材料科学基础-7

1、100.00)（计算时可采用公式（z为扩散距离）,材料科学基础-7（总分：100.00，做题时间：90分钟）、B论述题/B（总题数：8,分数:1. 若含碳量为0.8%高碳钢的原始晶粒度为 0.05mm,试完成下列工作:（1）计算在760C和870C温度下保温1小时晶粒的晶粒度及其长大值。（2）说明在这两个温度下晶粒长大的特点以及工程上的应用。,760C和870C下，常数 c分别为6X10'16和2X10'8, n分别为0.1和0.2 , D和D为晶粒度，单位为 mm t是时间，单位为 min）（分数：10.00） 正确答案：（1）760 'C保温1h时：正确答案：（根据

2、Kirkendall 效应，标记移动速度*互扩散系数_D=x>Dc+XFeDCr=0.478DFe+1-0.478D c=1.43 X 10 -9cm2/s根据已知条件：* 正确答案：（Mg的滑移面为（0001）面（基面），由滑移面的滑移方向上的分切应力t =bcos入cos ©可知，当©为定值（60° ）时，入越小，t越大，所以在拉应力作用下，晶体沿与拉伸轴交成38。的那个滑移方向滑移而产生塑性变形。因此 Mg的临界分切应力T c= a scos 入 cos © =2.05 Xcos60°x cos38°=2.05 X0.5

3、X0.788=0.8077MPa）解析：8. A-B二元合金相图如图所示。在固相不扩散、液相完全混合条件下，水平放置的质量分数w=40%勺A-B二元合金熔液从左至右定向凝固成长为L的横截面均匀的合金棒。3.6 X 10 -14 =9.77 X 10 -14 +3.6 X 10 -14 =13.4 X10 -14*mm=0.0516mm870C保温1h时：*（2）760 C保温1h时，晶粒只长大为 0.0516mm 0.0516mm与0.05mm相比，说明在此情况下，变化不大，晶 粒基本上没有长大。 而870C保温1h时，晶粒长大为0.069mm 0.069mm与0.05mm相比，晶粒长大了 3

4、7% 说明在此情况下，出现了明显长大。所以，在比较高的温度下加热，特别要注意晶粒长大。）解析：2. 简述固态相变与液态相变的相同点与不同点。（分数：10.00）正确答案：（相同点：都是相变，由形核、长大组成。临界半径，临界形核功形式相同。 转变动力学也相同< 不同之处：形核阻力中多了应变能一项，造成固态相变的临界半径及形核功增大； 新相可以亚稳方式出现, 存在共格、半共格界面，特定的取向关系，非均匀形核。）解析：3. 设纯铬和纯铁组成扩散偶，扩散1h后，Matano平面移动了 1.52 X10-3cnr已知摩尔分数xc=0.478时,10 '9cni/s，试求Matano面的移动

5、速度和铬、铁的本征扩散系数DCr, DFe（实验测得Matano面移动距离的平方与扩散时间之比为常数。）（分数：10.00）（3）开坯后该金属下继续进行轧制，画岀此时的真应力-真应变曲线示意图，并说明影响曲线变化的机制要获得硬态、半硬态和软态制品，最后工序中可采用哪些方法，为什么？（分数：20.00）正确答案：（1）该材料热加工时的真应力-真应变曲线示意图（略）。（注意曲线中均应有应力峰值，在高应 变速率下岀现应力峰值后曲线基本水平，在低应变速率下岀现应力峰值后曲线呈波浪。）高应变速率下曲线分三个阶段：未发生动态再结晶的加工硬化阶段，动态再结晶加剧阶段，完全动态再结晶阶段（此时加工硬化与再结晶

6、软化达到平衡，曲线接近水平，达到稳态流变阶段）。低应变速率下完全动态再结晶阶段呈波浪形，是反复动态再结晶软化一一加工硬化一一动态再结晶软化交替进行的结果。（2）开坯后金属在室温下继续进行轧制的真应力-真应变曲线示意图（略）;真应力-真应变曲线一直上升，直至断裂，主要机制 为加工硬化。（3）开坯后要获得硬态金属，可以进行冷加工，机制为加工硬化；获得软态制品，可采用冷加工后再结晶退火；获得半硬态制品，可采用冷加工后回复退火，或者完全再结晶退火后适当冷变形。）解析：5. 非晶态合金的晶化激活能可用Ozawa作图法，利用在不同的连续加热条件下测得的晶化温度TX和加热速已测得非晶F&9Bi6Si

7、 5合金预晶化相a -Fe的Tx如下表。求激活能。正确答案：（按表中数据作*图（见图42），近似于直线，利用最小二乘法拟合出各直线方程为* 从直线斜率求得a -Fe预晶化相析出阶段的激活能为（382407）kJ/mol。*）解析：36. MgO的密度为3.58g/cm，其晶格常数为0.42nm，试求每个MgC单位晶胞内所含的肖特基缺陷数。（分数：10.00）正确答案：（设单位晶胞内所含的肖特基缺陷数为x个，*）解析：7. Mg单晶体的试样拉伸时，3个滑移方向与拉伸轴分别相交成38°，45°，85°，而基面法线与拉伸轴相交成60°o如果在拉应力为 2.05

8、MPa时开始观察到塑性变形，则Mg的临界分切应力为多少？（分数：10.00 ）1 计算棒中单相a固溶体段占棒长的分数。提示：正常凝固方程为2.计算棒中单相 a固溶体段的平均B含量Wso3 该棒单相a固溶体段是否会生长成树枝晶？为什么？（分数：20.00 ） 正确答案：（1 .设棒中单相d固溶体段占棒长的分数为 z/L o在正常凝固方程 Cs（z）=*中，k°=30%/60%=0.5, CS=30% 0）=40% 则*2设棒中单相a固溶体段的平均B原子浓度为*，可有四种解法。解法一 （ 积分法 ） ：*解法二 （ 面积相等法 ） ：由于平衡分配系数koV 1，液体结晶为a固溶体时，其B原子浓度下降，所排出的 B原子完全进入液体中 并分布均匀，因此，下图中阴影区 1 与阴影区 2的面积相等，则*得*解法三 （ 杠杆原理法 ） ：根据杠杆原理，a固溶体的平均成分*、（a +B ）共晶体的平均成分60%,以及棒的平均成分 40汇点构 成一个杠杆，而且已知 a 固溶体段占棒长的 5/9 ，共晶体段占棒长的 4/9 ，故根据杠杆定理可列方程式*得*解法四 （ 质量守恒法 ） ： 根据溶质原子质量守恒原理，可列方程式*得*3 不会，因为在液相完全混合条件下，不出现成分过冷，故液/固界面平直。）解析：*联立上述三个方程，即可解得：DCr=