高考申論題 111年 [材料工程] 材料性質

第一題

📖 題組：
低碳鋼之拉伸曲線會出現上下降伏點（不規則降伏），請說明： (一)上降伏點、下降伏點及呂德帶（Lüders band）之成因。（15 分） (二)請說明如何消除呂德帶，即伸張應變紋。（5 分）

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

上降伏點、下降伏點及呂德帶（Lüders band）之成因。（15 分）

看到低碳鋼的不連續降伏現象，必須立刻聯想到「科氏氣團（Cottrell atmosphere）」理論。作答時需從微觀的原子尺度（碳/氮原子與差排應力場的交互作用、位能井模型）出發，推導出巨觀應力-應變曲線上的上/下降伏點，並解釋局部變形如何演化為巨觀可見的呂德帶。

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【破題】低碳鋼拉伸時出現的上、下降伏點與呂德帶等「不連續降伏」現象，其核心微觀機制源於間隙型溶質原子（如碳、氮）與差排（dislocation）的交互作用，即「科氏氣團（Cottrell atmosphere）」效應。【論述】

請說明如何消除呂德帶，即伸張應變紋。（5 分）

看到消除呂德帶，應直覺聯想到其微觀成因是『差排被柯氏氣團鎖住』。因此，解題策略需從『破除鎖定』（預變形產生新自由差排）或『消除氣團來源』（添加合金元素結合間隙原子）兩方面切入，並結合工業實務（調質軋延、IF鋼）提出精準的解決方案。

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【破題】呂德帶（伸張應變紋）的微觀成因在於碳、氮等間隙原子擴散至差排周圍形成「柯氏氣團（Cottrell atmosphere）」鎖定差排。要消除巨觀上的不規則降伏與應變紋，必須從微觀層面「提供自由差排」或「消除間隙原子」著手。【論述】