2017年西北工业大学航空学院832材料科学基础之材料科学基础考研仿真模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 说说你对材料的成分、组织、工艺与性能之间关系的理解。
【答案】材料的成分、组织、工艺与性能之间的关系非常紧密，互相影响。材料的性能与它们的化学成分和组织结构密切相关，材料的力学性能往往对结构十分敏感，结构的任何微小变化，都会使性能发生明显变化。
如钢中存在的碳原子对钢的性能起着关键作用，许多金属材料中一些极微量的合金元素也足以严重影响其性能。然而由同一元素碳构成的不同材料如石墨和金刚石，也有着不同的性能，有些高分子的化学成分完全相同而性能却大不一样，其原因是它们有着不同的内部结构。
材料的内部结构可分为不同层次，包括原子结构、原子的排列方式，以及显微组织和结构缺陷。如果同样的晶体材料，它的晶粒或是“相”的形态和分布改变，就可以大大地改善它的性能。无论是金属、陶瓷、半导体、高分子还是复合材料，它们的发展都与成分和结构密切相关。只有理解和控制材料的结构，才能得到人们所要求的材料性能。
而材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状，而且是控制材料成分和结构的必要手段。如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能，冷乳硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。有时候可以说没有一种合成加工上的新的突破，就没有某一种新材料。如有了快速冷却的加工方法，才有了非晶态的金属合金。
2． 影响晶态固体中原子扩散的因素有哪些？并加以简单说明。
【答案】影响晶态固体中原子扩散的因素主要有：
（1）温度。温度升高，扩散原子获得能量超越势垒几率增大且空位浓度增大，有利扩散，对固体中扩散型相变、晶粒长大，扩散速率越快。
（2）晶体缺陷。晶体通过短路扩散即原子沿点、线、面缺陷扩散速率比沿晶内体扩散速率大，而
沿面缺陷的扩散（界面、晶界）原子规则排列受破坏，产生畸变，能量高，所需扩散激活能最低。
低温下明显，高温下空位浓度多，晶界扩散被晶内扩散掩盖晶粒尺寸小，晶界多，扩散系数明显增加。
（3）晶体结构的影响。同素异晶转变的金属中，扩散系数随晶体结构改变，例
如
致密度低，且易形成空位。
（4）固溶体类型。间隙原子扩散激活能小于置换式原子扩散激活能，缺位式固溶体中缺位数多，扩散易进行。
（5）扩散元素性质。扩散原子与溶剂金属差别越大，扩散系数越大，差别指原子半径、熔点、固
溶度等。
（6）扩散元素浓度。溶质扩散系数随浓度增加而增大相图成分与扩散系数的关系，溶质元素使合金熔点降低，扩散系数增加；反之，扩散系数降低。
（7）第三元素（或杂质）影响复杂。如碳在丫-Fe 中扩散系数跟碳与合金元素亲和力有关。形成碳化物元素，如W 、Mo 、Cr 等，降低碳的扩散系数；形成不稳定碳化物，如Mn 对碳的扩散影响不大；不形成碳化物元素，影响不一，如Co 、Ni 可提高C 的扩散，而Si 则降低碳的扩散。
3． 立方形晶体中的位错环ABCDA 如图所示。AB 段和CD 段平行于Z 轴，AD 段和BC 段平行于X 轴，位错环的柏氏矢量b 平行于Y 轴，AD=d。刃位错的应力场如下
和螺位错的应力场公式
（1）指出各段位错线是什么性质的位错（如为螺位错，指出其是左旋或右旋；如为刃位错，指出其半原子面）。
（2）AB 段对CD 段单位长度的作用力是多大，在什么方向？
（3）在外应力作用下，单位长度各段位错所受的力各是多大，在什么方向？
图
【答案】（1）AB 、BC 、CD 、DA 段均为刃位错，位错环外的平面为半原子面。
（2）
（3）AB 段： 一y 方向。
BC 段：不受力。
CD 段：y 方向。
DA 段：不受力。
4． 有一铝单晶体的试样表面为（100），如该晶体的各个滑移系都可以进行滑移，则在试样表面可能看到的滑移线形貌（即滑移线的取向和它们之间的夹角）是什么？
【答案】铝是面心立方晶体，它的滑移系是{111}<110>, 共有12个具体的滑移系。现在，铝单晶体试样表面为（100）。当发生塑性变形时，晶体表面所产生的滑移线应该是既位于各个{111}面上，又位于（100）面上，即位于（111）、
线在（100）面呈现互相平行或者互相垂直的组态。
5． 何谓正偏析与负偏析？
【答案】（1）正偏析：当溶质的分配系数
（2）的合金凝固时，部分溶质被排挤到凝固界面附近的液相中，以后再凝固出的固相中溶质浓度就随之升高，这种偏析称为正偏析。 的合金凝固时，在凝固过程中外层的一定范围内溶质浓度由外向内逐步降低，这种偏析称为负偏析。
6． 萤石属立方晶系，其结构如图1所示，钙正离子位于立方晶胞的角顶和面的中心，形成面心立方结构，而氟负离子填充在全部的（8个）四面体间隙中。请画出萤石晶体的结构基元和空间点阵。
四个滑移面与（100）面的交线上，
应该是和[011]，而这两个方向又互相垂直，同向的滑移线又互相平行。因此，可以看到的这些滑移
图
【答案】由题意知，钙正离子位于立方晶胞的角顶和面的中心，而氟负离子填充在全部的（8个）四面体间隙中，则结构基元和空间点阵如图2所示。