一、简答或计算题 (每小题10分，共40分)
1. 材料韧化的四项措施是什么？请简单解释？
答：材料韧化的四项措施包括：①细化，通过控制晶粒大小和取向，细化晶粒或各种显微组织；②纯化，由于夹杂物一般为脆性相，容易降低材料韧性，应尽量减少材料中有害杂质的含量；③球化，通过球化脆性第二相粒子，减少应力集中系数；④复化，引入韧性较好的不连续组元，当裂纹遇到韧性相时，由于韧性相不易解理断裂，而塑性变形又要消耗较大能量，因而对于控制裂纹扩展可以起到有益作用。
2. 何谓纤维与基体界面的相容性，其高低对材料的强韧性有何影响？
答：纤维与基体界面的相容性是指二者之间的性能匹配情况，它包括物理相容性和化学相容性。物理相容性是指两者的膨胀系数和弹性模量匹配，通常希望纤维的膨胀系数和弹性模量高于基体，使基体的残余应力为压应力。
化学相容性是指在制造和使用温度下纤维与基体两者不发生化学反应及不引起性能退化。
对陶瓷材料而言，其脆性极大地限制了其它优良性能的发挥与应用，诸如高温力学性能、抗化学腐蚀性能、电绝缘性以及低膨胀等，使用纤维增强可不同程度地客服陶瓷脆性，增加陶瓷材料的强度及韧性。可是，如果纤维与基体间物理性能不匹配、化学性质不相容，会导致高强度、高模量的纤维不能充分发挥增强、增韧作用，甚至纤维与基体反应而导致基体力学性能的退化。因此纤维与基体间的相容性对纤维能否增强、增韧陶瓷起着至关重要的作用。
3. 何为马氏体钢中的复合组织强韧化？实现复合组织的技术途径有哪些？
答：复合组织强韧化是以强马氏体为基础，引入适当数量、形状大小和分布的塑性和韧性较马氏体好的韧性相（奥氏体、下贝氏体和铁素体），从而来提高钢的韧性的一种强韧化途径。
实现途径： 纤维强韧化：利用碳碳复合材料或纤维基复合材料。
晶须强韧化：sicw/si3n4陶瓷基复合材料 、sicw/al2o3陶瓷基复合材料 、sicw/aln陶瓷基复合材。
4. 试说明晶粒大小对金属材料室温及高温力学性能的影响，在生产中如何控制材料的晶粒度。
答：晶粒大小对金属材料室温及高温力学性能的影响：
对于金属的常温力学性能来说，一般是晶粒越细小，则强度和硬度越高，同时塑性和韧性也越好。这是因为，晶粒越细，塑性变形也越可分散在更多的晶粒内进行，使塑性变形越均匀，内应力集中越小；而且晶粒越细，晶界面越多，晶界越曲折；晶粒与晶粒中间犬牙交错的机会就越多，越不利于裂纹的传播和发展，彼此就越紧固，强度和韧性就越好。因此，通常总是希望金属材料的晶粒越细越好。
但是在高温工作的金属材料，晶粒过大或过小都不好。因此通常希望得到适中的晶粒度，在有些情况下反而希望晶粒越粗越大越好。例如，制造电动机和变压器的硅钢片就是这样，晶粒越粗大，其磁带损耗越小，效率越高。
总之，晶粒度对金属性能的影响是多方面的，要具体情况具体分析。
生产中控制材料晶粒度的方法：1）改变结晶过程中的凝固条件，通过增加冷却速度，调节合金成份提高其过冷能力。2）进行形变，同时严格控制随后的回复和再结晶过程以取得细小晶粒，即形变热处理。
3） 调整合金成分，加入细化晶粒的元素。4）利用脱溶反应、调幅分解、粉末烧结、内氧化等方法在合金内产生弥散的第二相以抑制晶粒长大。5）通过同素异型转变的多次反复实现晶粒细化，如热循环处理细化晶粒，快速奥氏体化多级热处理。
二、综合分析题 (60分)
在铝合金、镁合金、钢、高温合金、钨钼难熔材料、陶瓷及硬质合金等几种材料体系中任选一种具体牌号材料，综述目前应用的强韧化方法及机制，评述各自的强韧化效果及优缺点，展望可应用的新的强韧化技术。
答：7085铝合金的强韧化。
可能的强韧化方法：
1、 优化合金的成分 2、采用合适的热处理制度 3、采用新型的合适加工工艺。
各方法的强韧化机制及实现方式及优缺点：
1 优化合金成分：
强韧化机制有细晶强韧化、弥散强化、纯化强韧化、固溶强化、微合金化强韧化、变质强韧化等。具体方法及优缺点：a.
减少合金中的杂质fe、si的含量，可减少脆性相和一些性能较差的带状组织的生成，可以提高强度并获得较好的断裂韧性。但杂质含量较难控制，需要更先进的纯化技术。b.
加入某些高熔点添加剂，如zr、er、sc等元素。可提高再结晶温度，抑制再结晶过程的进行，且与al生成的金属间化合物既可细化铸态晶粒又能抑制再结晶的进行，可以显著提高强度和断裂韧性。c.
加入新合金元素如mn、ag等，能细化晶粒，并保证强度和韧性同步提高。
2 采用合适的热处理制度：
强韧化机制有第二相强化，固溶强化，弥散强化、加工硬化，细晶强韧化等。具体方法及优缺点：a.
采用逐步升温强化固溶的方法能显著提高7055合金的强韧性，但是这种工艺将会产生严重的淬火残余应力，降低了抗scc性能和抗疲劳强度。b.采用超塑预变形的形变热处理方法，可以起到钉扎晶界、阻碍晶粒长大的作用，因而提高7085铝合金的强韧性，但这种制度需要经过几道工序，处理周期较长。
c.高低温循环处理，能显著减小晶粒尺寸，使得强度和韧性同时提高，且降低了淬火残余应力。
3 采用新型的合适加工工艺：
强韧化机制有：细晶强韧化、应变硬化强化、球化增韧等。具体方法及优缺点：
a.采用喷射成形技术，既能细化晶粒，且使形成的枝晶破碎使组织球化，显著提高合金的强韧性。这种生产工艺组织精细，合金含量高，力学性能优越，生产效率高。
但相应的成本会提高。b.采用反挤压技术，能够更好的控制晶粒的大小，细化晶粒，提高合金的强度和韧性。
c.采用超塑性变形技术。
可能应用的强韧化新技术：
在继续优化已有的强韧化技术的基础上，研究各种先进的或特殊的加工方法来提高合金的综合性能或特殊性能，如超塑成形、等温模锻、半凝固模锻、等温挤压、厚板锻轧等，以及电磁铸造、超声铸造、同水平铸造及热顶铸造等先进的铸造技术。充分利用这些先进技术能够保证或提高超高强铝合金强韧化性能。
考试要求：1）手写答卷；2）凡两份答卷一样，均判为零分；
交卷时间：2023年5月10号前。
交卷地点：特冶楼本人信箱或本人办公室（米塔尔楼106室）
工程硕士如果来不及也可采用电子邮箱的方式发给我并以短信告知（189***
材料强韧化
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