材料科学基础考研真题

1、硕士研究生入学考试试题考试科目代码及名称:959材料科学基础考试时限：3小时 总分：150分一、名词解释(10X3=30分)加工硬化沉淀强化交滑移上坡扩散调幅分解(6X10=60 分)金属化合物临界分切应力珠光体 Orowan机制等强温度 二、解答题1、判断下列位错反应能否进行：(1) i100 -101 + -101 ； (2) - 112 + - 111 -111223622、请指明下列五种结构分别属于什么布拉菲点阵。注：a=b=c, a=B = y=90。图省3、冷变形金属在回复和再结晶过程中，组织和性能分别有什么变化?4、试分别给出FCC,BCC及HOP的主要滑移系。5、试分析液态金属

2、凝固过程中形成中心等轴晶区的条件是什么？6、为什么空位是热力学稳定缺陷，而位错是非热力学稳定缺陷。三、问答题(3X20=60分)1、绘出Fe-Fe3C相图，标出其中的关键成分和关键温度，并且回答：分析碳含量对Fe-C合金室温组织和力学性能的影响。分析45钢的拉伸变形过程可分为哪几个阶段及其相应的特征和机理。2、试解释为什么材料的理论强度远高于其实际强度。随着现代科学技术的进步 和国民经济的发展，材料的强韧化越来越重要，试举例说明材料强化或韧化的 4种方法，并阐述相应的强化和韧化原理。3、试分析下列材料科学过程是否与原子扩散有关，为什么？A热弹性马氏体箱变B脱溶分解C成分均匀化D高温蠕变E G.

3、P形成硕士研究生入学考试试题参考答案考试科目代码及名称:959材料科学基础考试时限：3小时 总分：150分一、名词解释（30分）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但 塑性、韧性有所下降的现象。沉淀强化：过饱和固溶体随温度下降或长时间保温过程中（时效）发生脱溶分 解，细小的沉淀物分散于基体之中，阻碍位错运动而产生强化的现 象。交滑移：当某一螺位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与 之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。上坡扩散：组元从低浓度区向高浓度区迁移的扩散过程。扩散的驱动力是化学 位梯度。调幅分解：（过饱和）固溶体通过上坡扩散在一

4、定的温度下分解成结构相同、成 分不同的两个相的转变过程。金属化合物：金属与金属、金属与某些非金属之间形成的化合物，结构与组成 金属化合物的纯金属不同，一般具有熔点高、硬度高、脆性大的特 点。临界分切应力：滑移系开动所需的最小分切应力。它是有一个定值，与材料本 身性质有关，与外力取向无关。珠光体：铁碳合金共析转变产物，是共析铁素体和共析渗碳体的层片状混合 物。Orowan机制：合金相中与基体非共格的较硬第二相粒子与位错线作用时不变 形，位错绕过粒子，在粒子周围留下一个位错环使材料得到强化的 机制。等强温度：晶界与晶粒两者强度相等时所对应的温度。二、解答题（60分）1、（1）几何条件：反应前巳前=

5、a100，反应后bB = 3200=a100， TOC o 1-5 h z 几可条件满足b能量条件：反应前Z b2 = 1很12 + 02 + 02= a2， 反应后 Z b2 = a 12 + 02 + 12 + a、.12 + 02 + （1）2 = a2，后 22 y 孔不能满足能量条件b% 气，故位错反应不能进行。（2）、几何条件：反应前y b前=4112 + 611T =堂111，反应后y b后=言111，几何条件满足能量条件：反应前y b 1212 +22 + &j +12 +（1）2 = 3 a2，反应后y b% = a;12 + I2 + I2 = 3 Q2，能量条件不能后 2

6、4满足y 后，故位错反应不能进行。2、NaCl属于面心立方点阵，CsCl属于简单立方点阵，ZnS属于（简单） 六方点阵，CaF2属于体心立方点阵，CaTiO3属于简单立方点阵。3、答：组织变化：在回复阶段，组织几乎没有变化，晶粒仍是冷变形后的 纤维状；在再结晶阶段，变形晶粒首先出现新的无畸变的核心，然后逐 渐消耗周围的变形基体而长大，直到变形组织完全改为新的、无畸变的 细等轴晶粒。性能变化：回复阶段，强度、硬度下降不多，塑性稍有提高，材料 的密度变化不大，电阻率有明显下降，宏观应力可以全部或大部分被消 除，微观内应力部分消除，变形储能部分释放；再结晶阶段，强度、硬 度明显下降，塑性提高，材料的

7、密度急剧升高，电阻率下降更快，内应 力完全消除，变形储能全部释放。4、FCC的密排面为111,密排向为,则主要滑移系为111和 ； BCC的密排面为110，密排向为，则主要滑移系为110和 ； HCP的密排面0001，密排向，主要滑移系为 0001和 5、答：液态金属凝固过过程中，中心部位的液体温度达到均匀，各处温度 可能都低于熔点下，由溶质原子的重新分配，在液固界面前沿出现成分 过冷，由于溶液的流动使表面细晶一部分卷入液体之中或柱状晶被冲刷 脱落进入前沿液体中作为非自发的仔晶，从而促使形成中心等轴区。总 而言之，必须要达到两个条件：1）凝固界面前沿的液相中有晶核（仔 晶）来源；2）液相存在晶

8、核生长所需的过冷度。6、答：在等温等压条件下，晶体中形成空位后，自由能可以写成AA = AU -TAS，可知体系在一定温度下存在一个平衡空位浓度，在该浓 度下，体系的自由能最低。即晶体中存在一些空位时，体系的自由能能 达到最低，如果没有空位，自由能反而升高，也就是说，由热振动产生 的空位属于热力学稳定缺陷；位错的存在均会使体系的内能升高，虽然 位错的存在也会引起熵值增加，但是有限可以忽略，因此，位错的存在 使体系处于高能的不稳定状态，位错是热力学不稳定的缺陷。三、问答题（60分）1、解答：（1）图略随碳含量的增加，铁碳合金的室温组织发生以下变化：a+Fe3Cnif a+P （珠光体）fPfP+

