1、材料科学基础-10 及答案解析(总分：85.00，做题时间：90 分钟)一、B论述题/B(总题数：8，分数：85.00)1.分析多晶体金属的变形过程及影响多晶体金属变形的因素。（分数：10.00）_2.钢中马氏体转变的主要特征是什么？其转变产物主要形态有哪些？晶内亚结构各是什么？（分数：10.00）_3.试证明：脱溶分解的扩散系数 D 为正值(正常扩散)，而 Spinodal 分解的扩散系数 D 为负值(上坡扩散)。在这两种相变中，形成析出相的最主要区别是什么?（分数：10.00）_4. 铁在 925渗碳 4h，碳原子跃迁频率 =1.710 9/s，若考虑碳原子在 铁中的八面体间隙跃迁，跃迁的
2、步长为 2.5310-10m。求碳原子总迁移路程 S。求碳原子总迁移的均方根位移 （分数：10.00）_5.Pb-Sn-Bi 三元合金相图如图所示。 1试写出图中五条单变量线及 P 点、E 点反应的反应式。 2分析图中合金 2 的平衡结晶过程，指出它的开始凝固温度。 （分数：10.00）_6.画出下图所示铅锡相图中含 Sn10%的铅锡合金的冷却曲线并分析结晶过程；计算室温时 相和 相的含量。（分数：15.00）_7.假定将再结晶温度定义为退火 1h 内完成转变量达 95%的温度，已知获得 95%转变量所需要的时间：式中，N，G 分别为再结晶的形核率和长大线速度， 。根据上述方程导出再结晶温度
3、TR与 G0，N 0，Q R及 Qn的函数关系。说明下列因素是怎样影响 G0，N 0，Q R及 Qn的： 预变形度； 原始晶粒度； （分数：10.00）_8.若将一位错线的正向定义为原来的反向，此位错的伯氏矢量是否改变?位错的类型性质是否变化?一个位错环上各点位错类型是否相同?（分数：10.00）_材料科学基础-10 答案解析(总分：85.00，做题时间：90 分钟)一、B论述题/B(总题数：8，分数：85.00)1.分析多晶体金属的变形过程及影响多晶体金属变形的因素。（分数：10.00）_正确答案：(多晶体金属的变形过程中每个晶粒的变形主要是滑移，还可能出现孪生和扭折，需要开动多个滑移系，出
4、现交滑移，由于晶界的影响还有位向差效应和晶界的阻滞效应。 影响因素主要有晶粒大小、变形温度、变形速度。)解析：2.钢中马氏体转变的主要特征是什么？其转变产物主要形态有哪些？晶内亚结构各是什么？（分数：10.00）_正确答案：(1)转变特征： 无扩散性，Fe、C 原子均不发生扩散。 共格切变，存在惯习面及新相母相位向关系。 非恒温性。 马氏体转变不完全性。 (2)转变产物形态：板条状马氏体；针状马氏体。 (3)晶内亚结构：板条状马氏体主要为高密度位错；针状马氏体为高密度孪晶，边缘存在一定位错。)解析：3.试证明：脱溶分解的扩散系数 D 为正值(正常扩散)，而 Spinodal 分解的扩散系数 D
5、 为负值(上坡扩散)。在这两种相变中，形成析出相的最主要区别是什么?（分数：10.00）_正确答案：(根据扩散原理，扩散系数可写成：*其中，C i是 i 组元在固溶体中摩尔分数； i是 i 组元的活度系数；B i为 i 组元的迁移率。对二元系有dG=uAdCA+uBdCB而 CA=1-CB，则*由于*代入上式，得*因为 *故*代入原式得*对脱溶分解：*，即有 D0；对 Spinodal 分解：*，即有 D0。二者形成析出相最重要的区别在于形核驱动力和新相的成分变化。在脱溶转变时，形成新相要有较大的浓度起伏，新相与母相的成分有突变，因而产生界面能，需要较大的形核驱动力以克服界面能，以及需要较大的
