北京科技大学1995-2012材料科学基础考研试题及部分答案 - 图文

北科1995-2011材料考研，初试考卷及答案

1995年攻读硕士学位研究生入学考试试题

考试科目: 金属学 适用专业: 金属塑性加工

说明:统考生做1～10题，单考生做1～7题和在8～13题中任选3题。每题10分。 1、什么是固溶体？固溶体可以分为几种？并说明其各自的结晶特点。

2、计算含0.45%C的亚共析钢在共析温度时铁素体和奥氏体两相的相对数量，在这一温度下铁素体和珠光体的相对数量又是多少？

3、用扩散理论来说明高温条件下钢的氧化过程。

4、画出铁碳平衡相图中的包晶反应部分的相图，并给出包晶反应表达式。

5、说明钢中非金属夹杂物的来源及其种类。

6、说明钢的完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、和低温退火的工艺特点及它们的作用。

7、说明轴承钢的碳化物类型及形成原因。

8、画图说明钢的高温和低温形变热处理的工艺特点。

9、从下列元素中指出哪些元素是扩大奥氏体区域的？哪些元素是缩小奥氏体区域的？C Si Ti Cr Mo Ni Cu N

10、冷变形金属加热发生低温、中温和高温回复时晶体内部发生什么变化？

11、绘出立方系中｛110｝晶面族所包括的晶面，以及（112）、（123）、（120）晶面。

12、说明共析钢加热时奥氏体形成的过程，并画图表示。

13、合金钢中主要的合金相有几种类型？

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北京科技大学1999年硕士学位研究生入学考试试题

科目：金属学

1、名词解释:（10分） （1）点阵畸变

（2）组成过冷

（3）再结晶温度

（4）滑移和孪生

（5）惯习现象

2、说明面心立方、体心立方、密排六方（c/a≥1.633）三种晶体结构形成的最密排面，最密排方向和致密度。（10分）

3、在形变过程中，位错增殖的机理是什么？（10分）

4、简述低碳钢热加工后形成带状组织的原因，以及相变时增大冷却度速度可避免带状组织产生的原因。（10分）

5、简要描述含碳量0.25%的钢从液态缓慢冷却至室温的相变过程（包括相变转换和成分转换）。（10分）

6、选答题（二选一，10分）

（1）铸锭中区域偏析有哪几种？试分析其原因，并提出消除区域偏析的措施。

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（2）固溶体结晶的一般特点是什么？简要描述固溶体非平衡态结晶时产生显微偏析的原因，说明消除显微偏析的方法。

7、简述金属或合金冷塑性变形后，其结构、组织和性能的变化。（10分）

8、简述经冷变形的金属或合金在退火时其显微组织，储存能和性能的变化规律。（10分）

9、选答题（二选一，10分）

（1）为了提高Al-4.5%Cu合金的综合力学性能，采用了如下热处理工艺制度，在熔盐浴中505℃保温30分钟后，在水中淬火，然后在190℃下保温24小时，试分析其原因以及整个过程中显微组织的变化过程。

（2）什么叫固溶体的脱溶？说明连续脱溶和不连续脱溶在脱溶过程中母相成分变化的特点。

10、简述固溶强化，形变强化，细晶强化和弥散强化的强化机理。（10分）

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11、简述影响再结晶晶粒大小的因素有哪些？并说明其影响的基本规律。（10分）

12、画出铁碳相图，并写出其中包晶反应，共晶反应和共析反应的反应式。（10分）

13、选做题（二选一，10分）

（1）如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件中晶粒大小，并分析原因。 a.水冷模浇铸和砂模浇铸 b.低过热度浇铸和高过热浇铸 c.电磁搅拌和无电磁搅拌 d.加入，不加入Al-Ti-B铅合金。

（2）什么叫形变织构？什么叫再结晶织构？简要说明形变织构，再结晶织构的形成机理。

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北京科技大学2000年硕士学位研究生入学考试试题

科目：金属学

1.名词解释（10分） 相界面

相律

过渡相

菲克第一定律

退火织构

2.什么是固溶体？在单相合金中，影响合金元素的固溶度的因素有哪些？固溶体与组成固溶体的纯金属相比有什么特点？（10分）

3.什么叫晶界？简述小角度晶界和大角度晶界的晶体结构特点。（10分）

4.为什么固体相变比液态相变所需要的过冷度要大？固体相变形核时有何特点？（10分）

5.铸锭的低倍组织由外向里可分为哪几个区域？简述各个区域组织形成原因。（10分）

6.什么叫孪生？什么叫滑移？对面心立方晶体而言，它们之间的区别和联系是什么？（10分）

7.在多晶塑性变形中，各个晶体之间的变形是如何协调起来的？简述晶界和晶粒的大小对形变的影响规律。（10分）

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8.什么是上屈服点和下屈服点？如何避免上屈服点和下屈服点的出现？简述吕德斯带形成的原因。（10分）

