2017年上海大学材料科学基础考研复试核心题库
● 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． 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
3． 影响晶态固体中原子扩散的因素有哪些？并加以简单说明。
【答案】影响晶态固体中原子扩散的因素主要有：
（1）温度。温度升高，扩散原子获得能量超越势垒几率增大且空位浓度增大，有利扩散，对固体中扩散型相变、晶粒长大，扩散速率越快。
（2）晶体缺陷。晶体通过短路扩散即原子沿点、线、面缺陷扩散速率比沿晶内体扩散速率大，而
沿面缺陷的扩散（界面、晶界）原子规则排列受破坏，产生畸变，能量高，所需扩散激活能最低。
低温下明显，高温下空位浓度多，晶界扩散被晶内扩散掩盖晶粒尺寸小，晶界多，扩散系数明显增加。
（3）晶体结构的影响。同素异晶转变的金属中，扩散系数随晶体结构改变，例
如
致密度低，且易形成空位。
（4）固溶体类型。间隙原子扩散激活能小于置换式原子扩散激活能，缺位式固溶体中缺位数多，扩散易进行。
（5）扩散元素性质。扩散原子与溶剂金属差别越大，扩散系数越大，差别指原子半径、熔点、固溶度等。
（6）扩散元素浓度。溶质扩散系数随浓度增加而增大相图成分与扩散系数的关系，溶质元素使合金熔点降低，扩散系数增加；反之，扩散系数降低。
（7）第三元素（或杂质）影响复杂。如碳在丫-Fe 中扩散系数跟碳与合金元素亲和力有关。形成碳化物元素，如W 、Mo 、Cr 等，降低碳的扩散系数；形成不稳定碳化物，如Mn 对碳的扩散影响不大；不形成碳化物元素，影响不一，如Co 、Ni 可提高C 的扩散，而Si 则降低碳的扩散。
4． 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。
5． 判断下列位错反应能否进行？若能进行，试在晶胞图上作出矢量关系图。
【答案】几何条件都满足，只判断是否满足能量条件
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
几何条件和能量条件全部满足，故所列位错反应都能进行。
各位错反应矢量关系如图所示。
图
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． 在铁的晶体中固溶有碳原子和镍原子，问在同一温度下，碳原子和镍原子各以什么机制进行扩散，为什么？其中哪一种原子具有更大的扩散系数，为什么？
【答案】碳原子以间隙扩散机制进行扩散，因为Fe-C 合金为间隙固溶体，碳原子半径比较小，间隙扩散不会引起较大的点阵畸变。
镍原子以空位扩散机制进行扩散，因为Fe-Ni 合金为置换固溶体，镍原子比较大，难以通过间隙机制从一个间隙位置迁移到邻近的间隙位置，因为这种迁移将导致很大的点阵畸变。
碳原子具有更大的扩散系数。因为空位扩散激活能除了需要原子跳跃所需的内能外，还比间隙扩
散増加一项空位形成能。根据所以碳原子具有更大的扩是奥氏体和马氏体具有相同自由焓散系数。
8． 请以Al-4.5%Cu合金为例，说明时效过程及其性能（硬度）变化。
【答案】铝合金淬火后得到过饱和固溶体，之后加热保温，固溶体内会依次析出GP 区，
，长时间时效，GP 区溶解，硬度下降。相。GP 区的形成会使材料的硬度增加（第一个时效峰）
的形成使得硬度继续增加（第二个时效峰）。当下降。
全部溶解转化为转化为后，硬度开始