2024年材料科学基础考研真题附答案

硕士硕士入學考试试題考试科目代码及名称：959材料科學基础考试時限：3小時總分：150分名詞解释（10×3=30分）加工硬化沉淀强化交滑移上坡扩散调幅分解金属化合物临界分切应力珠光体Orowan机制等强温度解答題（6×10=60分）判断下列位錯反应能否進行：（1）；(2)請指明下列五种构造分别属于什么布拉菲點阵。注：a=b=c,α=β=γ=90°。图省冷变形金属在答复和再結晶過程中，组织和性能分别有什么变化？试分别給出FCC,BCC及HOP的重要滑移系。试分析液态金属凝固過程中形成中心等轴晶区的条件是什么？為何空位是热力學稳定缺陷，而位錯是非热力學稳定缺陷。問答題(3×20=60分)绘出Fe-Fe3C相图，標出其中的关键成分和关键温度，并且回答：（1）分析碳含量對Fe-C合金室温组织和力學性能的影响。（2）分析45钢的拉伸变形過程可分為哪几种阶段及其對应的特性和机理。2、试解释為何材料的理论强度遠高于其实际强度。伴随現代科學技术的進步和国民經济的发展，材料的强韧化越来越重要，试举例阐明材料强化或韧化的4种措施，并论述對应的强化和韧化原理。试分析下列材料科學過程与否与原子扩散有关，為何？A热弹性馬氏体箱变B脱溶分解C成分均匀化D高温蠕变EG.P形成

硕士硕士入學考试试題参照答案考试科目代码及名称：959材料科學基础考试時限：3小時總分：150分一、名詞解释（30分）加工硬化：伴随冷变形程度的增長，金属材料强度和硬度指標均有所提高，但塑性、韧性有所下降的現象。沉淀强化：過饱和固溶体随温度下降或長時间保温過程中（時效）发生脱溶分解，细小的沉淀物分散于基体之中，阻碍位錯运動而产生强化的現象。交滑移：當某一螺位錯在原滑移面上运動受阻時，有也許從原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，這一過程称為交滑移。上坡扩散：组元從低浓度区向高浓度区迁移的扩散過程。扩散的驱動力是化學位梯度。调幅分解：（過饱和）固溶体通過上坡扩散在一定的温度下分解成构造相似、成分不一样的两個相的转变過程。金属化合物：金属与金属、金属与某些非金属之间形成的化合物，构造与构成金属化合物的纯金属不一样，一般具有熔點高、硬度高、脆性大的特點。临界分切应力：滑移系開動所需的最小分切应力。它是有一种定值，与材料自身性质有关，与外力取向無关。珠光体：铁碳合金共析转变产物，是共析铁素体和共析渗碳体的层片状混合物。Orowan机制：合金相中与基体非共格的较硬第二相粒子与位錯线作用時不变形，位錯绕過粒子，在粒子周围留下一种位錯环使材料得到强化的机制。等强温度：晶界与晶粒两者强度相等時所對应的温度。解答題（60分）1、（1）几何条件：反应前，反应後，几何条件满足能量条件：反应前，反应後，不能满足能量条件，故位錯反应不能進行。（2）、几何条件：反应前，反应後，几何条件满足能量条件：反应前，反应後，能量条件不能满足，故位錯反应不能進行。NaCl属于面心立方點阵，CsCl属于简朴立方點阵，ZnS属于（简朴）六方點阵，CaF2属于体心立方點阵，CaTiO3属于简朴立方點阵。答：组织变化：在答复阶段，组织几乎没有变化，晶粒仍是冷变形後的纤维状；在再結晶阶段，变形晶粒首先出現新的無畸变的关键，然後逐渐消耗周围的变形基体而長大，直到变形组织完全改為新的、無畸变的细等轴晶粒。性能变化：答复阶段，强度、硬度下降不多，塑性稍有提高，材料的密度变化不大，電阻率有明显下降，宏观应力可以所有或大部分被消除，微观内应力部分消除，变形储能部分释放；再結晶阶段，强度、硬度明显下降，塑性提高，材料的密度急剧升高，電阻率下降更快，内应力完全消除，变形储能所有释放。4、FCC的密排面為{111}，密排向為<110>,则重要滑移系為{111}和；BCC的密排面為{110}，密排向為<111>，则重要滑移系為{110}和；HCP的密排面{0001}，密排向，重要滑移系為{0001}和5、答：液态金属凝固過過程中，中心部位的液体温度到达均匀，各处温度也許都低于熔點下，由溶质原子的重新分派，在液固界面前沿出現成分過冷，由于溶液的流動使表面细晶一部分卷入液体之中或柱状晶被冲刷脱落進入前沿液体中作為非自发的仔晶，從而促使形成中心等轴区。综上所述，必须要到达两個条件：1）凝固界面前沿的液相中有晶核（仔晶）来源；2）液相存在晶核生長所需的過冷度。6、答：在等温等压条件下，晶体中形成空位後，自由能可以写成，可知体系在一定温度下存在一种平衡空位浓度，在该浓度下，体系的自由能最低。即晶体中存在某些空位時，体系的自由能能到达最低，假如没有空位，自由能反而升高，也就是說，由热振動产生的空位属于热力學稳定缺陷；位錯的存在均會使体系的内能升高，虽然位錯的存在也會引起熵值增長，不過有限可以忽视，因此，位錯的存在使体系处在高能的不稳定状态，位錯是热力學不稳定的缺陷。