中南大學(xué)材基碩士研究生入學(xué)考試試題

----學(xué)習(xí)資料共享-----------可編輯--專業(yè)資料-----中南大學(xué)2023959一、名詞解釋〔10×3=30〕加工硬化沉淀強化交滑移上坡集中調(diào)幅分解金屬化合物臨界分切Orowan二、解答題〔6×10=60〕1、推斷以下位錯反響能否進展：[101][10]；(2)[112][11][111]223622、請a=b=cβγ=9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,BCCHOP5、試分析液態(tài)金屬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，而位錯是非熱力學(xué)穩(wěn)定缺陷。三、問答題(3×20=601Fe-Fe3C〔1〕分析碳含量對Fe-C〔2〕45和機理。2的進步和國民經(jīng)濟的進展，材料的強韌化越來越重要，試舉例說明材料43、試分析以下材料科學(xué)過程是否與原子集中有關(guān)，為什么？ABCDEG.P中南大學(xué)2023959------------可編輯--專業(yè)資料---------學(xué)習(xí)資料共享----一、名詞解釋〔30〕配位數(shù)割階硬化層錯能滑移系體集中凝固相律晶內(nèi)偏析離異共二、分析計算題1、分析以下關(guān)于材料現(xiàn)象的描述是否正確〔18〕a.空位和位錯都是熱力學(xué)穩(wěn)定缺陷。b.上坡集中現(xiàn)象說明固體中原子集中的驅(qū)動力是體系的化學(xué)勢梯度。c.冷變形是指材料室溫下進展的變形過程。d.液態(tài)金屬凝固是需要過冷，那么固態(tài)金屬融也需要過熱。e.1。f.固相平均成分線的位置取決于冷卻速率，冷卻極慢時與固相線重合。2Fe-Fe3CFe-CC1.2%、3.06兩種合金〔w〕兩種合金的凝固過程〔程組織變化示意圖，指出室溫下兩種合金的組織組成物和相組成物分別(203、以下圖為Pb-Bi-Sn〔15〕(1)寫出P，E(2)寫出合金Q〔WBi=70%,WSn=20%〕的凝固過程及室溫組織。(3)計算合金Q4、在面心立方晶體中：〔1〕密排面和密排方向分別是什么〔2〕分別畫出(101)、[10[10]和(111)、[01]，指出以上晶面和晶向哪些是面心立方晶體可能滑移面、滑移方向，并就圖中狀況分析它們能否構(gòu)成滑移系？〔8〕〔3〕假設(shè)外力方向為[001],請分析以上滑移系哪些可以開動？〔4〕5什么？〔20〕6、從顯微組織上如何區(qū)分動、靜回復(fù)和動、靜再結(jié)晶〔16〕7WO2、WO2.72、WO2.90、WO3析并答復(fù)：假設(shè)將全都密鎢棒一端于700℃下長時間暴露在純氧氣氛中，其他端面密封，試畫出沿長度方向棒中的相分布特征〔10分〕WO2.90WO3WO2〔5分〕中南大學(xué)2023959一、名詞解釋〔303〕變質(zhì)處理臨界晶核枝晶偏析平衡安排系數(shù)萊氏體屈服現(xiàn)象金屬化二、分析計算題〔120〕1、銅-鋅基單相固溶體進展均勻化熱處理，試爭論如下問題：在有限時間內(nèi)能否使枝晶偏析完全消逝？〔5〕冷加工對此合金均勻化過程有無影響？說明理由？〔5〕2、依據(jù)Fe-Fe3C寫出純Fe的兩種構(gòu)造、單胞的致密度及其滑移面6分〕分析Wc對Fe-C〔6分〕45〔6〕31Pb-Bi-Sn6分〕5%Pb、65%Bi30%Sn〔6〕圖省4〔15〕5、試分析晶界在材料塑性變形中的作用〔10〕6〔10〕7FCC63.558.96g/cm3，計算銅的點陣常數(shù)和原子半徑。測得Au40%的Cu-Au陣常數(shù)a=0.3795nm14.213g/cm〔Cu的原子量為63.5Au的原子量為169.9〔10〕8、試用三個實例分析彌散強化在粉末冶金材料改性中的作用？〔159、對于簡潔立方晶體：1〕利用位錯理論和晶體學(xué)計算分析其滑移系有哪些？〔10〕分〕中南大學(xué)2023959一、名詞解釋〔30〕二元包晶反響成分過冷彈性變形σ0.2微觀偏析特別長大動態(tài)再二、分析計算題〔670〕1、依據(jù)凝固理論，試述純金屬結(jié)晶與固溶體結(jié)晶的異同〔12〕21V-Cr-C生四相平衡反響的反響式及反響類型。