西安理工大學碩士材料科學基礎真題2009年

試卷二十四2009年攻讀碩士學位研究生入學考試試題考試科目：材料科學基礎適用專業(yè)：材料科學與工程、材料成型與控制、材料物理與化學一、簡答題(任選8題)1．氯化鈉的晶體結構是否屬于布拉菲點陣?為什么?如果不是，則其點陣為哪種點陣類型?寫出BCC晶體中的配位數(shù)(N)、致密度(K)、原子半徑r與點陣常數(shù)a的關系式，在一個BCC晶胞中畫出其室溫時的一組滑移系并標出密排面與密排方向。試從結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?！边@段話是否正確，并回答純金屬材料形核時必須滿足哪些條件。金屬材料生長形態(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形態(tài)是否相同?請說明原因。為細化某純鋁件的晶粒，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，并回答影響再結晶晶粒度的因素。對于固體材料將其晶粒細化后其力學性能會有何種變化?解釋原因。并回答對于鑄件能否采用再結晶的方法細化晶粒，為什么?為什么鋼鐵零件滲碳溫度一般要選擇在Y相區(qū)中進行?若不在Y相區(qū)進行會有什么結果?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?簡述碳鋼的不同回火溫度范圍及其對應的回火組織類型。二、計算題已知純銅的滑移系的臨界切應力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力?三、如圖24-1所示的晶體中，ABCD滑移面上有一個位錯環(huán)，位錯線方向為逆時針方向，其柏氏矢量b平行于M。1．指出位錯環(huán)各部分的位錯類型。2.若柏氏矢量b垂直于位錯環(huán)所在的水平面，指出位錯環(huán)各部分的位錯類型。3．在圖中表示出使位錯環(huán)向外運動所需施加的切應力方向。4．該位錯環(huán)運動出品體后，晶體外形如何變化?四、 Fe-FeC相圖分析3默畫Fe-FeC相圖，標出各點的含碳量并寫出三條水平線上的反應。3若有兩個鋼試樣，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晶過程，并計算其最終組織組成物和相組成物的相對含量。五、 利用位錯理論分析論述第二相粒子對合金塑性形變及強度的影響。標準答案不屬于。原因略。它是面心立方點陣。BCC晶體的配位數(shù)為8,致密度為0.68，其中原子半徑r與點陣常數(shù)ar-丁5的關系式為：：': 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．金屬材料的化學鍵以金屬鍵為主，陶瓷材料往往以離子鍵為主。相對于離子鍵中電子是一一對應的，金屬鍵中自由電子圍繞原子核自由運動，因此價鍵沒有飽和性和方向性，當材料受力而發(fā)生相對位移時，電子移動對化學價鍵并沒有破壞，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．影響金屬材料生長形態(tài)的因素主要有：液固界面中固體的界面結構、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，純金屬和固溶體結構的生長形態(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晶現(xiàn)象導致出現(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，等加熱溫度過高時出現(xiàn)二次再結晶導致晶粒尺寸過大。影響再結晶晶粒度的因素：冷變形度、原始晶粒尺寸、退火溫度、雜質及合金元素。7．固體材料將其晶粒細化后，會出現(xiàn)細晶強化的現(xiàn)象，即材料的強度、硬度、塑性、韌性同時提高。這是因為：由于晶粒細小，可供塞積位錯的滑移面較短，塞積位錯的數(shù)目較少，由位錯塞積引起的應力集中分散于各個晶粒中，使其屈服強度升高。另一方面，由于晶粒細小，在相同的外力作用下，處于滑移有利方向的晶粒數(shù)較多，應力分散在各晶粒中，即使在受到大的塑性變形時，仍然保持其較好的性能，而不致開裂，從而提高材料的韌性。對于金屬鑄件則不能采用再結晶的方法細化晶粒，這是因為：一方面再結晶過程需要在一定的形變基礎上，由儲存能提供一定的能量進行晶粒的重新形核、長大，鑄件沒有進行過形變。另一方面，由于再結晶溫度過低，鑄件也不可能通過重結晶相變細化晶粒。8.y-Fe即奧氏體中溶碳量最大可達到2.11%，而a-Fe僅能溶解0.0218%碳，形成的濃度梯度小，擴散系數(shù)?。籝-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，這時原子的運動速度大，也會促進擴散的進行。因此滲碳往往選擇在Y-Fe區(qū)進行。

若不在該區(qū)內進行處理，即使原子可以充分擴散，由于a-Fe最多僅能溶解0.0218%碳，這樣滲碳層的碳濃度也會很低，達不到滲碳的目的。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不斷增殖，位錯之間相互交結、反應使得位錯的運動變得困難。該現(xiàn)象可以用再結晶退火處理消除加工硬化對后續(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：殘余應力消除，高硬度+高強度，較低的塑性和韌性。中溫回火：350?500C；組織：回火T（F+極細粒狀滲碳體）；性能：較高的屈服強度，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+細粒狀滲碳體）；性能：高的塑性和韌性，較低的屈服強度和硬度。因為： ￡2cosA■右詵爭兩個滑移系無論是加多大的力都不能滑移，這是因為第一個滑移系中外力與滑移面垂直，第二個滑移系中外力與滑移方向垂直，因此無論是加多大的應力兩個滑移系都不會開動。三、如圖24-3所示。g]24-3第二題解答圖C'點為負刃型位錯，A'點為正刃型位錯，B'點為左螺型位錯，D'點為右螺型位錯。其他各點處為混合型位錯。由于柏氏矢量與位錯線全部垂直，則位錯環(huán)上所有位錯都為刃型位錯。如圖24-3a所示，在晶體的上下底面施加一對平行于柏氏矢量的切應力，且下底面內的切應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于上部晶體產(chǎn)生與柏氏矢量相同的滑移，并在晶體側表面形成相應臺階。四、略不能，因為珠光體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%組織相對含量為：相組成物的相對含量為：域…’z五、如圖24-4所示，第二相粒子與位錯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繞過微小的沉淀第二相粒了-歷植錯切割第二和粒子第一種：如圖24-4a所示，第二相粒子較硬，位錯線無法通過，于是位錯線就繞過去，如此反復。阻礙位錯線通過的微粒的有效尺寸不斷加大，使得位錯先要