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一、简答题

1． 金属材料、陶瓷材料及高分子材料各是以何种机制导热的？

【答案】金属材料主要靠自由电子导热；陶瓷材料主要靠声子导热；高分子材料主要靠分子导热。

2． 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

图

3． 叙述你所熟悉的某一类材料的凝固过程。

【答案】金属材料在凝固过程后通常得到结晶体，因此金属材料的凝固过程也称结晶过程。 金属的结晶通常分为两个阶段，即形核和形核后的长大阶段。

金属的形核通常在金属恪体中的小尺寸有序原子集团（晶胚）基础上，通过原子扩散而形成能够稳定长大的晶核，即纯金属的形核过程一般需要满足能量条件和结构条件，而合金的形核还要一定的成分条件。

金属形核后的长大通常需要一个较小的过冷度，原子向晶核扩散而长大，在长大过程中结晶界面是粗糙界面，因此金属长大速度一般很快，而结晶界面结构、温度梯度和结晶速度会影响到长大

后的晶粒形状和大小，对于合金通常还会造成合金结晶后出现成分偏析等问题。

4． 说说你对材料的成分、组织、工艺与性能之间关系的理解。

【答案】材料的成分、组织、工艺与性能之间的关系非常紧密，互相影响。材料的性能与它们的化学成分和组织结构密切相关，材料的力学性能往往对结构十分敏感，结构的任何微小变化，都会使性能发生明显变化。

如钢中存在的碳原子对钢的性能起着关键作用，许多金属材料中一些极微量的合金元素也足以严重影响其性能。然而由同一元素碳构成的不同材料如石墨和金刚石，也有着不同的性能，有些高分子的化学成分完全相同而性能却大不一样，其原因是它们有着不同的内部结构。

材料的内部结构可分为不同层次，包括原子结构、原子的排列方式，以及显微组织和结构缺陷。如果同样的晶体材料，它的晶粒或是“相”的形态和分布改变，就可以大大地改善它的性能。无论是金属、陶瓷、半导体、高分子还是复合材料，它们的发展都与成分和结构密切相关。只有理解和控制材料的结构，才能得到人们所要求的材料性能。

而材料的制备/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，冷乳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。有时候可以说没有一种合成加工上的新的突破，就没有某一种新材料。如有了快速冷却的加工方法，才有了非晶态的金属合金。

5． 画出体心立方晶体的晶胞示意图。

【答案】如图所示。

图

6． 什么是空间点阵与晶体结构？对于同一种空间点阵，晶体结构是否唯一，为什么？请指出图中Cr 和CsCl 的晶体结构个属于那种空间点阵，并说明理由。

图

【答案】（1）空间点阵是指周围环境相同的阵点在空间规则排列的三维阵列；晶体结构是指晶体中实际质点的具体排列情况。

（2）对于同一种空间点阵，晶体结构不唯一，因为晶体结构指的是实际质点的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，实际存在的晶体结构是无限的。

Cr 属于体心立方点阵，CsCl 属于简单立方点阵。Cr 的晶胞中，Cr 占据体心和八个顶角位置，（3）

每个原子的周围环境都相同，即构成了体心立方点阵。csci 中，cr 占据八个顶角，它们的周围环境都相同；对于来说，也具有相同情况，若将看成顶点，也是简单立方点阵。

7． 写出立方晶系中<110>和<123>晶向族所包含的所有晶向。 【答案】共6个晶向。

共24个晶向。

8． 根据冷却速度对金属组织的影响，现要获得非晶，亚稳相，请指出其凝固时如何控制。

【答案】要获得非晶可以以极快速度将金属液体冷却，要获得亚稳相也必须使冷却速度远远超过平衡冷却速度。