2017年长安理工大学材料科学基础考研复试核心题库
● 摘要
一、名词解释
1． 成分过冷
【答案】成分过冷是指合金溶液在凝固时，理论凝固温度不变，过冷度完全取决于溶质成分的分布的现象。
2． 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。
二、简答题
3． 请画出金属单晶体的典型应力-应变曲线，并标明各阶段。铝（层错能约为
钢（层错能约为
区别？
【答案】（1）单晶体的应力-应变曲线如图所示，各阶段如图中标注所示。
和不锈哪一种材料的形变第III 阶段开始得更早？这两种材料滑移特征有什么
图
（2）第III 阶段是抛物线型硬化阶段，主要机制之一是在塞积群中的螺位错交滑移，塞积群前的应力集中得以释放，故使硬化率下降。可见，越容易交滑移的材料第III 阶段开始越早。
铝的层错能高，位错一般不能扩展，其螺位错容易交滑移；不锈钢层错能很低，位错通常都会扩展，不容易交滑移。比较来看，铝的形变第III 阶段开始得更早。
4． 均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径，非均匀形核的临界形核功也等于三分之一表面能，为什么非均匀形核比均匀形核容易？
【答案】因为非均匀形核时，用杂质或型腔充当了一部分晶核。也就是说，需要调动的原子数少。
5． 根据图1所示铁碳亚稳平衡相图和你所学所有知识，回答下列问题：
图1
（1）分析氢、氮、碳、硼在中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。已知元
素的原子半径如下：氣0.046nm , 氮0.071nm ，碳0.077nm ，硼0.091nm ，
（2）标注相图中平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。
（3）分析的铁碳合金平衡凝固到室温过程的组织变化。
（4）指出相的晶体结构、密排方向、密排面、致密度、配位数、晶胞中原子数和通常情况下的滑移系；画出其中一个滑移系，并标明指数。
（5）结合你所学的有关知识，说明如何提高Fe-C 合金的强度。
（6）
（7）
图；渗碳在【答案】（1）:的铁碳合金在拉伸中，一种情况是在拉伸出现塑性变形后去载，立即再加载；另的铁碳合金制作成齿轮，对齿轮气体渗碳强化。画出钢在渗碳后的组织分布示意中进行而不在中进行，即渗碳温度选择要高于温度，为什么？渗碳温度，四面体间隙半径
：中一般会溶入八面体间隙中心，形成间隙一种情况是去载后时效再加载。试解释前者无屈服现象后者有屈服现象的原因。 高于1100°C 会出现什么问题？ 为FCC 结构，八面体间隙半径。可见氢、氮、碳原子在
固溶体，固溶度较小；
硼在
也可以形成置换固溶体
（2）图1中平衡反应成分、温度和反应式如下（三条水平线，从上到下）：
B 、H 和J 点成分分别为：
C 、E 点和
，S 、P 点和成分分别为：
成分分别为：
（3）合金平衡凝固到室温过程的组织变化为：
：中一般也是位于八面体间隙中心，形成间隙固溶体，但是有时
（4）为FCC 结构，其密排方向、密排面、致密度、配位数、晶胞中原子数分别为<110>、{111}、0.74、12和4；通常情况下的滑移系为{111}<110>, 其中一个滑移系为（111）.
所示。
，指数如图2
图2
（5）提高Fe-C 合金的强度方法有多种，主要有加工硬化、微合金强化、固溶强化、细化晶粒强化、热处理强化（马氏体相变强化等）。
（6）合金中由于C 原子与Fe 的弹性交互作用，形成称柯氏气团，柯氏气团与位错的交互作用导致合金出现屈服现象，在拉伸出现塑性变形后去载，立即再加载是已经克服了柯氏气团对位错的阻碍，立即再加载不会重新出现屈服现象，而卸载后时效再加载会使溶质原子重新聚集形成与位错的新的交互作用，从而使合金再次出现屈服现象。
（7）合金齿轮渗碳后的组织分布示意图如图3所示。 渗碳在温度范围中（A3温度以上）进行而不在温度范围中进行的主要原因是，温度较高，渗碳速度可以较快，同时在温度范围中进行渗碳，可以得到较大的含碳量，但是渗碳温度高于ll00°C 会导致基体合金晶粒粗大，力学性能下降，同时对渗碳设备也会提出更高要求。
图3
6． 根据单相固溶体凝固的一维模型回答下列问题（可以用图解说明）：
（1）为什么在凝固过程中会出现边界层？
（2）分别叙述平衡分配系数和有效分配系数的物理意义；
（3）什么情况下出现正常凝固？什么情况下凝固后的铸锭内成分最均匀？什么情况下最不均匀？ （4）用图解说明出现成分过冷的临界条件，并解释如果是正常凝固会不会出现成分过冷。
【答案】（1）合金凝固时，液态合金因具有低黏度和高密度而存在自然对流，其倾向使液体浓度均匀化；然而正是液体流动时的一个基本特性却部分地妨碍对流作用。当液体以低速流过一根水管时，液体中的每一点都平行于管壁流动，这称为层流。流速在管中心最大，并按抛物线规律向管壁降低，制止管壁处的液体流速为零为止。因此在管壁处总是存在着一个很薄的层流液体的边