1、(北京科技大学)材料科学基础真题 2003年及答案解析(总分：198.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：6，分数：30.00)1.刃型位错和螺型位错模型（分数：5.00）_2.晶界与界面能（分数：5.00）_3.同分凝固与异分凝固（分数：5.00）_4.形变织构（分数：5.00）_5.二次再结晶（分数：5.00）_6.淬透性与淬硬性（分数：5.00）_二、论述题(总题数：14，分数：168.00)7.简述二元系中共晶反应、包晶反应和共析反应的特点，并计算其各相平衡时的自由度。（分数：12.00）_8.什么是点阵参数？正方晶系和立方晶系的空间点阵特征是什么？画出立方晶系中 （分数
2、：12.00）_9.凝固过程中形核和长大与再结晶过程中形核和长大主要区别是什么？简述再结晶过程中核心的产生方式。（分数：12.00）_10.简述菲克第一定律和菲克第二定律的含义，写出其表达式，并标明其字母的物理含义。（分数：12.00）_11.简述晶界和晶粒大小对多晶体范性变形的作用与影响。（分数：12.00）_12.什么是一次带状组织和二次带状组织？分析一次带状组织和二次带状组织形成的原因。（分数：12.00）_13.画出 Fe-C相图，标明 Fe-C相图中各点的温度和含碳量。（分数：12.00）_14.简述固态相变的一般特点。（分数：12.00）_15.简述凝固过程的宏观特征，叙述凝固过程
3、中晶体成长的机理。（分数：12.00）_16.什么是固溶体？影响固溶度的原因有哪些？固溶体与其纯溶剂组元相比，其结构、力学性能和物理性能发生了哪些变化？（分数：12.00）_17.列举三种增加凝固过程中核心数的方法，简要分析其增加核心数的原因。（分数：12.00）_18.简述含碳量为 0.25%钢的结晶过程和固态组织转变过程。（分数：12.00）_19.简述连续脱溶和不连续脱溶的含义。（分数：12.00）_20.根据缺陷相对于晶体尺寸和其影响范围的大小，缺陷可以分为哪几类？简述这几类缺陷的特征。（分数：12.00）_(北京科技大学)材料科学基础真题 2003年答案解析(总分：198.00，做题
4、时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：6，分数：30.00)1.刃型位错和螺型位错模型（分数：5.00）_正确答案：(将晶体上半部切开，插入半个晶面，再粘合起来；这样，在相当于刃端部位为中心线的附近一定范围，原子发生有规则的错动。其特点是上半部受压，下半部受拉。这与实际晶体中的刃位错造成的情景相同，称刃型位错模型。同样，将晶体的前半部切开，以刃端为界使左右两部分沿上下发生一个原子间距的相对切变，再粘合起来，这时在已切动和未切动交界线附近，原子错动情况与真实的螺位错相似，称螺型位错模型。)解析：2.晶界与界面能（分数：5.00）_正确答案：(晶界是成分结构相同的同种晶粒间的界面。界面上的原子处
5、在断键状态，具有超额能量。平均在界面单位面积上的超额能量叫界面能。)解析：3.同分凝固与异分凝固（分数：5.00）_正确答案：(凝固时不发生成分变化的称同分凝固；反之，凝固时伴随成分变化，称异分凝固。)解析：4.形变织构（分数：5.00）_正确答案：(多晶形变过程中出现的晶体学取向择优现象。)解析：5.二次再结晶（分数：5.00）_正确答案：(再结晶结束后正常长大过程被抑制而发生少数晶粒异常长大的现象。)解析：6.淬透性与淬硬性（分数：5.00）_正确答案：(淬透性指合金淬成马氏体的能力，主要与临界冷速有关，大小用淬透层深度表示。而淬硬性指钢淬火后能达到的最高硬度。主要与钢的含碳量有关。)解析