9.什么是菲克第二定律？运用菲克第二定律（扩散方程）阐述在扩散退火时是如何消除显微偏析的？（10分）

10.再结晶过程中，晶核形成速度的定义是什么？影响晶核形成速度和长大速度的因素有哪些？并加以阐述。（10分）

11.再结晶过程中，晶核形成速度的定义是什么？影响晶核形成速度和长大速度的因素有哪些？并加以阐述。（10分）

12.叙述含碳量0.8%的碳钢从液态缓慢冷却到室温的相变过程（包括相转变和成分变化），以及室温时的相组成和各相的比例是多少？（10分）

13.写出面心立方晶体、体心立方晶体最可能发生滑移的晶面和晶向，画出面心立方晶体的（123）晶面。（10分）

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北科2001年试题科目：金属学

1.名词解释：（每小题2分，共10分） （1）单胞和复合单胞

（2）金属键

（3）代位固溶体

（4）位错

（5）偏聚和有序化

2.判断对错：（10分）

3.以液态无限互溶、固态有限溶解并具有共晶反应的二元相图为例说明二元相图是制作方法和二元相图的一般几何规律。（10分）

4.结晶后的组织中产生显微偏析的原因是什么？采用什么措施能减少和消除偏析。（10分）

5.什么是晶界？讨论晶界在多晶体形变过程中的作用。（10分）

6.什么是相界面？复合合金形变的特点是什么？（10分）

7.说明使多晶体晶粒细化能使材料的强度提高、韧性增加的原因。（10分）

8.简要叙述马氏体转变的一般特点。（10分）

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9.要想获得粗大的再结晶晶粒可采取什么措施，说明原因。（10分）

10.简述固态相变在相变阻力、新相形核、新相成长方面的特点。（10分）

11.什么叫再结晶？什么是再结晶温度？简要描述再结晶过程。（10分）

12.以接近平衡的状态下固溶体合金结晶过程说明固溶体结晶过程特点。（10分）

13.铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。（10分）

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北京科技大学2002年硕士学位研究生入学考试试题

科目：金属学

一.名词解释（20分，每个2.5分） （1）点阵畸变

（2）柏氏矢量

（3）相图

（4）过冷度

（5）形变织构

（6）二次再结晶

（7）滑移系

（8）孪生

二.画出立方晶系中（111）面、（435）面。写出立方晶系空间点阵特征。 （10分）

三.铸锭的一般组织可分为哪几个区域？写出其名称。并简述影响铸锭结晶组织的因素。（10分）

四.画图并简述形变过程中位错增殖的机制。（10分）

五.写出菲克第一定律的数学表达式，并说明其意义。简述影响扩散的因素。（10分）

六.简述形变金属在退火过程中显微组织、存储能及其力学性能和物理性能的变化。（10分）

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七.简述固态相变与液态相变的相同点与不同点。（10分）

八.画出铁碳相图，标明相图中各特征点的温度与成分，写出相图中包晶反应、共晶反应与共析反应的表达式。（10分）

九.分析再过程中行核和张大与凝固过程中的行核和张大有何不同点。（10分）

十.分析含碳量0.12%的铁碳合金的结晶过程。（10分） （单考生做）

十一.简述铸锭的宏观偏析。（10分）（单考生做）

十二.简述金属晶体中缺陷的类型。（10分）（单考生做）

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2002答案：

一，1，点阵畸变：在局部范围，原子偏离其正常的点阵位置，造成点阵畸变。

2，柏氏矢量：描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向，也是位错扫过后晶体相对滑动的量。

3，相图：描述各相平衡存在条件或共存关系的图解，也可称为平衡时热力学参量的几何轨迹。

4，过冷度：相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。

5，形变织构：多晶形变过程中出现的晶体学取向择优的现象。

6，二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。 7，滑移系：晶体中一个滑移面及该面上的一个滑移方向的组合称一个滑移系。 8，孪生：晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程。 二，立方晶系中（111）面、（435）面图略。立方晶系空间点阵特征是点阵参数有如下关系：a=b=c, α=β=γ=90°。也可用具有哪类对称元素表示，若有四个三次转轴，则对应立方点阵。 三，分为三晶区：激冷区、柱状晶区、中心等轴晶区。