(81〔101111〔位面積上的原子數(shù)〕并分析面間距與面密度間的定性關(guān)系〔10〕4、將經(jīng)過70%拉伸冷變形的長銅棒〔Cu1083℃〕一端浸入0℃冰水，另一端加熱到85℃〔如圖，過程持續(xù)一個小時：圖2省14分〕分析沿試樣長度方向的組織和硬度變化規(guī)律〔6分〕畫出試樣中組織連續(xù)變化示意圖和硬度變化曲線〔6〕5標(biāo)志物會向哪個方向移動？〔12〕6、什么是割階硬化？假設(shè)是螺位錯中形成一割階，分析割階的高度不同，該螺位錯的運動行為有什么不同？〔10〕〔2，50〕1、依據(jù)Fe-Fe3C分析碳在α-Feγ-Fe〔5分〕畫出Wc=0.45Fe-C5分〕簡述Wc=1.2Fe-C5分〕分析含碳量對碳鋼力學(xué)性能的影響〔5〕2、試表達(dá)三種金屬材料強化方法，并闡述其機理，給出各種方法下的應(yīng)〔30〕中南大學(xué)2023一、名詞解釋〔303〕配位數(shù)有序度擴展位錯自集中雙交滑移應(yīng)變時效能量起伏調(diào)幅二、分析計算題〔120〕112.3wt%Mn、1.34wt0.3624nm，密度7.83g/cm3C、Fe、Mn12，55.84，54.92，試C、Mn〔15〕----學(xué)習(xí)資料共享-----------可編輯--專業(yè)資料-----aaa〔FCC構(gòu)造[10][11][2266行？寫出反響后擴展位錯寬度的表達(dá)式和式中各符號的含義；假設(shè)反響前的a[10]是刃位錯，則反響后的擴展位錯能進展何種運動？能在哪個晶2a[102〔20〕、分別畫出FCC構(gòu)造的10[10][1011[01否構(gòu)成可以開動的滑移系？〔15〕4成中心等軸晶區(qū)有什么影響？〔15〕51Pb-Sn1〕分析合金Ⅰ平衡凝固析出二次相的形貌特征，繪出平衡凝固過程圖〔6分〕分析合金Ⅱ的相轉(zhuǎn)變特征，計算在轉(zhuǎn)變溫度下的相組成〔6分〕1620mm〔強脫碳性氣氛〕中進展如下處理：1〕780℃并長時間保溫，然后空冷至室溫；2〕930℃并長時間保溫，然后空冷至室溫；試分別分析經(jīng)兩種處理后試樣從外表到心部的組織特征〔20〕72為Fe-W-C〔8〕3Al-Mg-MnAl〔7分〕中南大學(xué)2023一、名詞解釋〔303〕變質(zhì)處理臨界晶核枝晶偏析平衡安排系數(shù)萊氏體臨界分切應(yīng)力OrowanCottroll二、分析計算題〔120〕1、簡述典型純金屬凝固是固/液界面的微觀構(gòu)造及長大機制。試比較固〔20〕----學(xué)習(xí)資料共享-----------可編輯--專業(yè)資料-----、依據(jù)Fe-Fe3C〔15分〕寫出純Fe的兩種構(gòu)造、單胞的致密度及其滑移面5分〕分析Wc對Fe-C合金室溫組織和力學(xué)性能的影響〔5分〕45〔5〕、依據(jù)Pb-Bi相圖〔圖〕〔15分〕初晶+[β+(Bi)]共晶，并初晶與共晶的百分含量相等，則該合金的成分是多少？〔5〕Pb-40%Bi不同？為什么？(5WBi＜12Bi-Pb么？〔5〕1、2〔15分〕2〔見上〕mn面圖，寫出X〔6〕3Fe-Cr-C12%CrWc=0.2%合金在平衡冷〔6〕32Cr13(35〔10〕6、試分析晶界在材料塑性變形中的作用〔10〕7、為什么空位是熱力學(xué)穩(wěn)定缺陷，而位錯是非熱力學(xué)穩(wěn)定缺陷〔108、當(dāng)FeFCCBCCa〕按晶體的鋼球模型，假設(shè)球的直徑不變，計算其體積膨脹多少？b〕經(jīng)X射線衍射測定在912℃時，α-Fe的a=0.2892nm，γ-Fe的〔10〕----學(xué)習(xí)資料共享-----------可編輯--專業(yè)資料-----試分析以下哪些材料科學(xué)過程與原子集中有關(guān)〔15分〕10、ABCDEF中南大學(xué)2023年碩士爭論生入學(xué)考試試題參考答案〔30〕加工硬化：隨著冷變形程度的增加，金屬材料強度和硬度指標(biāo)都有所提高，但塑性、韌性有所下降的現(xiàn)象。沉淀強化：過飽和固溶體隨溫度下降或長時間保溫過程中〔時效〕發(fā)生脫溶分解，細(xì)小的沉淀物分散于基體之中，阻礙位錯運動而產(chǎn)生強化的現(xiàn)象。交滑移：當(dāng)某一螺位錯在原滑移面上運動受阻時，有可能從原滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面上去連續(xù)滑移，這一過程稱為交滑移。上坡集中：組元從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)遷移的集中過程。