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一、名词解释

1． 相图中的自由度

【答案】相图中的自由度是指在相平衡系统中，在一定范围内可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变量。

2． 扩展位错

【答案】一个全位错分解为2个Shockley 不全位错，这样的2个Shockley 位错一起被称为扩展位错。

二、简答题

3． 画出下述物质的一个晶胞：

金刚石 NaCl 闪锌矿 纤锌矿 石墨

【答案】金刚石、NaCl 、闪锌矿、纤锌矿、石墨的晶胞分别如图所示。

图

a ）金刚石；b ）NaCl ；c ）闪锌矿（立方ZnS ）；d ）纤锌矿（六方ZnS ）；e ）石墨

4． 某刊物发表的论文中有这样的论述：“正方点阵

【答案】

方（四方）点阵中，（410）晶面和（411）晶面的衍射峰突出，因此晶体生长沿<410>和<411>晶向生长较快”。指出其错误所在。 的关系，只有立方点阵中才成立，不能推广到其他点阵。在题目所给的正只是特例，不垂直于（411）才是一般情况。即使对于立方晶系来说. （410）晶面和（411）晶面的衍射峰突出，只能说明多晶体中发生（410）晶面和（411）晶面的择优取向。按Wullf 定理，这与晶体生长沿<410>和<411>晶向生长较快并无因果关系。

5． 纯铁在950°C渗碳，表面浓度达到0.9%C，缓慢冷却后，重新加热到800°C继续渗碳，试列出：（1）达到800°C 时，工件表面到心部的组织分布区域示意图；（2）在800°C 长时间渗碳后（碳气氛为1.5%C）, 工件表面到心部的组织分布区域示意图，并解释组织形成的原因；（3）在800°C 长时间渗碳后缓慢冷却至室温的组织分布区域示意图。[武汉科技大学2009研]

【答案】（1）工件表面到心部的组织分布区域如图1所示。

（2）工件表面到心部的组织分布区域如图2所示:。

图1 图2

800°C 时奥氏体的最大溶解度为0.9%C，表面渗碳体的形成：由于渗碳气氛为1.5%C, 大大超过奥氏

体的溶解度，因此表面将形成渗碳体。原有的奥氏体区在扩散中扩大，原有的二相区将完全消失。这是因为随扩散进行，奥氏体/铁素体边界奥氏体的碳浓度将增加，超过0.4%C不再与铁素体保持平衡。奥氏体中的碳将向铁素体扩散，当铁素体的碳浓度达到0.4%C后及转变为奥氏体。 （3）室温的组织分布区域如图3所示。

图3

6． 解释常用的扩散机制。有两种激活能分别为

温度从25°C 升高到600°C 时对这两种扩散的影响，并对结果作出评述。

【答案】常用的扩散机制有空位机制和间隙机制。两种激活能分别

为

的扩散在温度从25°C 升高到600°C 时，由

度从298K 提高到873K 时，扩散速率D 分别提高

和得:当温的扩散，观察在倍，显示出温度对扩散速率的重要影响。激活能越大，扩散速率对温度的敏感性越大。

7． 纯金属中溶入另一组元后（假设不会产生新相）会带来哪些微观结构上的变化？这些变化如何引起性能上的变化？

【答案】（1）微观结构上的变化：

①引起点阵畸变，点阵常数会改变；

②会产生局部偏聚或有序，甚至出现超结构。

（2）性能上的变化：

①因固溶强化使强度提高，塑性降低；

②电阻一般増大。

8． 简述时效（强化）处理的工艺路线及原理。

【答案】经高温加热及快速冷却的固溶处理得到过饱和单相组织，然后在一定温度和时间内时效到最高硬度/强度，得到弥散、共格析出的强化相。

三、计算题

9． 固态相变中形成一个含n 个原子的晶核时，其体系的自由焓变化为

式中，是形成单位体积晶核时的体积自由焓变化； 是表面能；是应变能；系数a 、b 的数值由晶核的形状决定。

（1）试求晶核为球形时，a 和b 的值。

（2）若均为常数，请推导球状晶核的临界形核功

【答案】（1）设球状晶核的体积为含有n 个原子，每个原子的体积为V , 则

（2）

则临界晶核中的原子数为

代入题中原公式，得

又