温度下其强化效果要高于弥散强化，但升高温度其第二相会发生溶解，从而失去强化效果。

弥散强化的第二相物质一般是难溶且稳定的化合物（通常为氧化物、氮化物、碳化物或金属间化合物），在弥散强化合金中，弥散相和基体并没有共格关系，两相相互溶解的能力也很差，借助于弥散强化达到高强度的材料往往是热稳定的，在热强材料的研究中这是一个很值得推荐的手段。

④ 晶界强化（细晶强化）：由于晶界两边的晶粒取向不同，滑移一般难以从一个晶粒直接传播到取向有差异的另一个晶粒上。

但多晶体变形必须满足连续性条件（以保持各晶粒之间微观的连续性），为了使邻近的晶粒也发生滑移，就必须外加以更大的力，因此，晶界就是滑移的障碍。

再加上由于晶界附近为两晶粒晶格位向的过渡之处，原子排列紊乱，且晶界处的杂质原子较多，增大了晶格畸变，因而位错在晶界附近的滑移阻力大，故难以发生变形。

霍尔—培奇(Hall —Petch)公式： 21-+=d k y i s σσ（由公式可知，多晶体的强度高于单晶体；晶粒愈细，强度愈高）⑤ 相变强化：相变强化主要是指马氏体强化与贝氏体强化。

3) 非晶态金属（金属玻璃）：把金属以极限速度冷却，获得非晶态的微观结构2.碳钢的常用热处理工艺有哪些？主要操作方法及目的？答：四把火：退火、正火、淬火、回火退火：把钢加热到相变温度A c1以上或以下，保温以后缓慢冷却（一般随炉冷却）以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。

目的：1均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒；2 调整硬度，消除内应力及加工硬化，改善钢的成形和切削加工性能；3 为淬火做好组织准备。

正火：将钢件或钢材加热到临界温度以上，保温后空冷的热处理工艺。

（索氏体）目的：1 改善碳钢的可加工性能；2 作为最终热处理，提高工件的力学性能；3 消除热加工缺陷（正火与退火的主要区别：冷却速度不同，正火冷却速度较大，得到的珠光体组织很细，因而强度和硬度也较高。

正火不但力学性能高，而且操作简便，生产周期短，能耗少，故在可能的条件下，应优先考虑正火处理，）淬火：将亚共析钢加热到A c3以上，共析钢与过共析钢加热到A c1以上（低于A ccm）的温度，保温以后以大于临界冷却速度V k的速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。

目的：获得马氏体，提高钢的力学性能。

回火：将淬火后的钢重新加热到A c1以下的某一温度，保温一段时间后再冷却至室温的一种热处理工艺，一般紧接淬火。

目的：1 减少或消除工件淬火时产生的内应力以防止工件开裂和变形；2 减少或消除残余奥氏体，以稳定工件的尺寸；3 调整工件的内部组织和性能，以满足工件的使用要求。

3.不锈钢是如何提高其防腐蚀性的？根据不同组织的形式，不锈钢可分为哪些类型？简述其主要组织特征和性能特点。

答：提高金属耐蚀性的途径(1) 减少原电池形成的可能性，使金属材料具有均匀的单相组织，(2) 提高金属材料的电极电位。

(3) 减小甚至阻断腐蚀电流，使金属钝化。

即在表面形成致密的、稳定的保护膜，将介质与金属材料隔离。

不锈钢的分类：（1）马氏体不锈钢：铬的质量分数大于12%，在氧化性介质中耐蚀。

在非氧化性介质中不能达到良好的钝化，耐蚀性低。

（2）铁素体型不锈钢：铬质量分数为17%～30%，碳质量分数低于0.15%，为单相铁素体组织。

性能特点：1 耐蚀性比Cr13型钢更好。

2 退火或正火状态下使用。

3 强度较低、塑性很好，可用形变强化提高强度。

（3）奥氏体型不锈钢：碳含量很低，耐蚀性很好。

钢中常加入Ti或Nb，以防止晶间腐蚀。

性能特点;1 强度、硬度低，无磁性, 塑性、韧性和耐蚀性均较Cr13型不锈钢更好。

2 形变强化提高强度，形变强化能力比铁素体型不锈钢要强。

3 采用固溶处理进一步提高耐蚀性。

（4）奥氏体和铁素体双相不锈钢在奥氏体型不锈钢的基础上，提高铬含量或加入其它铁素体形成元素。

性能特点：其晶间腐蚀和应力腐蚀破坏倾向较小，强度、韧性和焊接性能较好。

节约Ni，得到广泛应用。

4.变形铝合金与铸造铝合金的主要区别？简述铝合金的强化热处理方法及其机理。

答：铸造铝合金为成分高于 D 的合金，由于冷却时有共晶反应发生，流动性较好，适于铸造生产，称为铸造铝合金。

变形铝合金指成分低于D 的合金，加热时能形成单相固溶体组织，塑性较好，适于变形加工，称为变形铝合金。

两者的主要区别在于变形铝合金是铸锭经过冷热压力加工后形成的各种型材，具备优良的冷加工工艺性能，组织中没有过多的脆性第二相，合金元素的含量一般少于5%。

铝合金强化热处理的方法及机理：（1）固溶处理铝合金加热时由α固溶体加第二相（金属间化合物）转变为单相的α固溶体，淬火时转变为过饱和的α固溶体，但不发生同素异构转变，晶体结构也不发生转变，所以铝合金的淬火处理成为固溶处理。

