材料科学基础期末考试卷及答案(10级)

材料科学基本一. 填空题（22分）1. 对于小角度晶界构造而言，对称侧晶界由__一列平行的刃形位错__构成，非对称侧晶界由_两组柏氏矢量互相垂直的刃形位错_构成，扭转晶界由_螺型位错_构成2. 按原子排列状况和吻合限度分类，界面可分为_共个界面_、_非共格界面_、_半共格界面_和复杂半共格界面3. 界面迁移与原子运动方向_相反_（相似/相反），速度方向_相似_（相似/相反）4. 晶界能的来源有_弹性能_、_核心能_、_化学键能_5. 热力学稳定的液—固界面微观构造重要有_粗糙界面_和_光滑界面_6. 纯金属及金属凝固后得到的典型铸锭组织由_表面细晶区_、_柱晶取_、__中心等轴晶区__三个区域构成7. 晶体材料中质点扩散的微观机制重要有__空位机制__、_间隙机制__及其她（亚间隙机制、环易位机制等），扩散系数D阿累尼乌斯公式可写成__D*e-Q/RT_，对于空位扩散机制，扩散活化能有_空位形成能__、_空位迁移能__对于间隙扩散机制，扩散活化能只涉及_间隙原子的迁移能__8. 从热力学角度看，烧结的基本驱动力是___系统表面能、界面能的减少____，动力学上的体现为___多种复杂的船只过程___，烧结后宏观上的体现为__坯体收缩、致密化与强度增大___，微观上的体现为__发生晶粒尺寸与形状、气孔的尺寸形状变化__。

9. 固态相变的驱动力___新相与母相的自由焓之差__，阻力__界面能__和__应变能___10. 金属固态相变的三种基本变化__构造____、__成分___、___有序限度变化__11. 奥氏体是碳在__a-固溶体__中的间隙固溶体12. 奥氏体形成的热力学条件是奥氏体自由能__不不小于__（不小于/不不小于）珠光体自由能13. 贝氏体转变时，温度较高存在__碳__的扩散14. 球化解决由片状向粒状转变可减少__表面能__，为自发过程15. 和单晶体的塑性形变相比，多晶体塑性形变的微观特点体现为__多方式__、__多滑移__和__不均匀性__，由于上述特点，多晶体的塑性变型产生__内应力__、__加工硬化__现象和形成纤维组织、形变组织16. 金属的再结晶过程特性有：①组织方面_由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒_②力学性能方面__强度硬度急剧减少，塑性提高，恢复至变形前状态__③变形储能方面_变形储能再结晶过程中所有释放_二. 名词解释（18分）均匀形核：液体构造中不稳定的进程排列的原子集团在一定条件下转变为稳定的固相晶核的过程胞状偏析：晶体以胞状方式生长，胞晶內部溶质浓度低，胞界部位富集溶质的现象克根达尔效应：若将扩散偶一端固定，则扩散的进行、焊接面标记物将浮现反扩散方向移动二次再结晶：烧结过程中，少数大晶粒在消耗小晶粒的同步浮现的异常长达过程液相烧结：颗粒之间的液相产生的毛细管力，使颗粒容易滑动，导至颗粒重排而改善堆积构造，毛细管压力可引起固体颗粒的溶解和再沉淀，使颗粒在接触部位变得扁平，胚体发生收缩形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈择优取向的组织 加工硬化：随变形量的增长，材料强度硬度增长，塑性韧性下降的现象应变时效：塑性变形时或变形后刚中溶质组元与位错弹性互相作用而引起的性能变化晶界：取向不同，但晶体构造和成分相似的界面三. 简答题（45分）1. 分析简述有关大角晶界的重要晶界构造模型。

即重叠点阵模型：设想两个晶粒（存在θ的位向差角）的点阵，彼此通过晶界向对方延伸，则其中某些原子将浮既有规律性的重叠这些原子重叠位置所构成的比本来晶体点阵大的新点阵，称为重叠位置点阵2. 什么是成分过冷？画出其形成示意图并写出形成条件，阐明成分过冷对金属凝固时生长形态的影响答：成分过冷是在（不平衡）凝固时，由于成分不均匀引起的过冷在有小的成分过冷时，将导致组织发生胞状偏析，当成分过冷很大时，组织将发生树枝状偏析图P504-9-303. 分析并简述纯金属生长形态与温度梯度的关系正温度梯度金属平面方式长大；负温度梯度晶体树枝状方式长大在正温度梯度下，宏观以平面方式推动，界面宏观形态有两种，对金属型粗糙微观界面具有光滑或平直宏观界面对于平整型光滑微观界面则具有曲折的小平面状宏观界面；在负温度梯度下，微观粗糙界面以树枝状方式生长4. 从热力学角度阐明菲克定律的局限性，阐明何谓扩散热力学因子A）由菲克第一定律 扩散体系中浮现宏观物质流的驱动力是浓度梯度，扩散总是朝负梯度方向进行；不能解释在温度或其他外场下存在的质点定向迁移运动、以及失稳分解过程中物质从低浓度区向高浓度区的爬坡扩散；B）扩散发生的主线驱动力是化学势梯度，扩散沿化学势减少的方向进行；恒温恒压下，固溶体自由能变化DG<0是扩散的真正因素；浓度梯度为0并非扩散消失的普遍有效条件，化学势恒定是扩散达到平衡的必要条件。

热力学因子：5. 列举固态烧结初期多种也许的传质途径（涉及物质来源、达到部位、扩散途径），并分析哪种不会引起坯体收缩和气孔消除扩散途径物质来源达到部位表面扩散表面颈部晶格扩散表面颈部蒸发凝聚表面颈部晶界扩散晶界颈部晶格扩散晶界颈部晶格扩散位错颈部表面扩散和蒸发凝聚机制不会导致素坯的宏观收缩和气孔率减少，只有从体内或晶界上传质是，才会引起收缩和气孔的消除6. 简述固态相变的基本特点相变的阻力增大、新相晶核与母相之间存在一定晶体学定位关系、惯习现象、母相晶体缺陷增进相变、易浮现过渡相、弹性应变能7. 简述奥氏体的形成过程奥氏体的形成为形核长大的扩散性相变，其形成过程可分为四个阶段：奥氏体形核、奥氏体长大、渗碳体的溶解、奥氏体均匀化8. 阐明体心立的方多晶体拉伸应力—应变曲线具有明显屈服点现象的因素明显屈服的现象与材料的纯度及实验温度有关9. 简述答复过程的基本特性1、仍保持变形组织，为伸长的晶粒2、宏观残存内应力完全消除，有部分微观残留内应力3、强度硬度略减小，塑性略提高4、因点缺陷密度减少电阻率减小、密度增大5、高纯金属仅3%，某些合金则可高达25%-70四．计算题（10分） 铁已知H70黄铜（30%Zn）在400℃的恒温下完毕再结晶需要1小时，而在390℃完毕再结晶需要2小时，试计算在420℃恒温下完毕再结晶需要多少时间？ （注：R=8.314J/mol·K）五．证明题（5分） 设液体在凝固时形成的临界核心是边长为a的立方体形状，试证明在同样过冷度下均匀形核时，球形晶核较立方晶核更易形成。