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2017年湘潭大学589材料科学基础(二)复试实战预测五套卷

  摘要

一、名词解释

1. 科垂尔气团(CottrellAtmosphere )

【答案】科垂尔气团是溶质原子在刃型位错周围的聚集的现象,这种气团可以阻碍位错运动,产生固溶强化效应等结果。

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。

二、简答题

3. 何为上坡扩散?形成上坡扩散的热力学条件是什么?

【答案】物质从低浓度区向高浓度区扩散,扩散的结果提高了浓度梯度。例如铝铜合金时效早期形成的富铜偏聚区,以及某些合金固溶体的调幅分解形成的溶质原子富集区等,这种扩散称为“上坡扩散”。上坡扩散的真正驱动力是化学位梯度,而非浓度梯度,虽然扩散导致浓度梯度上升,但化学位梯度却是下降的。据此,形成上坡扩散的热力学条件是

4. 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。

5. —个

写出交滑移系统。

【答案】所有包含螺位错方向的面都是滑移面,对于FCC 晶体滑移面(111)来说,只有(111)

与包含I 故若发生交滑移,一定是从(111)面到面。

6. 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,生成的螺位错在(111)面上运动。若在运动过程中遇到障碍物而发生交滑移,请

7. 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新的无畸变晶粒核心,然后逐渐消耗周围的变形机体而长大,直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。最后,在表面晶界能的驱动下,新的晶粒互相吞食长大,从而得到在该条件下一个比较稳定的尺寸。

(2)回复再结晶时材料性能变化:在回复阶段,由于金属仍保持很高的位错密度,所以强度和硬度变化很小,但是再结晶后,位错密度显著降低,从而导致强度与硬度明显下降;回复阶段,由于晶体点阵中点缺陷的存在,使电阻明显下降,电阻率明显提高;回复阶段,大部分或全部的宏观内应力可以消除,而微观内应力则只有通过再结晶方可全部消除;回复前期,亚晶粒尺寸变化不大,但在后期,尤其接近再结晶时,亚晶粒尺寸就显著增大;变形金属的密度在再结晶阶段发生急剧増高。

8. 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

散系数。

所以碳原子具有更大的扩

三、计算题