材料科學(xué)基礎(chǔ)考研真題

1、碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目代碼及名稱:959材料科學(xué)基礎(chǔ)考試時(shí)限：3小時(shí) 總分：150分一、名詞解釋(10X3=30分)加工硬化沉淀強(qiáng)化交滑移上坡擴(kuò)散調(diào)幅分解(6X10=60 分)金屬化合物臨界分切應(yīng)力珠光體 Orowan機(jī)制等強(qiáng)溫度 二、解答題1、判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行：(1) i100 -101 + -101 ； (2) - 112 + - 111 -111223622、請(qǐng)指明下列五種結(jié)構(gòu)分別屬于什么布拉菲點(diǎn)陣。注：a=b=c, a=B = y=90。圖省3、冷變形金屬在回復(fù)和再結(jié)晶過程中，組織和性能分別有什么變化?4、試分別給出FCC,BCC及HOP的主要滑移系。5、試分析液態(tài)金屬

2、凝固過程中形成中心等軸晶區(qū)的條件是什么？6、為什么空位是熱力學(xué)穩(wěn)定缺陷，而位錯(cuò)是非熱力學(xué)穩(wěn)定缺陷。三、問答題(3X20=60分)1、繪出Fe-Fe3C相圖，標(biāo)出其中的關(guān)鍵成分和關(guān)鍵溫度，并且回答：分析碳含量對(duì)Fe-C合金室溫組織和力學(xué)性能的影響。分析45鋼的拉伸變形過程可分為哪幾個(gè)階段及其相應(yīng)的特征和機(jī)理。2、試解釋為什么材料的理論強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其實(shí)際強(qiáng)度。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，材料的強(qiáng)韌化越來越重要，試舉例說明材料強(qiáng)化或韌化的 4種方法，并闡述相應(yīng)的強(qiáng)化和韌化原理。3、試分析下列材料科學(xué)過程是否與原子擴(kuò)散有關(guān)，為什么？A熱彈性馬氏體箱變B脫溶分解C成分均勻化D高溫蠕變E G.

3、P形成碩士研究生入學(xué)考試試題參考答案考試科目代碼及名稱:959材料科學(xué)基礎(chǔ)考試時(shí)限：3小時(shí) 總分：150分一、名詞解釋（30分）加工硬化：隨著冷變形程度的增加，金屬材料強(qiáng)度和硬度指標(biāo)都有所提高，但 塑性、韌性有所下降的現(xiàn)象。沉淀強(qiáng)化：過飽和固溶體隨溫度下降或長(zhǎng)時(shí)間保溫過程中（時(shí)效）發(fā)生脫溶分 解，細(xì)小的沉淀物分散于基體之中，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生強(qiáng)化的現(xiàn) 象。交滑移：當(dāng)某一螺位錯(cuò)在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，有可能從原滑移面轉(zhuǎn)移到與 之相交的另一滑移面上去繼續(xù)滑移，這一過程稱為交滑移。上坡擴(kuò)散：組元從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)遷移的擴(kuò)散過程。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是化學(xué) 位梯度。調(diào)幅分解：（過飽和）固溶體通過上坡擴(kuò)散在一

4、定的溫度下分解成結(jié)構(gòu)相同、成 分不同的兩個(gè)相的轉(zhuǎn)變過程。金屬化合物：金屬與金屬、金屬與某些非金屬之間形成的化合物，結(jié)構(gòu)與組成 金屬化合物的純金屬不同，一般具有熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大的特 點(diǎn)。臨界分切應(yīng)力：滑移系開動(dòng)所需的最小分切應(yīng)力。它是有一個(gè)定值，與材料本 身性質(zhì)有關(guān)，與外力取向無關(guān)。珠光體：鐵碳合金共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，是共析鐵素體和共析滲碳體的層片狀混合 物。Orowan機(jī)制：合金相中與基體非共格的較硬第二相粒子與位錯(cuò)線作用時(shí)不變 形，位錯(cuò)繞過粒子，在粒子周圍留下一個(gè)位錯(cuò)環(huán)使材料得到強(qiáng)化的 機(jī)制。等強(qiáng)溫度：晶界與晶粒兩者強(qiáng)度相等時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。二、解答題（60分）1、（1）幾何條件：反應(yīng)前巳前=

