2017年中国科学技术大学材料科学基础复试仿真模拟三套题
● 摘要
一、名词解释
1． 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。
2． 中间相
【答案】中间相是指合金中组元之间形成的、与纯组元结构不同的相。在相图的中间区域。
二、简答题
3． 关于扩散，请回答以下问题：（1）扩散可以分为哪几种基本类型？（2）固溶体中原子的扩散必须具备哪些基本条件？（3）在间隙固溶体中，溶质原子各以何种机制进行扩散？（4）均匀奥氏体晶粒的长大以及扩散退火时晶内偏析的均匀化各属于何种类型的扩散？
【答案】（1）根据扩散有无浓度变化，可以分为自扩散和化学扩散；根据扩散方向，可以分为上坡扩散和下坡扩散；根据是否出现新相，可以分为原子扩散和反应扩散。
（2）其基本条件为存在化学势梯度。
（3）以间隙扩散机制扩散，原子从一个晶格中间隙位置迁移到另一个间隙位置。
（4）均匀奥氏体晶粒的长大属于原子扩散，扩散退火时晶内偏析的均匀化属于化学扩散。
4． 何为晶粒生长与二次再结晶？简述晶粒生长与二次再结晶的区别，并根据晶粒的极限尺寸讨论晶粒生长的过程。
【答案】晶粒生长是无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。在坯体内晶粒尺寸均匀地生长，晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇处。
二次再结晶是少数巨大晶粒在细晶消耗时的一种异常长大过程，是个别晶粒的异常生长。二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部。二次再结晶还与原料粒径有关。
造成二次再结晶的原因：原料粒径不均匀，烧结温度偏高，烧结速率太快。晶粒生长过程略。 防止二次再结晶的方法：控制烧结温度、烧结时间，控制原料粒径的均匀性，引入烧结添加剂。
5． 对于固体材料将其晶粒细化后其力学性能会有何种变化? 解释原因。并回答对于铸件能否采用再结晶的方法细化晶粒，为什么？
【答案】固体材料将其晶粒细化后，会出现细晶强化的现象，即材料的强度、硬度、塑性、韧性同时提高。这是因为：由于晶粒细小，可供塞积位错的滑移面较短，塞积位错的数目较少，由位错塞积引起的应力集中分散于各个晶粒中，使其屈服强度升高。
另一方面，由于晶粒细小，在相同的外力作用下，处于滑移有利方向的晶粒数较多，应力分散在
各晶粒中，即使在受到大的塑性变形时，仍然保持其较好的性能，而不致开裂，从而提高材料的軔性。
对于金属铸件则不能采用再结晶的方法细化晶粒，这是因为：一方面再结晶过程需要在一定的形变基础上，由储存能提供一定的能量进行晶粒的重新形核、长大，铸件没有进行过形变。另一方面，由于再结晶温度过低，铸件也不可能通过重结晶相变细化晶粒。
6． 金属的固态相变与金属的结晶过程基本一样，大多也包括形核和生长两个基本阶段，但在固态相变过程中新、旧两相的比容不同，使系统额外增加了应变能以及由相界面上的原子不匹配而引起的弹性应变能，因此固态相变在许多方面与结晶过程有着显著的差异。试分析固态相变的一般特点。
【答案】固态相变的一般特点：
（1）相变阻力中多了应变能一项。
（2）形核方面：非均匀形核为主；具有特定的取向关系；相界面常为共格或半共格的。 （3）生长方面：具有惯习现象，有特定的组织形态，如片状、针状。
（4）有亚稳相。
7． 在高温时是什么晶体结构？为什么
【答案】电解质只能在高温时使用？ 在高温时是立方晶系结构，在低温下发生晶型转变。其晶型有多种变体，低温时为单斜晶系，高温是为四方晶型，更高温为立方晶型。单斜晶性加热到1170°C 转变为四方晶型，再加热至2370°C 则转变为立方晶型。
电解质高温时溶于硫酸、氢氟酸。具有良好的热化学稳定性、高温导电性及较好的高温强度和初性。
8． 固相烧结与液相烧结的主要传质方式？固相烧结与液相烧结之间有何相同与不同之处？
【答案】（1）固相烧结有蒸发-凝聚传质和扩散传质；液相烧结有流动传质和溶解. 沉淀传质； （2）相同点：①烧结推动力，②烧结过程；
不同点：①烧结速率，②致密化过程，③影响因素。
三、计算题
9． 设固溶于NiO 中，其固溶度为
中有多少个阳离子空位。已知
【答案】设有l00g 此种固溶体，则
此时，有取代以维持电荷平衡。求
CN=6，因为NiO 具有NaCl 型结构，
所以点阵常数为
平均每单位晶胞中有4个
由于在1.393mol 的氧离子中有0.125/2mol的阳离子空位数（因为，有2个
子空位），所以在中的阳离子空位数为
10．Al-Cu 相图的局部如图1所示。
（1）分析5.6%Cu合金和5.7%Cu合金在平衡结晶和快速冷却不平衡结晶时室温组织特点。 （2）A1为FCC 结构，图中的相为何种晶体结构？
（3）指出此二元系中比较适合作变形合金和铸造合金的成分范围。
（4）计算出亚共晶合金在温度为
固完毕时组元的含量是多少？
（6）绘出T=560°C 温度时各相的自由能-成分曲线示意图。
（共晶反应前）时的平衡分配系数。 共晶，其中初晶占80%, 则此合金中刚凝（5）设X 合金平衡凝固完毕时的组织为初晶+时就会有1个阳离，故可设NaCl 型的结构不变（主体仍为NiO ）
图1
【答案】（1）5.6%Cu
合金在平衡结晶时室温组织为
现少量非平衡共晶组织
（2）FCC 结构。
（3）Cu 含量少于5.65%的合金为变形合金，Cu 含量大于5.65%的合金为铸造合金。 （4）
（5）11.76%。
（6）T=560°C 温度时各相的自由能-成分曲线示意图如图2所示。
快速冷却不平衡结晶时室温组织还出
快5.7%Cu
合金在平衡结晶时室温组织为速冷却不平衡结晶时室温组织出现离异共晶。