2013材科基真题精讲ppt课件.ppt

,北京科技大学硕士研究生入学考试,2013年814材料科学基础真题、答案详解与点评,主讲人：何庆,1,北京科技大学2013年硕士学位研究生入学考试试题一、简答题(8分/题，共40分)1.超点阵；详解：当固溶体有序化到这样一个程度，以致在整个晶体点阵中溶质和溶剂原子都按统一的确定顺序分布时，即达到长程有序时，这样的固溶体就称为有序固溶体，有时也称为超点阵。点评：该题考察的知识点是固溶体的结构，除有序固溶体之外，固溶体结构还表现在点阵畸变，点阵常数的变化，偏聚和有序化，考生都应该掌握其含义。2.玻璃化转变温度；详解：如果材料从液态冷却的冷却速率很大，冷却时可以避开结晶，则在熔点以下以过冷液体的形式继续冷却。当液体冷却到某一温度后，体积-温度曲线发生转折，自由体积不再变化，变成玻璃态，曲线发生转折的温度就是玻璃化转变温度。,2,点评：这道题关键点在液态冷速很大，以致在某个温度开始变成玻璃态，这个温度就是玻璃化温度。3.伪共晶；详解：在平衡凝固条件下，只有共晶成分的合金才能得到全部的共晶组织，然而在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。点评：此题考查的是共晶合金的非平衡凝固，关键点在靠近共晶点成分的合金最后得到了共晶组织。共晶合金的非平衡凝固还可能得到非平衡共晶组织。4.脱溶；详解：任一合金，由单相区冷却，由于溶解度一般随温度降低而减小，冷到低温将变成过饱和固溶体，若条件允许，将发生过饱和固溶体分解，从母相中产生，的生成和长大称为脱溶，反应式为过饱和饱和+。,3,点评：此题的关键点在于理解最后的那个反应式。关于脱溶定义以及典型合金的脱溶工艺和脱溶过程中显微组织的变化都是历年考试中重点。5.二次再结晶；详解：当正常晶粒长大过程被分散相微粒、织构或表面的热蚀沟等所强烈阻碍。当晶粒细小的一次再结晶组织被继续加热时，上述阻碍正常晶粒长大的因素一旦开始消除时，少数晶粒优先快速长大，逐步吞食其周围的小晶粒，直至晶界相互接触，最后形成非常粗大的组织，这个过程就称为二次再结晶。点评：二次再结晶又称异常晶粒长大，实质是一种特殊的晶粒长大现象，发生异常晶粒长大的基本条件就是正常晶粒长大过程被阻碍。,4,二、图1是立方ZnS结构示意图，回答以下问题（共20分）：1.Zn2+的负离子配位数是多少？2.Zn2+占据以S2-密排结构的间隙位置，写出Zn2+占有位置的坐标；3.计算ZnS结构的晶格常数(已知Zn2+和S2-的离子半径分别为0.06nm和0.18nm)；4.计算ZnS结构的致密度。图1立方ZnS结构示意图（第二题图）,5,6,7,详解：（a）图中左边位错的位错线与柏氏矢量刃相互垂直，所以是刃位错；右边位错的位错线和柏氏矢量平行，所以是螺位错，平行刃位错和螺位错的应力场没有重叠的分量，所以，他们之间的交互作用为零。（b）图中左边位错的位错线和柏氏矢量平行，所以是螺位错；右边位错的位错线和柏氏矢量也平行，所以是螺位错；两位错柏氏矢量方向相同，位错线方向相反，所以是异号位错，相互吸引。（c）图中两位错的位错线和柏氏矢量成一定角度，分别将柏氏矢量分解成平行位错线和垂直位错线的分量，如下图，,b11,b12,b21,b22,8,其中b11=b22，b12=b21，所以可以分别看成是一对刃位错和一对螺位错相互作用，异号螺位错之间相互吸引，同号刃位错之间相互排斥。平行螺位错之间的交互作用力大小是1=b11b212平行刃位错之间的交互作用力大小是2=b12b222（1）（22）(2+2)2,其中x=d，y=0。得：2=b12b222（1）又0,所以F1T2,确定此合金系中存在哪种类型的三相平衡反应？说明判断理由，并写出三相反应式。(共10分)图4A-B-C三元系等温截面（第五题图）,13,详解：存在共析型平衡反应，反应式为+判断理由：比较两温度下的等温截面，当温度降低时，低共熔点向相区移动，相减少，和相增加，因此可能存在转熔反应，相逐渐转变成和相。点评：此题考查的三元相图中的等温截面，考生不用考虑三元相图在空间的具体形状，只要关注随温度变化三种相的含量是怎样变化的，就可以知道三相平衡反映类型。六、由材料A和B组成双层平板，A板厚度为L，B板厚度为2L，如图5所示。扩散组元在A板一侧表面的浓度为c=c0(常数)，在B板一侧表面的浓度一直保持为c=0。