2017年上海大学材料科学基础复试实战预测五套卷
● 摘要
一、名词解释
1． 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。
2． 过冷度
【答案】过冷度是指相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生相转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。
二、简答题
3． 沿铌单晶（BCC ）的棒轴[213]方向拉伸，使其发生塑性形变，设铌单晶的滑移面为{110}，请确定：
（1）初始滑移系统。 （2）双滑移系统。
（3）双滑移开始时的切变量。 （4）滑移过程中的转动规律和转轴。
（5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不发生断裂）。 【答案】（1）铌单晶为BCC 结构，移系统为（2）（3）利用
设
得
另一方面也转向由此可知
，所以晶体取向为[304], 切变量为
（4）双滑移时，试样轴一方面转向[111],
转轴
转轴
|
[001]-[101]边移动。 （5）设稳定时取向为
，要使n=[000]，需
即
故
稳定时最终取向为[101]。
4． 液态金属在结晶时如何细化晶粒？ 【答案】常用的方法有：
（1）增加过冷度。可以增加结晶的驱动力，
降低临界形核功
位于取向三角形中，所以初始滑
合成转轴为[020]即[010], 所以双滑移后F 点沿
减小临界晶核半径
增加形核率；
（2）变质处理。烧注前加入形核剂，利用异质形核来细化晶粒； （3）机械（或电磁）振动、搅拌。
总之，增加形核率，降低长大速度，就可以细化晶粒。
5． 试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。
【答案】金属材料：主要以金属键为主，大多数金属强度和硬度较高，塑性较好。陶瓷材料：以共价键和离子键为主，硬、脆，不易变形，熔点高。高分子材料：分子内部以共价键为主，分子间为分子键和氢键为主。复合材料：是以上三中基本材料的人工复合物，结合键种类繁多，性能差异很大。
6． 马氏体相变时的自由焓-成分曲线如图所示。
图 马氏体相变时的自由焓-成分曲线
（1）使用自由焓-成分曲线来说明马氏体转变在（2）说明在
温度下这一化学驱动力是如何估算的。
成分为x 的合金的M 相的自由焓曲线在Y 相的上面，因而这个温度和成
时的驱动力。
（3）解释为什么在Ms 温度时的马氏体形核驱动力与Fe-C 合金中的碳浓度无关。 【答案】（1）在在
分下奥氏体是稳定的，不可能发生马氏体相变。
温度，成分为x 合金的M 相的自由焓曲线与Y 相的相交，即这个温度下，该成分的马氏
体和奥氏体的自由焓相等，因而马氏体相变不具有驱动力。
在T=Ms时，成分为x 的合金的M 相的自由焓曲线在Y 相的下面，所以在热力学上奥氏体不稳定，Ms 温度的意义是具有足以使马氏体转变发生的驱动力马氏体相变驱动力正比与AB 线段的长度。的最高温度。
在
温度，尽管M 相的自由焓曲线在Y 相的下面，有一定的相变驱动力，但由于马氏体
相变会产生很高的应变能，造成很大的相变阻力，这时的驱动力不能克服该相变阻力，马氏体相变仍不能发生。
（2）引起马氏体相变的驱动力可以根据以下公式估算：
该式表明，马氏体相变的驱动力正比于过冷度（TO —Ms ）, 的温度，Ms 是开始形成马氏体的温度。 （3）在Fe-C 系中，
和Ms 都随碳含量的增加而下降，降低速度相等并且是线性的。因而对不
同碳含量的合金，其保持不变，也就是说驱动力保持不变，所以与碳含量无关。
7． 分析含碳3.5%的铁碳合金的平衡凝固过程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示意图。 【答案】（1）平衡凝固过程为：
①该合金液相冷却时，首先结晶形成奥氏体，此时液相成分沿液相线变化，而奥氏体成分沿固态线变化；
②当温度达到1148°C 时，初生奥氏体莱氏体；
③继续缓冷，初生相奥氏体和共晶奥氏体中都会析出二次渗碳体，当温度降至727°C 时，所有奥氏体都发生共析转变而形成珠光体，最后得到枝晶状分布的珠光体和变态莱氏体。 （2）该合金的冷却曲线和室温时的显微组织示意图分别如图（a ）、（b ）所示。
此时发生共晶转变，生成
是奥氏体和马氏体具有相同自由焓
图
8． 已知原子半径与晶体结构有关，请问当配位数降低时，原子半径如何变化？为什么？ 【答案】半径收缩。若半径不变，则当配位数降低时，会引起晶体体积増大。为了减小体积变化，原子半径将收缩。
三、计算题
9． 证明：单相合金中，理想的二维晶粒形状是正六边形。 【答案】如图所示，当晶界交点处于平衡时：