中南大學碩士材料科學基礎真題2008年

1、中南大學碩士材料科學基礎真題 2008 年（ 總分： 150.00 ，做題時間： 90 分鐘 ）一、B 一 /B（ 總題數(shù)：1,分數(shù)：20.00）1. 敘述你所熟悉的某一類材料的凝固過程。 （分數(shù)： 20.00 ） 正確答案： （）解析： （簡答,以金屬材料為例 ） 金屬材料在凝固過程后通常得到結晶體,因此金屬材料的凝固過程也稱結 晶過程。 金屬的結晶通常分為兩個階段,即形核和形核后的長大階段。 金屬的形核通常在金屬熔體中的 小尺寸有序原子集團 （ 晶胚）基礎上,通過原子擴散而形成能夠穩(wěn)定長大的晶核,即純金屬的形核過程一般 需要滿足能量條件和結構條件,而合金的形核還要一定的成分條件。 金屬形核

2、后的長大通常需要一個較小 的過冷度,原子向晶核擴散而長大,在長大過程中結晶界面是粗糙界面,因此金屬長大速度一般很快,而 結晶界面結構、溫度梯度和結晶速度會影響到長大后的晶粒形狀和大小,對于合金通常還會造成合金結晶 后出現(xiàn)成分偏析等問題。二、B二/B（ 總題數(shù)：1,分數(shù)：20.00）2. 敘述你所熟悉的某一類材料的變形行為及其特點。（分數(shù)： 20.00 ）正確答案： （）解析：（ 簡答,以金屬材料為例 ） 金屬材料在拉伸變形中通常經(jīng)歷彈性變形、 塑性變形階段, 最終可能斷裂。 金屬材料的每個單晶體中主要變形方式以滑移為主,部分金屬在變形中也會出現(xiàn)孿生變形。滑移和孿生變 形的微觀機制均可以用位錯的

3、觀點進行解釋。 多晶體材料則由于晶界的阻滯作用和相鄰晶粒位向差的不同 通常會影響位錯運動,導致多晶體材料變形相對單晶體材料困難。 單相固溶體合金則因為溶質原子的作用 出現(xiàn)固溶強化,體心立方金屬在拉伸過程中有屈服現(xiàn)象和應變時效現(xiàn)象。 多相合金的塑性變形特點與第二 相的數(shù)量、尺寸和分布有關,一般細小彌散、均勻分布的第二相會增強合金強度,使變形困難。金屬材料在變形過程中通常有加工硬化現(xiàn)象,同時微觀組織和其他物理化學性能也有改變。三、B 根據(jù)圖 11-1 所示鐵碳亞穩(wěn)平衡相圖和你所學所有知識,回答下列問題 /B（ 總題數(shù)： 1,分數(shù)： 70.00）根據(jù)圖 11-1 所示鐵碳亞穩(wěn)平衡相圖和你所學所有知識

4、,回答下列問題：（分數(shù)： 70.00 ）（1）.分析氫、氮、碳、硼在丫 -Fe中形成固溶體的類型，進入點陣中的位置和固溶度大小。已知元素的原子半徑如下：氫0.046nm,氮0.071 nm,碳0.077nm,硼0.091 nm, 丫 -FeO.126nm。（分數(shù)： 10.00 ） 正確答案： （）解析：y -Fe為FCC結構，八面體間隙半徑r=0.414R原子=0.0522nm,四面體間隙半徑r=0.225R原子=0.0284nm。 可見氫、氮、碳原子在 y -Fe中一般會溶入八面體間隙中心，形成間隙固溶體，固溶度較??；硼在y -Fe中一般也是位于八面體間隙中心,形成間隙固溶體,但是有時也可以

5、形成置換固溶體。（2）.標注相圖中平衡反應的成分及溫度,寫出平衡反應式。（分數(shù)： 10.00 ）正確答案： () 解析：圖中平衡反應成分、溫度和反應式如下 (三條水平線，從上到下 ) ：1495C, Lb+S h-y j , B、H 和 J 點成分分別為：wc=0.09%, w=0.17%, wc=0.53%。1148C,Lc-ye+F&C,C、E 點和FesC成分分別為：wc=4.3%,wc=2.11%,wc=6.69%。727C,Y Sap+F&C,S、P 點和FesC成分分別為：wc=0.77%,wc=0.0218%,wc=6.69%，(3) .分析W=1%l勺鐵碳合金平