6、：二、论述题(总题数：14，分数：168.00)7.简述二元系中共晶反应、包晶反应和共析反应的特点，并计算其各相平衡时的自由度。（分数：12.00）_正确答案：(共晶反应是：液相同时凝固出两个不同成分的固相，两固相相互配合生长，一般长成片层状。共析与共晶相似，只是母相是固相，即一个固相同时生成另两个不同成分的固相。包晶反应是：液相与一个固相反应生成另一个固相，新生成的固相包住原有的固相，反应需要固相中的扩散，速度较慢。这三种反应出现时，自由度都是 0，即三相成分固定，温度也固定。)解析：8.什么是点阵参数？正方晶系和立方晶系的空间点阵特征是什么？画出立方晶系中 （分数：12.00）_正确答案：
7、(点阵参数是描述点阵单胞几何形状的基本参数，由六个参数组成，即三个边长 a、b、c 和它们之间的三个夹角 、。正方晶系的点阵参数特征是 abc，=90。立方晶系的点阵参数特征是 a=b=c，=90。立方晶系中(123)的晶面如图所示。)解析：9.凝固过程中形核和长大与再结晶过程中形核和长大主要区别是什么？简述再结晶过程中核心的产生方式。（分数：12.00）_正确答案：(凝固时形核和长大的驱动力是新、旧相化学位差，再结晶形核和长大的驱动力只是形变储存能。凝固时的形核常为均匀形核；再结晶形核常在现有的形变不均匀区中，如晶界附近、切变带、形变带、第二相粒子周围；凝固长大时与母相不会有取向关系，再结晶
8、长大时可能有一定的取向关系。再结晶核心产生方式：原有晶界推移成核，也称应变诱导晶界迁移式形核；亚晶成核，即通过亚晶合并或长大形成新晶粒。)解析：10.简述菲克第一定律和菲克第二定律的含义，写出其表达式，并标明其字母的物理含义。（分数：12.00）_正确答案：(菲克第一定律 。J：扩散流量，即单位时间通过单位面积的物质量，g/m 2s；D：扩散系数，m 2/s； ：浓度梯度，g/m 4。菲克第二定律 。 ：浓度随时间的变化率，g/m 3s； )解析：11.简述晶界和晶粒大小对多晶体范性变形的作用与影响。（分数：12.00）_正确答案：(多晶中，每个晶粒与周围相邻晶粒取向不同，滑移开始的早晚不同，
9、滑移系数目也不同；晶粒间的协调是靠有足够的独立滑移系的开动来实现的，即某一晶粒在一特定力轴作用下，取向因子大的滑移系先开动，当相邻晶粒相接触的区域受周围晶粒的影响而不能随自己主滑移系开动进行形变时，可开动次生的、新的滑移系，以协调各种复杂的形变方式；FCC/BCC 结构都有 5个独立滑移系，可实现任一种方式的形变。晶界两侧滑移面不平行，晶界一方面是位错运动的障碍，造成塞积和强化；同时要求晶界附近多系滑移的出现，以协调晶界两侧的形变。晶粒大小对形变的影响是：晶粒细小，整个晶粒可较形变均匀，不同的滑移系组合少；晶粒粗大时，形变过程中晶内不同区域，不能相互协调，要求不同的滑移系组合并开动，常常出现晶
10、粒“碎化”，即一个大晶粒，随形变的进行“碎化”成几部分，不同部分内有不同的滑移系开动。对性能的影响遵循 Hall-Petch关系 s= 0+Kd-1/2，即晶粒越细，晶界越多，晶界对运动位错阻碍越显著，提高强度幅度越大。)解析：12.什么是一次带状组织和二次带状组织？分析一次带状组织和二次带状组织形成的原因。（分数：12.00）_正确答案：(一次带状组织是凝固时形成枝晶，热轧后成带状而产生的；在 CuCl2浸蚀下，黑色条带是枝晶干(含溶质少)，白色条带常是富集杂质的枝晶间，也称原始带状。二次带状是固态转变的产物，在硝酸酒精浸蚀下，白色带状是先共析铁素体，黑色带状是珠光体，也称显微带状组织。只有