影响铸锭结晶组织的因素：1，液体过冷度，越小越好。2，凝固温度范围，越大越好，有利于枝晶的破碎。3，温度梯度，越小越有利于等轴晶。4，合金熔点低，温度梯度小。5，搅拌或加孕育剂。

四，frank-read源机制，图略见课本。滑移面上一个在A，B两点被钉扎的位错AB，在应力 作用下弓出（状态2），弓出到3状态时，下方相邻部分反号相吸，并局部合并，完成一次增殖过程放出一位错环（状态4）。在应力 作用下，继续重复前面1-4过程。

五，一维下，J=-D ；J：扩散流量，单位时间通过单位面积扩散的物质量， D：扩散系数， ：浓度梯度， ：其意义为物质扩散量与该物质的浓度梯度成正比，方向相反。

影响扩散的因素：1，温度，满足D=D0e 的关系，T升高，D增加。2，界面表面及位错，是扩散的快速通道。3，第三组元，可对二元扩散有不同影响 ，如Mo、W降低C在r-Fe中的扩散系数，Co、Si加速C扩散，Mn影响不大。4，晶体结构，低对称性的晶体结构中，存在扩散的各向异性，如六方结构晶体，平等与垂直于基面的扩散系数不同。5，熔点，同一合金系中，同一温度下熔点高的合金中扩散慢，熔点低的扩散快。 六，随退火温度的升高或时间延长，出现亚晶合并长大，再结晶武术及长大，无位错的等轴再结晶晶粒取代长条状高位错密度的形变晶粒，然后是晶粒正常长大。储存能逐渐被释放，硬度及强度下降，伸长率上升，电阻降低，密度提高。再结晶时各种性能变化都比回复时强烈得多。

七，相同点：都是相变，由形核、长大组成。临界半径，临界形核功形式相同。转变动力学也相同。

不同之处：形核阻力中多了应变能一项，千万固态相变的临界半径及形核功增大，新相可以亚稳方式出现，存在共格，半共格界面，特定的取向关系，非均匀形核。 八，铁碳相图。略

包晶反应：L（0.53%C）+δ-Fe(0.09%C)→γ-Fe(0.17%C) 共晶反应：L(4.3%C)→γ-Fe(2.11%C)+Fe3(6.69%C)

共析反应：γ-Fe(0.77%C)→α-Fe(0.02%C)+Fe3C(6.69%C)

九，凝固时形核的驱动力，是新、旧化学位差，再结晶驱动力只是形变储存能。

凝固常是均匀形核，再结晶形核在现有的形变不均匀区，如晶界附近、切变带、形变带、第二相粒子周围。凝固长大时与母相不会有取向关系，再结晶长大时可有特定取向关系。

十，含碳0.12%的钢，由液相冷却时，先形成铁素体，到1495℃包晶温度，部分进行包晶反应；新相奥氏体在已生成的铁素体上形核并向铁素体和液相中生长。反应后是两相组织铁素体+奥氏体，图略。铁素体相对量为：(0.17-0.12)/(0.17-0.09)=62.5%。继续冷却得到单相奥氏体。 十一，宏观偏析：正常偏析和比重偏析。

正常偏析：指按合金的分配系数先析出的含溶质低，后凝固的含溶质多。因铸锭尺寸大，由表面到中心成分不均匀，偏析出现在宏观尺度上，称宏观偏析。

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反常偏析：仍遵守分配系数关系，只是形成大量枝晶后，富集溶质的液相会沿枝晶间的通道逆向反流到先凝固的铸锭表面附近，千万由表面到中心成分分布的反常。

比重偏析：是凝固时，固相与液相比重不同，而沉积或漂浮，从而造成铸锭下端与上端成分的不均匀，也是宏观尺度。

十二，按尺寸分为：点缺陷，如溶质、杂质原子、空位；线缺陷，如位错；面缺陷，如各种晶界、相界、表面等；体缺陷，如孔洞、气泡等。体缺陷对材料性能是绝对有害的。

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北京科技大学2003年硕士学位研究生入学考试试题

科目：金属学

1.名词解释（30分）：

（1）刃型位错和螺型位错模型

（2）晶界与界面能

（3）同分凝固与异分凝固

（4）形变织构

（5）二次再结晶

（6）淬透性与淬硬性

2.简述二元系中共晶反应、包晶反应和共析反应的特点；并计算其各相平衡时的自由度。（12）

3.什么是点阵参数？正方晶系和立方晶系的空间点阵特征是什么？画出立方晶系中（1 2 -3）的晶面。（12）

4.凝固过程中形核和长大与再结晶过程中形核和长大主要区别是什么？简述再结晶过程中核心的产生方式。（12）

5.简述菲克第一定律和菲克第二定律的含义，写出其表达式，并标明其字母的物理含义。（12）

6.简述晶界和晶粒大小对多晶体范性变形的作用与影响。（12）

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7.什么是一次带状组织和二次带状组织？分析一次带状组织和二次带状组织形成的原因。（12）

