西工大材料科学基础答案

篇一：西北工业大学材料科学基础考研真题答案】2年硕士研究生入学考试试题答案试题名称：材料科学基础试题编号：832说明：所有答题一律写在答题纸上第页共页一、 简答题（每题10分，共50分）请简述滑移和孪生变形的特点？答：滑移变形特点：1）平移滑动：相对滑动的两部分位向关系不变2）滑移线与应力轴呈一定角度3）滑移不均匀性：滑移集中在某些晶面上4）滑移线先于滑移带出现：由滑移线构成滑移带5）特定晶面，特定晶向孪生变形特点：1） 部分晶体发生均匀切变2） 变形与未变形部分呈镜面对称关系，晶体位向发生变化3） 临界切分应力大4） 孪生对塑变贡献小于滑移5） 产生表面浮凸什么是上坡扩散？哪些情况下会发生上坡扩散？答：由低浓度处向高浓度处扩散的现象称为上坡扩散。应力场作用、电场磁场作用、晶界内吸附作用和调幅分解反应等情况下可能发生上坡扩散。扩散驱动力来自自由能下降，即化学位降低。在室温下，一般情况金属材料的塑性比陶瓷材料好很多，为什么？纯铜与纯铁这两种金属材料哪个塑性好？说明原因。答：金属材料的塑性比陶瓷材料好很多的原因：从键合角度考虑，金属材料主要是金属键合，无方向性，塑性好；陶瓷材料主要是离子键、共价键，共价键有方向性，塑性差。离子键产生的静电作用力，限制了滑移进行，不利于变形。铜为面心立方结构，铁为体心立方结构，两者滑移系均为12个，但面心立方的滑移系分布取向较体心立方匀衡，容易满足临界分切应力。且面心立方滑移面的原子堆积密度比较大，因此滑移阻力较小。因而铜的塑性好于铁。请总结并简要回答二元合金平衡结晶过程中，单相区、双相区和三相区中，相成分的变化规律。答：单相区：相成分为合金平均成分，不随温度变化；双相区：两相成分分别位于该相区的边界，并随温度沿相区边界变化；三相区：三相具有确定成分，不随结晶过程变化。合金产品在进行冷塑性变形时会发生强度、硬度升高的现象，为什么？如果合金需要进行较大的塑性变形才能完成变形成型，需要采用什么中间热处理的方法？而产品使用时又需要保持高的强度、硬度，又应如何热处理？答：合金进行冷塑性变形时，位错大量増殖，位错运动发生交割、缠结等，使得位错运动受阻，同时溶质原子、各类界面与位错的交互作用也阻碍位错的运动。因此发生应变硬化，使强度、硬度升高。较大的塑性变形产生加工硬化(应变硬化)，如果需要继续变形就要进行中间热处理，即再结晶退火，使塑性恢复到变形前的状态，零件可继续进行塑性变形。如果产品需要保持高的强度、硬度，可在最终热处理时采用去应力退火，去除残余应力，保持零件较高的强度、硬度。二、 作图计算题(每题15分，共60分)1、 在fe-fe3c相图中有几种类型的渗碳体？分别描述这些渗碳体的形成条件，并绘制出平衡凝固条件下这些不同类型渗碳体的显微组织形貌。答：渗碳体包括：初生(一次)渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体，共五种。初生(一次)渗碳体：含碳量大于4.3%的fe-c合金在平衡凝固时从液相结晶出来的渗碳体，形貌为板条状。(2)二次渗碳体：含碳量0共晶渗碳体：含碳量2.11〜6.69%的fe-c合金，在1148°C发生共晶反应时形成的渗碳体。共析渗碳体：含碳量0.0218〜6.69%的fe-c合金，在727C发生共析反应时生成的渗碳体。各渗碳体形貌见教材相关部分。2、在两个相互垂直的滑移面上各有一条刃型位错ab、xy,如图所示。假设以下两种情况中，位错线xy在切应力作用下发生运动，运动方向如图中v所示，试问交割后两位错线的形状有何变化（画图表示）？在以下两种情况下分别会在每个位错上形成割阶还是扭折？新形成的割阶或扭折属于什么类型的位错？答：a图：xy向下运动与ab交割，产生pp小台阶，宽度为|b1|ppr的柏氏矢量仍为b2ppr±b2为刃型位错pp不在原滑移面上，为割阶xy平行于b2,不形成台阶b图：ab位错线上出现pp平行于b2,宽度为|b1|pp'的柏氏矢量仍为b2pp'llb2为螺型位错pp在原滑移面上，为扭折xy位错线上出现qq平行于bl,宽度为|b2|qq'的柏氏矢量仍为blqq'lb1为螺型位错qq'在原滑移面上，为扭折3、已知h原子半径r为0.0406nm，纯铝是fee晶体，其原子半径r为0・143nm，请问h原子溶入al时处于何种间隙位置？