11、在一次带状的基础上才会产生二次带状。这些带状都与元素的偏析和夹杂物的特殊分布有关。)解析：13.画出 Fe-C相图，标明 Fe-C相图中各点的温度和含碳量。（分数：12.00）_正确答案：(略。)解析：14.简述固态相变的一般特点。（分数：12.00）_正确答案：(相变阻力中多了应变能一项。形核方面：非均匀形核，存在特定的取向关系，常为共格或半共格界面。生长方面：出现惯习现象，即有脱溶贯序；特殊/规则的组织形态，如片状、针状。有亚稳相出现以减少相变阻力。)解析：15.简述凝固过程的宏观特征，叙述凝固过程中晶体成长的机理。（分数：12.00）_正确答案：(凝固时宏观特征是：要有一定的过冷度，会放
12、出明显的结晶潜热。成长机理有三种：连续式成长、二维形核及借助台阶侧向生长、借螺旋位错生长。)解析：16.什么是固溶体？影响固溶度的原因有哪些？固溶体与其纯溶剂组元相比，其结构、力学性能和物理性能发生了哪些变化？（分数：12.00）_正确答案：(溶质原子以原子态溶入溶剂点阵中组成的单一均匀固体；溶剂的点阵类型被保留。影响固溶度的因素有：1原子尺寸因素。当溶剂、溶质原子直径尺寸相对差小于15%时，有大的代位溶解度。2负电性因素。溶剂、溶质的负电性差越小溶解度越大，一般小于 0.40.5 会有较大溶解度。3电子浓度因素。有两方面的含义：一是原子价效应，即同一溶剂金属，溶质的原子价越高，溶解度越小；二
13、是相对价效应，即高价溶质溶入低价溶剂时的溶解度高于相反的情况。特点是：固溶体中有点阵畸变(强度、硬度会提高)而造成点阵常数变化；出现原子偏聚或有序化，甚至形成有序固溶体。固溶体的结构变化：点阵畸变，点阵常数变化，偏聚及短程有序，甚至形成有序固溶体。力学性能变化：硬度、强度提高，塑性下降。物理性能变化：电阻加大，导电率下降。)解析：17.列举三种增加凝固过程中核心数的方法，简要分析其增加核心数的原因。（分数：12.00）_正确答案：(提高冷却速度从而加大了过冷度。相变驱动力加大，提高了形核率。加孕育剂。提供大量的非均匀形核地点，提高了形核率，降低了形核位垒。机械或电磁搅拌。将枝晶振碎增加核数目或
14、加强热激活能量落，提高了形核率。)解析：18.简述含碳量为 0.25%钢的结晶过程和固态组织转变过程。（分数：12.00）_正确答案：(如图所示。由液相先凝固出 铁素体，在 1495进行包晶反应，生成 奥氏体；继续冷却，由剩余的液相再次析出 奥氏体，然后变成单相奥氏体。冷至约 800，从 奥氏体中析出先共析 铁素体，在 727进行共析反应，形成珠光体，最后得到铁素体加珠光体组织。)解析：19.简述连续脱溶和不连续脱溶的含义。（分数：12.00）_正确答案：(连续脱溶：随新相生成，母相成分连续地由过饱和态转变到饱和态。不连续脱溶：也称胞状脱溶，此时在母相和新生成的 相间存在一个界面，跨过界面母相由过饱和不连续地突变到饱和状态，点阵常数也不连续。)解析：20.根据缺陷相对于晶体尺寸和其影响范围的大小，缺陷可以分为哪几类？简述这几类缺陷的特征。（分数：12.00）_正确答案：(有四类：点缺陷：沿三个方向的尺寸很小，溶质原子、间隙原子、空位。线缺陷：沿两个方向的尺寸很小，第三个方向上的尺寸很大，甚至可贯穿整个晶体，指位错。面缺陷：沿一个方向上的尺寸很小，另两个方向上的尺寸很大，如晶界，相界。体缺陷：在三个方向上的尺寸都较大，但不是很大，如第二相粒子，显微空洞。)解析：