8.画出Fe-C相图，标明Fe-C相图中各点的温度和含碳量。（12）

9.简述固态相变的一般特点。（12）（统考生做，单考生不做）

10.简述凝固过程的宏观特征，叙述凝固过程中晶体成长的机理。（12）

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11.什么是固溶体？影响固溶体的原因有哪些？固溶体与其纯溶剂组元相比，其结构、力学性能和物理性能发生了哪些变化？（12）（统考生做，单考生不做）

12. 列举三种增加凝固过程中核心数的方法，简要分析其增加核心数的原因。（12）（统考生做，单考生不做）

13.简述含碳量为0.25%的钢的结晶过程和固态组织转变过程。（12）（统考生做，单考生不做）

14.简述连续脱溶和不连续脱溶的含义。（12）（统考生做，单考生不做）

15.根据缺陷相对与晶体尺寸和其影响范围的大小，缺陷可以分为哪几类？简述这几类缺陷的特征。（12）（统考生做，单考生不做）

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2003答案：

一，1，刃型位错和螺型位错模型：将晶体上半部切开，插入半个晶面，再粘合起来；这样，在相当于刃端部为中心线的附近一定范围，原子发生有规则的错动。其特点是上半部受压，下半部受拉。这与实际晶体中的刃型位错造成的情景相同，称刃型位错模型。同样，将晶体的前半部切开，以刃端为界使左右两部分沿上下发生一个原子间距的相对切变，再粘合起来，这时在已切动和未切动交界线附近，原子错动情况与真实的螺位错相似，称螺型位错模型。

2，晶界与界面能：晶界是成分结构相同的同种晶粒间的界面。界面上的原子处在断键状态，具有超额能量。平均在界面单位面积上的超额能量叫界面能。

3，同分凝固与异分凝固：凝固时不发生成分变化的称同分凝固；反之，凝固时伴随成分变化，称异分凝固。 4，形变织构：多晶形变过程中出现的晶体学取向择优现象。

5，二次再结晶：再结晶结束后正常长大过程被抑制而发生少数晶粒异常长大的现象。

6，淬透性与淬硬性：淬透性指合金淬成马氏体的能力，主要与临界冷却有关，大小用淬透层深度表示。而淬硬性指淬火后能达到的最高硬度。主要与钢中的碳含量有关。

二，共晶反应是：液相同时凝固出两个不同成分的固相相互配合生长，一般长成片层状。 共析与共晶相似，只是母相是固相，即一个固相同时生成另两个不同成分的固相。

包晶反应是：液相与一个固相反应生成另一个固相，新生成的固相包住原有的固相，反应需要固相中的扩散，速度较慢。

这三种反应出现时，自由度都是0，即三相成分固定，温度也固定。

三，点阵参数是描述点阵单胞几何开关的基本参数，由六个参数组成，即三个边长a、b、c和它们之间的三个夹角α、β、γ。

正方晶系的点阵参数特征是a≠b≠c，α=β=γ=90°。 立方晶系的点阵参数特征是a=b=c，α=β=γ=90° 立方晶系中(123)的晶面特征图略。

四、凝固时形核和长大的驱动力是新、旧相化学位差，再结晶器形核和长大的驱动力只是形变储存能。 凝固时的形核常为均匀形核；再结晶形核常在现有的形变不均匀区中，如晶界附近、切变带、形变带、第二相粒子周围；凝固长大时与母相不会有取向关系，再结晶长大时可能有一定的取向关系。

