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一、简答题

1． 何为本征扩散与非本征扩散？并讨论两者的扩散系数、扩散活化能和特点。

【答案】本征扩散是指空位来源于晶体的本征热缺陷而引起的迁移现象。本征扩散的活化能是由空位形成能和质点迁移能两部分组成，高温时以本征扩散为主。

非本征扩散是由不等价杂质离子的掺杂造成空位，由此而引起的迁移现象。非本征扩散的活化能只包含质点迁移能，低温时以非本征扩散为主。

2． 请对比分析回复、再结晶、正常长大、异常长大的驱动力及力学性能变化，并解释其机理。

【答案】

表

3． 解释弹性形变、滞弹性和弹性变形能。

【答案】（1）当外力撤消后，物体能完全恢复到原来的形状，就称这样的物体为弹性体，物体相应的形变为弹性形变，如弹簧的形变等。如果作用在物体上的外力很大，引起物体的形变也很大，那么除掉外力后物体就不能完全恢复到原样，这种特性称之为物体的塑性。

（2）在弹性范围内，应变落后于应力的现象称为滞弹性。它是相对于弹性现象而言的，如果受载物体上的应力与应变同步，两者据有单值函数关系且服从胡克定律，这样的物体称为理想线弹性体。滞弹性体的弹性模量不再为常数，弹性模量分为动弹性模量和静弹性模量两部分，把这两者的相对差值称为模量亏损。由于滞弹性的存在，会产生内耗（在机械振动过程中由于滞弹性造成的震动能量的损耗，机械能散发为热能的现象。）滞弹性很大的金属材料是极少数，多数材料的滞弹性很小。

（3）固体受外功作用而变形，在变形过程中，外力所作的功转变为储存于固体内的能量，固体在外力作用下，变形能有弹性变形因变形而储存能量称为变形能或应变能。能与塑性变形能。当外力逐渐减小，变形逐渐减小，固体会释放出部分能量而作功，这部分能量为弹性变形能。

4． 有一铝单晶体的试样表面为（100），如该晶体的各个滑移系都可以进行滑移，则在试样表面可能看到的滑移线形貌（即滑移线的取向和它们之间的夹角）是什么？

【答案】铝是面心立方晶体，它的滑移系是{111}<110>, 共有12个具体的滑移系。现在，铝单晶体试样表面为（100）。当发生塑性变形时，晶体表面所产生的滑移线应该是既位于各个{111}面上，又位于（100）面上，即位于（111）、四个滑移面与（100）面的交线上，

应该是

和[011]，而这两个方向又互相垂直，同向的滑移线又互相平行。因此，可以看到的这些滑移线在（100）面呈现互相平行或者互相垂直的组态。

5． 何为金属材料的加工硬化？如何解决加工硬化给后续加工带来的困难？

【答案】金属材料在塑性变形过程中，随着变形量的增加，强度和硬度不断上升，而塑性和韧性不断下降，这一现象称为“加工硬化”。该现象的原因是由于外力増加使得位错不断増殖，位错之间相互交结、反应使得位错的运动变得困难。该现象可以用再结晶退火处理消除加工硬化对后续加工带来的困难。

6． 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。

7． 何谓n 型半导体？何谓p 型半导体？两者的载流子特征有何不同？

【答案】（1）n 型半导体是指本征半导体Si 或

成的半导体。

p 型半导体是指在本征半导体Si 或（2）

成的半导体。

（3）n 型半导体的载流子包括施主电子、本征电子及等量的本征空穴，故其电子浓度高于空穴浓度；p 型半导体的载流子包括受主空穴、本征电子及等量的本征空穴，故其空穴浓度也高于电子浓度。

中加入少量V A 族的P 或As 或Sb 等元素后所形或Ga 或In 等元素后所形中加入少量IIIA 族的B 或

8． 纯铁在950°C渗碳，表面浓度达到0.9%C，缓慢冷却后，重新加热到800°C继续渗碳，试列出：（1）达到800°C 时，工件表面到心部的组织分布区域示意图；（2）在800°C 长时间渗碳后（碳气氛为1.5%C）, 工件表面到心部的组织分布区域示意图，并解释组织形成的原因；（3）在800°C 长时间渗碳后缓慢冷却至室温的组织分布区域示意图。[武汉科技大学2009研]

【答案】（1）工件表面到心部的组织分布区域如图1所示。

（2）工件表面到心部的组织分布区域如图2所示:。

图1 图2

800°C 时奥氏体的最大溶解度为0.9%C，表面渗碳体的形成：由于渗碳气氛为1.5%C, 大大超过奥氏

体的溶解度，因此表面将形成渗碳体。原有的奥氏体区在扩散中扩大，原有的二相区将完全消失。这是因为随扩散进行，奥氏体/铁素体边界奥氏体的碳浓度将增加，超过0.4%C不再与铁素体保持平衡。奥氏体中的碳将向铁素体扩散，当铁素体的碳浓度达到0.4%C后及转变为奥氏体。 （3）室温的组织分布区域如图3所示。

图3

9． 请在Mg 的晶胞图中画出任一对可能的双滑移系统，并标出具体指数。

【答案】Mg 为HCP 结构，其滑移系统为

滑移系统：

图中标出一组可能的双

图