2021年南航《材料科學(xué)基礎(chǔ)》真題及答案

1、 3/32021年南航材料科學(xué)基礎(chǔ)真題及答案 一、簡答題 1）右圖為一立方晶胞，A、B、G、H為頂點，C、E、F為棱邊中點，求OGC、EFGH的晶面指數(shù)和AB的晶向指數(shù)。 OGC：（211） EFGH：(012) AB : 111 2）如下圖所示的位錯環(huán)，說明各段位錯的性質(zhì)，并且說明刃位錯的半原子面的位置。 由柏氏矢量與位錯線的關(guān)系可以知道,BC是右旋螺位錯,DA為左旋螺位錯；（1分）由右手法則,CD為正刃型位錯,多余半原子面在紙面上方；（2分）AB為負刃型位錯,多余半原子面在紙面下方。（2分） 3)陶瓷材料中主要結(jié)合鍵是什么？從結(jié)合鍵的角度解釋陶瓷材料 所具有的特殊性能。 陶瓷材料中主要結(jié)合

2、鍵是離子鍵和共價鍵。 （1）由于離子鍵及共價鍵很強，故陶瓷的抗壓強度很強，硬度極高； （2）因為原子以離子鍵和共價鍵結(jié)合時，外層電子處于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，不能自由運動； 4）試分析形成枝晶偏析的原因，如何消除？ 固熔體不平衡結(jié)晶時，從液體中先后結(jié)晶出來的固相成分不同，造成的晶粒內(nèi)枝干含高熔點組元較多，而晶枝間含低組元較多，導(dǎo)致晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。（3分） 可用擴散退火（或均勻化退火）消除，即將鑄件加熱至低于固相線100200，長時間保溫，使偏析元素充分?jǐn)U散。（2分） 5）在Fe中的擴散系數(shù)大于在Fe中的擴散系數(shù)，為什么滲不在Fe中進行，而在Fe中進行？ -Fe是體心立方結(jié)構(gòu)，八面體間隙

3、尺寸為0.15（較小），進行滲碳時，碳 在-Fe中的熔解度很小，滲碳時會出現(xiàn)典型的反應(yīng)擴散現(xiàn)象。（2分） 滲碳在-Fe中進行時，溫度低，擴散系數(shù)小，擴散速度慢； -Fe是面心立方結(jié)構(gòu)，八面體間隙尺寸為0.414（較大），碳的熔解度高， 擴散速度快。 所以滲碳不在-Fe中進行，而在-Fe中進行。 6）固溶體和金屬間化合物在成分、結(jié)構(gòu)、性能等方面有何差異？ 固溶體是固態(tài)下一種組元（溶質(zhì)）溶解在另一種組元（溶劑）中而形成的新相；固溶體具有溶劑組元的點陣類型；固溶體的硬度、強度往往高于組成它的成分，而塑性則較低。（2.5分） 金屬間化合物就是金屬與金屬，或金屬與類金屬之間所形成的化合物；結(jié)構(gòu)不同于組元

4、結(jié)構(gòu)而是一個新結(jié)構(gòu)；金屬間化合物具有極高的硬度、較高的熔點，而塑性很差。 7) 在單位晶胞中畫出立方晶系的如下晶面和晶向：（1 2 1）、 （1 0 1）、1 2 1、2 1 2 略 8）試用位錯理論解釋固溶強化的原因。 固溶在點陣間隙或節(jié)點上的合金元素原子，由于其尺寸不同于基體原子，故產(chǎn)生一定的應(yīng)力場，該應(yīng)力場與位錯產(chǎn)生的應(yīng)力場交互作用，使位錯周圍產(chǎn)生柯氏氣團；（2分） 由于柯氏氣團的釘扎作用，阻礙位錯的運動，造成固溶強化。（3分） 9）試說明晶體滑移的臨界分切應(yīng)力定律 0m；0P/A，m=cos?cos ,當(dāng)外力P一定時，作用于滑移系上的分切應(yīng)力與晶體受力的位向有關(guān)。（3分）當(dāng)0S時，晶體

5、開始滑移，此時滑移方向上的分切應(yīng)力稱為臨界分切應(yīng)力。（2分） 10）試用位錯理論解釋細晶強化和加工硬化的原因。 細晶強化：晶粒越細，晶界就越多，阻礙位錯通過的能力就越強，抵抗塑性變形的能力增加，材料的強度提高。（2分） 加工硬化：晶體在發(fā)生塑性變形過程中，由于多滑移啟動的緣故，導(dǎo)致位錯之間發(fā)生相互作用，產(chǎn)生大量的位錯纏結(jié)或位錯塞積，阻止位錯進一步運 動，使得材料強度、硬度上升，塑性、韌性下降。（3分） 11）用一冷拉鋼絲繩吊裝一大型工件入爐，并隨工件一起加熱到1000，加熱完畢，當(dāng)?shù)醭龉ぜr鋼絲繩發(fā)生斷裂。試分析其原因。 冷拉鋼絲繩的加工過程是冷加工過程。由于加工硬化，使鋼絲的強度、硬度升高，

6、故承載能力提高；（2分） 當(dāng)其被加熱時，若溫度超過了它的再結(jié)晶溫度，會時鋼絲繩產(chǎn)生再結(jié)晶，造成強度和硬度降低，一旦外載超過其承載能力，就會發(fā)生斷裂。（3分） 12) 試?yán)糜覉D（Fe-O相圖）分析純鐵在1000氧化時氧化層內(nèi)的組織與氧化濃度分布規(guī)律，畫出示意圖。 答案： 13）試分析冷變形量對再結(jié)晶晶粒尺寸的影響。 臨界變形量之前，晶粒尺寸不變；臨界變形量范圍，晶粒粗大；超過臨界變形量，隨著變形量的增加，晶粒細小。 二、綜合題（共90分） 1. 簡述純金屬晶體長大機制及其與固液界面微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 2. 今有兩個形狀、尺寸相同的銅鎳合金鑄件，一個成分為WNi=0.90，一個成分為WNi=0.50，鑄造后自然冷卻。試分析：（1）凝固后哪個鑄件的微觀偏析較為嚴(yán)重? （2）哪種合金成分過冷傾向較大?（書第123頁） （l)鑄件的偏析程度與合金相圖有關(guān)。一般液相線與固相線之間的垂直距離較大,說明合金的結(jié)晶溫度范圍大；液相線與固相線之間的水平距離越大，結(jié)晶時 兩相成分的差別就越嚴(yán)重。所以在WNi為0.50的合金鑄件中，微觀偏析嚴(yán)重。（2分） （2）WNi為0.50的合金,成分過冷傾向大。出現(xiàn)成分過冷的條件為G/R7