再结晶核心产生方式：1，原有晶界推移成核，也称应变诱导晶界迁移式形核；2，亚晶成核，即通过亚晶合并或长大形成新晶粒。

五、菲克第一定律第二定律，见课本。

六，多晶中，每个晶粒与周围相邻晶粒取向不同，滑移开始的早晚不同，滑移系数目也不同；晶粒间的协调是靠有足够的独立滑移系的开动来实现的，即某一晶粒在一特定力轴作用下，取向因子大的滑移系先开动，当相邻晶粒相接触的区域受到周围晶粒的影响而不能自己主滑移系开动进行形变时，可开动次生的、新的滑移系，以协调各种复杂的形变方式；FCC/BCC结构都有5个独立滑移系，可实现任一种方式的形变。晶界两侧滑移面不平等，晶界一方面是位错运动的障碍，造成位错塞积和强化；同时要求晶界附近多系滑移的出现，以协调晶界两侧的形变。晶粒大小对形变的影响是：晶粒细小，整个晶粒可较形变均匀，不同的滑移系组合少；晶粒粗大时，形变过程中晶内不同区域不能相互协调，要求不同的滑移系组合并开动，常常出现晶粒“碎化”，即一个大晶粒，随形变的进行“碎化”成几部分，不同部分内有不同的滑移系开动。 对性能的影响到遵循hall-petch关系σs=σ0+Kd-1/2 即晶粒越细，晶界越多晶界对运动位错阻碍越显著，提高强度幅度越大。

七，一次带状组织是凝固时形成枝晶，热轧后成带状而产生的；在CuCl浸蚀下，黑色条带是枝晶干（含溶质不），白色条带常是富集杂质的枝晶间，也称原始带状。二次带状是固态转变的产物，在硝酸酒精浸蚀下，白色带状是先共析铁素体，黑色带状是珠光体，也称显微带关组织。只有在一次带状的基础上才会产生二次带状。这些带状都与元素的偏析和夹杂物的特殊分布有关。 八，略。

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九，1，相变阻力中多了应变能一项。

2，形核方面：非均匀形核，存在特定的取向关系，常为共格或半共格界面。

3，生长方面：出现惯习现象，即有脱溶贯序；特殊/规则的组织形态，如片状、针关。 4，有亚稳相出现以减少相变阻力。

十，凝固时宏观特征是：要有一定的过冷度，会放出明显的结晶潜热。

成长机理有三种：连续式成长、二维形核及借助台阶侧向生长、借螺旋位错生长。

十一，溶质原子以原子态溶入溶剂点阵中组成的单一均匀固体；溶剂的点阵类型被保留。 影响固溶度的因素有：

1，原子尺寸因素。当溶剂、溶质原子直径尺寸相对差小于±15%时，有大的代位溶解度。

2，负电性因素。溶剂、溶质的负电性差越小溶解度越大，一般小于0.4~0.5%会有较大溶解度。

3，电子浓度因素。有两方面的含义：一是原子价效应，即同一溶剂金属，溶质的原子价越高，溶解度越小；二是相对价效应，即高价溶质溶入低价溶剂时的溶解度高于相反的情况。

特点是：固溶体中有点阵畸变（强度、硬度会提高）而造成点阵常数变化；出现原子偏聚或有序化，甚至形成有序固溶体。

固溶体的结构变化：点阵畸变，点阵常数变化，偏聚及短程有序，甚至形成有序固溶体。 力学性能变化：硬度、强度提高，塑性下降，物理性能变化：电阻加大，导电率下降。 十二，1，提高冷却速度从而加大了过冷度。相变驱动力加大，提高了形核率。 2。加孕育剂。提供大量的非均匀形核地点，提高了形核率，降低了形核位垒。

3，机械或电磁搅拌。将枝晶振碎增加核数目或加强热满打满算能量落，提高了，形核率。

十三，如图所示。由液相先凝固出铁素体，在1495℃进行包晶反应，生成奥氏体；继续冷却，由生产剩余的液相再次析出奥氏体，然后变成单相奥氏体。冷至约800℃，从奥氏体中析出先共析铁素体，在727℃进行共析反应，形成珠光体，最后得到铁素体加珠光体组织。

十四，连续脱溶：随新相生成，母相成分连续的由过饱和态转变到饱和态。

不连续脱溶：也称胞状脱溶，此时在母相和新生成的a相间存在一个界面，跨过界面母相由过饱和不连续地突变到饱和状态状态，点阵常数也不连续。 十五，有四类：

点缺陷：沿三个方向的尺寸很小，溶质原子、间隙原子、空位。

线缺陷：沿两个方向的尺寸很小，第三个方向睥尺寸很大，甚至可贯穿整个晶体，指位错。 面缺陷：沿一个方向上的尺寸很小，另两个方向上的尺寸很大，如晶界，相界。 体缺陷：在三个方向上的尺寸较大，但不是很大，如第二相粒子，显微空洞

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北京科技大学2004年攻读硕士学位研究生考试试题

考试科目:金属学 试卷三 适用专业:材料学、材料科学与工程、材料加工工程 说 明:统考生做一至十一题;单考生做一至八和十二至十四题 一、简述题(4分/小题,共40分) 1.滑移临界分切应力

