814材料科学基础B答案11

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2022年硕士讨论生入学考试试题答案及评分标准

考试科目代码：814考试科目名称：材料科学基础B

一、名词解释（共20分，每小题2分）

1)配位数：是指晶体中与任一个原子最近邻、并且等距离的原子数。2)过冷：实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。

3)非匀称形核：晶核在母相中不均一处择优（非自发）形核。

4)变质处理：在浇铸时向液态金属中加入形核剂，以达到细化晶粒的目的处理。5)热变形加工：在再结晶温度以上的变形加工。6)攀移：刃位错垂直于滑移面的运动。7)孪生：是在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面与晶向产生一定角度

的匀称切变。

8)淬透性：钢获得淬火马氏体的能力。

9)高温回火脆性：淬火钢在450~600℃高温回火时浮现冲击韧性显然下降的现象。10)红硬性：钢在高温下保持高硬度的能力。二、综合分析（共130分）

1.Ni的晶体结构为面心立方结构，画出其晶胞质点模型。其原子半径为r=0.1243nm，Ni的相

对原子质量为58.69molg/。试求Ni的晶格常数和密度。（10分）解：

（3分），nm

ra

3516.02

1243

.042

4

==

=

?（3分）；

)/(967.83

23

10

02.63)810516.3(69.58434cmgA

Na

Ni

M==

=

??-???ρ（4分）

2.假设过冷液体中浮现一个球形晶胚，证实形核功13

ccGAσ?=

（cA-临界晶核表面积）。

（10分）

解：σ

ππσ2

33

4

4rGrSGVGvv+?=

+?=?（1）（3分）

令0=?dr

G

d，则v

Gcr?-=σ

2（2）（3分）

将（2）式代入（1）式：2

22

424143

33

ccvcc

cvGrGrrAGσππσπσσ?

??=

-

?+==???

?（4分）

3.面心立方晶格的Cu的临界分切应力τk为0.49MPa，用Cu单晶体拉伸时，拉伸轴为[]122

晶向。

1)画出Cu)111(滑移面上的三个滑移方向，写出其晶向指数。2)说明该滑移面上哪个滑移系先开动？

3)引起屈服所需要的拉伸应力是多少？（共15分）解：

（5分）

（2）对立方晶系，

晶面（hkl）法线和晶向(uvw)之间的夹角

cos?=

故滑移面)111(的法线方向与拉力轴[122]的夹角为27

19

32

12111cos=

=

??-?+??

两个晶向(u1v1w1)和(u2v2w2)之间的夹角

2

2

2

22

22

1

2

12

12

12121coswvuwvuwwvvuu++++++=

?

?

滑移方向]011[或]110[和拉力轴[122]的夹角为18

4cos=λ或-

18

4（取向因子最大，先开

动）

滑移方向[]

101]101[或和拉力轴[122]的夹角为

183cos=

λ或-183滑移方向[]110或]011[和拉力轴[122]的夹角为18

1cos=

λ

或-

18

1

，

先开动的滑移系为)111(]011[或]110[（7分）

（3）MPaks

7.261.14

6949.0448649.018/427/149

.0coscos==?==?=?=

λ?τ

σ

（3分）

4.金属塑性变形与晶体的滑移、位错运动有何关系？举例说明何谓加工硬化？请用位错理论说

明加工硬化的机理。（15分）

解：晶体的滑移是金属材料塑性变形的最主要的方式。滑移的本质是位错运动的结果。（4分）随着塑性变形量的增大，材料强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象叫加工硬化3分;例如冷拉钢丝、冷轧钢板。3分.随着塑性变形的举行，位错密度急剧增强，位错相遇交割、产生固定割阶，浮现位错缠结，形成位错发团，位错之间的互相作用导致位错运动困难，滑移难以举行，塑性变形抗力增大，强度提高。5分

5.按照Fe－Fe3C相图（图1）回答下列问题：1)用组织组成物填写相图各区。（图画在答题纸上后填

写）

2)写出三条水平线发生的改变的温度、类型和反应式。3)用结晶冷却曲线分析共析钢的平衡结晶过程（标明各

阶段的组织组成物、反应式）。计算室温下相组成物的相对量

4)该钢适合创造何类零件或工具，试举一例。

5)图2中哪个是该成分合金的室温平衡组织（共30分）

图1

A)B)C)D)

图2铁碳合金室温平衡组织（4％硝酸酒精腐蚀）

解答：（1）（8分）

（2）1495℃包晶改变L+δ→γ；1148℃共晶改变L→γ+Fe3C；

727℃共析改变γ→+Fe3C（6分）

t/s

（3）（8分）；相组成为：α+Fe3C；

%.588%100%89

.662.95008

.009.667.709.66≈≈?=--α，%.51188.5%-1%-1C%Fe3===α（3分）

（4）外形容易的刀具和冷作磨具（2分）（5）图2D（3分）

6.已知直径为10mm的T8钢试样，AC1：730℃，

1)画出T8钢的过冷奥氏体等温改变曲线；并将退火、正火、正常淬火、分级淬火和等温淬火

的冷却工艺曲线画在上面，说明加热温度、冷却方式（介质）及得到的组织。2)此钢预先热处理普通为什么要采纳球化退火工艺？（共20分）

解：

1）（8分）

工艺名称加热温度冷却方式组织退火780℃炉冷Pv1

正火780℃空冷Sv2正常淬火780℃水冷Mv3

分级淬火780℃盐浴Mv4等温淬火780

℃盐浴B下v5

（8分）

2）预先热处理采纳球化退火的缘由是消退网状或粗壮碳化物，使碳化物呈颗粒状弥散分布于基体中，从而降低硬度，改善切削加工性；为终于热处理淬火做好组织预备，减小淬火时的变形和开裂。（4分）

7.比较钢中的马氏体和回火马氏体、索氏体和回火索氏体的形成条件、相组成、显微组织形态

及性能的异同。（16分）

t/s

T/℃

解：

8.某车床主轴（直径为30mm）要求有良好的综合力学性能，HRC25～35；轴颈表面要求耐磨

（硬度≥55HRC）。试为其选用合适的材料（并标明钢号），写出其简明加工路线，并说明每步热处理的目的及轴颈表面及心部的组织。（共14分）

解：

选用调质钢，如45钢、40Cr。（2分）

加工路线：

下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轴颈感应淬火+低温回火→磨削（2分）

正火目