2017年西南大学材料科学基础复试实战预测五套卷
● 摘要
一、名词解释
1． 位错
【答案】位错是指晶体中的一维缺陷或线状缺陷。
2． 中间相
【答案】中间相是指合金中组元之间形成的、与纯组元结构不同的相。在相图的中间区域。
二、简答题
3． 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。
4． 简述铸锭常见凝固技术及用途。
【答案】（1）控制晶粒大小：细化晶粒，提if]材料的强前性。
（2）制取单晶体：可以获取具有特殊性能的单晶材料，尤其是具有特殊物理性能的半导体材料。
（3）制取非晶态合金：制备具有特殊力学和物理性能的材料。
（4）定向凝固：制取叶片等在某一方向要求具有良好性能的工艺。
（5）区域熔炼：利用固溶体凝固原理来提纯材料的一种工艺。
5． 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
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 迅速上升，必使也迅速上升，因此固体浓度上升要是奥氏体和马氏体具有相同自由焓
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
6． 已知镁单晶在孪生时所需的临界分切应力比滑移时大好几倍，试问，当沿着镁单
可能的滑移方向均垂直于[0001]，
所以[0001]在钝角区，孪生时会增长。因此在沿[0001]晶的[0001]方向拉伸或压缩时晶体的变形方式如何？ 【答案】镁单晶的滑移系统为所以此时不发生滑移；
方向拉伸时会发生孪生，孪生使晶体位向发生变化，因而可能进一步滑移；而压缩时，滑移和孪生都不能发生，晶体表现出很强的脆性。
7． 画出一个六方晶胞，并标注出坐标原点和基矢
面。
【答案】如图所示。 然后在晶胞中画出（1212）晶