2019年湖北武汉科技大学金属材料科学基础考研真题及答案.doc-资料库

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2019 年湖北武汉科技大学金属材料科学基础考研真题及答案一、名词解释(共 6 小题，每小题 3 分，共 18 分) 配位数堆垛层错位错密度晶内偏析成分过冷离异共晶二、填空题(共 10 空，每空 1 分，共 10 分) 1. 面心立方的滑移面为 2. 晶体中运动位错遇到第二相质点时，会以 3.两运动位错在晶体中交割会在对方位错线上产生 4. 合金中原子的扩散驱动力______，晶体发生再结晶驱动力_______，晶粒长大驱动力____ ____。三、辨析题，小题中有错误则改正 (共 5 小题，每小题 6 分，共 30 分) 1、面心立方晶体的（111）晶面的正常堆垛次序为 ABABABAB…… ，滑移方向为，致密度为或机制或机制通过。。。 2、液相结晶与固态相变的非均匀形核两相自由能差均为： G   4 3  3 r G  V  2 4   r 3、合金相图中相区接触法则是相邻相区相数差 1。 4、金属受力塑性变形，在晶体滑移过程中位错不断移出表面，其密度减少。 5、合金中溶质原子的扩散总是由浓度高的区域向浓度低的处迁移。四、计算题( 共 2 题，共 32 分) 1、（16 分）利用 Pb-Sn 相图计算相的相对量含 70%Sn 的合金的平衡凝固到室温，描述其冷却相变过程，计算合金中相的相对含量。合金相图如图 1 所示，其室温下，α相的固溶度为 2%，β相的固溶度为 99%。 2、（16 分）计算位错交互作用功在面心立方晶体中，某滑移面上有两根平行的同号螺型位错，将它们从 200nm 推近到 3nm 时，若 G=7×1010Pa,点阵常数 a= 0.3nm，求外力所作功？

五、简答题(共 3 小题，每小题 5 分，共 15 分) 1、什么叫空间点阵、晶格和晶胞？ 2、简说 Fe-Fe3C 二元相图不是平衡相图的理由？ 3、形变金属晶体的再结晶温度？六、分析题(45 分) 1、（10 分）判断三元相同类型如下图元素 A、B 和 C 组成三元相图，这是什么类型相图？写出四相反应，并判断熔点最高和最低的纯元素。 A B 2、（15 分）合金的强韧化分析金属材料的强化方法有那些？分析出那种强化怎样不影响合金的韧性？ 3、（20 分）Fe-Fe3C 二元相图画出 Fe-Fe3C 二元相图，描叙含碳量为 0.77%的钢从液态到室温平衡冷却过程，画出冷却曲线，固态相变有那些？写出反应式和反应时各相成分，计算共析反应完后的组织物和相的相对量，并分析这些组织性能特点。 C 答案一、名词解释(共 6 个，每个 3 分，共 18 分) 配位数：晶体结构中，与任一原子最近邻且等距离的原子数。堆垛层错: 晶体中不全位错扫过的晶面，该晶面两侧原子面生产错排，使得该原子层面出现错误的堆垛，这称为堆垛层错位错密度：单位体积晶体中位错线的总长度。晶内偏析：因合金中溶质在凝固时候发生再分配，从而导致晶粒内部成分不均匀的现象称为晶内偏析。成分过冷：合金结晶时由于溶液中溶质分布的变化，使得低熔点组元在结晶固相前沿富集，并改变了此区域的熔点，使结晶前沿液相过冷度随着离开其距离而变化，这种因液相成分变化所引起过冷称为成分过冷。离异共晶：当合金成分偏离共晶成分很远时，先共晶结晶完后，所发生的共晶不平衡凝固，形成两相分离的组织，称为离异共晶。二、填空题(共 10 空，每空 1 分，共 10 分) 1. {111}、<110>、0.74； 2. 切过、奥罗万绕过机制； 3. 台阶、割阶 4. 化学位梯度、冷变形产生的储存能、晶粒长大前后的界面能差三、辨析题，小题中有错误则改正 (共 5 小题，每小题 6 分，共 30 分) 1、错，面心立方结构晶体的（111）晶面的正常堆垛次序为 ABCABCABC……。 2、错，液体结晶为 G   4 3  3 r G V   2 4   r ，固态相  3 r G V   4 3 G   3、对 2 2 4     3 r E  r 4 3

