材料科学基础考研题目

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1、16 .简述金属固态扩散的条件。答：扩散要有驱动力一一热力学条件，化学势梯度、温度、应力、电场等。扩散原子与基体有固溶性一一前提条件；足够高温度一一动力学条件；足够长的时刻一一宏观迁移的动力学条件17 .何为成份过冷？它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何阻碍？答：成份过冷：在合金的凝固进程中，尽管实际温度散布必然，但由于液相中溶质散布发生了转变，改变了液相的凝固点，此刻过冷由成份转变与实际温度散布这两个因素一路决定，这种过冷称为成份过冷。成份过冷区的形成在液固界眼前沿产生了类似负温度梯度的区域，使液固界面变得不稳固。 当做份过冷区较窄时， 液固界面的不稳固程度较小，界面上偶然突出局部只能略微超前

2、生长，使固溶体的生长形态为不规那么胞状、伸长胞状或规那么胞状；当做份过冷区较宽时，液固界面的不稳固程度较大，界面上偶然突出局部较快超前生长，使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。因此成份过冷是造成固溶体合金在非平稳凝固时按胞状或树枝状生长的要紧缘故。18 .什么缘故间隙固溶体只能是有限固溶体，而置换固溶体可能是无穷固溶体？答：这是因为当溶质原子溶入溶剂后，会使溶剂产生点阵畸变，引发点阵畸变能增加，体系能量升高。间隙固溶 体中，溶质原子位于点阵的间隙中，产生的点阵畸变大，体系能量升高得多；随着溶质溶入量的增加，体系能量 升高到必然程度后，溶剂点阵就会变得不稳固，于是溶质原子便不能再继续溶解，因其

3、间隙固溶体只能是有限固溶体。而置换固溶体中，溶质原子位于溶剂点阵的阵点上，产生的点阵畸变较小； 溶质和溶剂原子尺寸不同越小,点阵畸变越小，固溶度就越大；假设是溶质与溶剂原子尺寸接近，同时晶体构造一样，电子浓度和电负性都有利 的情形下，就有可能形成无穷固溶体。19 .在液固相界眼前沿液体处于正温度梯度条件下，纯金属凝固时界面形貌如何？ 一样条件下，单相固溶体合金凝固的形貌又如何？分析缘故dT答：正的温度梯度指的是随着离开液一固界面的距离Z的增大，液相温度 T随之升高的情形，即 d 0。在这dZ种条件下，纯金属晶体的生长以接近平面状向前推移，这是由于温度梯度是正的， 当界面上偶然有凸起局部而伸入温

4、度较高的液体中时，它的生长速度就会减慢乃至停顿，周围局部的过冷度较凸起局部大，从而赶上来，使凸 起局部消失，这种进程使液一固界面维持稳固的平面形状。固溶体合金凝固时会产生成份过冷，在液体处于正的温度梯度下，相界眼前沿的成份过冷区呈现月牙形，其大小与很多因素有关。此刻，成份过冷区的特性与纯金属在负的温度梯度下的热过冷超级相似。能够按液固相界眼前沿过冷区的大小分三种情形讨论：当无成份过冷区或成份过冷区较小时，界面不可能显现较大的凸起，此刻平界面是稳固的，合金以平面状生长，形成平面晶。当做份过冷区稍大时，这时界面上凸起的尖部将取得必然的过冷度，从而增进了凸起进一步向液体深处生长，考虑到界面的力学平稳

5、关系，平界面变得不稳固，合金以胞状生长，形成胞状晶或胞状组织。当做份过冷区较大 时，平界面变得加倍不稳固，界面上的凸起将以较快速度向液体深处生长，形成一次轴，同时在一次轴的侧向形 成二次轴，以此类推，因此合金以树枝状生长，最终形成树枝晶。20 .纯金属晶体中要紧的点缺点类型是什么？试述它们可能产生的途径? 答：纯金属晶体中，点缺点的要紧类型是空位、间隙原子、空位对及空位与间隙原子对等。产生的途径：依托热振动使原子离开正常点阵位置而产生。 空位、 间隙原子或空位与间隙原子对都可由热激活而形成。 这种缺点受热的操纵，它的浓度依托于温度，随温度升高，其平稳态的浓度亦增高。冷加工时由于位错间有交互作用

6、。在 适当条件下，位错交互作用的结果能产生点缺点，如带割阶的位错运动会放出空位。辐照。高能粒子中子、粒子、高速电子轰击金属晶体时，点阵中的原子由于粒子轰击而离开原先位置，产生空位或间隙原子。21 . 简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并如何区分冷热加工？动态再结晶与静态再结晶后的组织构造的要紧区别是什么？答： 一次再结晶的驱动力是基体的弹性畸变能， 而二次再结晶的驱动力是来自界面能的降低。 再结晶温度是区分冷热加工的分界限。 动态再结晶后的组织构造尽管也是等轴晶粒， 但晶界呈锯齿状， 晶粒内还包括着被位错缠结所分割的亚晶粒， 这与静态再结晶后所产生的位错密度很低的晶粒不同， 故一样晶粒大小的

