2017年西安建筑科技大学冶金工程学院830材料科学基础考研强化模拟题
● 摘要
一、简答题
1． 分析回复与再结晶阶段空位与位错的变化及其对性能的影响。
【答案】（1）在低温回复阶段，主要表现为空位的消失。冷变形后所产生的大量空位，通过空位迁移至表面或晶界，空位与间隙原子重新重合，空位与位错发生交互作用，空位聚集成空位片等方式，使得空位数量急剧减少。
（2）在中温回复阶段，温度升高，使位错容易滑移，同一滑移面上的异号位错相遇会相互吸引而抵消，不但使亚晶内部的位错数目减少，而且胞壁缠结位错的减少更为显著，重新调整排列规则，胞壁变得明晰，形成回复亚晶。即该阶段主要表现为位错的滑移，导致位错重新结合，异号位错的汇聚而抵消以及亚晶的长大。
（3）在高温回复阶段，位错运动的动力学条件更为充分，滑移同时也发生攀移，使得多层滑移面上的位错密度趋于相同，各位错之间的作用力使得同一滑移面上的位错分布均匀，间距大体相等，形成规则排列的垂直于滑移面的位错墙，即多边形化的过程。多边形化构成的位错墙即是小角度晶界，它将原晶粒分隔成若干个亚晶粒。
2． 分别叙述下列组图中的图1（b ）、（c ）、（d ）中三条曲线的物理意义，并在此基础上说明形成成分过冷的条件。
图1
【答案】图1（b ）中，曲线表示边界层附近的温度分布；图1（c ）中，曲线表示边界层中的浓度分布；图1（d ）中，曲线表示边界层中的熔点随距离变化的曲线。如果图1（b ）、（d ）中的曲线
相交时则会有成分过冷，即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。如图2阴影部分区域可以发生成分过冷，当温度分布曲线斜率小于切线斜率时则有成分过冷。
图2
3． 从材料组织结构对性能影响的角度，定性分析比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料在力学性能方面的差异。
【答案】在这三类材料中，其力学性能特点分别是：
（1）金属材料：优异的塑性和韧性，较高的强度和硬度，较大的弹性和较高的弹性模量；
，极小的弹（2）陶瓷材料：塑性和初性几乎为零，极高的硬度和较低的强度（特别是抗拉强度）
性和极大的弹性模量；
（3）高分子材料：较高的塑性和軔性，较低的硬度和强度，极大的弹性和极小的弹性模量。 这三类材料在力学性能方面的上述差异，主要是由这三类材料在组织结构方面的特点不同所造成的。
（1）材料的弹性及弹性模量主要取决于材料中原子结合键的强弱。其中①陶瓷材料为共价键和离子键，结合键力最强，因此其弹性模量最高但弹性最小；②高分子材料的分子链中为很强的共价键，但分子链之间为很弱的氢键和范德华键，因此其弹性模量最低但弹性最好；③金属材料为较强的金属键结合，故其弹性模量和弹性居中。
（2）材料的硬度也主要取决于材料中原子结合键的强弱。所以，陶瓷材料有极高的硬度，而高分子材料的硬度很低。
（3）材料的强度既与结合键有关也与组织有关。①陶瓷材料虽然有很强的结合键，但由于烧结成形中不可避免地形成气孔或微裂纹，故其强度特别是抗拉强度较低；②高分子材料中很弱的氢键和范德华键使其强度也较低；③金属材料中的金属键虽然不是很强，但高的致密度以及高密度的位错使其具有很高的强度。
（4）材料的塑形与韧性方面，①金属材料中的自由电子云和容易运动的位错以及较高的致密度，使其具有良好的塑性和韧性；②陶瓷材料中的位错不易运动，加之存在气孔和微裂纹，因而陶瓷材料的塑性和軔性几乎为零；③高分子材料中很弱的氢键和范德华键使分子间可以较好地相互滑动，因而有较好的塑性和軔性。
4． 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；Q 为mole 交互作用能（J ）, 由于偏聚引起晶界能的变化；R 为为交互作用能（eV ）
；k 为玻尔兹曼常数（eV/K）；T 为绝对温度（K ）气体常数（J/K）。
5． 晶体的微观对称元素有平移轴、螺旋轴和滑移面三类，请问轴滑动面a 具体表示什么对称操作？
【答案】轴滑动面a 表示沿a 轴方向平移对应轴一半a/2，后又反演而得到重复的滑移机制。
6． 已知某铜单晶试样的两个外表面分别是（001）和（111）。请分析当此晶体在室温下滑移时，在上述每个外表面上可能出现的滑移线彼此成什么角度？
【答案】可能的滑移面为{111}晶面族，它们与（001）面的交线只可能有[110]和
线彼此平行或垂直。滑移面与（111
）面的交线可能有
或成60°角。
7． 试说明多晶体金属塑性变形时，晶粒越小强度越高、塑性越好的原因。
【答案】多晶体金属塑性变形时，晶粒越小强度越高，塑性越好的原因是：
（1）由于晶粒细小，各晶粒中可供塞积位错的滑移面较短，塞积位错的数量n 也少，由位错塞积引起的应力集中小而分散，迫使相邻晶粒位错源开动就较为困难，故屈服强度较高。
（2）晶粒细小而数目很多，在相同外力作用下，处于滑移有利方位的晶粒数量也会增多，使众多的晶粒参加滑移，滑移量分散在各个晶粒中，应力集中小，这样在金属变形时引起开裂的机会小，直至断裂之前，能获得较大的塑性变形量。
8． 在体心立方晶胞中画出一个最密排方向并标明晶向指数；再画出过该方向的两个不同的低指数（简单）晶面，写出对应的晶面指数。这两个面和与其平行的密排方向构成什么关系？
【答案】所求的两个面如图所示，这两个面和与其平行的密排方向构成构成晶带关系。
，所以滑移，所以滑移线彼此平行
图
二、计算题