2013年南航《材料科学基础》真题及答案
2013年南航《材料科学基础》真
题及答案
⼀、简答题
1 ）右图为⼀⽴⽅晶胞，A、B、G H为顶点，C、E、F为棱边中点, 求OGC EFGH勺晶⾯指数和AB的晶向指数。
OGC:（211）
EFGH：（012）
AB : [111] _
2）如下图所⽰的位错环，说明各段位错的性质，并且说明刃位错的 半原⼦⾯的位置。
由柏⽒⽮量与位错线的关系可以知道,BC是右旋螺位错，DA为左旋螺位错；（1分）由右⼿法则，CD为正刃型位错，多余半原⼦⾯在纸⾯上⽅；（2分）AB为负刃型位错，多余半原⼦⾯在纸⾯下⽅。（2分）
3）陶瓷材料中主要结合键是什么？从结合键的⾓度解释陶瓷材料所具有的特殊性能。
陶瓷材料中主要结合键是离⼦键和共价键。
（1）由于离⼦键及共价键很强，故陶瓷的抗压强度很强，硬度极⾼；
（2）因为原⼦以离⼦键和共价键结合时，外层电⼦处于稳定的结构状态，不能⾃由运动；
4）试分析形成枝晶偏析的原因，如何消除?
固熔体不平衡结晶时，从液体中先后结晶出来的固相成分不同，造成的晶粒内枝⼲含⾼熔点组元较多，⽽晶枝间含低组元较多，导致晶粒内部化学成分不均匀的现象。（3分） 可⽤扩散退⽕（或均匀化退⽕）消除，即将铸件加热⾄低于固相线100?200°C，长时间保温，使偏析兀素充分扩散。（2分）
5）C在a —Fe中的扩散系数⼤于C在丫⼀Fe中的扩散系数，为什么渗C不在a —Fe中进⾏，⽽在丫⼀Fe中进⾏？
①a -Fe是体⼼⽴⽅结构，⼋⾯体间隙尺⼨为0.15 （较⼩），进⾏渗碳时，碳
在a -Fe中的熔解度很⼩，渗碳时会出现典型的反应扩散现象。（2分）
②渗碳在a -Fe中进⾏时，温度低，扩散系数⼩，扩散速度慢；
③丫-Fe是⾯⼼⽴⽅结构，⼋⾯体间隙尺⼨为0.414 （较⼤），碳的熔解度⾼，扩散
速度快。
所以渗碳不在a -Fe中进⾏，⽽在丫-Fe中进⾏。
6）固溶体和⾦属间化合物在成分、结构、性能等⽅⾯有何差异？
固溶体是固态下⼀种组元（溶质）溶解在另⼀种组元（溶剂）中⽽形成的新相；固溶体具有溶剂组元的点阵类型；固溶体的硬度、强度往往⾼于组成它的成分，⽽塑性则较低。（2.5分）
⾦属间化合物就是⾦属与⾦属，或⾦属与类⾦属之间所形成的化合物；结构不同于组元结构⽽是⼀个
新结构；⾦属间化合物具有极⾼的硬度、较⾼的熔点，⽽塑性很差。
7）在单位晶胞中画出⽴⽅晶系的如下晶⾯和晶向：（1 2 1 ）、（1 0 1 ）、[1 2 1] 、[2 1 2]
略
固溶在点阵间隙或节点上的合⾦元素原⼦，由于其尺⼨不同于基体原⼦，故产⽣⼀定的应⼒场，该应⼒场与位错产⽣的应⼒场交互作⽤，使位错周围产⽣柯⽒⽓团；（2分）
由于柯⽒⽓团的钉扎作⽤，阻碍位错的运动，造成固溶强化。（3分）
T=^ 0m c 0= P/A, m=cos?cos⼊，当外⼒P ⼀定时，作⽤于滑移系
读写算上的分切应⼒与晶体受⼒的位向有关。（3分）当c 0=c S时，晶体开始滑移, 此时滑移⽅向上的分切应⼒称为临界分切应⼒。（2分）
10）试⽤位错理论解释细晶强化和加⼯硬化的原因
细晶强化：晶粒越细，晶界就越多，阻碍位错通过的能⼒就越强，抵抗塑性变形的能⼒增加，材料的强度提⾼。（2分）
加⼯硬化：晶体在发⽣塑性变形过程中，由于多滑移启动的缘故，导致位错之间发⽣相互作⽤，产⽣⼤量的位错缠结或位错塞积，阻⽌位错进- 步运动，使得材料强
度、硬度上升，塑性、韧性下降。（3分）
11）⽤⼀冷拉钢丝绳吊装⼀⼤型⼯件⼊炉，并随⼯件⼀起加热到
