2017年齐鲁工业大学机械与汽车工程学院835材料科学基础考研仿真模拟题
● 摘要
一、名词解释
1． 偏析
【答案】偏析是指合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象。
2． 晶体
【答案】晶体是原子、分子或离子按照一定的规律周期性排列组成的固体。
3． 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。
4． 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。
5． 再结晶退火
【答案】再结晶退火是指经过塑性变形的金属，在重新加热过程中，当温度高于再结晶温度后，形成低缺陷密度的新晶粒，使其强度等性能恢复到变形前的水平，但其相结构不变的过程。
二、简答题
6． 请画出金属单晶体的典型应力-应变曲线，并标明各阶段。铝（层错能约为
钢（层错能约为
区别？
【答案】（1）单晶体的应力-应变曲线如图所示，各阶段如图中标注所示。
和不锈哪一种材料的形变第III 阶段开始得更早？这两种材料滑移特征有什么
图
（2）第III 阶段是抛物线型硬化阶段，主要机制之一是在塞积群中的螺位错交滑移，塞积群前的
应力集中得以释放，故使硬化率下降。可见，越容易交滑移的材料第III 阶段开始越早。
铝的层错能高，位错一般不能扩展，其螺位错容易交滑移；不锈钢层错能很低，位错通常都会扩展，不容易交滑移。比较来看，铝的形变第III 阶段开始得更早。
7． 何谓金属的结晶？何谓金属的再结晶？两者是否都是相变，为什么？两者的驱动力是否相同，为什么？
【答案】结晶是指金属由熔液态转变为晶态固体的过程；再结晶是指将冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的过程。
因为结晶的产物与其母相是不同的相，而再结晶的产物与其母相是同一种相，无新相产生，故结晶是相变，再结晶不是相变。
两者的驱动力不相同，结晶的驱动力是液、固两相的体积自由能差；再结晶的驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能，即塑性变形所引起的晶体中位错总弹性应变能。
8． 任意选择一种材料，说明其可能的用途和加工过程。
【答案】如Al-Mg 合金。作为一种可加工、不可热处理强化的结构材料，由于具有良好的焊接性能、优良的耐蚀性能和塑性，在飞机、轻质船用结构材料、运输工业的承力零件和化工用焊接容器等方面得到了广泛的应用。
根据材料使用目的，设计合金成分，考虑烧损等情况进行配料，如A15Mg 合金板材，实验室条件下可在电阻坩埚炉中750°C 左右进行合金熔炼，精炼除气、除渣后720°C 金属型铸造，430〜470°C 均匀化退火10〜20h 后，在380〜450°C 热轧，再冷轧至要求厚度，在电阻炉中进行稳定化处理，剪切成需要的尺寸或机加工成标准试样，进行各种组织、性能测试。
9． 解释名词扩散系数。
【答案】根据菲克第一定律，在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量，用J 表示）与该截面处的浓度梯度成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大，相应的数学表达式为：
式中，D 为扩散系数，
扩散通量
，
中的扩散系数D 仅为
为扩散物质（组元）的体积浓度，原子数为浓度梯度；“-”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散组元由高浓度区向低浓度区扩散；J 为，扩散系数是描述扩散速度的重要物理量，它相当于浓度梯度为1时的扩散数量级。 通量，D 值越大则扩散越快。对于固态金属中的扩散，D 值都是很小的，例如，1000°C 时碳在
10．根据相图，铁碳合金中的渗碳体相可能存在有五种不同的形态，按照形成温度由高到低，依次是：一次渗碳体，共晶渗碳体，二次渗碳体，共析渗碳体和三次渗碳体。请画出含有上述五种渗碳体的铁碳合金的组织示意图（一种合金中可包含一种或多种形态的渗碳体），并标明渗碳体组织的名称。
【答案】如图所示。
一次渗碳体是从液相中直接析出的，
只有在含碳量的铁碳合金（白口铸铁）中才能见
，如图（a ）中白色条状组织所示。 到。其形貌是大块的板条（过共晶白口铸铁中）
二次渗碳体是过共析钢退火平衡组织，是从奥氏体中析出的，一般分布在原奥氏体晶界，呈网状，又称网状渗碳体，如图（b ）所示。
（a ）条状（b ）网状
图 和P 中的层状渗碳体； （c ）铁素体晶界上的（d ）共晶渗碳体（白色区域）
三次渗碳体是从铁素体中析出的，分布在铁素体晶界上，由于量较少，呈现断续蛇状分布。一般只在工业纯铁中可以看到，如图（c ）所示。
珠光体中的渗碳体叫做共析渗碳体，呈现为层片状形态，如图（b ）所示。
共晶莱氏体组织中的渗碳体叫做共晶渗碳体，是共晶组织的基体，呈现连续分布，如图（d ）所示。
11．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