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一、名词解释

1． 共价健

【答案】共价健是指由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键，具有饱和性和方向性。

2． 科垂尔气团（CottrellAtmosphere ）

【答案】科垂尔气团是溶质原子在刃型位错周围的聚集的现象，这种气团可以阻碍位错运动，产生固溶强化效应等结果。

3． 反应扩散

【答案】反应扩散是通过扩散而形成新相的过程。即在固态扩散的过程中，如果渗入元素在金属中溶解度有限，随着扩散原子增多，当渗入原子的浓度超过饱和溶解度时则形成不同于原相的固溶体或中间相，从而使金属表层分为出现新相和不出现新相的两层的过程。

4． 非均匀形核

【答案】新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附与液相中杂质或外来表面形核。与均匀形核相比，它需要的形核功和过冷度都较小。

5． 金属键

【答案】金属键是金属正离子与自由电子之间的相互作用所构成的金属原子间的结合力。

二、简答题

6． 请说明什么是全位错和不全位错，并请写出FCC 、BCC 和HCP 晶体中的最短单位位错的柏氏矢量。

【答案】全位错是指柏氏矢量等于点阵矢量的整数倍。

不全位错是指柏氏矢量不等于点阵矢量的整数倍。

7． 何为金属材料的加工硬化？如何解决加工硬化给后续加工带来的困难？

【答案】金属材料在塑性变形过程中，随着变形量的增加，强度和硬度不断上升，而塑性和韧性不断下降，这一现象称为“加工硬化”。该现象的原因是由于外力増加使得位错不断増殖，位错之间相互交结、反应使得位错的运动变得困难。该现象可以用再结晶退火处理消除加工硬化对后续加工带来的困难。

8． 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

9． 简述位错、位错线和柏氏矢量（6）的概念，并论述柏氏矢量和位错线的相对关系。

【答案】（1）位错是晶体材料的一种内部微观缺陷，指原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。从几何角度看，位错属于一种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。

位错线是指晶体或晶格内滑移面上已滑动区的边界线称。位错线的形成和发展可用FrankRead 源的原理解释：当应力超过临界剪应力时，位错线扩张，形成内外两部分，外部位错逐渐扩大，内部位错线恢复原状，在外力作用下，不断产生新位错环，因而得到很大的滑移量。

柏氏矢量是描述位错实质的重要物理量，反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。通常将柏氏矢量称为位错强度，位错的许多性质如位错的能量、所受的力、应力场、位错反应等均与其有关。它也表示出晶体滑移时原子移动的大小和方向。

（2）柏氏矢量和位错线的相对关系：

①一条位错线具有唯一的柏氏矢量。它与柏氏回路的大小和回路在位错线上的位置无关，位错在晶体中运动或改变方向时，其柏氏矢量不变；

②根据柏氏矢量与位错线的关系可以确定位错的类型。当桕氏矢量垂直于位错线时是刃位错；当柏氏矢量平行于位错线时是螺位错；当柏氏矢量与位错线成任意角度时是混合位错。

10．谈谈你所了解的新材料、新工艺。

【答案】材料的种类繁多，把那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料称之为传统材料或基础材料。而把那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料称之为先进材料或新材料。

传统材料通过采用新技术、提高性能可以成为新材料，新材料经过长期生产和应用之后也就成为传统材料。目前新材料往往与新的加工技术联系在一起，如通过一种快速冷却或机械合金化等加工方法，可以制备非晶态的金属合金，而在这之前人们不知道金属还可以做成非晶态；其他如喷射沉积技术、半固态加工技术、净形薄带连续铸造技术等都是新的加工技术。

其中铝合金制备新技术有：热顶铸造、气隙铸造及电磁铸造技术，铝合金电磁铸轧技术，大型铝合金型材挤压技术，特宽铝合金中厚板轧制技术，半固态金属成形技术，铝合金显微组织结构预测及性能控制技术。

11．论述冷变形后材料的组织和性能特点。

【答案】与未变形的材料相比，冷变形材料的晶粒形态的改变，被压扁、拉长，形成纤维组织和带状组织。晶粒内出现大量的滑移带，进行孪生变形的金属还出现孪晶带。晶粒转动，产生形变带，出现晶粒择优取向（织构）。产生内应力，出现加工硬化效应。物理和力学性能变化显著，如强度和硬度升高、电阻率升高、塑性和韧性下降等。

12．写出fcc 、bcc 和hep 晶胞中的四面体、八面体间隙数，致密度和原子配位数。

【答案】（1）间隙数。：foe 晶胞有4个八面体间隙，8个四面体间隙；bee 晶胞有6个八面体间隙，12个四面体间隙；hep 晶胞有6个八面体间隙，12个四面体间隙；

（2）配位数。Bee :最近邻8个，考虑次近邻为（8+6）个；fee :最近邻12个；hep :理想状态12个，非理想状态（6+6）个。

（3）致密度。fee :0.74；bee :0.68；hep :0.74。

13．什么是晶体缺陷？按照晶体缺陷的几何组态，晶体缺陷可分为哪几类？

【答案】（1）在理想完整晶体中，原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。但在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其他条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域。这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体缺陷，它破坏了晶体的对称性。晶体缺陷有的是在晶体生长过程中，由于温度、压力、介质组分浓度等变化而引起的；有的则是在晶体形成后，由于质点的热运动或受应力作用而产生。它们可以在晶格内迁移，以至消失；同时又可有新的缺陷产生。

（2）按照晶体缺陷的几何组态，晶体缺陷可分为：

①点缺陷，只涉及到大约一个原子大小范围的晶格缺陷，包括：晶格位置上缺失正常应有的质点而造成的空位；由于额外的质点充填晶格空隙而产生的填隙；由杂质成分的质点替代了晶格中固有成分质点的位置而引起的替位等。在类质同象混晶中替位是一种普遍存在的晶格缺陷。