5、a100，反應(yīng)后bB = 3200=a100， TOC o 1-5 h z 幾可條件滿足b能量條件：反應(yīng)前Z b2 = 1很12 + 02 + 02= a2， 反應(yīng)后 Z b2 = a 12 + 02 + 12 + a、.12 + 02 + （1）2 = a2，后 22 y 孔不能滿足能量條件b% 氣，故位錯(cuò)反應(yīng)不能進(jìn)行。（2）、幾何條件：反應(yīng)前y b前=4112 + 611T =堂111，反應(yīng)后y b后=言111，幾何條件滿足能量條件：反應(yīng)前y b 1212 +22 + &j +12 +（1）2 = 3 a2，反應(yīng)后y b% = a;12 + I2 + I2 = 3 Q2，能量條件不能后 2

6、4滿足y 后，故位錯(cuò)反應(yīng)不能進(jìn)行。2、NaCl屬于面心立方點(diǎn)陣，CsCl屬于簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣，ZnS屬于（簡(jiǎn)單） 六方點(diǎn)陣，CaF2屬于體心立方點(diǎn)陣，CaTiO3屬于簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣。3、答：組織變化：在回復(fù)階段，組織幾乎沒有變化，晶粒仍是冷變形后的 纖維狀；在再結(jié)晶階段，變形晶粒首先出現(xiàn)新的無畸變的核心，然后逐 漸消耗周圍的變形基體而長(zhǎng)大，直到變形組織完全改為新的、無畸變的 細(xì)等軸晶粒。性能變化：回復(fù)階段，強(qiáng)度、硬度下降不多，塑性稍有提高，材料 的密度變化不大，電阻率有明顯下降，宏觀應(yīng)力可以全部或大部分被消 除，微觀內(nèi)應(yīng)力部分消除，變形儲(chǔ)能部分釋放；再結(jié)晶階段，強(qiáng)度、硬 度明顯下降，塑性提高，材料的

7、密度急劇升高，電阻率下降更快，內(nèi)應(yīng) 力完全消除，變形儲(chǔ)能全部釋放。4、FCC的密排面為111,密排向?yàn)?則主要滑移系為111和 ； BCC的密排面為110，密排向?yàn)?，則主要滑移系為110和 ； HCP的密排面0001，密排向，主要滑移系為 0001和 5、答：液態(tài)金屬凝固過過程中，中心部位的液體溫度達(dá)到均勻，各處溫度 可能都低于熔點(diǎn)下，由溶質(zhì)原子的重新分配，在液固界面前沿出現(xiàn)成分 過冷，由于溶液的流動(dòng)使表面細(xì)晶一部分卷入液體之中或柱狀晶被沖刷 脫落進(jìn)入前沿液體中作為非自發(fā)的仔晶，從而促使形成中心等軸區(qū)?？?而言之，必須要達(dá)到兩個(gè)條件：1）凝固界面前沿的液相中有晶核（仔 晶）來源；2）液相存在晶

8、核生長(zhǎng)所需的過冷度。6、答：在等溫等壓條件下，晶體中形成空位后，自由能可以寫成AA = AU -TAS，可知體系在一定溫度下存在一個(gè)平衡空位濃度，在該濃 度下，體系的自由能最低。即晶體中存在一些空位時(shí)，體系的自由能能 達(dá)到最低，如果沒有空位，自由能反而升高，也就是說，由熱振動(dòng)產(chǎn)生 的空位屬于熱力學(xué)穩(wěn)定缺陷；位錯(cuò)的存在均會(huì)使體系的內(nèi)能升高，雖然 位錯(cuò)的存在也會(huì)引起熵值增加，但是有限可以忽略，因此，位錯(cuò)的存在 使體系處于高能的不穩(wěn)定狀態(tài)，位錯(cuò)是熱力學(xué)不穩(wěn)定的缺陷。三、問答題（60分）1、解答：（1）圖略隨碳含量的增加，鐵碳合金的室溫組織發(fā)生以下變化：a+Fe3Cnif a+P （珠光體）fPfP+