1000C，加热完毕，当吊出⼯件时钢丝绳发⽣断裂。试分析其原因
冷拉钢丝绳的加⼯过程是冷加⼯过程。由于加⼯硬化，使钢丝的强度、硬度升⾼，故承载能⼒提⾼；（2分）
当其被加热时，若温度超过了它的再结晶温度，会时钢丝绳产⽣再结晶，造成强度和硬度降低，⼀旦外载超过其承载能⼒，就会发⽣断裂。（3分）
12）试利⽤右图（Fe-0相图）分析纯铁在1000C氧化时氧化层内的组织与氧化浓度分布规律，画出⽰意图。
答案:
13）试分析冷变形量对再结晶晶粒尺⼨的影响。
临界变形量之前，晶粒尺⼨不变；临界变形量范围，晶粒粗⼤；超过临界变形量，随着变形量的增加，晶粒细⼩。
小青杨
⼆、综合题（共90分）
1.简述纯⾦属晶体长⼤机制及其与固⼀液界⾯微观结构的关
系。
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2.今有两个形状、尺⼨相同的铜镍合⾦铸件，⼀个成分为
WNi=0.90, —个成分为WNi=0.50，铸造后⾃然冷却。试分析：（1）
凝固后哪个铸件的微观偏析较为严重？（2）哪种合⾦成分过冷倾向
较⼤？（书第123页）
戈登模型（1）铸件的偏析程度与合⾦相图有关。⼀般液相线与固相线之间的垂直距离较⼤，说明合⾦的结晶温度范围⼤；液相线与固相线之间的⽔平距离越⼤，结晶
288uu
时两相成分的差别就越严重。所以在WNi为0.50的合⾦铸件中，微观偏析严重
（2分）
（2）WNi为0.50的合⾦，成分过冷倾向⼤。出现成分过冷的条件为
G/RvmcO （1-k0）/Dk0，所以当其他结晶条件相同时，C0越⼤，就越容易产⽣成分过
冷。（3分）
3. 画出完整的Fe—Fe3C相图，回答下列问题：（15分）
（1）分析含1.2%C合⾦平衡状态下结晶过程（作图表⽰），
（2 ）计算其室温组织组成物和相组成物的相对含量；
（3）分析含2.0%C合⾦在室温下组织中观察到少量莱⽒体组织的原因。
(1)画出完整的Fe — Fe3C 相图
作图表⽰结晶过程：L 、L + 丫、丫、丫+ Fe3C U 、(丫― P ) P + Fe3C n ；
(3 分)
(2)相含量(2 分) : a= [ (6.69 — 1.2 ) / (6.69 — 0.01 ) ] X 100% =82.2%
Fe3C
= [ (1.2 — 0.01 ) / ( 6.69 — 0.01 ) ] X 100 % =17.8%
P = [ (6.69 — 1.2 ) / (6.69 — 0.77 )] X 100%
=92.74%
(3)
该合⾦在不平衡结晶下，会产⽣离异共晶。所以含
2.0%合⾦在室温下组织中会观察到少量莱⽒体。 4.
铜单晶体拉伸时，若⼒轴为 [0 0
郑和下西洋的资料1]⽅向，临界分切应⼒为 0.64Mpa，需要多⼤的拉伸⼒才能使晶体开始塑性变形？
( 10分)(参考书217页)
T=c 0 COS O CO S
(2 分) CO @ =1/3
(2 分) CO S =1/2 (2 分)
(T =0.646 (最后⼀个6是根号6) o
5. 简要分析加⼯硬化、细晶强化、固溶强化及弥散强化在本质上有何异同。
7- 3-3 帶⼯疫化聂由今愷错塞机、弄空刃毘囲N 作輻⽎了位谨的建⼀⼘业动?曲⽦旦寺丸⼀曲b ->"~P 组织含量(3分):
=7.26%
Fe3C n = [ (1.2 — 0.77 ) / (6.69 — 0.77) ] X 100%
(4 分)
