2017年燕山大学B04材料科学综合之材料科学基础考研复试核心题库
● 摘要
一、名词解释
1． 置换固溶体
【答案】溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。当溶剂和溶质原子直径相差不大，一般在15%以内时，易于形成置换固溶体。铜镍二元合金即形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。
2． 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。
二、简答题
3． 何为成分过冷？它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响？
【答案】（1）成分过冷：在合金的凝固过程中，由于液相中溶质分布发生变化而改变了凝固温度，这可由相图中的液相线来确定，因此，将界面前沿液体中的实际温度分布低于由于溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，称为成分过冷。
（2）对形貌的影响：
①当在液-固界面前沿有较小的成分过冷区时，平面生长就会被破坏；
②界面某些凸起的地方，在它们进入过冷区之后，由于过冷度稍有増加，促进了它们进一步凸向液体，但因成分过冷区较小，凸起部分不可能有较大的伸展，使界面形成了胞状组织；
③如果界面前沿的成分过冷区较大，则凸出部分就能继续伸向过冷液相中生长，同时在侧面产生分枝，形成二次轴，在二次轴上再长出三次轴等，这样就形成树枝状组织。
综上述，由于成分过冷，可是合金在正的温度梯度下凝固得到树枝状组织。
4． 简述回复再结晶退火时材料组织和性能变化的规律；为何实际生产中常需要再结晶退火？
【答案】（1）回复再结晶时材料组织变化：该退火过程主要分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。在回复阶段，由于发生大角度晶界迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状，从光学组织上几乎看不出变化。在再结晶阶段，首先是在畸变度大的趋于产生新的无畸变晶粒核心，然后逐渐消耗周围的变形机体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。最后，在表面晶界能的驱动下，新的晶粒互相吞食长大，从而得到在该条件下一个比较稳定的尺寸。
（2）回复再结晶时材料性能变化：在回复阶段，由于金属仍保持很高的位错密度，所以强度和硬度变化很小，但是再结晶后，位错密度显著降低，从而导致强度与硬度明显下降；回复阶段，由于晶体点阵中点缺陷的存在，使电阻明显下降，电阻率明显提高；回复阶段，大部分或全部的宏
观内应力可以消除，而微观内应力则只有通过再结晶方可全部消除；回复前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其接近再结晶时，亚晶粒尺寸就显著增大；变形金属的密度在再结晶阶段发生急剧増高。
5． 根据相图，铁碳合金中的渗碳体相可能存在有五种不同的形态，按照形成温度由高到低，依次是：一次渗碳体，共晶渗碳体，二次渗碳体，共析渗碳体和三次渗碳体。请画出含有上述五种渗碳体的铁碳合金的组织示意图（一种合金中可包含一种或多种形态的渗碳体），并标明渗碳体组织的名称。
【答案】如图所示。
一次渗碳体是从液相中直接析出的，
只有在含碳量的铁碳合金（白口铸铁）中才能见
，如图（a ）中白色条状组织所示。 到。其形貌是大块的板条（过共晶白口铸铁中）
二次渗碳体是过共析钢退火平衡组织，是从奥氏体中析出的，一般分布在原奥氏体晶界，呈网状，又称网状渗碳体，如图（b ）所示。
（a ）条状（b ）网状
图 和P 中的层状渗碳体； （c ）铁素体晶界上的（d ）共晶渗碳体（白色区域）
三次渗碳体是从铁素体中析出的，分布在铁素体晶界上，由于量较少，呈现断续蛇状分布。一般只在工业纯铁中可以看到，如图（c ）所示。
珠光体中的渗碳体叫做共析渗碳体，呈现为层片状形态，如图（b ）所示。
共晶莱氏体组织中的渗碳体叫做共晶渗碳体，是共晶组织的基体，呈现连续分布，如图（d ）所示。
6． 分别叙述下列组图中的图1（b ）、（c ）、（d ）中三条曲线的物理意义，并在此基础上说明形成成分过冷的条件。
图1
【答案】图1（b ）中，曲线表示边界层附近的温度分布；图1（c ）中，曲线表示边界层中的浓度分布；图1（d ）中，曲线表示边界层中的熔点随距离变化的曲线。如果图1（b ）、（d ）中的曲线相交时则会有成分过冷，即当边界层中温度梯度与边液相实际温度即界层浓度分布曲线相切时，是成分过冷的临界条件。如图2阴影部分区域可以发生成分过冷，当温度分布曲线斜率小于切线斜率时则有成分过冷。
图2
7． 用位错理论分析纯金属与两相合金在冷形变加工时，在产生加工硬化机理上有何区别？
【答案】（1）对于纯金属单晶体，使其产生加工硬化的机理主表现在位错增殖、位错运动及位错的交互作用、以及位错反应三个方面：首先，对于位错増殖来说，位错源开动，位错增殖使位错密度增大；其次，位错运动时会受到点阵阻力，并且在位错之间发生交互作用的情况下，会形成割阶、缠结等，也会使其运动阻力增大；第三，位错之间还会发生位错反应，形成如洛玛位错、L-C 位错等的固定位错，从而造成位错塞积，使位错运动阻力进一步增大。综上三个方面使位错运动阻力增大从而产生加工硬化。