2017年西南科技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． 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。
2． 再结晶退火
【答案】再结晶退火是指经过塑性变形的金属，在重新加热过程中，当温度高于再结晶温度后，形成低缺陷密度的新晶粒，使其强度等性能恢复到变形前的水平，但其相结构不变的过程。
二、简答题
3． 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。
4． 在简单立方晶体的（100）面上有一个b=a[001]的螺位错。如果它（a ）被（001）面上b=a[010]的刃位错交割；（b ）被（001）面上b=a[001]的螺位错交割。试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？
【答案】交割后的情况如图所示。
图
5． 在铁的晶体中固溶有碳原子和镍原子，问在同一温度下，碳原子和镍原子各以什么机制进行扩散，为什么？其中哪一种原子具有更大的扩散系数，为什么？
【答案】碳原子以间隙扩散机制进行扩散，因为Fe-C 合金为间隙固溶体，碳原子半径比较小，间隙扩散不会引起较大的点阵畸变。
镍原子以空位扩散机制进行扩散，因为Fe-Ni 合金为置换固溶体，镍原子比较大，难以通过间隙机制从一个间隙位置迁移到邻近的间隙位置，因为这种迁移将导致很大的点阵畸变。
碳原子具有更大的扩散系数。因为空位扩散激活能除了需要原子跳跃所需的内能外，还比间隙扩
散増加一项空位形成能。根据所以碳原子具有更大的扩散系数。
6． 什么是晶体缺陷？按照晶体缺陷的几何组态，晶体缺陷可分为哪几类？
【答案】（1）在理想完整晶体中，原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。但在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其他条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域。这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体缺陷，它破坏了晶体的对称性。晶体缺陷有的是在晶体生长过程中，由于温度、压力、介质组分浓度等变化而引起的；有的则是在晶体形成后，由于质点的热运动或受应力作用而产生。它们可以在晶格内迁移，以至消失；同时又可有新的缺陷产生。
（2）按照晶体缺陷的几何组态，晶体缺陷可分为：
①点缺陷，只涉及到大约一个原子大小范围的晶格缺陷，包括：晶格位置上缺失正常应有的质点而造成的空位；由于额外的质点充填晶格空隙而产生的填隙；由杂质成分的质点替代了晶格中固有成分质点的位置而引起的替位等。在类质同象混晶中替位是一种普遍存在的晶格缺陷。
②线缺陷，是沿着晶格中某条线的周围，在大约几个原子间距的范围内出现的晶格缺陷。位错是其主要的表现形式。
③面缺陷，是沿着晶格内或晶粒间的某个面两侧大约几个原子间距范围内出现的晶格缺陷，主要包括堆垛层错以及晶体内和晶体间的各种界面，如小角晶界、畴界壁、双晶界面及晶粒间界等。此外，也有人把晶体中的包裹体等归为晶体缺陷而再分出一类体缺陷。
7． 什么是二次再结晶？二次再结晶发生的条件是什么？二次再结晶后织构会不会发生变化？
【答案】二次再结晶是指在再结晶完成的基础上，少数晶粒的异常长大现象。此时晶粒尺寸分布出现双峰现象。发生条件：一般晶粒生长受阻，如粒子钉扎、织构钉扎或厚度效应。当钉扎作用不均匀消失时，个别晶粒先摆脱钉扎而充分生长。
于弥散相抑制晶粒长大，一般不会产生二次织构；对于织构抑制晶粒长大，有时会产生二次织构，有时不会产生二次织构；对于厚度抑制晶粒正常长大，会产生二次织构。
8． —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）面到面。
三、计算题
9． 如图1所示的晶体中，ABCD 滑移面上有一个位错环，位错线方向为逆时针方向，其柏氏矢量b 平行于:
（1）指出位错环各部分的位错类型。
（2）若柏氏矢量
b 垂直于位错环所在的水平面，指出位错环各部分的位错类型。
（3）在图中表示出使位错环向外运动所需施加的切应力方向。
（4）该位错环运动出晶体后。晶体外形如何变化？
图1
【答案】
如图2所示。
（1）点为负刃型位错，点为正刃型位错，点为左螺型位错，点为右螺型位错。其他各点处为混合型位错。
（2）由于柏氏矢量与位错线全部垂直，则位错环上所有位错都为刃型位错。
（3）如图2（a ）所示，在晶体的上下底面施加一对平行于柏氏矢量的切应力，且下底面内的切应力与柏氏矢量同向平行。
（4）如图2（b ）所示，滑移面下部晶体相对于上部晶体产生与柏氏矢量相同的滑移，并在晶体侧表面形成相应台阶。
（a ） （b ）
图2