2017年兰州理工大学土木工程学院801材料科学基础之材料科学基础考研仿真模拟题
● 摘要
一、名词解释
1． 科垂尔气团（CottrellAtmosphere ）
【答案】科垂尔气团是溶质原子在刃型位错周围的聚集的现象，这种气团可以阻碍位错运动，产生固溶强化效应等结果。
2． 共价健
【答案】共价健是指由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键，具有饱和性和方向性。
3． 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。
4． 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。
5． 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。
二、简答题
6． 请在立方晶胞中画出
【答案】和（111）以及[111]和[201]的图示，并说明其意义。 和（111）表示晶面，[111]和[201]表示晶向，如图所示。
图
7． —个
写出交滑移系统。 的螺位错在（111）面上运动。若在运动过程中遇到障碍物而发生交滑移，请
【答案】所有包含螺位错方向的面都是滑移面，对于FCC 晶体滑移面（111）来说，只有（111）
与包含I 故若发生交滑移，一定是从（111）面到
8． 指出合金强化的四种主要机制，解释强化原因。
（2）强化原因
①固溶强化
固溶在点阵间隙或结点上的合金元素原子由于其尺寸不同于基体原子，故产生一定的应力场，阻碍位错运动；柯氏气团和铃木气团，前者是间隙原子优先分布于BCC 金属刃型位错的拉应力区，对位错产生钉扎作用，后者是合金元素优先分布于FCC 金属扩展位错的层错区，降低层错能，扩大层错区，使扩展位错滑移更加困难。
②沉淀强化和弥散强化
合金通过相变过程得到的合金元素与基体元素的化合物和机械混掺于基体材料中的硬质颗粒都会引起合金强化，分别称之为沉淀强化和弥散强化。沉淀强化和弥散强化的效果远大于固溶强化。位错在运动过程中遇到第二相时，需要切过（沉淀强化的小尺寸颗粒和弥散强化的颗粒）或者绕过（沉淀强化的大尺寸颗粒）第二相，因而第二相（沉淀相和弥散相）阻碍了位错运动。 ③晶界强化
按照Hall-Petch 公式，
屈服点
④有序强化
有序合金中的位错是超位错，要使金属发生塑性变形就需要使超位错的两个分位错同时运动，因而需要更大的外应力。异类元素原子间的结合力大于同类元素原子间的结合力，所以异类原子的有序排列赋予有序合金较高的强度。
9． 实践表明，高度冷轧的镁板在深冲时往往会裂开，试分析其原因。
【答案】镁板冷轧后会产生织构，在平行或垂直于板面方向施加应力，取向因子为零，几乎没有塑性，因此，进一步加工就很易开裂。
10．指出铁素体、各是什么类型的合金相？并比较铁素体、
件有什么不同？
【答案】（1）铁素体为间隙固溶体，晶格类型与溶剂同，溶质碳原子溶于晶格间隙中；CuZn 为电子化合物，属复杂晶型；
子位于晶格间隙中。
（2
）都是由过渡族元素与原子半径较小的非金属碳原子组成，都是尺寸因素起
面。 【答案】（1）合金强化的四种主要机制为固溶强化、沉淀强化和弥散强化、晶界强化、有序强化。同晶粒直径d 之间的关系是其实质是位错越过晶界需要附加的应力。因此低温用钢往往采用细晶粒组织。 的形成条为间隙化合物，属复杂晶型；TiC 为间隙相，面心立方结构，碳原
主要作用，其形成条件不同之处在于，
晶型改变。在中，形成时溶质碳量少，晶型不变，而后两种碳量较多， 所以形成简单晶型。所以形成复杂晶型；在TiC 中，
11．写出FCC 晶体在室温下所有可能的滑移系统（要求写出具体的晶面、晶向指数）。
【答案】共有12个可能的滑移系统：
12．简单立方晶体中，若位错线方向为[001]，试说明该位错属于什么类型的位错？
【答案】因位错线方向与柏氏矢量方向垂直，因此该位错为刃位错。
13．HCP 晶体，发生孪生时[0001]方向是伸长还是缩短？
【答案】如图所示，
图 HCP 晶体孪生时[0001]方向的变化
由此得：^
方向位于锐角区，发生孪生时该方向缩短。
方向位于钝角区，发生孪生时该方向伸长。
所以，[0001]方向在孪生后是伸长还是缩短，关键是看c/a的大小。
14．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。
此时发生共晶转变，生成
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