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二 O 一二年招收硕士研究生入学考试试题参考答案 考试科目及代码： 金属学 815 适用专业： 材料工程（专业学位） 可使用的常用工具： 计算器、绘图工具 答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。 考试时间 3 小时，总分值 准考证号码： 150 分。 密 封 线 内 不 要 写 题 一、填空题（每空 1 分，共 20 分） 1、体心立方 面心立方 密排六方 2、晶向指数 [uvw] 晶面指数 (hkl) 3、均匀形核 非均匀形核 4、三 水平 5、同素异构转变 6、再结晶温度 再结晶温度 冷加工 热加工 7、枝晶偏析 比重偏析 8、空位 间隙 二、判断题（每题 3 分，共 24 分） 1、√ 2、√ 3、√ 4、√ 5、√ 6、× 7、× 8、× 三、问答题（71 分） 1、 （14 分） 答：实际金属晶体中有点、线、面三类缺陷。 晶体缺陷使晶体的连续性受到破坏，所以实际晶体的强度，仅是理想晶体理论计算强度的 万分之几，但在实际金属晶体中缺陷不可避免，而且缺陷能使晶格畸变，所有又常作为材料的 强化手段。例如点、线缺陷增加，材料的强度又有所提高，塑性降低；面缺陷增加，材料的强 度增加，塑性也好。另外，晶体缺陷增加后还使材料的电阻增加，耐腐蚀性降低，也使扩散、 相变较易进行。所以如何利用晶体缺陷具有重要意义。 姓名： 报考学科、专业： 第 1 页 共 5 页

2、 （15 分） 答： 类别 固溶体 成分 溶质浓度可在固溶度极限 内变化 结构特点 保持溶剂的点阵类 型 力学性能特点 强度、硬度比溶剂高， 但总体看强度、硬度依 然较低；而塑性、韧性 较好 熔点较高、硬度高，而 塑性、韧性差 金属化合物 成分固定或在一定范围内 波动，可用化学分子式表示 其点阵类型不同于 组成它的任一组元 3、 （15 分） 答：散热冷却是结晶的前提。如散热具有方向性，则结晶具有与散热方向逆向进行的择优取 向，铸锭的柱状晶就是在垂直于模壁定向散热的条件下形成的。等轴晶是在没有明显的散热 方向及冷却较均匀的条件下形成的。 在质量上，柱状晶的优点是晶体致密，沿柱状晶的轴向强度高，韧性好；其缺点是晶界 上易存杂质，结合力减弱，所以横向强度、塑性较低。等轴晶的优点是不存在脆弱的交界面， 由于各位向的晶粒互相交错咬合，各向性能比较均匀；其缺点是易形成疏松。 柱状晶主要应用在塑性好的有色金属铸锭及单向受力的零件，如涡轮叶片等。等轴晶应 用得非常广泛，除单向受力件外，一般机械零件如轴、齿轮等都是等轴晶。对于黑色金属铸 锭希望扩散等轴晶区。 4、 （12 分） 解：铝板轧制后，沿板长度的变形量是不同的， 在轧成 20mm 一侧的变形量最大， 而在 40mm 一侧变形量为 0。因此，在靠近 40mm 一侧在临界变形量（大约为百分之几）的地方在再结 晶退火后获得最大的晶粒，在小于临界变形量的地方，晶粒尺寸和未再结晶（未变形）时的 一样；在大于临界变形量的一侧，晶粒尺寸随变形量加大而逐渐减小。组织示意图如下图所 示。 5、 （15 分） 答：固溶体的强化机制主要包括加工硬化和固溶强化。加工硬化是指固溶体合金随着冷塑性 变形量的增加，强度、硬度升高的现象，加工硬化是由于位错的不断增殖以及位错之间和位 错与晶界之间的交互作用导致位错的滑移受阻所至。在外力作用下，当外力分解到滑移面及 第 2 页 共 5 页

滑移方向上的分切应力达到临界分切应力时，固溶体中的各种位错增殖源陆续开动，增殖出 大量位错，使位错密度迅速增加。由于位错密度的增加，位错之间会发生交割产生大量的割 阶和扭折，割阶往往会阻碍位错的滑移。位错之间还会发生反应，生成许多固定位错，这些 固定位错不仅自身难以运动，同时作为障碍也阻碍其他位错的运动。对多晶体固溶体，晶粒 间的变形过程需要相互协调，变形晶粒要受到周围晶粒的制约，阻碍变形过程的进行。同时， 晶界上的原子排列混乱，导致位错在晶界前沿受阻，形成位错塞积群，也使滑移变得困难。 根据上述原因，使固溶体得到强化。 固溶强化是指溶质原子溶入基体形成固溶体引起的强度、硬度升高的现象，它是由于溶 质原子与位错间的交互作用引起的，有弹性交互作用、化学交互作用和静电交互作用。在常 温或低温下，主要为弹性交互作用，结果使溶质原子自发地聚集在位错线附近，形成溶质原 子气团，包括柯氏气团和史氏气团，使其处于较低的能量状态，从而使位错被“钉扎”不易 运动，引起固溶强化。 四、 （15 分） e2 C O B X E e3 △ e1 A 解： （1）O 合金的凝固过程（5 分） O 合金冷至液相面时，L→B；剩余 L 继续冷至 E 点时，发生三元四相平衡共晶反应 L→ （A+B+C） ；再继续冷却时，组织不变。冷却曲线如下图（a）所示。 （2）X 合金的凝固过程（5 分） 当合金冷至液相面时，L→B；剩余液相继续冷却，当 L 成分到达 e1E 线时，发生三相平 衡共晶反应 L→（A+B） ；继续冷至 E 点时，L→（A+B+C） 。冷却曲线如下图（b）所示。 （3）△合金的凝固过程（5 分） 当合金冷至 e1E 线时， 发生三相平衡共晶反应 L→ （A+B） ； 继续冷至 E 点， L→ （A+B+C） 。 冷却曲线如下图（c）所示。 第 3 页 共 5 页

五、 （20 分） 解： （1） （10 分） （2） （10 分） 在室温下，铁碳合金的平衡相是 α-Fe(碳的质量分数是 0.008%)和 Fe3C(碳的质量分数是 6.69%)，故 wC=0.2%的合金在室温时平衡状态下 α 相和 Fe3C 相的相对量分别为 α% = 6.69 − 0.2 ×100% = 97.13% （4 分） 6.69 − 0.008 Fe3C % = 1 − 97.13% = 2.87% wC=0.2%的合金在室温下平衡态下的组织是 α-Fe 和 P，其组织可近似看做和共析转变完时一 样，在共析温度下 α-Fe 碳的成分是 0.0218%，P 的碳的成分为 0.77%，故 wC=0.2%的合金在 室温时组织中 P 和 α 的相对量分别为 第 4 页 共 5 页

0.2 − 0.0218 × 100% = 23.82% （4 分） 0.77 − 0.0218 α % = 1 − 23.82% = 76.18% P% = 组织示意图如下图所示（2 分） 第 5 页 共 5 页