2022年沈阳工业大学F561材料科学基础考研复试核心题库

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2018年沈阳工业大学F561材料科学基础考研复试核心题库（一） (2)

2018年沈阳工业大学F561材料科学基础考研复试核心题库（二） (7)

2018年沈阳工业大学F561材料科学基础考研复试核心题库（三） (12)

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第 2 页，共 26 页 2018年沈阳工业大学F561材料科学基础考研复试核心题库（一）

特别说明：

1-本资料为学员内部使用，整理汇编了2018考研复试重点题及历年复试常考题型。

2-资料仅供复试复习参考，与目标学校及研究生院官方无关，如有侵权、请联系我们立即处理。 ————————————————————————————————————————

一、名词解释

1． 热塑性和热固性高分子材料

【答案】高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶黏剂和高分子基复合材料等。高分子材料按其性能可分为热塑性和热固性高分子材料，其中，热塑性高分子材料可溶、可熔；热固性高分子材料不溶、不熔。利用加热和溶解的方法可将热固性和热塑性材料分辨出来，常用的识别高分子材料的简便方法有经验法、燃烧法、溶解法、仪器分析法等。

2． 再结晶退火

【答案】再结晶退火是指经过塑性变形的金属，在重新加热过程中，当温度高于再结晶温度后，形成低缺陷密度的新晶粒，使其强度等性能恢复到变形前的水平，但其相结构不变的过程。

二、简答题

3． 解释名词扩散系数。

【答案】根据菲克第一定律，在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量，用J 表示）与该截面处的浓度梯度成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大，相应的数学表达式为：

式中，D 为扩散系数，

为扩散物质（组元）的体积浓度，原子数为浓度梯度；“-”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散组元由高浓度区向低浓度区扩散；J 为扩散通量

，

，扩散系数是描述扩散速度的重要物理量，它相当于浓度梯度为1时的扩散通量，D 值越大则扩散越快。对于固态金属中的扩散，D 值都是很小的，例如，1000°C 时碳在中的扩散系数D 仅为

数量级。 4． 在高温时是什么晶体结构？为什么

电解质只能在高温时使用？ 【答案】在高温时是立方晶系结构，在低温下发生晶型转变。其晶型有多种变体，低温时为单斜晶系，高温是为四方晶型，更高温为立方晶型。单斜晶性加热到1170°C 转变为四方晶型，再加热至2370°C 则转变为立方晶型。

电解质高温时溶于硫酸、氢氟酸。具有良好的热化学稳定性、高温导电性及较好的高温强度和初性。

5． 何为上坡扩散？形成上坡扩散的热力学条件是什么？

【答案】物质从低浓度区向高浓度区扩散，扩散的结果提高了浓度梯度。例如铝铜合金时效早期

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第 3 页，共 26 页 形成的富铜偏聚区，以及某些合金固溶体的调幅分解形成的溶质原子富集区等，这种扩散称为“上坡扩散”。上坡扩散的真正驱动力是化学位梯度，而非浓度梯度，虽然扩散导致浓度梯度上升，但化学位梯度却是下降的。据此，形成上坡扩散的热力学条件是

6． 实践表明，高度冷轧的镁板在深冲时往往会裂开，试分析其原因。 【答案】

镁板冷轧后会产生织构，在平行或垂直于板面方向施加应力，取向因子为零，几乎没有塑性，因此，进一步加工就很易开裂。

7． 分析回复与再结晶阶段空位与位错的变化及其对性能的影响。

【答案】（1）在低温回复阶段，主要表现为空位的消失。冷变形后所产生的大量空位，通过空位迁移至表面或晶界，空位与间隙原子重新重合，空位与位错发生交互作用，空位聚集成空位片等方式，使得空位数量急剧减少。

（2）在中温回复阶段，温度升高，使位错容易滑移，同一滑移面上的异号位错相遇会相互吸引而抵消，不但使亚晶内部的位错数目减少，而且胞壁缠结位错的减少更为显著，重新调整排列规则，胞壁变得明晰，形成回复亚晶。即该阶段主要表现为位错的滑移，导致位错重新结合，异号位错的汇聚而抵消以及亚晶的长大。

