当前位置：问答库＞考研试题

一、名词解释

1． 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。

2． 晶面族

【答案】晶面族是对称关系（原子排列和分布，面间距）相同只是空间位向不同的各组等同晶面，用{hkl}表示。

二、简答题

3． 试述针对工业纯铝、Al-5%Cu合金、

来进行强化。

【答案】（1）对工业纯铝主要的强化机制为加工硬化、细晶强化；

（2）Al-5%Cu合金的强化机制为固溶强化、沉淀强化、加工硬化、细晶强化；

（3）复合材料的强化机制为加工硬化、细晶强化、弥散强化。

4． 试举例分析材料加工过程对材料使用性能的影响。

【答案】材料加工过程对材料使用性能有重要而复杂的影响，材料也必须通过合理的工艺流程才能制备出具有实用价值的材料来。通过合理和经济的合成和加工方法，可以不断创制出许多新材料或改变和精确控制许多传统材料的成分和结构，可以进一步发掘和提高材料的性能。

材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状，而且是控制材料成分和结构的必要手段。如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能，冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。

5． 点缺陷（如间隙原子或代位原子）和线缺陷（如位错）为何会发生交互作用？这种交互作用如何影响力学性能？

【答案】（1）发生交互作用的原因：

①在晶体中，点缺陷会引起晶格畸变，产生内应力，形成应力场；点缺陷的应力场与位错的应力场会发生交互作用，其结果是通过点缺陷运动而使点缺陷相位错形成特定的分布，从而使体系的自由能达到较低状态；

②柯垂尔提出了溶质原子与位错之间的交互作用，在间隙固溶体中，由于间隙原子的半径比晶体间隙的半径大，与位错进行弹性交互作用，结果间隙原子将在位错附近聚集，形成小原子集团，称为柯垂尔气团。柯垂尔气团的存在，使位错运动困难，这是因为位错只有从气团中挣脱或者抱

第 2 页，共 19 页 复合材料分别可能采用哪些主要的强化机制

着气团一起前进才能继续运动，这需要外力作更多的功，这就是固溶强化效应；

③而空位通常被吸引到刃型位错的压缩区，或消失在刃型位错线上，使位错线产生割阶，空位与位错在一定条件下可互相转化。

（2）由刃型位错的应力场可知，在滑移面以上，位错中心区域为压应力，而滑移面以下的区域为拉应力，若有间隙原子C ，N 或比溶剂原子尺寸大的置换溶质原子存在就会与位错交互作用偏聚于刃型位错的下方，以抵消部分或全部的张应力，从而使位错的弹性应变能降低，当位错处于能量较低状态时，位错趋于稳定，不易运动，即对位错形成钉扎作用，位错要运动就必须在更大应力作用下才能挣脱柯垂尔气团的钉扎作用而移动，这就形成上下屈服点。

6． 在FCC 晶体的滑移面上画出螺型Shockley 分位错附近的原子组态。

【答案】如图所示 。

图 晶体中螺型Shockley 分位错附近的原子组态

7． 根据单相固溶体凝固的一维模型回答下列问题（可以用图解说明）：

（1）为什么在凝固过程中会出现边界层？

（2）分别叙述平衡分配系数和有效分配系数的物理意义；

（3）什么情况下出现正常凝固？什么情况下凝固后的铸锭内成分最均匀？什么情况下最不均匀？ （4）用图解说明出现成分过冷的临界条件，并解释如果是正常凝固会不会出现成分过冷。

【答案】（1）合金凝固时，液态合金因具有低黏度和高密度而存在自然对流，其倾向使液体浓度均匀化；然而正是液体流动时的一个基本特性却部分地妨碍对流作用。当液体以低速流过一根水管时，液体中的每一点都平行于管壁流动，这称为层流。流速在管中心最大，并按抛物线规律向管壁降低，制止管壁处的液体流速为零为止。因此在管壁处总是存在着一个很薄的层流液体的边界层。

（2）如图1（a ）中虚线所示，在边界层以外，通过对流可使液体质量浓度快速均匀化，由于在界面上达到局部平衡可知溶质聚集使

比不存在溶质聚集时快。

平衡分配系数是指随着溶质不断聚集，边界层的浓度梯度也随之增大，于是通过扩散方式穿越边界层的传输速度增大，直至界面处固体中排入边界层中溶质的量与从边界层扩散到对流体中溶质的量相等，聚集才停止。

于是用在平衡凝固时固相与液相中溶质浓度之比表示平衡分配系数如图6-5（b ）所示，即

第 3 页，共 19 页 迅速上升，必使也迅速上升，因此固体浓度上升要

有效分配系数是指在平衡凝固时，当边界层建立后, 边界固相侧溶质浓度和边界层

以外的液相区中溶质浓度之比，即图中

图1

（3）若时，贝U 出现正常凝固，此时没有边界层，液相内成分完全均匀；当

时，则正常凝固时成分最不均匀。 时，铸锭内成分最均匀；当

（4）如图2虚线所示，当边界层中温度梯度与边液相实际温度即界层浓度分布曲线相切时，是成分过冷的临界条件。当温度分布曲线斜率小于切线斜率时则有成分过冷，反之则没有成分过冷。由于正常凝固要求液固面为平直界面，所以要很慢的凝固速度和溶质质量分数，不在发生成分过冷区的阴影中，故正常凝固不会发生成分过冷。

图2

8． 请根据相图分析回答下列问题：

（1）请分析2.0wt%C合金平衡状态下的结晶过程，并说明室温下的相组成和组织组成。

（2）请分析2.0wt%C合金在较快冷却，即不平衡状态下，可能发生的结晶过程，并说明室温下组织会发生什么变化。

（3）假设将一无限长纯铁棒置于930°C 渗碳气氛下长期保温，碳原子仅由棒顶端渗入（如图1

，试分析并标出930°C 和缓冷至室温时的组织分布情况（绘制在答题纸上）所示）。

【答案】⑴

相组成：组织组成：

的析出将受到抑制，（2）根据冷速不同，可能出现共晶反应，得到Ld ；得到的P 层片细小；

第 4 页，共 19 页