2017年沈阳工业大学F561材料科学基础复试实战预测五套卷
● 摘要
一、名词解释
1． 成分过冷
【答案】成分过冷是指合金溶液在凝固时，理论凝固温度不变，过冷度完全取决于溶质成分的分布的现象。
2． 反应扩散
【答案】反应扩散是通过扩散而形成新相的过程。即在固态扩散的过程中，如果渗入元素在金属中溶解度有限，随着扩散原子增多，当渗入原子的浓度超过饱和溶解度时则形成不同于原相的固溶体或中间相，从而使金属表层分为出现新相和不出现新相的两层的过程。
二、简答题
3． 简述固态相变与液态相变的相同点与不同点。
【答案】（1）相同点：都是相变，由形核、长大组成。临界半径，临界形核功形式相同。转变动力学也相同。（2）不同点：①形核阻力中多了应变能一项，造成固态相变的临界半径及形核功増大；②新相可以亚稳方式出现；③存在共格、半共格界面，特定的取向关系；④非均匀形核。
4． 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所示），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）。 【答案】⑴相组成：甚至不析出。
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；
图1
（3）如图2所示。
图2
5． 金属的固态相变与金属的结晶过程基本一样，大多也包括形核和生长两个基本阶段，但在固态相变过程中新、旧两相的比容不同，使系统额外增加了应变能以及由相界面上的原子不匹配而引起的弹性应变能，因此固态相变在许多方面与结晶过程有着显著的差异。试分析固态相变的一般特点。
【答案】固态相变的一般特点： （1）相变阻力中多了应变能一项。
（2）形核方面：非均匀形核为主；具有特定的取向关系；相界面常为共格或半共格的。 （3）生长方面：具有惯习现象，有特定的组织形态，如片状、针状。 （4）有亚稳相。
6． 写出晶界偏聚公式，说明公式中各物理量的含义及单位。 【答案】晶界偏聚公式
式中，浓度）；
分别为晶界浓度和晶粒中心浓度（两者同单位即可，可以使用质量百分浓度或体积为交互作用能（eV ）；Q 为mole 交互作用能（J ）, 由于偏聚引起晶界能的变化；R
为气体常数（J/K）；k 为玻尔兹曼常数（eV/K）；T 为绝对温度（K ）。
7． 说明材料中的结合键与材料性能的关系。
【答案】材料结合键的类型及结合能的大小对材料的性能有重要的影响，特别是对物理性能和力学性能。
物理性能：（1）结合键越强，熔点越高，热膨胀系数就越小，密度也越大。
（2）金属具有光泽、高的导电性和导热性、较好的机械强度和塑性，且具有正的电阻温度系数，这就与金属的金属键有关。
（3）陶瓷、聚合物一般在固态下不导电，这与其非金属键结合有关。工程材料的腐蚀实质是结合键的形成和破坏。
力学性能：（1）晶体材料的硬度与晶体的结合键有关。一般共价键、离子键、金属键结合的晶体比分子键结合的晶体的硬度高。
（2）结合键之间的结合键能越大，则弹性模量越大。
（3）工程材料的强度与结合键能也有一定的联系。一般结合键能高，强度也高一些。
（4）材料的塑性也与结合键类型有关，金属键结合的材料具有良好的塑性，而离子键、共键结合的材料塑性变形困难，所以陶瓷材料塑性很差。
8． 画出体心立方晶体的晶胞示意图。 【答案】如图所示。
图
三、计算题
9． 试证明：【答案】根据定义
由柯西不等式得
所以
故
同理
故有
10．由聚异丁烯的时-温等效叠合曲线知道，在298K 下其应力松弛达到方程估计它在253K 达到同一数值所需要的时间（聚异丁烯【答案】由WLF 方程
得
约需10h 。试用WLF