2017年桂林电子科技大学材料科学与工程学院909材料科学基础(B)[专业硕士]考研仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 为什么固溶体凝过程中，在正的温度条件下可以呈现树枝状长大，而纯金属却不能？如果其他条件不变，当温度梯度逐渐增大时，该固溶体的长大方式将有什么样的变化？
【答案】（1）因为纯金属凝固时，结晶前沿的液体具有正的温度梯度，无成分过冷区，故柱状晶前沿大致呈平面状生长。对于固溶体来说，当柱状晶前沿液相中具有较大成分过冷区时，柱状晶便以树枝状方式生长。
（2）当温度梯度较小时，固溶体产生较大的成分过冷，过冷度较大，以树枝状方式长大；随着温度梯度増大，固溶体产生的成分过冷减小，过冷度较小，以胞状晶方式长大；当温度梯度很大时，固溶体产生的成分过冷很小，过冷度也很小，以平面状方式长大。
2． 如何区分金属的热变形和冷变形？
【答案】根据变形温度与再结晶温度的高低关系来区分。高于再结晶温度的为热变形，反之为冷变形。
3． 分别论述金属材料、陶瓷材料和高分子材料的优缺点。
【答案】（1）金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。
纯金属一般具有良好的塑性，但很难满足工程技术多方面的需要，因此金属材料常以合金的形式适用。常用金属材料有：钢、铸铁、错、铜等。
金属材料的优点：①较好的机械性能，易加工成型。金属材料具有较好的机械性能，在强度、塑性、硬度、軔性即疲劳强度等综合性能较好，常用于各种机械零件；②导电性强，导热性好。金属一般都是电、热的良导体，所以工业上常用铜、铝及其合金作为导电材料；一些散热器和热交换器的零件也常用铜铝等制造；③金属储量大，品种多，有多种特异性质，如良好的延展性、磁性、高熔点、高密度等。
金属材料的缺点：①化学稳定性差，易腐蚀；②生产过程能耗大，成本高；③比重大，不易运输。
（2）陶瓷是由粉末原料成型后在高温作用下硬化而成的制品，是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。陶瓷的组织结构非常复杂，各个相组成、结构、数量、几何形状及分布状况都能影响陶瓷的性能。结合键主要是金属键和共价键，大多数是两者的混合键。
陶瓷的优缺点：陶瓷具有优良的物理、化学性能，可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。功能陶瓷由于具有压电、铁电、声光、电磁、生物化学的功能而得到广泛应有，结构陶瓷则由于具有很高的熔点和强度，而且化学稳定性好，因而被用于结构材料，特别是高温结构材料。然而，陶瓷的
塑性变形能力差，易发生脆性破坏；同时加工性能差，不易加工。
（3）高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。
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，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。 高分子材料的优点：①质轻，密度低。如大多塑料密度在之间，平均为
约为钢的1/5; ②力学性能好。常温下大部分有机高分子材料的韧性良好，其中有许多强度较高，有些变形能力很强，使其在工程的某些部位可取代脆性很强的材料；③导热系数小。如泡沫塑料的导热系数只有0.02〜0.046W/（m*K）, 约为金属的1/1500，混凝土的1/40, 砖的1/20，是理想的绝热材料；④化学稳定性和耐水性、耐腐蚀性好。一般塑料对酸、碱、盐及油脂均有较好的耐腐蚀能力。其中最为稳定的聚四氟乙烯，仅能与熔融的碱金属反应，与其他化学物品均不起作用；⑤优良的加工性能和功能的可设计性强；⑥一般的高分子材料电绝缘性好。
高分子材料的缺点：①易老化。塑料、橡胶、有机涂料和有机胶黏剂都会出现易老化，如失去弹性、出现裂纹、变硬、变脆或变软、发动等，失去原有的使用功能的现象；②可燃性及毒性。高分子材料一般属于可燃的材料，部分高分子材料燃烧时发烟，产生有毒气体，其防火性比无机材料差；③耐热性差。高分子材料的耐热性能普遍较差，如使用温度偏高会促进其老化，甚至分解；塑料受热会发生变形，在使用中要注意其使用温度的限制。
4 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。
图2
5． 均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径，非均匀形核的临界形核功也等于三分之一表面能，为什么非均匀形核比均匀形核容易？
【答案】因为非均匀形核时，用杂质或型腔充当了一部分晶核。也就是说，需要调动的原子数少。
6． 高度冷轧的铝板在高温退火后会形成完善的{001}<100>织构（立方织构）。如果将这种铝板深冲成杯，会产生几个制耳？在何位置？
【答案】画出铝板的{001}正极图，如图1所示，其中极图边缘有4个阴影区，表示晶粒{001}分布较集中的区域。
在深冲时，铝板受力如图2所示。边缘受到同样大小的拉应力。
图1 退火铝板的{001}极图
图2 冲压时的受力图
平行于<100>方向拉伸时，分别有8个滑移系统同时启动，且其取向因子相同，皆有
方向出现四个制耳；同时，在
拉伸时，分别有4个滑移系统启动，且其取向因子相同，也有
7． 液态金属在结晶时如何细化晶粒？
【答案】常用的方法有：
故在方向故可能产生4个小制耳。