6、过冷度。而对 Spinodal 分解，没有形核过程，没有成分的突变，任意小的浓度起伏都能形成新相而长大。)解析：4. 铁在 925渗碳 4h，碳原子跃迁频率 =1.710 9/s，若考虑碳原子在 铁中的八面体间隙跃迁，跃迁的步长为 2.5310-10m。求碳原子总迁移路程 S。求碳原子总迁移的均方根位移 （分数：10.00）_正确答案：(4h=43600(s)在 925时，S=nr=tr=1.710 9436002.5310-10=6 193m*用上述公式可分别求得在 20时：S=tr=2.110-9436002.5310-10=7.6510-15(m)*)解析：5.Pb-Sn-Bi 三元合金
7、相图如图所示。 1试写出图中五条单变量线及 P 点、E 点反应的反应式。 2分析图中合金 2 的平衡结晶过程，指出它的开始凝固温度。 （分数：10.00）_正确答案：(1图中五条单变量线的反应式分别为：e1P：L+。e2E:L+。e3E：Ly+p，pP：L+。PE：L+。P 点反应：L+。E 点分反应：L+。2图中合金 2 的平衡结晶过程：L，L+，L+；合金 2 的开始凝固温度从图中可以得到为 150。)解析：6.画出下图所示铅锡相图中含 Sn10%的铅锡合金的冷却曲线并分析结晶过程；计算室温时 相和 相的含量。（分数：15.00）_正确答案：(1)冷却曲线略。(2)*， 和 相溶解度沿 c
8、f 和 dg 下降脱溶沉淀。(3)室温合金两相的含量分别为：*)解析：7.假定将再结晶温度定义为退火 1h 内完成转变量达 95%的温度，已知获得 95%转变量所需要的时间：式中，N，G 分别为再结晶的形核率和长大线速度， 。根据上述方程导出再结晶温度 TR与 G0，N 0，Q R及 Qn的函数关系。说明下列因素是怎样影响 G0，N 0，Q R及 Qn的： 预变形度； 原始晶粒度； （分数：10.00）_正确答案：(*将 T=TR，t 0.95=1 代入，得*故*一次再结晶的驱动力是晶体经变形后的畸变能。晶体从畸变后的高能态向退火状态的低能态转变是一自发趋势。但这一能态的变化要求原子越过一势垒
9、E，势垒的高度取决于变形后的晶格畸变能，当畸变能高时，E 减小，则形核和长大激活能 Qn，Q g均降低，再结晶速度便加快。因此，一切影响变形后畸变能的因素均会影响 Qn，Q g及 TR。由上述分析，在一定形变度范围内，预先变形程度越高，原始晶粒越细，则形变后畸变能越大，Q n，Q g越低。 金属的纯度对 Qn，Q g的影响可以从两方面考虑，一方面杂质会增加畸变能，使 Qn，Q g降低；另一方面，杂质也会阻碍界面迁移，使 Qn，Q g增高；两个相反的作用同时存在，看何者占主导地位。N 0G0只与金属的本性有关，预变形度、原始晶粒尺寸和金属纯度对其无多大影响。由的分析可知，增大预变形度，细化原始晶
10、粒，将使 TR下降。杂质对 TR的影响具有双重性，若杂质的存在使畸变能增大这一因素占主导地位，则纯度较低的金属，其TR较低；反之，若杂质的存在使界面迁移减慢这一因素占主导地位，则纯度越高的金属，其 TR越低。不同的杂质原子对 TR的影响不同，一般来说，少量杂质原子的存在会阻碍金属的再结晶，从而使 TR上升，其提高的程度因杂质种类不同而异。)解析：8.若将一位错线的正向定义为原来的反向，此位错的伯氏矢量是否改变?位错的类型性质是否变化?一个位错环上各点位错类型是否相同?（分数：10.00）_正确答案：(由伯氏矢量回路来确定位错的伯氏矢量方法中得知，此位错的伯氏矢量将反向，但此位错的类型性质不变。根据位错线与伯氏矢量之间的夹角判断，若一个位错环的伯氏矢量垂直于位错环线上各点位错，则该位错环上各点位错性质相同，均为刃位错；但若位错环的伯氏矢量与位错线所在的平面平行，则有的为纯刃型位错，有的为纯螺型位错，有的则为混合型位错；当伯氏矢量与位错环线相交成一定角度时，尽管此位错环上各点均为混合型位错，然而各点的刃型和螺型分量不同。)解析：