9、Fe3CifP+Fe3Ci+Ld（室溫萊氏體）一 Ld-Ld +Fe3C【在亞共析鋼中，隨含碳量增加，珠光體逐漸增加，強(qiáng)度、硬度升高， 而塑性、韌性下降；在過共析鋼中，含碳量在接近1%時(shí)其強(qiáng)度達(dá)到 最高值，含碳量繼續(xù)增加，其強(qiáng)度下降，這是由于在含碳量Wc高于1%時(shí)脆性二次滲碳體于晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，使鋼的脆性大大增力口；在白口鐵中，由于含有大量的滲碳體，故其脆性很大、強(qiáng)度很低，滲碳體的硬度很高且極脆，不能使合金的塑性提高，合金的塑性 主要有鐵素體來提供，因此，在白口鐵中，含碳量的增加而是鐵素體 減少，鐵碳合金的塑性不斷降低，當(dāng)組織中出現(xiàn)以滲碳體為基體的低 溫萊氏體時(shí)，塑性降低到接近零值。韌性對(duì)

10、組織十分敏感，含碳量增 加時(shí)，脆性的滲碳體增加，當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)狀的二次滲碳體時(shí)，韌性急劇下 降們總體來看，韌性比塑性下降的趨勢(shì)要大。（2）45鋼的拉伸變形過程可以分為：彈性變形階段，彈塑性變形階段（或流動(dòng)區(qū)），拋物線硬化階段。彈性變形階段：應(yīng)力一應(yīng)變呈直線關(guān)系，符合胡克定律，此階段只有 彈性變形；彈塑性變形階段：試樣在應(yīng)力為下屈服階段時(shí)變形能繼續(xù)進(jìn)行；拋物線硬化階段：應(yīng)力一應(yīng)變曲線變?yōu)閽佄锞€，加工速率隨反應(yīng)增加 而降低，應(yīng)力足夠高時(shí)，塞積在障礙前的領(lǐng)先螺位錯(cuò) 產(chǎn)生交滑移，使應(yīng)力暫時(shí)松弛故硬化速率減小。2、答：（注：回答可以從簡(jiǎn)）實(shí)際晶體中存在位錯(cuò)，|而強(qiáng)度與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有著密 切關(guān)系，對(duì)于刃型位錯(cuò)由p

11、苫（1vf b可有通過位錯(cuò) 移動(dòng)使晶體滑移所需的臨界切應(yīng)力很小，僅為理想晶體的1；00 - ；000 倍。對(duì)于螺位錯(cuò)與刃型位錯(cuò)一樣，由于原子移動(dòng)量很小，所以它移動(dòng)所 需的力也很小，就有理論強(qiáng)度遠(yuǎn)大于實(shí)際強(qiáng)度。四種強(qiáng)化方法：形變強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、第二相粒子強(qiáng)化。形變強(qiáng)化：金屬材料大量形變以后強(qiáng)度就會(huì)提高，具有加工硬化的性能，隨著形變量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，韌性、塑性下降的現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化。形變強(qiáng)化的機(jī)理：金屬在塑性形變過程中位錯(cuò)密度 不斷增加，使彈性應(yīng)力場(chǎng)不斷增大，位錯(cuò)間的交互作用不斷增強(qiáng)，發(fā)生 位錯(cuò)的塞積、位錯(cuò)交割、位錯(cuò)反應(yīng)、易開動(dòng)的位錯(cuò)源不斷消耗，結(jié)果產(chǎn) 生固定的割階、位錯(cuò)纏

