2017年长春理工大学材料科学与工程学院材料科学基础复试仿真模拟三套题
● 摘要
一、名词解释
1． 再结晶
【答案】再结晶是指形变金属在一定的加热条件下，通过新的可移动大角度晶界的形成及随后移动，从而形成无应变新晶粒组织的过程。
2． 空间点阵
【答案】为了便于分析研宄晶体中质点的排列规律性，可将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简化，将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何质点，称之为阵点。这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵。
二、简答题
3． 晶体的微观对称元素有平移轴、螺旋轴和滑移面三类，请问轴滑动面a 具体表示什么对称操作？
【答案】轴滑动面a 表示沿a 轴方向平移对应轴一半a/2，后又反演而得到重复的滑移机制。
4． 什么是金属的加工硬化现象？
【答案】金属材料在塑性变形过程中，所施加的流变应力随应变量的增大而不断增大的现象，称为加工硬化。或金属材料经冷塑性变形后，其强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象，称为加工硬化。
5． 为什么纯金属的平衡结晶是在恒温下进行，而二元合金是在变温下进行？
【答案】根据相率/=c-p+l，/为系统的自由度数，最小值为零。c 为组元数，p 为相数。对于纯金属c=l，
结晶时p=2，/=0，所以温度不能变。而对于二元合金c=2，结晶时p=2，f=1，自由度数为1，说明成分一定时，温度可以改变。
6． 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。
7． 何谓电子磁矩、原子磁矩及物质固有磁矩? 物质的磁性与原子核外电子的填充情况有何关系？
【答案】（1）电子磁矩是指电子绕核运动的轨道磁矩和电子自旋产生的自旋磁矩；
原子磁矩是指电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成的总磁矩；
物质固有磁矩是指无外磁场作用时所有原子磁矩之和。
（2）原子中的电子壳层全部填满的物质为抗磁体；原子中有未填满的电子壳层的物质为顺磁体或铁磁体。
8． 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。
三、计算题
9． 对于相图：
（1）写出该相图中所有三相平衡转变的反应式，并注明反应温度与各相成分。 （2）画出1148°C 时吉布斯自由能-成分（G-C%）曲线。
（3）计算碳含量为1.2%的碳钢室温下各组织组成物比例，并画出其室温下组织示意图。
【答案】（1）冷却时在1495°C 发生包晶转变：
冷却时在1148°C 发生共析转变：
冷却时在727°C 发生共析转变：
（2）如图1所示。
图1
（3）由组成，组成物比例分别为：
所求组织组织示意图如图2所示。
图2
10．已知材料凝固时为均匀形核，其单位体积吉布斯自由能为由能变化为
（1）临界晶核变长
（2）临界形核功
单位面积面能为体系总自假设形成的晶胚为边长为a 的立方体。求：
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