西安理工大學(xué)碩士材料科學(xué)基礎(chǔ)真題2009年

試卷二十四2009年攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試試題考試科目：材料科學(xué)基礎(chǔ)適用專業(yè)：材料科學(xué)與工程、材料成型與控制、材料物理與化學(xué)一、簡(jiǎn)答題(任選8題)1．氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)是否屬于布拉菲點(diǎn)陣?為什么?如果不是，則其點(diǎn)陣為哪種點(diǎn)陣類型?寫出BCC晶體中的配位數(shù)(N)、致密度(K)、原子半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系式，在一個(gè)BCC晶胞中畫出其室溫時(shí)的一組滑移系并標(biāo)出密排面與密排方向。試從結(jié)合鍵的角度討論一般情況下金屬材料比陶瓷材料表現(xiàn)出更高塑性或延展性的原因。分析“在液態(tài)金屬中，凡是涌現(xiàn)出小于臨界晶核半徑的晶胚都不能成核，但是只要有足夠的能量起伏提供形核功，還是可以成核的。”這段話是否正確，并回答純金屬材料形核時(shí)必須滿足哪些條件。金屬材料生長(zhǎng)形態(tài)的影響因素有哪些?在相同的溫度梯度下純金屬和固溶體合金的生長(zhǎng)形態(tài)是否相同?請(qǐng)說明原因。為細(xì)化某純鋁件的晶粒，將其冷變形5%后于650°C退火lh,組織反而粗化；增大冷變形量至80%再于650C退火lh,仍然得到粗大晶粒。試分析其原因，指出上述兩種工藝不合理之處及原因，并回答影響再結(jié)晶晶粒度的因素。對(duì)于固體材料將其晶粒細(xì)化后其力學(xué)性能會(huì)有何種變化?解釋原因。并回答對(duì)于鑄件能否采用再結(jié)晶的方法細(xì)化晶粒，為什么?為什么鋼鐵零件滲碳溫度一般要選擇在Y相區(qū)中進(jìn)行?若不在Y相區(qū)進(jìn)行會(huì)有什么結(jié)果?何為金屬材料的加工硬化?如何解決加工硬化給后續(xù)加工帶來的困難?簡(jiǎn)述碳鋼的不同回火溫度范圍及其對(duì)應(yīng)的回火組織類型。二、計(jì)算題已知純銅的滑移系的臨界切應(yīng)力Tc為1MPa，問：要使〔m】面上產(chǎn)生［101］方向的滑移，則在［101］方向上至少需施加多大的應(yīng)力？要使面上產(chǎn)生［110］方向的滑移，則在［110］方向上至少需施加多大的應(yīng)力?三、如圖24-1所示的晶體中，ABCD滑移面上有一個(gè)位錯(cuò)環(huán)，位錯(cuò)線方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，其柏氏矢量b平行于M。1．指出位錯(cuò)環(huán)各部分的位錯(cuò)類型。2.若柏氏矢量b垂直于位錯(cuò)環(huán)所在的水平面，指出位錯(cuò)環(huán)各部分的位錯(cuò)類型。3．在圖中表示出使位錯(cuò)環(huán)向外運(yùn)動(dòng)所需施加的切應(yīng)力方向。4．該位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)出品體后，晶體外形如何變化?四、 Fe-FeC相圖分析3默畫Fe-FeC相圖，標(biāo)出各點(diǎn)的含碳量并寫出三條水平線上的反應(yīng)。3若有兩個(gè)鋼試樣，經(jīng)組織分析其珠光體的含量相同，能否得出這兩種試樣是同一種材料?為什么?3?