6、衡凝固到室溫過程的組織變化。(分數(shù)： 10.00 ) 正確答案： () 解析：合金平衡凝固到室溫過程的組織變化為：L y ； Y ； Y Fe3G ; y S- a P+Fe3C(P)(4) .指出 y 相的晶體結構、密排方向、密排面、致密度、配位數(shù)、晶胞中原子數(shù)和 通常情況下的滑移系；畫出其中一個滑移系,并標明指數(shù)。(分數(shù)： 10.00 ) 正確答案： ()解析：y為FCC結構，其密排方向、密排面、致密度、配位數(shù)、晶胞中原子數(shù)分別為v 110、111、0.74、 12和4;通常情況下的滑移系為111 v 110，其中一個滑移系為(111)，指數(shù)如圖11-3所示。(5) .結合你所學的有關知識

7、,說明如何提高 Fe-C 合金的強度。(分數(shù)： 10.00 ) 正確答案： ()解析：(簡答)提高Fe-C合金的強度方法有多種，主要有加工硬化、微合金強化、固溶強化、細化晶粒強化、 熱處理強化 ( 馬氏體相變強化等 )。(6) .w=0.1%的鐵碳合金在拉伸中，一種情況是在拉伸出現(xiàn)塑性變形后去載，立即再 加載；另一種情況是去載后時效再加載。 試解釋前者無屈服現(xiàn)象后者有屈服現(xiàn)象 的原因。(分數(shù)： 10.00 ) 正確答案： ()解析：w：=0.1%合金中由Fe原子與Fe的彈性交互作用，形成柯垂爾氣團 (亦稱柯氏氣團)，柯垂爾氣團與位 錯的交互作用導致合金出現(xiàn)屈服現(xiàn)象,在拉伸出現(xiàn)塑性變形后去載,立

8、即再加載是已經(jīng)克服了柯垂爾氣團 對位錯的阻礙,立即再加載不會重新出現(xiàn)屈服現(xiàn)象,而卸載后時效再加載會使溶質原子重新聚集形成與位 錯的新的交互作用,從而使合金再次出現(xiàn)屈服現(xiàn)象。(7) .wc=0.1%的鐵碳合金制作成齒輪，對齒輪氣體滲碳強化。畫出鋼在滲碳后的組織 分布示意圖；滲碳在 y-Fe 中進行而不在 y-Fe 中進行,即滲碳溫度選擇要高于 A溫度，為什么？滲碳溫度高于1100C會出現(xiàn)什么問題？(分數(shù)： 10.00 )滲碳在y溫度范圍中（A3溫度以上）進行而不在僅溫度范圍中進行的主要原因是，溫度較高，滲碳速度可以較快，同時在y溫度范圍中進行滲碳，可以得到較大的含碳量，但是滲碳溫度高于1100C

9、會導致基體合金晶粒粗大，力學性能下降，同時對滲碳設備也會提出更高要求。四、B四/B（總題數(shù)：1,分數(shù)：10.00）3. 如圖 11-2 所示相圖，寫出四相反應；分析 2 點合金結晶過程。（分數(shù)： 10.00 ） 正確答案： （）解析：P點（包共晶反應）：L+a LS i+B i。E點（三兀共晶）Lt S 2+ B 2+ y °圖中2點合金凝固過程：Lt S ; Lt S 2+ B 2； Lt S 2+ B 2+ Y五、B五/B（ 總題數(shù)：1,分數(shù)：10.00）4. 分析位錯對金屬材料性能的影響。（分數(shù)： 10.00 ） 正確答案： （）解析：位錯對金屬材料性能的影響主要有：金屬的塑性變形是通過位錯的運動實現(xiàn)的，因此金屬材料的強 化手段可以通過改變材料中的位錯數(shù)量來實現(xiàn)；合金中位錯與溶質原子發(fā)生作用形成柯垂爾氣團造成屈服 現(xiàn)象和應變時效，位錯是第二相形核的擇優(yōu)場所，通常第二相在位錯處可以優(yōu)先形核長大；刃型位錯可以 看成是一個管道，可以加速擴散速度。六、B六/B（ 總題數(shù)：1,分數(shù)：20.00）5. 就你所學所有知識，談談如何控制和改善金屬材料中的組織。（分數(shù)： 20.00 ） 正確答案： （）解析：材料的組織與其成分和加工過程密切相關。 控制和改善金屬材料中的組織可以通過選擇