2.金属键

3.中间相

4.布喇菲(Bravais)点阵

5.再结晶温度

6.滑移系

7.位错

8.二次再结晶

9.偏析

10.马氏体相变

二、单相金属或合金各晶粒间的界面一般称之为晶界,通常晶界又分为小角度晶界和大角度晶界两大类,试问:划分为两类晶界的依据是什么?并讨论构成小角度晶界的结构模型。(10分)

三、分别画出立方晶系晶胞内的(110)、(112)晶面和E110]、E111)晶向。(10分)

四、讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。(10分)

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五、什么是固溶体?讨论影响固溶体溶解度的主要因素。(10分)

六、分析和讨论冷加工金属或合金塑性变形后回复再结晶过程中组织和性能的变化特征。(10分) 七、画出Fe-F3C相图,分析含碳量为1.1wt%(重量百分比)的铁碳合金从液相平衡凝固到室温时的转变过程,画出组织转变示意图,并计算出室温时各组织的相对含量。(20分)

八、分析和讨论影响金属或合金中原子扩散的主要因素。(10分)

九、以Al-4.5%Cu合金为例,分析过饱和固溶体的脱溶分解过程(脱溶贯序),并讨论脱溶温度对脱溶贯序的影响。(10分)

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2010答案：

一、1.低碳钢在一定条件下形变时，应力-应变曲线的大致规律是首先发生线性弹性变形，达到屈服时发生塑性变形直至断裂。特殊的地方在于应力-应变曲线上常常出现上下屈服点，这与c间隙原子对位错的钉扎作用有关。滑移启动时抗力较大（上屈服点），这主要是间隙原子聚集在位错上（柯氏气团）钉扎了位错；滑移进行时抗力较小(下屈服点)，位错一旦摆脱了顶扎后便不受影响。

2．金属及合金由液体变为固体的过程称为凝固，凝固包含形核和晶体长大的过程。金属晶体凝固时具有粗糙型固液界面且各向异性较弱，形貌主要受温度场控制。在负温度梯度下，粗糙界面的金属局部一旦有突出，便深入过冷区以树枝状快速伸向液体形成枝晶；固溶体合金的凝固属异分凝固，成分过冷(包括由温度引起的过冷和浓度引起的过冷)的变大，生长速率变大，界面又胞状转变为枝晶生长。

3.上坡扩散:与一般的扩散方式不同，扩散向着高浓度方向（即和浓度梯度相同的方向）而进行，此时扩散驱动力不是浓度梯度二十化学位梯度。如si在c钢种的扩散。

4.二次再结晶：物质发生回复再结晶时，在再结晶晶粒的长大阶段正常长大过程被抑制而发生少数晶粒异常长大的现象。

二．图：画出一个FCC单胞在（111）上画一条<110>直线即可。 位错类型为螺型位错，因为位错线方向和柏氏矢量的方向平行。

位错运动受阻后，不能转到其他晶面上继续运动。这是因为螺型位错的受力特点决定了他只能在滑移面上运动，不能攀移到其他滑移面。

三．固溶体的脱溶过程主要是指过饱和的固溶体不断形成一个成分不同的新相，母相则由过饱和状态逐渐变为饱和状态，当母相完全饱和时脱溶即宣告结束。最佳失效温度为150°，脱溶贯序过程：过饱和固溶体→GP区→θ’’→ θ’→ θ

其中GP区是铜原子富集区：θ’’、θ’是四方结构亚稳相，圆盘状，沿基体的{100}面析出，具有共格/半共格界面，与基体存在特定的取向关系；θ是四方结构稳定相，不规则形状。脱溶强化时存在时效硬化曲线，硬度随时间变化先增大到达峰值后逐渐降低，硬度峰值大多位于θ’’充分发展阶段，θ’出现后硬度开始下降；合金饱和度越大，硬化开始越早所达到峰值越大。

四．晶体结构指的是晶体内部原子实际的排列方式；空间点阵是在空间由点排列成的无限阵列，其中每一个点都和其他所有点具有相同的环境；

两者之间的关系可用“空间点阵+基元=晶体结构”来描述。

空间点阵只有14种，基元可以是无穷多种，因面构成的具体的晶体结构也是无穷多种。

五．液态相变和固态相变两者的相同点：都是相变，由形核、长大组成；临界形核半径、临界形核功形式

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相同，转变动力学也相同，相变的驱动力都是新旧两相化学位差。不同点：固态相变阻力多了应变能一项，造成固态相变的临界半径和形核功增大；新相可以以亚稳态方式出现，存在共格半共格界面，特定的取向关系，非均匀形核。