答：fee晶体的八面体间隙,四面体间隙。根据题意知,因此h原子应处于八面体间隙。三、 综合分析题（共40分）1、试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。答：将退火低碳钢进行少量塑性变形后卸载,然后立即加载,屈服现象不再出现。如果卸载后在室温下放置较长时间或加热到一定温度保温,屈服现象再次出现,而且低碳钢的强度及硬度升高,这种现象称为应变时效或机械时效。机理：柯垂尔理论认为,卸载后立即重新加载,位错已经脱钉,因此不再现屈服现象。放置或加热后再加载,位错被重新定扎,因此会再次出现屈服现象。位错増殖理论认为，卸载后立即重新加载，位错已经増殖，因此不再出现屈服现象。放置或加热后再加载，发生了回复，位错发生重排和抵消，因此会再次出现屈服现象。两种理论均有实验依据，目前一般同时采用两理论解释应变时效的产生原因。2、如图所示，在立方单晶体中有一个位错环abcda,其柏氏矢量b平行于z轴1）指出各段位错线是什么类型的位错。答：1） ab、bc、cd、da段都是刃位错2） ab和cd不动；bc向上滑移，ad向下滑移，如图所示。西北工业大学2011年硕士研究生入学考试试题参考答案试题名称：材料科学基础（a卷）试题编号：832说明：所有答题一律写在答题纸上第1页共7页一、简答题（每题10分，共50分）请从原子排列、弹性应力场、滑移性质、柏氏矢量等方面对比刃位错、螺位错的主要特征。答：刃型位错：1） 1晶体中有一个额外原子面，形如刀刃插入晶体2） 2刃位错引起的应力场既有正应力又有切应力。3） 3位错线可以是折线或曲线,但位错线必与滑移（矢量）方向垂直【篇二：西工大2015年材料科学基础】5年硕士生入学考试试题试题名称：材料科学基础试题编号：832一简答（50分）密排六方为什么不能称作空间点阵？相互垂直的位运动发生交割，原位错可能发生什么变化？在后续的位错运动中可能有什么影响？从结构学的角度比较珠光体转变和马氏体转变？小角度晶界的分类，以及对应的位错结构。正温度梯度下，纯金属凝固为什么平面状长大？二作图与计算（60分）1■在800摄氏度下，含碳量为1%的铁棒，在脱碳气氛下，端部部分变为纯铁，画出随距离变化相分布图以及浓度变化曲线。2■再结晶50%时，527摄氏度下需要10000s,727摄氏度下需要0・1s，问用100000s时所需的最低温度3■在体心立方bcc晶胞中画出（101）【10-1】，（-1-1-1）【-110】，（111）【-1-12】；并判断哪些是滑移面？滑移方向？能否构成滑移系，哪些滑移系在【001】的拉力下可开动？4■根据相率判别图中错误之处，并说明原因。（P教材197页15题的图1,图2,图7,图4,图5,图6原题）错误二元相图举例三综合题（40分）1比较45,T8,T12的退火状态，室温下的强度和塑性，并分析其原因。（课本例题）2说明静态回复和动态回复位错运动有何区别,简述静态回复和动态回复,静态在结晶和动态在结晶的显微组织有何区别？【篇三：西北工业大学材料科学基础第7章习题-答案】/p＞⑴测定n把一批经大变形量变形后的试样加热到一定温度（丁）后保温,每隔一定时间t,取出一个试样淬火，把做成的金相样品在显微镜下观察，数得再结晶核心的个数n得到一组数据（数个）后作n—t图，在n—t曲线上每点的斜率便为此材料在温度丁下保温不同时间时的再结晶形核率n。⑵测定g：将⑴中淬火后的一组试样进行金相观察，量每个试样（代表不同保温时间）中最大晶核的线尺寸d,作d—t图，在d—t曲线上每点的斜率便为了温度下保温不同时间时的长大线速度g。再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料,其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。再结晶退火的温度较低,一般都在临界点以下。