計(jì)算含碳量為4.28%的鐵碳合金在1148°C溫度的平衡分配系數(shù)，并說明其在該溫度平衡凝固和非平衡凝固時(shí)組織上出現(xiàn)的差別。4.分析含碳量為1.8%的鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程，并計(jì)算其最終組織組成物和相組成物的相對(duì)含量。五、 利用位錯(cuò)理論分析論述第二相粒子對(duì)合金塑性形變及強(qiáng)度的影響。標(biāo)準(zhǔn)答案不屬于。原因略。它是面心立方點(diǎn)陣。BCC晶體的配位數(shù)為8,致密度為0.68，其中原子半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)ar-丁5的關(guān)系式為：：': 圖24-2為體系立方的一組滑移系示意圖。[I(HOJE24-2[I(HOJE24-2第一題第2小題解答圖3．金屬材料的化學(xué)鍵以金屬鍵為主，陶瓷材料往往以離子鍵為主。相對(duì)于離子鍵中電子是一一對(duì)應(yīng)的，金屬鍵中自由電子圍繞原子核自由運(yùn)動(dòng)，因此價(jià)鍵沒有飽和性和方向性，當(dāng)材料受力而發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，電子移動(dòng)對(duì)化學(xué)價(jià)鍵并沒有破壞，因此金屬材料較陶瓷材料具有較好的延展性。4．這段話前半句正確，后半句不正確。如果晶核半徑不能達(dá)到臨界晶核半徑，即使得到的能量再多也不能形成晶體的晶核。形成金屬材料的晶核所需滿足的條件：①尺寸條件應(yīng)大于或等于臨界晶核半徑；②能量條件是大于或等于形核功；③要有一定的過冷度。5．影響金屬材料生長(zhǎng)形態(tài)的因素主要有：液固界面中固體的界面結(jié)構(gòu)、液固界面前沿的液體中溫度梯度的分布。在相同溫度梯度下，純金屬和固溶體結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)形態(tài)不一定相同。例如正溫度梯度下，純金屬往往形成平面狀的晶體形態(tài)，而固溶體由于選分結(jié)晶現(xiàn)象導(dǎo)致出現(xiàn)成分過冷現(xiàn)象，造成其晶體形態(tài)往往是樹枝晶狀態(tài)的。6．第一種是變形量不合適，達(dá)到臨界變形量的尺寸；第二種工藝是由于變形量過大，等加熱溫度過高時(shí)出現(xiàn)二次再結(jié)晶導(dǎo)致晶粒尺寸過大。影響再結(jié)晶晶粒度的因素：冷變形度、原始晶粒尺寸、退火溫度、雜質(zhì)及合金元素。7．固體材料將其晶粒細(xì)化后，會(huì)出現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化的現(xiàn)象，即材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性同時(shí)提高。這是因?yàn)椋河捎诰Я＜?xì)小，可供塞積位錯(cuò)的滑移面較短，塞積位錯(cuò)的數(shù)目較少，由位錯(cuò)塞積引起的應(yīng)力集中分散于各個(gè)晶粒中，使其屈服強(qiáng)度升高。另一方面，由于晶粒細(xì)小，在相同的外力作用下，處于滑移有利方向的晶粒數(shù)較多，應(yīng)力分散在各晶粒中，即使在受到大的塑性變形時(shí)，仍然保持其較好的性能，而不致開裂，從而提高材料的韌性。對(duì)于金屬鑄件則不能采用再結(jié)晶的方法細(xì)化晶粒，這是因?yàn)椋阂环矫嬖俳Y(jié)晶過程需要在一定的形變基礎(chǔ)上，由儲(chǔ)存能提供一定的能量進(jìn)行晶粒的重新形核、長(zhǎng)大，鑄件沒有進(jìn)行過形變。