7、动态再结晶组织的强度和硬度要比静态再结晶的高。动态再结晶后的晶粒大小与流变应力成正比。另外，应变速度越低，形变温度越高，那么动态再结晶后的晶粒越大，越完整。22 . 纯金属凝固、单相固溶体正常凝固时，是不是会显现成份过冷？什么缘故？答：可不能，因为纯金属凝固时，液固界眼前沿没有溶质积聚，无边界层存在。可不能，单相固溶体正常凝固时的液相成份是均匀的，属于完全混合，没有边界层的存在，因此可不能产生成份过冷。1. 组织 ：指的是在外界因素、成份等条件必然的情形下，组成合金的不同成份、构造和性能的相的整体。2. 请说出常见的三种类型金属晶体构造的任一晶体构造的间隙种类、位置、多少及相对大小 ?答：见表

8、格总结3. 什么是间隙固溶体？形成条件？答： 当原子半径比拟小的非金属元素作为溶质溶入金属或化合物的溶剂中时， 这些小的溶质原子不占有溶剂点阵中的阵点位置，而是位于间隙位置，形成间隙固溶体。条件：溶剂：大多数是过渡族元素；溶质：一样是原子半径小于的非金属元素，如碳、氮、氧、氢、硼等。保证 R 41% 电负性相差不大。4. 间隙化合物构造有何特点？常见的类型有哪些？答： R 30% 41% ;电负性相差较大；间隙化合物具有复杂的晶体构造，常见类型：M 3c型，Fe3C ;M 7c3型；M 23C6型；M 6c型5. 晶内偏析和正常偏析的形成缘故？冷却速度对它们有何阻碍？答：晶内偏析为显微偏析的一

9、种，它是在固溶体合金凝固速度较快时，由于原子扩散不充分，使晶粒的开场形成局部和最后形成局部的化学成份不一致， 从而在一个晶粒内部显现了成份不均匀的现象。 晶内偏析与合金的冷却速度有关，冷却速度越快，原子扩散越难，晶内偏析越严峻。可是，假设将合金以专门快的速度冷却，直接过冷到固相线以下，反而可不能产生晶内偏析，结晶出成份均匀的固溶体。正常偏析为宏观偏析的一种，它是由于合金不平稳结晶时， 液固相界眼前沿液体中的原子混合不充分， 在相界眼前沿产生了原子的再散布， 形成了原子富集峰。合金凝固速度越快，液体原子混合越差，原子富集峰那么越高，凝固以后在整个合金的范围内显现成份不均匀的现象。由于溶质原子浓度

10、随合金试棒长度方向的散布符合正常凝固方程，因此将这种偏析称为正常偏析。冷却速度对正常偏析的阻碍，冷却速度越快，液体原子混合越差，形成的原子富集峰越高。由于两相在相界面处的局部平稳，使界面固相浓度也升高，凝固以后的合金浓度偏离原始合金浓度的程度反而越小，正常偏析减小。6 .间隙相是由金属元素与非金属元素 在负电性相差较大 时，且原子半径比 小于时形成的中间相，它的晶体构造 比拟简单，并与两组元的晶体构造 不同，尽管它的脆性大，但由于具有很高的 硬度和熔点，是合金工具钢中 的要紧强化相。7 .冷变形金属经回答以后，力学性能和物理性能的转变主假设是内应力和电阻下降。加热时发生的再结晶的驱动力是贮存能

11、，它的形核要紧机制是 凸出形核、亚晶归并形核、亚晶界迁移形核三种，再结晶以后，力学性能的转变是强度、硬度下降和塑性、韧性提高。8 .说明单相固溶体的加工硬化的强化机制。答：加工硬化是指固溶体合金随着冷塑性变形量的增加，强度和硬度升高的现象。加工硬化是由于位错的不断增殖和位错之间和位错与晶界之间的交互作用致使位错的滑移受阻所致。在外力作用下，当外力分解到滑移面及滑移方向上的分切应力抵达临界分切应力时，固溶体中的各类位错增殖源不断陆续开动，增殖出大量位错，使位错密度迅速增加。由于位错密度的增加，位错之间会发生交割而产生大量的割阶和扭折，割阶往往会阻碍位错的滑移。位错之间还会发生反映，生成许多固定位

12、错，这些固定位错不仅自身难以运动，同时作为障碍也会阻碍 其他位错的运动。9 .什么缘故凝固进程中会显现边界层？答：依照相图，固相从液相中结晶时，成份与液相不同，因此在结晶进程中不断排除溶质原子，致使在液一固界面液相侧溶质原子积聚。此刻原子的运动线路是固相一界面一液相。开场时，固相中排除的原子比从界面层向液相排出的原子多，致使界面层上溶质原子浓度升高， 此刻称为初瞬态。当溶质原子在界面层上的浓度高达必然程 度时，抵达动态平稳，即从固相到界面与从界面到液相中的原子流量一样，此刻在液固相间形成了必然溶质原子浓度高于液相的过渡层，称为边界层。10 .别离表达平稳分派系数和有效分派系数的物理意义。 Cc

