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1、中南大学硕士材料科学基础真题 2008 年（ 总分： 150.00 ，做题时间： 90 分钟 ）一、B 一 /B（ 总题数：1,分数：20.00）1. 叙述你所熟悉的某一类材料的凝固过程。 （分数： 20.00 ） 正确答案： （）解析： （简答,以金属材料为例 ） 金属材料在凝固过程后通常得到结晶体,因此金属材料的凝固过程也称结 晶过程。 金属的结晶通常分为两个阶段,即形核和形核后的长大阶段。 金属的形核通常在金属熔体中的 小尺寸有序原子集团 （ 晶胚）基础上,通过原子扩散而形成能够稳定长大的晶核,即纯金属的形核过程一般 需要满足能量条件和结构条件,而合金的形核还要一定的成分条件。 金属形核
2、后的长大通常需要一个较小 的过冷度,原子向晶核扩散而长大,在长大过程中结晶界面是粗糙界面,因此金属长大速度一般很快,而 结晶界面结构、温度梯度和结晶速度会影响到长大后的晶粒形状和大小,对于合金通常还会造成合金结晶 后出现成分偏析等问题。二、B二/B（ 总题数：1,分数：20.00）2. 叙述你所熟悉的某一类材料的变形行为及其特点。（分数： 20.00 ）正确答案： （）解析：（ 简答,以金属材料为例 ） 金属材料在拉伸变形中通常经历弹性变形、 塑性变形阶段, 最终可能断裂。 金属材料的每个单晶体中主要变形方式以滑移为主,部分金属在变形中也会出现孪生变形。滑移和孪生变 形的微观机制均可以用位错的
3、观点进行解释。 多晶体材料则由于晶界的阻滞作用和相邻晶粒位向差的不同 通常会影响位错运动,导致多晶体材料变形相对单晶体材料困难。 单相固溶体合金则因为溶质原子的作用 出现固溶强化,体心立方金属在拉伸过程中有屈服现象和应变时效现象。 多相合金的塑性变形特点与第二 相的数量、尺寸和分布有关,一般细小弥散、均匀分布的第二相会增强合金强度,使变形困难。金属材料在变形过程中通常有加工硬化现象,同时微观组织和其他物理化学性能也有改变。三、B 根据图 11-1 所示铁碳亚稳平衡相图和你所学所有知识,回答下列问题 /B（ 总题数： 1,分数： 70.00）根据图 11-1 所示铁碳亚稳平衡相图和你所学所有知识
4、,回答下列问题：（分数： 70.00 ）（1）.分析氢、氮、碳、硼在丫 -Fe中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。已知元素的原子半径如下：氢0.046nm,氮0.071 nm,碳0.077nm,硼0.091 nm, 丫 -FeO.126nm。（分数： 10.00 ） 正确答案： （）解析：y -Fe为FCC结构，八面体间隙半径r=0.414R原子=0.0522nm,四面体间隙半径r=0.225R原子=0.0284nm。 可见氢、氮、碳原子在 y -Fe中一般会溶入八面体间隙中心，形成间隙固溶体，固溶度较小；硼在y -Fe中一般也是位于八面体间隙中心,形成间隙固溶体,但是有时也可以
5、形成置换固溶体。（2）.标注相图中平衡反应的成分及温度,写出平衡反应式。（分数： 10.00 ）正确答案： () 解析：图中平衡反应成分、温度和反应式如下 (三条水平线，从上到下 ) ：1495C, Lb+S h-y j , B、H 和 J 点成分分别为：wc=0.09%, w=0.17%, wc=0.53%。1148C,Lc-ye+F&C,C、E 点和FesC成分分别为：wc=4.3%,wc=2.11%,wc=6.69%。727C,Y Sap+F&C,S、P 点和FesC成分分别为：wc=0.77%,wc=0.0218%,wc=6.69%，(3) .分析W=1%l勺铁碳合金平衡凝固到室温过程