4、错，在晶体滑移过程中，由于位错不断移出滑移面，同时位错源开动产生更多位错，位错密度随形变量的增加而增加。 5、错，溶质原子的扩散一般是由浓度高的部位向浓度低的部位进行，但在溶质化学位驱动下也向高浓度处向低浓度扩散。四、计算题( 共 2 题，共 32 分) 1、（16 分）利用 Pb-Sn 相图计算相的相对量（1）合金冷却相变过程：合金液冷却到液相线开始先共晶β相结晶，液相成分逐渐接近 61.9%Sn，当合金液到共晶温度 183℃，合金液（含 Sn 为 61.9%）开始共晶转变 L→α+β，形成二元共晶组织（α+β），并直致完全凝固。在随后冷却中先共晶β相中析出二次αⅡ，而共晶体（α+β）中析出相不改变组织形态，视为不变。（2）70%Sn 的合金平衡凝固后的相为：α相和β相，相的相对含量： %    34.96% 97.8 70 97.8 18.5     % 1 % 65.04%    2、（16 分）计算位错交互作用功两平行螺型位错间的作用力为： f  b  Gb r2  其中 G 为切变模量， bb  为位错的柏氏矢量的大小，r 为相距距离，面心立方晶体中： bb  a 2 110 ， b 2 b 2 a 已知 G=7×1010Pa , a=0.3um w   　  f  　  dr  79 　  10 10  103   10 200 　　   9  1 09.0 2 14.32  18   10  1   dr  8   0.63 10 4 3.14  ln 3 200   2.1 10  9  J 即外力所作功 2.1×10-9J 五、简答题(共 3 小题，每小题 5 分，共 15 分) 1、自然界有许许多多物质，他们由原子、分子或它们的集团组成，若这些原子、分子或它们的集团在空间规则排列，则为晶体。若用几何点代表这些原子、分子或它们的集团，这些几何点组成的点阵叫空间点阵。用直线将这些几何点相连接，组成的空间格子叫晶格。反映这格子的最基本几何单元叫晶胞。 2、不是平衡相图，组成相图的组分 Fe3C 是亚稳相，而不是稳定相石墨。 3、形变后金属在 1 小时内完成的再结晶的最低温度。六、分析题(45 分) 1、（10 分）判断三元相同类型包晶型的相图 2、（15 分）合金的强韧化分析 A 熔点最高和 C 最低 L + α + β → γ

金属材料的强化方法有：固溶强化、形变强化、细晶强化、析出强化、相变强化等。细晶强化能同时提高合金的韧性。固溶强化中固溶原子与位错间的交互作用使得塑性变形中位错增殖和运动阻力增大而材料得到强化，形变强化和析出强化也与位错密度增加和运动阻力加大，材料进而得到强化，这些强化牺牲了材料的韧性。相变得到马氏体，其晶体内位错和孪晶晶体缺陷密度很高，材料强化同时韧性变差。只有细晶强化，因晶粒数目增加，塞积位错地点大量增加，所以强度增加同时韧性改善。 3、（20 分）Fe-Fe3C 二元相图 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 a b 图 2. Fe-Fe3C 合金相图（a）及其含碳量为 0.3%钢的冷却曲线 0-2 合金液冷却，2-3 从液相中结晶出γ奥氏体，3-4 奥氏体冷却，4-共析反应，4 以下从铁素体中析出三次渗碳体。固态相变有：  渗碳体（Cem），γ奥氏体成分在 S 点，α在 P 点，渗碳体则为 K 点；  三次渗碳体，α成分沿 PQ 线，渗碳体则为 K 点。组织组成物：珠光体 100% 相：渗碳体 % Cem  0.77 0.0218 6.69 0.0218   =11.2% 铁素体 Cem%1%  =88.8 珠光体的强度高，有一定的塑韧性，综合机械性能较好。

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