固态相变阻力多了应变能一项，造成固态相变的临界半径和形核功增大；非均匀形核存在特定的取向关系，形成共格半共格界面；生长方面出现惯习现象，形成特殊的组织形态，如片状组织；亚稳态的出现减小相变阻力。

六．离子晶体的结构规则主要是负离子配位多面体规则；电价规则，即电中性；负离子多面体共用顶、棱和面的规则；不同种类正离子配位多面体间连接规则；节约规则。（具体见上海交大版材料科学基础P51-52页）

七．两图的铸态组织都包括细晶区，柱状晶区和等轴晶区。两幅图的不同主要是等轴晶区和柱状晶区的范围不同，前途柱状晶区范围大，等轴晶区小；后图与之相反。

造成这种差异主要是合金组分和搅拌、孕育剂等的加入，浇注温度等有关。合金的熔点低，利于等轴晶的形成；浇铸温度低。温度梯度越小，搅拌加孕育剂等都有利于等轴晶的形成。

八．铁碳相图见《金属学》第二版P251页。 三相反应：

包晶反应：L（0.53%C）+δ-Fe(0.09%C)→γ-Fe(0.17%C) 共晶反应：L(4.3%C)→γ-Fe(2.11%C)+Fe3(6.69%C)

共析反应：γ-Fe(0.77%C)→α-Fe(0.02%C)+Fe3C(6.69%C)

1.0%的钢由液相冷却时先进入L+γ奥氏本两相区，形成枝晶或等轴状γ奥氏相，然后进入奥氏体单相区；继续冷却到~760℃剩余的奥氏体转变为珠光体，最后的组织是珠光体+网状二次渗碳体。

3.0%的铁碳合金（铸铁）结晶后组织为莱氏体加先共晶奥氏体，缓冷后的室温组织为珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体。树枝状分布的黑色区域是由先共晶奥氏体转变成的珠光体。其周围一圈白色组成物是由先共晶奥氏体析出的二次渗碳体，其余部分为变态莱氏体。

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五、凝固(20分)

1.相同过冷度下比较均匀形核与非均匀形核的临界半径、临界形核功、临界晶核体积,哪个大?

2.合金凝固时的液/固界面前沿通常比纯金属液/固界面前沿更容易出现过冷?为什么?

3.典型的金属(如铁)和典型的非金属(如硅,石墨)在液相中单独生长时的形貌差异是什么?

六、扩散(20分)

1.菲克第二定律的解之一是误差函数解,C=A+Berf(x/2(Dt)1/2),它可用于纯铁的渗碳过程。若温度固定,不同时间碳的浓度分布则如图 10-2。已知渗碳1 小时后达到某一特定浓度的渗碳层厚度为0.5mm,问再继续渗碳8小时后,相同浓度的渗层厚度是多少?

2.图10-3为测出的钍在不同温度及以不同方式扩散时扩散系数与温度的关系,从该实验数据图中能得出哪些信息?

七、形变(20分)

1.常温下金属塑性变形有哪些主要机制? 它们间的主要差异是什么?

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2.面心立方金属铜在三种不同条件下的真应力-应变曲线如图10-4。说明它们可能是在怎样的温度和应变速率下形成的?为何有这样的形状?

3.什么是上、下屈服点效应(在纯铁或低碳钢中)?原因是什么?

八、再结晶(20分)

1.给出金属发生再结晶的基本条件(驱动力)。

2.指出再结晶、结晶、固态相变之间的主要区别。

3. 图10-5示意画出一种常见的再结晶形核机制,请解释该地点优先形核的原因和形核过程。

4.再结晶动力学公式为X=1-e(-ktn),各参数表示的含义是什么?以X—t的关系作图,曲线的形状大致是怎样的?如何处理可得一条直线?处理成直线有何用途?

九、固态相变(10分)

图10-6为两组铝铜合金的时效强化曲线;讨论成分变化及时效温度对力学性能(这里是硬度值)的影响,分析可能的原因。

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十、固态相变(15分)

1.简述时效(强化)处理的工艺路线及原理。

2.同素异晶转变、马氏体相变、脱溶转变有何主要区别?

十一、形变(15分)

简述单向压缩条件下,形变量、形变温度对金属组织及性能的影响(包括晶粒形状和位错亚结构的变化)?可用示意图表示。

十二、铁碳相图(20分)

1.图10-7a为铁碳相图,图10-7b、c、d分别为3个不同成分(设为0.45%C、3.4%C、4.7%C)的铁碳合金缓冷凝固组织(包括随后的固态相变、硝酸酒精浸蚀)。说明它们各是哪个成分的合金,为什么?