假设：扩散组元不与A和B形成新相；在A和B中扩散系数均为常数，分别是D1和D2；扩散组元在A/B界面浓度保持连续；A和B相互之间不扩散。求扩散在稳态时的扩散流量。(共15分),14,图5A和B组成双层平板示意图（第六题图）详解：当扩散达到稳态时，A和B中扩散流量达到相同，因此分别计算A和B中的扩散流量，然后利用它们相等：设在A-B界面处扩散组员浓度为c1，由扩散第一定律而知，对于在A中的扩散，扩散通量J=-D1（c0-c1）/L(1)在B中的扩散，扩散通量J=-D2（c1-c）/2L(2),15,由式（1）（2）得：D1（c0-c1）/L=D2（c1-c）/2L解得：c1=2D1c0/(2D1+D2)(3)将（3）代入(1)得：J=-120(2+21),负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反。点评：此题考查了菲克第一定律的应用和稳态扩散的特点，考生只要抓住稳态扩散时两板中扩散流量相等就能很轻易的解出答案。七、什么是动态回复?什么是动态再结晶?分别画出在相同温度时高、低应变速率下动态回复和动态再结晶的真应变真应力曲线示意图，并给出简单解释。(共10分)详解：回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能的变化阶段。再结晶是指经过冷变形的金属在加热的过程中，出现无畸变的等轴新晶粒取代变形晶粒，并且性能恢复到形变前的过程。在热加工过程中，由于变形温度高于再结晶温度，故在晶,16,粒变形的同时伴随着回复、再结晶过程，这种变形同时的回复再结晶过程称为动态回复和动态再结晶。动态再结晶的真应变真应力曲线示意图,真应力,真应变,17,图中高低应变速率曲线不同，分别出现单峰和多峰的简单解释是：在高应变速率下，再结晶的速率慢，当第一轮再结晶未完成时就开始第二轮再结晶，所以，在应力-应变曲线出现第一个峰后，材料始终保持部分再结晶状态，应力-应变曲线就平滑了；而在低应变速率下，往往第一轮再结晶完成后才开始第二轮再结晶，这些过程重复，应力-应变曲线就出现多峰摆动的形状。点评：动态回复和动态再结晶可从热加工的宏观应力-应变曲线上反应出来，本题关键点在于应变速率有高低时，再结晶的速率也有高低，因此出现了单峰和多峰现象。八、常温下单相合金塑性变形有哪些主要方式，说明拉伸变形后相应的显微组织形貌特征。(共10分)详解：单相合金的塑性变形方式主要有滑移、孪生、扭折。经拉伸变形后，材料的显微组织发生明显的改变。每个晶粒内部出现大量的滑移带或孪晶带，随着变形度的增加，原来的等轴晶粒逐渐沿其变形方向伸长。当变形量增加到很大时，形成纤维组,18,织。经一定量的拉伸变形后，晶体中的位错线通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结。进一步增加变形度时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。此时，变形晶粒是由许多这种胞状亚结构组成，各胞之间存在微小的位向差。点评：本题考查的形变一章的基本知识，关键在于金属或合金经拉伸后，出现纤维组织、滑移带、孪晶带，形成位错胞状结构，同时还有可能形成形变织构。对于冷塑性变形后结构、性能的变化考生也应该掌握。九、图6为3个不同成分（0.45%C,3.4%C,4.7%C）的铁碳合金缓冷凝固组织（硝酸酒精浸蚀样品），回答以下问题（共20分）。1.说明每个图对应的是哪个成分的合金，为什么？2.分析图6(c)中组织的凝固过程，并计算该合金中白色长条状组织的重量相对量。,19,（a）（b）（c）图6铁碳合金缓冷凝固组织（第九题图）详解：1.0.45%C对应的是亚共析合金，室温平衡组织为珠光体+铁素体，所以对应的是图（b），图中均匀分布的黑色相的就是珠光体，呈等轴状的白色相为先共析铁素体。3.4%C对应的亚共晶合金，室温平衡组织为珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体。（a）图中呈树枝状分布的黑色区域就是由先共晶奥氏体转变的珠光体，其周围一圈白色的组成物是从先共晶奥氏,20,体析出的二次渗碳体，其余部分为变态莱氏体，所以图（a）对应的是3.4%C。4.7%C为过共晶合金，室温平衡组织是一次渗碳体加变态莱氏体，一次渗碳体呈粗大的片