集中的驅(qū)動力是化學(xué)位梯度?！策^飽和〕同的兩個相的轉(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，構(gòu)造與組成金屬化合物的純金屬不同，一般具有熔點高、硬度高、脆性大的特點。臨界分切應(yīng)力：滑移系開動所需的最小分切應(yīng)力。它是有一個定值，與材料本身性質(zhì)有關(guān)，與外力取向無關(guān)。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。錯繞過粒子，在粒子四周留下一個位錯環(huán)使材料得到強化的機制。等強溫度：晶界與晶粒兩者強度相等時所對應(yīng)的溫度?！?0〕反響后22后a]a[100]2[200，幾何條件滿足能量條件：反響前 b2后b前 b后2前a 0 0a 2 a，22反響后b不能滿足能量條件0 1222 2a 0(1)222a，2222b b前后，故位錯反響不能進展?！?〕、幾何條件：反響前 反響后能量條件：反響前baaa [112] [11] ]，前362[111ab 幾何條件滿足2前 b b3 1 2 222 2反響后2后 2前62 1 ( 1)222a242，a 1 122 23a2，能量條件b不能滿足 2 不能進展。，ZnS〔簡潔〕六方點陣，CaF2，CaTiO3、答在回復(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，變形晶粒首先消滅的無畸變的核心，然后漸漸消耗四周的變形基體而長大，直到變形組織完全改為的、無畸變的細(xì)等軸晶粒。電阻率有明顯下降，宏觀應(yīng)力可以全部或大局部被消退，微觀內(nèi)應(yīng)力局部消退，變形儲能局部釋放；再結(jié)晶階段，強度、硬度明顯下降，塑性提高，材料的密度急劇上升，電阻率下降更快，內(nèi)應(yīng)力完全消退，變形儲能全部釋放?；葡禐閧111}和 密排面為{110}，密排向為<111>，則主要滑移系為{110}和 11 ；HCP的密排面{0001}，密排向0 ，主要滑移系為{0001}和110 5、液態(tài)金屬凝固過過----學(xué)習(xí)資料共享-----------可編輯--專業(yè)資料-----程中，中心部位的液體溫度到達(dá)均勻，各處溫度可能都低于熔點下，由溶質(zhì)原子的重安排，在液固界面前沿消滅成分過冷，由于溶液的流淌使外表細(xì)晶一局部卷入液體之中或柱狀晶被沖刷脫落進入前沿液體中作為非自發(fā)的仔晶，從而促使形成中晶〕來源；2〕液相存在晶核生長所需的過冷度。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U T S，可知體系在肯定溫度下存在一個平衡空位濃度，在該濃度下，體系的自由能最低。即晶體中存在一些空位時，體系的自由能能到達(dá)最低，假設(shè)沒有空位，自由能反而上升，也就是說，由熱振動產(chǎn)生的空位屬于熱力學(xué)穩(wěn)定缺陷；位錯的存因此，位錯的存在使體系處于高能的不穩(wěn)定狀態(tài)，位錯是熱力學(xué)不穩(wěn)定的缺陷?！?0〕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：α室溫萊氏體〕→Ld′→在亞共析鋼中，隨含碳量增加，珠光體漸漸增加，強度、硬度上升，而1%時其強度到達(dá)最高值，含碳量連續(xù)Wc1%時脆性二次滲碳體于晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，使鋼的脆性大大增加；在白口鐵中，由于含有大量的滲碳體，故其脆性很大、強度很低，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供給，因此，在白口鐵中，含碳量的增加而是鐵素體削減，鐵碳合金的塑性不斷降低，當(dāng)組織中消滅以滲碳體為基體的低溫萊氏體時，塑性降低到接近零值。韌性對組織格外敏感，含碳量增加時，脆性的滲碳體增加，當(dāng)消滅網(wǎng)狀的二次滲碳體時，韌性急劇下降們總體來看，韌性比塑性下降的趨勢要大?！?45〔或流淌區(qū)拋物線硬化階段。：應(yīng)力—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)力為下屈服階段時變形能連續(xù)進展；拋物線硬化階段：應(yīng)力—應(yīng)變曲線變?yōu)閽佄锞€，加工速率隨反響增加故硬化速率減小。