若对铸件采用再结晶退火,其组织不会发生相变,也没有形成新晶核的驱动力（如冷变形储存能等）,所以不会形成新晶粒,也就不能细化晶粒。3.能。可经过冷变形而后进行再结晶退火的方法。4.答案如附表2.5所示。附表2.5冷变形金属加热时晶体缺陷的行为5.(1)铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化示意图如附图2.22所示。由于铜片宽度不同，退火后晶粒大小也不同。最窄的一端基本无变形，退火后仍保持原始晶粒尺寸；在较宽处，处于临界变形范，再结晶后晶粒粗大；随宽度增大，变形度增大，退火后晶粒变细，最后达到稳定值。在最宽处，变形量很大，在局部地区形成变形织构，退火后形成异常大晶粒。变形越大，冷变形储存能越高，越容易再结晶。因此，在较低温度退火，在较宽处先发生再结晶。再结晶终了的晶粒尺寸是指再结晶刚完成但未发生长大时的晶粒尺寸。若以再结晶晶粒中心点之间的平均距离d表征再结晶的晶粒大小，则d与再结d?k[gn1晶形核率n及长大线速度之间有如下近似关系:qnrtqnrt]4且n?n0exp(?)，g?g0exp(?)由于qn与qg几乎相等，故退火温度对g/n比值的影响微弱，即晶粒大小是退火温度的弱函数。故图中曲线中再结晶终了的晶粒尺寸与退火温度关系不大。再结晶完成以后，若继续保温，会发生晶粒长大的过程。对这一过程而言，退火温度越高，(保温时间相同时)退火后晶粒越大。这是因为晶粒长大过程是通过大角度晶界的移动来进行的。温度越高，晶界移动的激活能就越低，晶界平均迁移率就越高，晶粒长大速率就越快，在相同保温时间下，退火后的晶粒越粗大，这与前段的分析并不矛盾。前种工艺，由于铝件变形处于临界变形度下，故退火时可形成个别再结晶核心，最终晶粒极为粗大，而后种工艺，是由于进行再结晶退火时的温度选择不合理(温度过高)，若按t再=0・4t熔估算，则t再=100X，故再结晶温度不超过200°C为宜。由于采用630°C退火1h,故晶粒仍然粗大。综上分析，在80%变形量条件下，采用150C退火1h，则可使其晶粒细化。前者采用去应力退火(低温退火)；后者采用再结晶退火(高温退火)。

去应力退火过程中，位错通过攀移和滑移重新排列，从高能态转变为低能态；动态回复过程中，则是通过螺位错的交滑移和刃位错的攀移，使异号位错相互抵消，保持位错增殖率与位错消失率之间的动态平衡。从显微组织上观察，静态回复时可见到清晰的亚晶界，静态再结晶时形成等轴晶粒；而动态回复时形成胞状亚结构，动态再结晶时等轴晶中又形成位错缠结胞，比静态再结晶晶粒要细。一是不在两相区变形；二是减少夹杂元素含量；三是采用高温扩散退火，消除元素偏析。对已出现带状组织的材料，在单相区加热、正火处理，则可予以消除或改善。金属材料在热加工过程中经历了动态变形和动态回复及再结晶过程，柱状晶区和粗等轴晶区消失了，代之以较细小的等轴晶粒；原铸锭中许多分散缩孔、微裂纹等由于机械焊合作用而消失，显微偏析也由于压缩和扩散得到一定程度的减弱，故使材料的致密性和力学性能(特别是塑性、韧性)提高。可以在钨丝中形成弥散、颗粒状的第二相(如tho2)以限制晶粒长大。因为r?4r15．(1)不对。对于冷变形(较大变形量)后的金属，才能通过适当的再结晶退火细化晶粒。(2)不对。有些金属的再结晶温度低于室温，因此在室温下的变形也是热变形，也会发生动态再结晶。不对。多边化过程中，空位浓度下降、位错重新组合，致使异号位错互相抵消，位错密度下降，使点阵畸变减轻。不对。如果在临界变形度下变形的金属，再结晶退火后，晶粒反而粗化。(5)不对。再结晶不是相变。因此，它可以在一个较宽的温度范围(5)不对。再结晶不是相变。因此，它可以在一个较宽的温度范围内变化。(6)不对。微量熔质原子的存在(20#钢中wc=0.002),会阻碍金属的再结晶，从而提高其再结晶温度。不对。只有再结晶过程才是形核及核长大过程，其驱动力是储存能。不对。金属的冷变形度较小时，相邻晶粒中才易于出现变形不均匀的情况，即位错密度不同，越容易出现晶界弓出形核机制。不对。晶粒正常长大，是在界面曲率作用下发生的均匀长大；反常长大才是大晶粒吞食小晶粒的不均