2017年苏州大学材料学或材料加工之材料科学基础复试实战预测五套卷
● 摘要
一、名词解释
1． 晶格常数
【答案】在材料科学研宄中，为了便于分析晶体中粒子排列，可以从晶体的点阵中取出一个具有代表性的基本单元（通常是最小的平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞；晶格常数指的就是晶胞的边长，也就是每一个立方格子的边长。沿晶胞边方向且长度与边长相等的矢量称为晶胞基矢，分别用a 、b 、c 表示。晶格常数是晶体物质的基本结构参数，它与原子间的结合能有直接的关系，晶格常数的变化反映了晶体内部的成分、受力状态等的变化。
2． 相图
【答案】金属及其他工程材料的性能决定于其内部的组织、结构，金属等材料的组织又由基本的相所组成。由一个相所组成的组织叫单相组织，两个或两个以上的相组成的叫两相或多相组织。相图就是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形，其所表示的相的状态是平衡状态。
二、简答题
3． 何谓金属的结晶？何谓金属的再结晶？两者是否都是相变，为什么？两者的驱动力是否相同，为什么？
【答案】结晶是指金属由熔液态转变为晶态固体的过程；再结晶是指将冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的过程。
因为结晶的产物与其母相是不同的相，而再结晶的产物与其母相是同一种相，无新相产生，故结晶是相变，再结晶不是相变。
两者的驱动力不相同，结晶的驱动力是液、固两相的体积自由能差；再结晶的驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能，即塑性变形所引起的晶体中位错总弹性应变能。
4． 解释常用的扩散机制。有两种激活能分别为的扩散，观察在温度从25°C 升高到600°C 时对这两种扩散的影响，并对结果作出评述。
【答案】常用的扩散机制有空位机制和间隙机制。两种激活能分别
为
的扩散在温度从25°C 升高到600°C 时，由
度从298K 提高到873K 时，扩散速率D 分别提高
和得:当温倍，显示出温度对扩散速率的重要影响。激活能越大，扩散速率对温度的敏感性越大。
5． 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； （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），极小的弹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。
6． 何为金属材料的加工硬化？如何解决加工硬化给后续加工带来的困难？
【答案】金属材料在塑性变形过程中，随着变形量的增加，强度和硬度不断上升，而塑性和韧性不断下降，这一现象称为“加工硬化”。该现象的原因是由于外力増加使得位错不断増殖，位错之间相互交结、反应使得位错的运动变得困难。该现象可以用再结晶退火处理消除加工硬化对后续加工带来的困难。
7． 铜是工业上常用的一种金属材料，具有电导率高和耐腐蚀性好等优点，但是纯铜的强度较低，经常难以满足要求，根据你所学的知识，提出几种强化铜合金的方法，并说明其强化机理。
【答案】强化铜合金的方法及其强化机理如下：
（1）加工硬化，指金属晶体在塑性变形过程中，材料的强度随着塑性形变量的增加而増加。加工硬化产生的主要机制有位错塞积、林位错阻力和形成割阶时产生对位错运动的阻力及产生割阶消耗外力所做的功，宏观表现出金属强度提高。
（2）固溶强化，是金属中由于溶质原子的存在，使得其强度提高。固溶强化的根本原因在于溶质原子与位错的交互作用，使得其阻碍位错运动。这种交互作用又分为溶质沿位错聚集并钉扎位错的弹性交互作用和化学交互作用两类。
（3）分散强化，依靠弥散分布与金属基体中的细小第二相强化金属。其强化的原因在于细小的第二相粒子与位错的交互作用，主要有位错绕过颗粒的奥罗万机制以及位错切过颗粒机制。
（4）细晶强化，依据霍尔-佩奇公式，由于晶界数量直接取决于晶粒的大小，因此，晶界对多晶体起始塑变抗力的影响可通过晶粒大小直接体现。多晶体的强度随其晶粒细化而提高。 这些强化方式的共同点即为金属强化的实质，在于增加了位错运动的阻力。
8． 什么是金属的加工硬化现象？
【答案】金属材料在塑性变形过程中，所施加的流变应力随应变量的增大而不断增大的现象，称为加工硬化。或金属材料经冷塑性变形后，其强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象，称为加工硬化。
三、计算题
9． 已知某晶体在500°C时，每
【答案】
10．（1）试述含碳量为2.5%的铁碳合金从液相缓慢冷却到室温的过程中，将会发生哪些相变？写出其中三相平衡的反应式；
（2）试计算在室温下，该合金中
发生的相变反应如下：
当温度降到液相线以下时，液相中开始结晶出相，发生匀晶反应，反应式为：
在1148°C 时，恒温下发生共晶反应，反应式为：
在1148°CX727°C 之间，由Y 相中不断析出二次渗碳体。
在727°C 时，发生共析反应，反应式为：
在727°C~室温之间，自a-Fe 内不断析出
（2）根据杠杆法则求得，室温下组织中 所占重量的百分比为：
原子中可以形成有1个空位，请问该晶体的空位形成能是多 少？（已知该晶体的常数A=0.0539, 波耳兹曼常数相的重量百分比。 【答案】（1）含2.5%C的Fe-C 合金为亚共晶白口铸铁。该合金自液相缓慢冷却到室温过程中所 直到L 相结晶完毕。 生成珠光体。