由于硬脆的第二相消失，塑性有所提高，但效果有限，强度硬度提高不明显，而塑性有明显提高。

（2）时效处理淬火后的过饱和固溶体，加热到一定温度（低于固溶温度）和保温时，强度、硬度显著提高，而塑性明显降低，这种处理称为时效处理。

铝合金经固溶处理，获得过饱和固溶体，在室温放置或低温加热保温时，第二相从过饱和固溶体中缓慢析出，过饱和固溶体浓度降低，固溶强化减弱，又引起合金软化，在加上析出过程中应力、应变及回复再结晶等因素的影响，使时效过程中合金性能的变化相当复杂。

例如，时效析出过程中形成的GP（GP 区，溶质原子富集区，此时强度高，与基体共格形式形式存在，随着第二相的析出，共格变为半共格，强度减弱），强化效果显著。

5.简述钛的合金化元素对其组织的影响以及相应钛合金的热处理特点。

答：合金元素溶入α-Ti 中形成α固溶体, 溶入β-Ti 中形成β固溶体。

α稳定化元素铝、碳、氮、氧、硼等使同素异构转变温度升高。

β稳定化元素铁、钼、镁、铬、锰、钒等使同素异构转变温度下降。

1. α钛合金钛中加入铝、硼等α稳定化元素。

室温强度低于β钛合金和（α＋β）钛合金，但高温(500 ℃～600 ℃)强度比它们的高，组织稳定，抗氧化性和抗蠕变性好，焊接性能也很好。

不能淬火强化，主要依靠固溶强化。

2. β钛合金钛中加入钼、铬、钒等β稳定化元素。

β钛合金有较高的强度、优良的冲压性能，可通过淬火和时效进行强化。

在时效状态下，合金的组织为β相和弥散分布的细小α相粒子。

3. （α＋β）钛合金钛中加入β稳定化元素、大多数还加入α稳定化元素，得到（α＋β）钛合金。

塑性很好，容易锻造、压延和冲压，并可通过淬火和时效进行强化。

热处理后强度可提高50%～100%。

α＋β）钛合金强度高，塑性好，在400 ℃时组织稳定，蠕变强度较高，低温时有良好的韧性，并有良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀的能力。

6.镍基高温合金的主要热处理措施及其目的？镍基高温合金的主要热处理措施及其目的：固溶处理目的：1将强化相和碳化相尽量溶于基体中，以得到单相组织，给以后的时效析出均匀细小的强化相做准备；2 获得均匀的合适晶粒尺寸中间处理目的：1 使高温合金晶界析出一定量的各种碳化物和硼化物相，提高晶界强度；2 是晶界及境内析出较大颗粒的γ’相，使晶界和晶内强度得到协调匹配，提高合金持久和蠕变寿命及持久伸长率，改善合金长期组织稳定性。

时效处理目的：在合金基体中析出一定数量和大小的强化相，达到合金最大的强化效果。

（决定作用）退火热处理应力消除处理目的：消除残余应力降低强度，提高韧性再结晶退火目的：控制晶粒度和最大程度软化降低强度，提高韧性7.陶瓷的主要制备工艺过程？影响陶瓷烧成的主要因素？答：1.选择合适的陶瓷原料2.陶瓷原料的加工陶瓷原料的加工就是将原料先煅烧，然后粉碎，从粉碎效率上来看，一般是先经过粗碎，再中碎，最后细碎。

将所粉碎的粉料和水混合和捏练，就可以得到所需要的坯泥。

3.陶瓷胚体成型(1)注浆体成型法这种成型方法是将坯料泥浆注入石膏模内，石膏将水中所悬浮的粘土与水一起吸引到模的表面，水被石膏吸收后就形成与模型一样形状的坯料。

(2)可塑性成型法可塑性成型就是采用具有捏练状态的湿坯泥成型的方法。

其成型方法有：挤出成型，热压成型，湿式及半湿式成型等。

(3)加压成型法将粒料和粉料加压变形而固结成型，包括粉压法和干压法。

(5)等静压成型法等静压成型法与干压成型法相似，它是在模行各个面都施加均匀的压力。

它的主要特点是模具具有弹性，运用模具可以均匀的传递压力的特点对其施压。

4.陶瓷的烧制烧结机理：颗粒在接触点处的离子因热的振动而扩散，颗粒接触点愈多(亦即颗粒微细)，填充愈致密时，反应愈快。

影响烧成的因素①化学组成与矿物成分。

②粒度分布。

粒度越细，烧结效果越好。

③填充密度及体积密度。

④烧成温度与时间，温度越高，时间越短，但不成比例变化。

⑤冷却速度。

冷却速度影响产品的质量，如变形、开裂等⑥烧成中的气氛，指气体的性质（氧化、还原、中性），如含氧化铁的坯体，适宜于在还原性气氛中烧结。

8.简述氧化锆陶瓷的相变增韧机理及其应用。

一个温度区间而不是在一个特定的温度点上。

氧化锆的增韧机制包括；应力诱导增韧、相变诱发微裂纹增韧、表面诱发强韧化和微裂纹分叉增韧。

在实际材料中究竟何种增韧机制起主导作用取决于四方相和单斜相马氏体相变的程度高低及相变在材料中发生的部位。

1 相变增韧当部分稳定的ZrO2存在于陶瓷基体时，即存在m-ZrO2和t-ZrO2的可逆相变特征，晶体结构的转变伴随体积膨胀，相当于在裂纹表面施加一个闭合力，阻止裂纹扩展。