2017年南京大学3402材料科学与工程专业基础综合课程之材料科学基础考研复试核心题库
● 摘要
一、名词解释
1． 异质形核
【答案】异质形核是晶核在液态金属中依靠外来物质表面（型壁或杂质）或在温度不均匀处择优形成的形核方式。
2． 致密度
【答案】致密度是表示晶胞中原子所占的体积与晶胞体积的比值，是衡量原子排列紧密程度的参数，致密度越大，晶体中原子排列越紧密，晶体结构越致密。
二、简答题
3． 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
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。
第 2 页，共 33 页 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。
4． 在铁的晶体中固溶有碳原子和镍原子，问在同一温度下，碳原子和镍原子各以什么机制进行扩散，为什么？其中哪一种原子具有更大的扩散系数，为什么？
【答案】碳原子以间隙扩散机制进行扩散，因为Fe-C 合金为间隙固溶体，碳原子半径比较小，间隙扩散不会引起较大的点阵畸变。
镍原子以空位扩散机制进行扩散，因为Fe-Ni 合金为置换固溶体，镍原子比较大，难以通过间隙机制从一个间隙位置迁移到邻近的间隙位置，因为这种迁移将导致很大的点阵畸变。
碳原子具有更大的扩散系数。因为空位扩散激活能除了需要原子跳跃所需的内能外，还比间隙扩
散増加一项空位形成能。根据
散系数。
5． 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:当温所以碳原子具有更大的扩的扩散，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。
6 设在简单立方晶体中有一个位于滑移面ABCD 上的位错环abed , 其柏氏矢量b ．、所受切应力如图1所示，回答下列问题：
（1）指出位错环abed 中各段位错线的类型。
（2）画出位错环abed 移出晶体后晶体所产生的滑移量及所产生变形的方向。
图
【答案】（1）位错线ab 和位错线cd 的方向矢量都和其柏氏矢量b 垂直，故它们属于刃型位错；而位错线be 和位错线da 的方向矢量都和其柏氏矢量b 平行，故它们属于螺型位错。
（2）位错环abed 全部移出晶体后，晶体会产生宽度为一个柏氏矢量的滑移量，所产生变形的方向与切应力t 的方向一致，如图2所示。
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图2
7． 请画出金属单晶体的典型应力-应变曲线，并标明各阶段。铝（层错能约为
钢（层错能约为
区别？
【答案】（1）单晶体的应力-应变曲线如图所示，各阶段如图中标注所示。
和不锈哪一种材料的形变第III 阶段开始得更早？这两种材料滑移特征有什么
图
（2）第III 阶段是抛物线型硬化阶段，主要机制之一是在塞积群中的螺位错交滑移，塞积群前的应力集中得以释放，故使硬化率下降。可见，越容易交滑移的材料第III 阶段开始越早。
铝的层错能高，位错一般不能扩展，其螺位错容易交滑移；不锈钢层错能很低，位错通常都会扩展，不容易交滑移。比较来看，铝的形变第III 阶段开始得更早。
8． 画出A1-4.0%Cu合金在时效处理（≈130°C ）中硬度随处理时间变化的曲线，并解释原因。
【答案】（1）Cu-Al 合金在时效处理过程中硬度随时间的变化曲线示于图。
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