三、問答題（60分）1、解答：（1）图略随碳含量的增長，铁碳合金的室温组织发生如下变化：α+Fe3CⅢ→α+P（珠光体）→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld′（室温莱氏体）→Ld′→Ld′+Fe3CⅠ在亚共析钢中，随含碳量增長，珠光体逐渐增長，强度、硬度升高，而塑性、韧性下降；在過共析钢中，含碳量在靠近1%時其强度到达最高值，含碳量继续增長，其强度下降，這是由于在含碳量Wc高于1%時脆性二次渗碳体于晶界形成持续的网络，使钢的脆性大大增長；在白口铁中，由于具有大量的渗碳体，故其脆性很大、强度很低，渗碳体的硬度很高且极脆，不能使合金的塑性提高，合金的塑性重要有铁素体来提供，因此，在白口铁中，含碳量的增長而是铁素体減少，铁碳合金的塑性不停減少，當组织中出現以渗碳体為基体的低温莱氏体時，塑性減少到靠近零值。韧性對组织拾分敏感，含碳量增長時，脆性的渗碳体增長，當出現网状的二次渗碳体時，韧性急剧下降們總体来看，韧性比塑性下降的趋势要大。（2）45钢的拉伸变形過程可以分為：弹性变形阶段，弹塑性变形阶段（或流動区），抛物线硬化阶段。弹性变形阶段：应力—应变呈直线关系，符合胡克定律，此阶段只有弹性变形；弹塑性变形阶段：试样在应力為下屈服阶段時变形能继续進行；抛物线硬化阶段：应力—应变曲线变為抛物线，加工速率随反应增長而減少，应力足够高時，塞积在障碍前的领先螺位錯产生交滑移，使应力临時松弛故硬化速率減小。答：（注：回答可以從简）实际晶体中存在位錯，而强度与位錯运動有著亲密关系，對于刃型位錯由可有通過位錯移動使晶体滑移所需的临界切应力很小，仅為理想晶体的倍。對于螺位錯与刃型位錯同样，由于原子移動量很小，因此它移動所需的力也很小，就有理论强度遠不小于实际强度。四种强化措施：形变强化、固溶强化、细晶强化、第二相粒子强化。形变强化：金属材料大量形变後来强度就會提高，具有加工硬化的性能，伴随形变量的增長，材料的强度、硬度升高，韧性、塑性下降的現象称為形变强化。形变强化的机理：金属在塑性形变過程中位錯密度不停增長，使弹性应力場不停增大，位錯间的交互作用不停增强，发生位錯的塞积、位錯交割、位錯反应、易開動的位錯源不停消耗，成果产生固定的割阶、位錯缠結等障碍，使位錯运動的阻力增大，引起变形抗力增長，給继续塑性变形导致困难，從而提高了材料的强度；固溶强化：运用點缺陷對位錯运動的阻力使金属基体获得强化的措施，伴随溶质原子含量的增長，固溶体的强度硬度升高，塑性韧性下降的現象称為固溶强化。强化机理：一是溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，對滑移面上运動的位錯有阻碍作用；二是位錯线上偏聚的溶质原子形成柯氏气团對位錯其扎钉作用，增長了位錯运動的阻力；三是溶质原子在层錯区的偏聚阻碍扩展位錯的运動。所有阻碍位錯运動，增長位錯滑移阻力的原因都可使强度提高。细晶强化：随晶粒尺寸的減少，材料的强度硬度升高，塑性、韧性也得到改善的現象称為细晶强化。细晶强化不仅可以提高材料的强度又能改善钢的塑性和韧性，是一种很好的强化材料的措施。强化机理：晶粒越细小，位錯塞积群中位錯個数（n）越小，根据，应力集中越小，材料的强度越高。强化的原因在于晶界對位錯滑移的阻滞效应，當位錯在多晶体中运動時，由于晶界两侧晶粒的取向不一样，加之這裏杂质原子较多，增大了晶界附近的滑移阻力，因此一侧晶粒中的滑移带不能直接進入第二個晶粒。還需要满足晶界上形变的协调性，需要多种滑移系统同步运作，這样會导致位錯不易穿過晶界，而是塞积在晶界处，引起强度的增高。晶粒越细，晶界越多，位錯被阻滞的地越多，多晶体的强度就越高。第二相粒子强化：是指弥散分布于基体的第二相粒子阻碍位錯运動而引起的强化。可以将第二相粒子分為，一类是不易变形粒子（包括弥散强化的粒子以及沉淀强化的大尺寸粒子）；另一类是易变形粒子（如沉淀强化的小尺寸粒子）。當位錯绕過不易变形的粒子時，其强化机制：由于不易变形粒子對位錯的斥力足够大，运動位錯在粒子前受阻、弯曲，伴随外加切应力的增長，迫使位錯以继续弯曲的方式向前运動，最终留下一种围绕粒子的位錯环，实現位錯的增值。後续的位錯线绕過粒子愈加困难，從而是材料的强度提高；當位錯切過易变形粒子時，分两种机制：第一类短程交互作用（位錯与粒子交互作用间距不不小于10b，b柏氏矢量），位錯与粒子作用時會形成新的表面积、錯排面（反相畴）、割阶，增長了界面能、畴界能，增大粒子的尺寸或增大体积分数，都能提高强度；第二类是長程交互作用（作用间距不小于10b），由于粒子与基体的點阵不一样，导致应力場，從而强化了材料。3、答：A、与原子扩散無关，由于馬氏体转变可以在相称低的温度范围内，進行并且转变速度极快，在低的温度依托原子扩散实現迅速转变時不也許的，馬