另一方面，由于再結(jié)晶溫度過低，鑄件也不可能通過重結(jié)晶相變細(xì)化晶粒。8.y-Fe即奧氏體中溶碳量最大可達(dá)到2.11%，而a-Fe僅能溶解0.0218%碳，形成的濃度梯度小，擴(kuò)散系數(shù)??；Y-Fe為高溫相，D值大，所以在y-Fe中滲碳。y-Fe相存在的溫度高，這時(shí)原子的運(yùn)動(dòng)速度大，也會(huì)促進(jìn)擴(kuò)散的進(jìn)行。因此滲碳往往選擇在Y-Fe區(qū)進(jìn)行。

若不在該區(qū)內(nèi)進(jìn)行處理，即使原子可以充分?jǐn)U散，由于a-Fe最多僅能溶解0.0218%碳，這樣滲碳層的碳濃度也會(huì)很低，達(dá)不到滲碳的目的。9．金屬材料在塑性變形過程中，隨著變形量的增加，強(qiáng)度和硬度不斷上升，而塑性和韌性不斷下降，這一現(xiàn)象稱為“加工硬化”。該現(xiàn)象的原因是由于外力增加使得位錯(cuò)不斷增殖，位錯(cuò)之間相互交結(jié)、反應(yīng)使得位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)變得困難。該現(xiàn)象可以用再結(jié)晶退火處理消除加工硬化對(duì)后續(xù)加工帶來的困難。10.低溫回火：150?250°C組織：回火M（F+s-碳化物）；性能：殘余應(yīng)力消除，高硬度+高強(qiáng)度，較低的塑性和韌性。中溫回火：350?500C；組織：回火T（F+極細(xì)粒狀滲碳體）；性能：較高的屈服強(qiáng)度，高彈性極限，較好的塑性和韌性。高溫回火：500?650C組織：回火S（F+細(xì)粒狀滲碳體）；性能：高的塑性和韌性，較低的屈服強(qiáng)度和硬度。因?yàn)椋?￡2cosA■右詵爭(zhēng)兩個(gè)滑移系無論是加多大的力都不能滑移，這是因?yàn)榈谝粋€(gè)滑移系中外力與滑移面垂直，第二個(gè)滑移系中外力與滑移方向垂直，因此無論是加多大的應(yīng)力兩個(gè)滑移系都不會(huì)開動(dòng)。三、如圖24-3所示。g]24-3第二題解答圖C'點(diǎn)為負(fù)刃型位錯(cuò)，A'點(diǎn)為正刃型位錯(cuò)，B'點(diǎn)為左螺型位錯(cuò)，D'點(diǎn)為右螺型位錯(cuò)。其他各點(diǎn)處為混合型位錯(cuò)。由于柏氏矢量與位錯(cuò)線全部垂直，則位錯(cuò)環(huán)上所有位錯(cuò)都為刃型位錯(cuò)。如圖24-3a所示，在晶體的上下底面施加一對(duì)平行于柏氏矢量的切應(yīng)力，且下底面內(nèi)的切應(yīng)力與柏氏矢量同向平行。如圖24-3b所示，滑移面下部晶體相對(duì)于上部晶體產(chǎn)生與柏氏矢量相同的滑移，并在晶體側(cè)表面形成相應(yīng)臺(tái)階。四、略不能，因?yàn)橹楣怏w只是鋼中的一種組織，亞共析鋼和過共析鋼的珠光體在組織中可以一致，但碳含量卻不一致。

3．3．平衡凝固得到奧氏體+萊氏體，非平衡凝固得到偽共晶萊氏體組織。4．冷卻過程分析略。2黑寺X100%=82.6%Zr./rrXr.^r^S 嘰亠r—17,4%組織相對(duì)含量為：相組成物的相對(duì)含量為：域…’z五、如圖24-4所示，第二相粒子與位錯(cuò)的交互作用有如下兩種情況：h)圖24-4第五題解答圖汨位錯(cuò)繞過微小的沉淀第二相粒了-歷植錯(cuò)切割第二和粒子第一種：如圖24-4a所示，第二相粒子較硬，位錯(cuò)線無法通過，于是位錯(cuò)線就繞過去，如此反復(fù)。阻礙位錯(cuò)線通過的微粒的有效尺寸不斷加大，使得位錯(cuò)先要