2、答〔注：答復(fù)可以從簡〕實際晶體中存在位錯，而強度與位錯運動有著密exp切關(guān)系，對于刃型位錯由p1 〔1 〕b 可有通過位錯移動使晶體滑移所需的位錯與刃型位錯一樣，由于原子移動量很小，所以它移動所需的力也很小，就有理論強度遠(yuǎn)大于實際強度。四種強化方法：形變強化、固溶強化、細(xì)晶強化、其次相粒子強化。形變強化：金屬材料大量形變以后強度就會提高，具有加工硬化的性能，隨著形變量的增加，材料的強度、硬度上升，韌性、塑性下降的現(xiàn)象稱為形變強化。形變強化的機理：金屬在塑性形變過程中位錯密度不斷增加，使彈性應(yīng)力場不斷增大，位錯間的交互作用不斷增加，發(fā)生位錯的塞積、位錯交割、位錯反響、易開動的位錯源不斷消耗，結(jié)果產(chǎn)生固定的割階、位錯纏結(jié)等障礙，使位錯運動的阻力增大，引起變形抗力增加，給連續(xù)塑性變形造成困難，從而提高了材料的強度；固溶強化：利用點缺陷對位錯運動的阻力使金屬基體獲得強化的方法，隨著溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體的強度硬度上升，塑性韌性下降的現(xiàn)象稱為固溶強化。強化機理：一是溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸變，對滑移面上運動的位錯有阻礙作用；二是位錯線上偏聚的溶質(zhì)原子形成柯氏氣團對位錯其扎釘作用，增加了----學(xué)習(xí)資料共享-----------可編輯--專業(yè)資料-----位錯運動的阻力；三是溶質(zhì)原子在層錯區(qū)的偏聚阻礙擴展位錯的運動。全部阻礙位錯運動，增加位錯滑移阻力的因素都可使強度提高。細(xì)晶強化：隨晶粒尺寸的削減，材料的強度硬度上升，塑性、韌性也得到改善的現(xiàn)象稱為細(xì)晶強化。細(xì)晶強化不但可以提高材料的強度又能改善鋼的塑性和韌性，是一種較好的強化材料的方法。強化機理：晶粒越細(xì)小，位錯塞積群中位錯個數(shù)〔n〕越小，依據(jù) n 力集中越小，材料的強度越高。強化的緣由在于晶界對位錯滑移的阻滯效應(yīng)，當(dāng)位錯在多晶體中運動時，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，增大了晶界四周的滑移阻力，因此一側(cè)晶粒中的滑移帶不能直接進入其次個晶粒。還需要滿足晶界上形變的協(xié)調(diào)性，需要多個滑移系統(tǒng)同時運作，這樣會導(dǎo)致位錯不易穿過晶界，而是塞積在晶界處，引起強度的增高。晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯被阻滯的地越多，多晶體的強度就越高。其次相粒子強化：是指彌散分布于基體的其次相粒子阻礙位錯運動而引起的強化?？梢詫⑵浯蜗嗔Ｗ臃譃椋活愂遣灰鬃冃瘟Ｗ印舶◤浬娀牧Ｗ右约俺恋韽娀拇蟪叽缌Ｗ?；另一類是易變形粒子〔如沉淀強化的小尺寸粒子。當(dāng)位錯繞過不易變形的粒子時，其強化機制：由于不易變形粒子對位錯的斥力足夠大，運動位錯在粒子前受阻、彎曲，隨著外加切應(yīng)力的增加，迫使位錯以連續(xù)彎曲的方式向前運動，最終留下一個圍繞粒子的位錯環(huán)，實現(xiàn)位錯的增值。后續(xù)的位錯線繞過粒子更加困難，從而是材料的強度提高；當(dāng)位錯切過易變形粒子時，分兩種機制：第一類短程交互作用〔10b，b，位錯與粒子作用時會形成的外表積、錯排面〔反相疇、割階，增加了界面能、疇界能，增大粒子的〔于粒子與基體的點陣不同，造成應(yīng)力場，從而強化了材料。3、答：A、與原子集中無關(guān)，由于馬氏體轉(zhuǎn)變可以在相當(dāng)?shù)偷臏囟确秶鷥?nèi)，進展并且轉(zhuǎn)變速度極快，在低的溫度依靠原子集中實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)變時不行能的，馬氏體相變是切變無集中相變。B、脫溶分解與原子集中有關(guān)，由于脫溶分解是由過飽和固溶體析出相或形成原子偏聚的過程，脫溶需要形核和長大，則必有原子集中，故脫溶高溫蠕變是當(dāng)溫度T≥〔0.3~0.5〕Tm〔熔點〕時，金屬材料在載荷的持續(xù)作用下，消滅由于點陣缺陷的定向集中而引起的塑性變形。而點陣缺