6、的组织变化。(分数： 10.00 ) 正确答案： () 解析：合金平衡凝固到室温过程的组织变化为：L y ； Y ； Y Fe3G ; y S- a P+Fe3C(P)(4) .指出 y 相的晶体结构、密排方向、密排面、致密度、配位数、晶胞中原子数和 通常情况下的滑移系；画出其中一个滑移系,并标明指数。(分数： 10.00 ) 正确答案： ()解析：y为FCC结构，其密排方向、密排面、致密度、配位数、晶胞中原子数分别为v 110、111、0.74、 12和4;通常情况下的滑移系为111 v 110，其中一个滑移系为(111)，指数如图11-3所示。(5) .结合你所学的有关知识,说明如何提高
7、Fe-C 合金的强度。(分数： 10.00 ) 正确答案： ()解析：(简答)提高Fe-C合金的强度方法有多种，主要有加工硬化、微合金强化、固溶强化、细化晶粒强化、 热处理强化 ( 马氏体相变强化等 )。(6) .w=0.1%的铁碳合金在拉伸中，一种情况是在拉伸出现塑性变形后去载，立即再 加载；另一种情况是去载后时效再加载。 试解释前者无屈服现象后者有屈服现象 的原因。(分数： 10.00 ) 正确答案： ()解析：w：=0.1%合金中由Fe原子与Fe的弹性交互作用，形成柯垂尔气团 (亦称柯氏气团)，柯垂尔气团与位 错的交互作用导致合金出现屈服现象,在拉伸出现塑性变形后去载,立即再加载是已经克
8、服了柯垂尔气团 对位错的阻碍,立即再加载不会重新出现屈服现象,而卸载后时效再加载会使溶质原子重新聚集形成与位 错的新的交互作用,从而使合金再次出现屈服现象。(7) .wc=0.1%的铁碳合金制作成齿轮，对齿轮气体渗碳强化。画出钢在渗碳后的组织 分布示意图；渗碳在 y-Fe 中进行而不在 y-Fe 中进行,即渗碳温度选择要高于 A温度，为什么？渗碳温度高于1100C会出现什么问题？(分数： 10.00 )渗碳在y温度范围中（A3温度以上）进行而不在仅温度范围中进行的主要原因是，温度较高，渗碳速度可以较快，同时在y温度范围中进行渗碳，可以得到较大的含碳量，但是渗碳温度高于1100C会导致基体合金晶
9、粒粗大，力学性能下降，同时对渗碳设备也会提出更高要求。四、B四/B（总题数：1,分数：10.00）3. 如图 11-2 所示相图，写出四相反应；分析 2 点合金结晶过程。（分数： 10.00 ） 正确答案： （）解析：P点（包共晶反应）：L+a LS i+B i。E点（三兀共晶）Lt S 2+ B 2+ y 图中2点合金凝固过程：Lt S ; Lt S 2+ B 2； Lt S 2+ B 2+ Y五、B五/B（ 总题数：1,分数：10.00）4. 分析位错对金属材料性能的影响。（分数： 10.00 ） 正确答案： （）解析：位错对金属材料性能的影响主要有：金属的塑性变形是通过位错的运动实现的，
10、因此金属材料的强 化手段可以通过改变材料中的位错数量来实现；合金中位错与溶质原子发生作用形成柯垂尔气团造成屈服 现象和应变时效，位错是第二相形核的择优场所，通常第二相在位错处可以优先形核长大；刃型位错可以 看成是一个管道，可以加速扩散速度。六、B六/B（ 总题数：1,分数：20.00）5. 就你所学所有知识，谈谈如何控制和改善金属材料中的组织。（分数： 20.00 ） 正确答案： （）解析：材料的组织与其成分和加工过程密切相关。 控制和改善金属材料中的组织可以通过选择成分确定合 适的组织，不同成分金属可以得到纯金属、单相固溶体合金和多相合金；可以通过添加剂改变金属的晶粒 大小；可以通过不同加工处理手段改变金属材料组织，如铸造过程中的冷却速度和冷却方式、温度梯度、 铸造后的压力加工大小和方式；可以通过热处理改变金属材料组织；可以通过快速凝固和粉末冶金等手段 获得非平衡组织。
