2017年常州大学材料学院812金属学考研仿真模拟题
● 摘要
一、名词解释
1． 非均匀形核
【答案】新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附与液相中杂质或外来表面形核。与均匀形核相比，它需要的形核功和过冷度都较小。
2． 异质形核
【答案】异质形核是晶核在液态金属中依靠外来物质表面（型壁或杂质）或在温度不均匀处择优形成的形核方式。
3． 相图中的自由度
【答案】相图中的自由度是指在相平衡系统中，在一定范围内可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变量。
4． 再结晶
【答案】再结晶是指形变金属在一定的加热条件下，通过新的可移动大角度晶界的形成及随后移动，从而形成无应变新晶粒组织的过程。
5． 配位数
【答案】配位数是指晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数目。
二、简答题
6． 何谓陶瓷？从组织结构的角度解释其主要性能特点。
【答案】陶瓷主要是由无机非金属作为基体组分组成的。以共价键或离子键为主，在共价键结合的陶瓷中，原子之间是通过共用电子对形式进行键合的，具有方向性和饱和性，且键能相当高，陶瓷主要是由高硬度高脆性的特殊氧化物、碳化物、氮化物等化合物为主要组成相的一类材料。 由于这些化合物中的结合键以共价键或离子键为主，键合力稳定并且很强，故陶瓷材料具有熔点高，热膨胀系数小，硬度高，抗氧化、耐腐蚀，高温强度高，良好的光学特性和绝缘性等特性；但由于烧结及制备工艺等原因，陶瓷材料中难免存在气孔或微裂纹，故陶瓷材料的脆性大，强度低且易存在缺陷。
7． 试绘出体心立方晶胞示意图，在晶胞中画出体心立方晶体的一个滑移系，标出指数；说明体心立方结构的单相固溶体合金在冷塑性变形中的特点。
【答案】（1）体心立方晶胞示意于图，晶胞中的一个滑移系为
（2）体心立方结构的单相固溶体合金在冷塑性变形表现出的特点为加工硬化、屈服现象和应变时
效。
图
8． 画出A1-4.0%Cu合金在时效处理（≈130°C ）中硬度随处理时间变化的曲线，并解释原因。
【答案】（1）Cu-Al 合金在时效处理过程中硬度随时间的变化曲线示于图。
图
（2）原因
①由于原子偏聚或形成有序化区域，产生共格变形的晶格畸变。位错线切过析出物，会増加界面能、反相畴界能、再加上位错线与高密度析出物的长程相互作用，使材料强度增加。变化曲线中第一个峰形（GP 区（GPI ）和过渡相（GPII ））就是这个原因的结果。
②析出物的形貌由片状最后到球状，且持续粗化。位错线与析出物的长程相互作用，位错线绕过析出物，从而使材料强化。随着析出物粗化，这种强化作用减弱。变化曲线中第二个峰形（过渡
相））就是这个原因的结果。
9． 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。
10．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。
11．影响陶瓷晶体塑性变形能力的因素都有哪些？
【答案】陶瓷晶体有共价键晶体、离子键晶体和共价-离子混合晶体。因此影响因素主要有以下几个方面：（1）由于共价键具有饱和性，所以位错运动有很高的点阵阻力；（2）而对于离子键晶体，位错运动通常都受到同号离子的巨大斥力，只在某些特定的方向上运动才较容易进行；（3）陶瓷晶体中的滑移系少，塑性变形能力差；（4）在陶瓷晶体中一般柏氏矢量较大，因而位错运动阻力大；（5）共价键晶体价键方向性、离子键晶体的静电作用力都对陶瓷晶体滑移系的可动性起决定性的影响。
12．影响晶态固体中原子扩散的因素有哪些？并加以简单说明。
【答案】影响晶态固体中原子扩散的因素主要有：
（1）温度。温度升高，扩散原子获得能量超越势垒几率增大且空位浓度增大，有利扩散，对固体中扩散型相变、晶粒长大，扩散速率越快。
（2）晶体缺陷。晶体通过短路扩散即原子沿点、线、面缺陷扩散速率比沿晶内体扩散速率大，而
沿面缺陷的扩散（界面、晶界）原子规则排列受破坏，产生畸变，能量高，所需扩散激活能最低。
低温下明显，高温下空位浓度多，晶界扩散被晶内扩散掩盖晶粒尺寸小，晶界多，扩散系数明显增加。
（3）晶体结构的影响。同素异晶转变的金属中，扩散系数随晶体结构改变，例
如
致密度低，且易形成空位。
（4）固溶体类型。间隙原子扩散激活能小于置换式原子扩散激活能，缺位式固溶体中缺位数多，扩散易进行。
（5）扩散元素性质。扩散原子与溶剂金属差别越大，扩散系数越大，差别指原子半径、熔点、固溶度等。
（6）扩散元素浓度。溶质扩散系数随浓度增加而增大相图成分与扩散系数的关系，溶质元素使合金熔点降低，扩散系数增加；反之，扩散系数降低。