2017年西安交通大学理学院804材料科学基础考研导师圈点必考题汇编
● 摘要
一、名词解释
1． 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。
2． 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。
3． 非稳态扩散
【答案】非稳态扩散是指在扩散过程中任何一点的浓度都随时间不同而变化的扩散。
4． 金属键
【答案】金属键是金属正离子与自由电子之间的相互作用所构成的金属原子间的结合力。
5． 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。
二、简答题
6． 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。
7． 解释冷变形金属加热时回复、再结晶的过程及特点。
【答案】冷变形金属加热时，各自特点如下：
（1）回复过程的特征
①回复过程组织不发生变化，仍保持变形状态伸长的晶粒。
②回复过程使变形引起的宏观一类应力全部消除，微观二类应力大部分消除。
③回复过程中一般力学性能变化不大，硬度、强度仅稍有降低，塑性稍有提高，某些物理性能有较大变化，电阻率显著降低，密度增大。
④变形储能在回复阶段部分释放。
（2）再结晶过程的特征
①组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒。
②力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前的状态。
③变形储能在再结晶过程中全部释放，三类应力（点阵畸变）清除，位错密度降低。
（3）晶粒长大过程的特征
①晶粒长大。
②引起一些性能变化，如强度、塑性、初性下降。
③伴随晶粒长大，还发生其他结构上的变化，如再结晶织构。
8． 任意选择一种材料，说明其可能的用途和加工过程。
【答案】如Al-Mg 合金。作为一种可加工、不可热处理强化的结构材料，由于具有良好的焊接性能、优良的耐蚀性能和塑性，在飞机、轻质船用结构材料、运输工业的承力零件和化工用焊接容器等方面得到了广泛的应用。
根据材料使用目的，设计合金成分，考虑烧损等情况进行配料，如A15Mg 合金板材，实验室条件下可在电阻坩埚炉中750°C 左右进行合金熔炼，精炼除气、除渣后720°C 金属型铸造，430〜470°C 均匀化退火10〜20h 后，在380〜450°C 热轧，再冷轧至要求厚度，在电阻炉中进行稳定化处理，剪切成需要的尺寸或机加工成标准试样，进行各种组织、性能测试。
9． 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。
（7）第三元素（或杂质）影响复杂。如碳在丫-Fe 中扩散系数跟碳与合金元素亲和力有关。形成碳化物元素，如W 、Mo 、Cr 等，降低碳的扩散系数；形成不稳定碳化物，如Mn 对碳的扩散影响不大；不形成碳化物元素，影响不一，如Co 、Ni 可提高C 的扩散，而Si 则降低碳的扩散。
10．在室温下对铁板（其熔点为1538°C ）和锡板（其溶点为232°C ）分别进行来回弯折，随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么？
【答案】由可知，在室温下，Fe 加工为冷加工，Sn 加工为热加工。随着对其进行来回弯折，铁板发生加工硬化，塑性下降很快，硬度及脆性很大，随着继续变形，最终导致铁板断裂；Sn 板属于热加工，不会发生加工硬化的现象，但由于热加工会产生动态再结晶，会出现加工流线及带状组织，使材料的力学性能呈现各向异性，顺纤维的方向较垂直于纤维方向具有较高的力学性能，经过长时间弯折会变得弯曲。
11．请以Al-4.5%Cu合金为例，说明时效过程及其性能（硬度）变化。
【答案】铝合金淬火后得到过饱和固溶体，之后加热保温，固溶体内会依次析出GP 区，
，长时间时效，GP 区溶解，硬度下降。相。GP 区的形成会使材料的硬度增加（第一个时效峰）
的形成使得硬度继续增加（第二个时效峰）。当全部溶解转化为转化为后，硬度开始下降。
12．为什么单相金属的晶粒形状在显微镜下多为六边形？
【答案】在晶粒互相接触的二维图形中，晶界的交叉点应是由3根晶界相交，如果是4根以上晶界相交，从能量降低即交叉点处微元面积中晶界总长最短的原则出发，通过几何分析可以得出1个四叉晶界一定会自发分解为2个三叉晶界。在三叉交点处，3个晶界必然会自发调整位置以实现界面张力的力学平衡，其数学表示式为：
为满足上式的晶界交叉点的力学平衡关系，晶界并不要求一定是直的，仅要求在结点处，3个晶界切线枝晶间的夹角满足上式。如果考虑单相合金，设定3个晶界能相等，则结点处的平衡条件
是
所以单相金属的晶粒形状在显微镜下多为六边形。
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