13、 答：平稳分派系数是指在平稳凝固时固相与液相中溶质浓度之比，即 k0；有效分派系数是指在非平稳凝Cl固时，当边界层成立后，边界固相侧溶质浓度和边界之外的液相中的溶质浓度之比。11 .试比拟单晶铜和多晶铜的塑性变形特点。答：单晶铜塑性变形能力呈各向异性，而多晶铜呈各向同性。单晶铜的应力应变水平低于多晶铜，因此单晶 铜易滑移，多晶铜滑移困难。单晶铜滑移时，第一是由一组滑移系启动，而多晶铜滑移时，是多个晶粒、多个 滑移系协同作用，因此单晶铜滑移有三个时期，而多晶铜不显现第一时期。12 .何谓上坡扩散？其产生条件是什么？答：溶质原子自低浓度处向高浓度处迁移的现象，称为上坡扩散。从热力学角度来看，扩散是

14、由于化学势的不同 而引发的，各组元的原子老是由高化学势区向低化学势区扩散，扩散的真正驱动力不是浓度梯度而是化学势梯度。13 .画出Frank_Read源位错增殖进程示用意。14 .扩展位错：由一个全位错分解成两个不全位错，中间夹着一片堆垛层错区的整个位错组态称为扩展位错15 .冷加工纤维组织：金属冷塑性变形时，随着变形量的增大，等轴晶粒沿变形方向被拉长，塑性夹杂物也沿变 形方向被拉长，脆性夹杂物沿变形方向被碎化并呈点链状散布，这种组织称为冷加工纤维组织。16 .比拟间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点。答：合金相R电负性差相的种类一样点间隙化合物30%41%较大化合物都是小的非金属间隙相41

15、%较大化合物原子溶解到大的间隙固溶体41%不大固溶体过渡族金属17 .说明阻碍冷塑性变形金属再结晶的要紧因素及其对再结晶速度的阻碍。答：温度：温度升高，再结晶速度快；变形程度：冷变形程度大，贮存的能量多，再结晶速度快；原始晶粒尺寸：晶粒越小，能量越高，易形核，再结晶速度快；微量溶质原子：微量溶质原子阻碍再结晶；分散相粒子：大粒子增进再结晶，小粒子阻碍再结晶。18 .简述晶界的特性。答：晶界处点阵畸变大，存在着晶界能。因此晶粒长大和晶界的平直化都能减少晶界面积，从而降低晶界的总 能量，这是一个自发的进程。晶界处原子排列不规那么，因此在常温下晶界的存在会对位错的运动起到阻碍作用，致使塑性变形抗力提

16、高， 宏观表现为晶界较晶内有较高的强度和硬度。晶界处原子偏离平稳位置，具有较高的动能，而且晶界处存在较多的缺点，如空穴、杂质原子和位错等，故晶 界处的原子扩散速度比在晶内快的多。在固态相变进程中，由于晶界能量较高且原子活动能力较大，因此新相易于在晶界处优先形核。由于成份偏析和内吸附现象，专门是晶界富集杂质原子情形下，往往晶界熔点较低，故在加热进程中，因温度 太高将引发“过热现象。由于晶界能量较高，原子处于不稳固状态，和晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相较，晶界的侵蚀速度一样较快。19 . 滑移和孪生的比拟。答：一样点a宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形。b微观上，都是晶体塑性变形的全然形式，

17、是晶体的一局部沿必然的晶面和晶向相对另一局部的移动进程。不同点 a. 晶体滑移不改变晶体的位向， 孪生改变了晶体位向。 b. 滑移是全位错运动的结果，孪生是不全位错运动的结果。c.滑移是不均匀切变进程，挛生是均匀切变进程。d.滑移比拟缓慢，应力应变曲线较滑腻、持续，孪生那么成锯齿状。 e. 二者发生的条件不同，孪生所需要的临界分切应力值远大于滑移，因此只有在滑移受阻的情形下晶体才以孪生形式变形。 f. 滑移产生的切变较大，而孪生的切变较小。20 . 什么缘故金属材料经热加工后的机械性能优于铸造状态。答：热加工可不能使金属材料发生加工硬化，但能排除铸造中的某些缺点，如将气孔、疏松焊合；改善夹杂物和脆性物的形状，大小及散布；局部排除某些偏析；将粗大柱状晶、树枝晶变成细小、均匀的等轴晶粒，其结果使材料的致密度和力学性能有所提高，因此金属材料经热加工后的机械性能优于铸造状态。21 . 什么缘故多晶体金属表现为各向同性？答： 尽管多晶体中各晶粒表现为各向异性， 但由于多晶体是由许多晶粒组成， 各晶粒在空间的位向排列不规那么，致使整个多晶体表现出各向同性。