2017年西安交通大学能源与动力工程学院804材料科学基础考研仿真模拟题
● 摘要
一、名词解释
1． 晶面族
【答案】晶面族是对称关系（原子排列和分布，面间距）相同只是空间位向不同的各组等同晶面，用{hkl}表示。
2． 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。
3． 反应扩散
【答案】反应扩散是通过扩散而形成新相的过程。即在固态扩散的过程中，如果渗入元素在金属中溶解度有限，随着扩散原子增多，当渗入原子的浓度超过饱和溶解度时则形成不同于原相的固溶体或中间相，从而使金属表层分为出现新相和不出现新相的两层的过程。
4． 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。
5． 位错
【答案】位错是指晶体中的一维缺陷或线状缺陷。
二、简答题
6． 根据冷却速度对金属组织的影响，现要获得非晶，亚稳相，请指出其凝固时如何控制。
【答案】要获得非晶可以以极快速度将金属液体冷却，要获得亚稳相也必须使冷却速度远远超过平衡冷却速度。
7． 图为两组销铜合金的时效强化曲线；讨论成分变化及时效温度对力学性能（这里是硬度值）的影响，分析可能的原因。
图
【答案】（1）成分变化对力学性能的影响：随铝中含铜量提高，过饱和度加大，脱溶驱动力加大，析出速度加快，硬度值増加。
（2）时效温度的影响：时效温度越高，扩散速度加快，析出加快，但过饱和度减小，脱溶驱动力也减小，GP 区或亚稳相可能不出现。
（3）原因：时效强化主要靠GP 区和
果好。
8． 谈谈你对高强度材料的理解。
【答案】对于结构材料，最重要的性能指标之一是强度。强度是指材料抵抗变形和断裂的能力，提高材料的强度可以节约材料，降低成本。人们在利用材料的力学性能时，总是希望所使用的材料具有足够的强度，人们希望合理运用和发展材料强化方法，从而挖掘材料性能潜力的基础。 从理论上讲，提高金属材料强度有两条途径：
（1）完全消除内部的位错和其他缺陷，使它的强度接近于理论强度。目前虽然能够制出无位错的高强度金属晶须，但实际应用它还存在困难，因为这样获得的高强度是不稳定的，对操作效应和表面情况非常敏感，而且位错一旦产生后，强度就大大下降。
（2）在金属中引入大量的缺陷，以阻碍位错的运动，例如金属材料的强化手段一般有固溶强化、细晶强化、第二相粒子强化、形变强化等。综合运用这些强化手段，也可以从另一方面接近理论强度，例如在铁和钛中可以达到理论强度的38%。
9． 在面心立方晶胞中，分别画出（101）、
方向；就图中情况能否构成滑移系？
【答案】见图。 相，因两者很细小弥散，有共格或半共格界面，强化效并指出哪些是滑移面、滑移
图
10．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）。当下降。
11．杂质掺杂从哪几个方面影响扩散系数？
【答案】（1）杂质原子的掺杂会使其化学成分发生变化，杂质原子的引入使系统热力学稳定性降低从而降低扩散活化能。
（2）生成空位和填隙。晶体中存在着空位，这些空位的存在使原子迁移更容易。在间隙扩散机制中，原子从一个晶格中间隙位置迁移到另一个间隙位置达到扩散的目的。所以杂质原子既生成空位提高扩散系数，又填隙降低了扩散系数，是一个动态平衡。
12．分析含碳3.5%的铁碳合金的平衡凝固过程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示意图。
【答案】（1）平衡凝固过程为：
①该合金液相冷却时，首先结晶形成奥氏体，此时液相成分沿液相线变化，而奥氏体成分沿固态线变化；
②当温度达到1148°C 时，初生奥氏体
莱氏体；
③继续缓冷，初生相奥氏体和共晶奥氏体中都会析出二次渗碳体，当温度降至727°C 时，所有奥氏体都发生共析转变而形成珠光体，最后得到枝晶状分布的珠光体和变态莱氏体。
（2）该合金的冷却曲线和室温时的显微组织示意图分别如图（a ）、（b ）所示。
全部溶解转化为转化为后，硬度开始此时发生共晶转变，生成