9、Fe3CifP+Fe3Ci+Ld（室温莱氏体）一 Ld-Ld +Fe3C【在亚共析钢中，随含碳量增加，珠光体逐渐增加，强度、硬度升高， 而塑性、韧性下降；在过共析钢中，含碳量在接近1%时其强度达到 最高值，含碳量继续增加，其强度下降，这是由于在含碳量Wc高于1%时脆性二次渗碳体于晶界形成连续的网络，使钢的脆性大大增力口；在白口铁中，由于含有大量的渗碳体，故其脆性很大、强度很低，渗碳体的硬度很高且极脆，不能使合金的塑性提高，合金的塑性 主要有铁素体来提供，因此，在白口铁中，含碳量的增加而是铁素体 减少，铁碳合金的塑性不断降低，当组织中出现以渗碳体为基体的低 温莱氏体时，塑性降低到接近零值。韧性对

10、组织十分敏感，含碳量增 加时，脆性的渗碳体增加，当出现网状的二次渗碳体时，韧性急剧下 降们总体来看，韧性比塑性下降的趋势要大。（2）45钢的拉伸变形过程可以分为：弹性变形阶段，弹塑性变形阶段（或流动区），抛物线硬化阶段。弹性变形阶段：应力一应变呈直线关系，符合胡克定律，此阶段只有 弹性变形；弹塑性变形阶段：试样在应力为下屈服阶段时变形能继续进行；抛物线硬化阶段：应力一应变曲线变为抛物线，加工速率随反应增加 而降低，应力足够高时，塞积在障碍前的领先螺位错 产生交滑移，使应力暂时松弛故硬化速率减小。2、答：（注：回答可以从简）实际晶体中存在位错，|而强度与位错运动有着密 切关系，对于刃型位错由p

11、苫（1vf b可有通过位错 移动使晶体滑移所需的临界切应力很小，仅为理想晶体的1；00 - ；000 倍。对于螺位错与刃型位错一样，由于原子移动量很小，所以它移动所 需的力也很小，就有理论强度远大于实际强度。四种强化方法：形变强化、固溶强化、细晶强化、第二相粒子强化。形变强化：金属材料大量形变以后强度就会提高，具有加工硬化的性能，随着形变量的增加，材料的强度、硬度升高，韧性、塑性下降的现象称为形变强化。形变强化的机理：金属在塑性形变过程中位错密度 不断增加，使弹性应力场不断增大，位错间的交互作用不断增强，发生 位错的塞积、位错交割、位错反应、易开动的位错源不断消耗，结果产 生固定的割阶、位错缠

12、结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗 力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高了材料的强度；固溶强化：利用点缺陷对位错运动的阻力使金属基体获得强化的方 法，随着溶质原子含量的增加，固溶体的强度硬度升高，塑性韧性下降 的现象称为固溶强化。强化机理：一是溶质原子的溶入，使固溶体的晶 格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用；二是位错线上偏聚的 溶质原子形成柯氏气团对位错其扎钉作用，增加了位错运动的阻力；三 是溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。所有阻碍位错运动， 增加位错滑移阻力的因素都可使强度提高。细晶强化：随晶粒尺寸的减少，材料的强度硬度升高，塑性、韧性 也得到改善的现象称为细晶

13、强化。细晶强化不但可以提高材料的强度又 能改善钢的塑性和韧性，是一种较好的强化材料的方法。强化机理：晶 粒越细小，位错塞积群中位错个数（n）越小，根据t= nT0，应力集中 越小，材料的强度越高。强化的原因在于晶界对位错滑移的阻滞效应， 当位错在多晶体中运动时，由于晶界两侧晶粒的取向不同，加之这里杂 质原子较多，增大了晶界附近的滑移阻力，因此一侧晶粒中的滑移带不 能直接进入第二个晶粒。还需要满足晶界上形变的协调性，需要多个滑 移系统同时运作，这样会导致位错不易穿过晶界，而是塞积在晶界处， 引起强度的增高。晶粒越细，晶界越多，位错被阻滞的地越多，多晶体 的强度就越高。第二相粒子强化：是指弥散分布

14、于基体的第二相粒子阻碍位错运动 而引起的强化。可以将第二相粒子分为，一类是不易变形粒子（包括弥 散强化的粒子以及沉淀强化的大尺寸粒子）；另一类是易变形粒子（如 沉淀强化的小尺寸粒子）。当位错绕过不易变形的粒子时，其强化机 制：由于不易变形粒子对位错的斥力足够大，运动位错在粒子前受阻、 弯曲，随着外加切应力的增加，迫使位错以继续弯曲的方式向前运动， 最后留下一个围绕粒子的位错环，实现位错的增值。后续的位错线绕过 粒子更加困难，从而是材料的强度提高；当位错切过易变形粒子时，分 两种机制：第一类短程交互作用（位错与粒子交互作用间距小于10b， b柏氏矢量），位错与粒子作用时会形成新的表面积、错排面（反相 畴）、割阶，增加了界面能、畴界能，增大粒子的尺寸或增大体积分 数，都能提高强度；第二类是长程交互作用（作用间距大于10b），由 于粒子与基体的点阵不同，造成应力场，从而强化了材料。3、答：A、与原子扩散无关，因为马氏体转变可以在相当低的温度范围内，进 行并且转变速度极快，在低的温度依靠原子扩散实现快速转