（3）在高温回复阶段，位错运动的动力学条件更为充分，滑移同时也发生攀移，使得多层滑移面上的位错密度趋于相同，各位错之间的作用力使得同一滑移面上的位错分布均匀，间距大体相等，形成规则排列的垂直于滑移面的位错墙，即多边形化的过程。多边形化构成的位错墙即是小角度晶界，它将原晶粒分隔成若干个亚晶粒。

8． 指出合金强化的四种主要机制，解释强化原因。

【答案】（1）合金强化的四种主要机制为固溶强化、沉淀强化和弥散强化、晶界强化、有序强化。

（2）强化原因

①固溶强化

固溶在点阵间隙或结点上的合金元素原子由于其尺寸不同于基体原子，故产生一定的应力场，阻碍位错运动；柯氏气团和铃木气团，前者是间隙原子优先分布于BCC 金属刃型位错的拉应力区，对位错产生钉扎作用，后者是合金元素优先分布于FCC 金属扩展位错的层错区，降低层错能，扩大层错区，使扩展位错滑移更加困难。

②沉淀强化和弥散强化

合金通过相变过程得到的合金元素与基体元素的化合物和机械混掺于基体材料中的硬质颗粒都会引起合金强化，分别称之为沉淀强化和弥散强化。沉淀强化和弥散强化的效果远大于固溶强化。位错在运动过程中遇到第二相时，需要切过（沉淀强化的小尺寸颗粒和弥散强化的颗粒）或者绕过（沉淀强化的大尺寸颗粒）第二相，因而第二相（沉淀相和弥散相）阻碍了位错运动。 ③晶界强化

按照Hall-Petch 公式，

屈服点同晶粒直径d 之间的关系是其实质是位错越过晶界需要附加的应力。因此低温用钢往往采用细晶粒组织。

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第 4 页，共 26 页 ④有序强化

有序合金中的位错是超位错，要使金属发生塑性变形就需要使超位错的两个分位错同时运动，因而需要更大的外应力。异类元素原子间的结合力大于同类元素原子间的结合力，所以异类原子的有序排列赋予有序合金较高的强度。

三、计算题

9． 已知铜是面心立方结构的金属，其原子半径为0.1278MN ，摩尔质量为求铜原子所占的体积密度。

【答案】由于是面心立方结构，所以

（其中a 为晶胞边长，r 为原子半径）。 则

由此可得铜的晶胞体积为

又单个铜原子的质量为

且面心立方晶体的晶胞中包含4个原子，所以，铜晶胞的质量为

因此，铜的原子体密度可求得为

10．在规则溶液中析出的总驱动力可近似表示为

式中，为相中溶质的摩尔分数；为析出相后相中溶质的摩尔分数；为相互作用系数。 （1）设请估计时的总驱动力。 （2）设合金经过热处理后具有间距为50nm 的相析出，计算每立方米的总界面面积（设析出相为立方体）。

（3）假

设

则每立方米合金总界面能为多少？每摩尔合金总界面能为多

少

？ （4）若界面能同（3），则合金还剩多少相变驱动力？

【答案】（1）已知

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（2）析出相的数目

每个P 相的表面积

在

中总界面面积

（3）每立方米合金总界面能

每摩尔合金的界面能

（4）相变时克服界面能后，还剩相变驱动力为（420.8—240）J/mol=180.8J/mol 。

11．已知材料凝固时为均匀形核，其单位体积吉布斯自由能为

单位面积面能为

体系总自

由能变化为假设形成的晶胚为边长为a 的立方体。求：

（1）临界晶核变长

（2）临界形核功 （3）临界形核功

与界面能的关系。

【答案】（1）由于假定晶胚为变长为《的立方体，所以体积自由能变化的等式可以改写为：

两端求导，

（2）

（3）

12．（1）证明三维自由电子气体基态下的动能

为

式中，N 是电子数，N=nV ，n 为电子数密度；V 为体积；为费密能。

（2）证明基态下电子气体的压强p 与体积V 的关系为

（3）证明基态下自由电子气体的体积弹性模量B 为

【答案】（1）根据三维自由电子气体模型，其基态下的动能为

式中，m 为电子质量，p （k ）是k 空间中电子态密度。电子费密波矢kf 为

于是，自由电子气体基态下动能为

（2）根据气体压强与内能的关系可知，自由电子气体基态下的压强为

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