2017年四川大学材料科学基础考研复试核心题库
● 摘要
一、名词解释
1． 扩展位错
【答案】一个全位错分解为2个Shockley 不全位错，这样的2个Shockley 位错一起被称为扩展位错。
2． 配位数
【答案】配位数是指晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数目。
二、简答题
3． 简述回复再结晶退火时材料组织和性能变化的规律；为何实际生产中常需要再结晶退火？
【答案】（1）回复再结晶时材料组织变化：该退火过程主要分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。在回复阶段，由于发生大角度晶界迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状，从光学组织上几乎看不出变化。在再结晶阶段，首先是在畸变度大的趋于产生新的无畸变晶粒核心，然后逐渐消耗周围的变形机体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。最后，在表面晶界能的驱动下，新的晶粒互相吞食长大，从而得到在该条件下一个比较稳定的尺寸。
（2）回复再结晶时材料性能变化：在回复阶段，由于金属仍保持很高的位错密度，所以强度和硬度变化很小，但是再结晶后，位错密度显著降低，从而导致强度与硬度明显下降；回复阶段，由于晶体点阵中点缺陷的存在，使电阻明显下降，电阻率明显提高；回复阶段，大部分或全部的宏观内应力可以消除，而微观内应力则只有通过再结晶方可全部消除；回复前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其接近再结晶时，亚晶粒尺寸就显著增大；变形金属的密度在再结晶阶段发生急剧増高。
4． 解释弹性形变、滞弹性和弹性变形能。
【答案】（1）当外力撤消后，物体能完全恢复到原来的形状，就称这样的物体为弹性体，物体相应的形变为弹性形变，如弹簧的形变等。如果作用在物体上的外力很大，引起物体的形变也很大，那么除掉外力后物体就不能完全恢复到原样，这种特性称之为物体的塑性。
（2）在弹性范围内，应变落后于应力的现象称为滞弹性。它是相对于弹性现象而言的，如果受载物体上的应力与应变同步，两者据有单值函数关系且服从胡克定律，这样的物体称为理想线弹性体。滞弹性体的弹性模量不再为常数，弹性模量分为动弹性模量和静弹性模量两部分，把这两者的相对差值称为模量亏损。由于滞弹性的存在，会产生内耗（在机械振动过程中由于滞弹性造成的震动能量的损耗，机械能散发为热能的现象。）滞弹性很大的金属材料是极少数，多数材料的滞弹性很小。
（3）固体受外功作用而变形，在变形过程中，外力所作的功转变为储存于固体内的能量，固体在外力作用下，变形能有弹性变形因变形而储存能量称为变形能或应变能。能与塑性变形能。当外力逐渐减小，变形逐渐减小，固体会释放出部分能量而作功，这部分能量为弹性变形能。
5． 何为上坡扩散？形成上坡扩散的热力学条件是什么？
【答案】物质从低浓度区向高浓度区扩散，扩散的结果提高了浓度梯度。例如铝铜合金时效早期形成的富铜偏聚区，以及某些合金固溶体的调幅分解形成的溶质原子富集区等，这种扩散称为“上坡扩散”。上坡扩散的真正驱动力是化学位梯度，而非浓度梯度，虽然扩散导致浓度梯度上升，但化学位梯度却是下降的。据此，形成上坡扩散的热力学条件是
6． 以低碳钢的拉伸曲线为例，运用位错理论说明屈服现象及加工硬化现象。
【答案】低碳钢的屈服是由于低碳钢中的碳是间隙原子，它与铁素体中的位错交互作用形成溶质原子气团，即所谓的柯氏气团。该气团对位错有钉扎作用，只有在较大的应力作用下，位错才能脱离溶质原子的钉扎，表现为应力-应变曲线上的上屈服点。而一旦位错脱钉，继续滑移，就不需要那么大应力了，表现为应力-应变曲线上的下屈服点和水平台阶。当继续变形时，由于位错数量的大大増加，导致应力又出现升高的现象，称为加工硬化现象。这是由于冷变形金属在塑性变形过程中形成大量位错，这些位错部分成为不可动位错，从而导致其对可动位错的阻力增大，引起材料继续变形困难，形成加工硬化或形变强化。
7． 在晶体的宏观对称性中，包含哪8种最基本的对称元素？
【答案】晶体的宏观对称性中，只有以下8种最基本的对称元素，即回转对称轴
：
对称中心：i ；对称面：m ；回转一反演轴：
8． 写出立方晶系中<110>和<123>晶向族所包含的所有晶向。 【答案】共6个晶向。
共24个晶向。
三、计算题
9． 证明，对于任何对称张量
【答案】设矩阵元为
下式恒成立： 则，
又因为是对称张量，所以对于任意i , j=l, …，n , 都有故原式成立。
10．在晶格常数为a 的体心立方单晶体的[123]方向进行压缩变形，已知其屈服强度为
（1）写出晶体的始滑移系及其可能的交滑移系。
（2）计算晶体开始滑移的临界分切应力
动的方向。
（4）若该压缩试样的一个自由表面为
力
施密特因子写出该面上滑移线的方向。 根据作用在滑移系上的分切应
最大的滑移系为始滑移系。也可以使用立方晶系的标准投【答案】（1）体心立方晶体共有12个可能的滑移系影图进行判断。结果如下：始滑移系为 （3）分别写出屈服时晶体中所开动的刃位错和螺位错的位错线方向及柏氏矢量，以及它们滑移运 可能的交滑移系为:始滑移系可能的交滑移系是所有12个滑移系中与始滑移系有相同滑移方向但不同滑移面的那些滑移系，由此可以得出如下结果：
（2）
（3）晶体的滑移实际上是晶体滑移面内柏氏矢量与晶体滑移方向相同的位错线滑移运动的结果。因此，可得如下结果：
刃位错：位错线方向为螺位错：位错线方向为交线便是滑移线。
故滑移线的方向为：
11．试推导牛顿粘流体的应变滞后于应力90°。
【答案】由牛顿粘流体的应力-应变关系可知：
得
所以
柏氏矢量为柏氏矢量为滑移运动方向为滑移运动方向为 （4）晶体的滑移面与晶体外表面的交线是可能的滑移线，其中，与晶体的滑移方向不平行的那些