12、結(jié)等障礙，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，引起變形抗 力增加，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高了材料的強(qiáng)度；固溶強(qiáng)化：利用點(diǎn)缺陷對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力使金屬基體獲得強(qiáng)化的方 法，隨著溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體的強(qiáng)度硬度升高，塑性韌性下降 的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。強(qiáng)化機(jī)理：一是溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶 格發(fā)生畸變，對(duì)滑移面上運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)有阻礙作用；二是位錯(cuò)線上偏聚的 溶質(zhì)原子形成柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)其扎釘作用，增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力；三 是溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)的偏聚阻礙擴(kuò)展位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。所有阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)， 增加位錯(cuò)滑移阻力的因素都可使強(qiáng)度提高。細(xì)晶強(qiáng)化：隨晶粒尺寸的減少，材料的強(qiáng)度硬度升高，塑性、韌性 也得到改善的現(xiàn)象稱為細(xì)晶

13、強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化不但可以提高材料的強(qiáng)度又 能改善鋼的塑性和韌性，是一種較好的強(qiáng)化材料的方法。強(qiáng)化機(jī)理：晶 粒越細(xì)小，位錯(cuò)塞積群中位錯(cuò)個(gè)數(shù)（n）越小，根據(jù)t= nT0，應(yīng)力集中 越小，材料的強(qiáng)度越高。強(qiáng)化的原因在于晶界對(duì)位錯(cuò)滑移的阻滯效應(yīng)， 當(dāng)位錯(cuò)在多晶體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于晶界兩側(cè)晶粒的取向不同，加之這里雜 質(zhì)原子較多，增大了晶界附近的滑移阻力，因此一側(cè)晶粒中的滑移帶不 能直接進(jìn)入第二個(gè)晶粒。還需要滿足晶界上形變的協(xié)調(diào)性，需要多個(gè)滑 移系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)作，這樣會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)不易穿過晶界，而是塞積在晶界處， 引起強(qiáng)度的增高。晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)被阻滯的地越多，多晶體 的強(qiáng)度就越高。第二相粒子強(qiáng)化：是指彌散分布

14、于基體的第二相粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 而引起的強(qiáng)化?？梢詫⒌诙嗔Ｗ臃譃?，一類是不易變形粒子（包括彌 散強(qiáng)化的粒子以及沉淀強(qiáng)化的大尺寸粒子）；另一類是易變形粒子（如 沉淀強(qiáng)化的小尺寸粒子）。當(dāng)位錯(cuò)繞過不易變形的粒子時(shí)，其強(qiáng)化機(jī) 制：由于不易變形粒子對(duì)位錯(cuò)的斥力足夠大，運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)在粒子前受阻、 彎曲，隨著外加切應(yīng)力的增加，迫使位錯(cuò)以繼續(xù)彎曲的方式向前運(yùn)動(dòng)， 最后留下一個(gè)圍繞粒子的位錯(cuò)環(huán)，實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)的增值。后續(xù)的位錯(cuò)線繞過 粒子更加困難，從而是材料的強(qiáng)度提高；當(dāng)位錯(cuò)切過易變形粒子時(shí)，分 兩種機(jī)制：第一類短程交互作用（位錯(cuò)與粒子交互作用間距小于10b， b柏氏矢量），位錯(cuò)與粒子作用時(shí)會(huì)形成新的表面積、錯(cuò)排面（反相 疇）、割階，增加了界面能、疇界能，增大粒子的尺寸或增大體積分 數(shù)，都能提高強(qiáng)度；第二類是長(zhǎng)程交互作用（作用間距大于10b），由 于粒子與基體的點(diǎn)陣不同，造成應(yīng)力場(chǎng)，從而強(qiáng)化了材料。3、答：A、與原子擴(kuò)散無關(guān)，因?yàn)轳R氏體轉(zhuǎn)變可以在相當(dāng)?shù)偷臏囟确秶鷥?nèi)，進(jìn) 行并且轉(zhuǎn)變速度極快，在低的溫度依靠原子擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)