2.分析图10-7d组织的凝固过程,并计算该合金中白色长条状组织的重量相对量(Fe3C含6.69%C)。

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2005答案：

一，1，晶体中原子或分子排列相同的晶面的组合称为晶面族。因对称关系，这些面往往不止一种。立方系晶面族包括

2，晶面间夹角 面间距

3，FCC按ABCABC方式堆垛，而HCP按ABABAB堆垛；致密度无差异，都是0.74.

二，1，前者为固溶体，保持溶剂的晶体结构，且溶解度很低；后者是中间相（尺寸因素化合物），且A、B原子数成比例。性能上有很大差异，前者韧、塑性好；后者硬，塑性差。共性是两者中的合金组元都在间隙位置，本身尺寸很小。

2，因合金中两类原子尺寸不同，引起点阵畸变，阻碍位错运动，造成固溶强化。 三，1，称形变强化和晶界强化（或细晶强化）。原因是两类缺陷的增多都明显阻碍位错的运动，从而提高强度。

2，位错的增多主要靠形变，通过萌生与增殖在晶粒内不断产生位错；晶粒细化可通过凝固时加非均匀形核剂或高的冷却速度获得，也可通过大形变，或再结晶，或相变的方法。

四，左侧范围是a相稳定，因它的自由能最低；右侧范围是b相稳定，也是因其自由能最低；两公切点之间范围是两相共存稳定，因任意一个单相存在时的自由能都不如它分解为成分为公切点处的时两相自由能的加权值（在公切线直线上）低。

五，1，临界半径相同；临界界形核功是均匀形核时高；临界晶核何体积也是均匀形核时大。

2，合金界面前沿会出现组成过冷，即界面前溶质的富集提高了局部区域的熔点，所以更易出现过冷。 3，因两者分别是粗糙型（铁）和光滑型界面（硅），前者是外形均匀的等轴晶或枝晶，后者为规则多边形、有棱角的形状。

六，1，因浓度C、扩散系数D都不变，有，代入相应值得：

2，随温度升高，扩散速度加快；表面扩散最快，晶内扩散最慢。扩散系数D与温度T是指数关系，即该图是对数处理的结果；利用直线关系可求常数D和激活能Q。

七，1，主要形变机制是滑移和孪生；滑移产生的切变量是原子间距的整数倍，孪生产生的切变量是原子间距的一个分数；由此产生一系列其他方面的差异。

2，有明显加工硬化的是在低温（或高应变速率）下变形；出现硬功夫化、软化抗衡（动态回复）的是在中温（或中等应变速率）下变形；有一明显软化阶段（动态再结晶）的是在高温（或低应变速率）下变形。 3，含C、N间隙原子的低碳钢形变时，滑移启动时的后抗力较大（上屈服点），滑移进行时的抗力较小（下屈服点），在应力应变曲线上可明显看出。原因是间隙原子聚集在位错上（柯氏气团）钉扎了位错，出现上屈服点，位错一旦摆脱钉扎后便不受影响（对应下屈服点）。 八，1，要有一定的形变储存能，一定的温度。

2，再结晶只是一种组织变化，没有结构弯化，驱动力是形变储存能； 结晶是从非晶态的液相

气相或固态非晶体中形成晶体的过程；固态相变是固/固相的结构变化。 后两者的驱动力都是化学自由能差。

3，这是应变诱导晶界迁移机制；晶界两侧应变量不同，位错密度不同，形变储存能不同，千万高应变能的一侧被低应变能的一侧吃掉，形成新晶粒。

4，X是再结晶分数，t是时间，都是常数，主要是与形核率和长大速度有关，n主要和形核机制、地点和新相形状有关。以X-t的关系作图，曲线的形状是s或形状，50%转变量时转变速度最快。对数处理可得一条直线；处理成直线可通过测不同时间的再结晶量求出k、n值，了解更多的微观信息。

九，随铝中含铜量提高，过饱和度加大，脱溶驱动力加大，析出速度加快，硬度值增加。时效温度越高，扩散速度加快，析出加快，但过饮和度减小，脱溶驱动力也减小，GP区或亚稳相可能不出现。时效强化主要靠GP区和相，因两者很细小弥散，有共格或半共格界面，强化效果好。

十，1，经高温加热及快速冷却的固溶处理得到过饮和单相组织，然后在一定温度和时间内时效到最高硬度

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