1、材料科学基础-11 及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、B论述题/B(总题数：8，分数：100.00)1.脆性材料的抗拉强度可用下式表示：式中， 0为名义上所施加的拉应力；l 为表面裂纹的长度或者为内部裂纹长度的 ；r 为裂纹尖端的曲率半径； m实际上为裂纹尖端处应力集中导致的最大应力。现假定 Al2O3陶瓷的表面裂纹的临界长度为l=210-3mm，其理论的断裂强度为 （分数：10.00）_2.不用极射投影图，利用解析几何方法，如何确定立方品系中两晶向间的夹角 ；两晶面的夹角；两晶面交线的晶向指数；两晶向所决定的晶面指数。（分数：10.00）_3.形变 1常温下金属塑性变
2、形有哪些主要机制？它们间的主要差异是什么？ 2面心立方金属铜在三种不同条件下的真应力-应变曲线如下图。说明它们可能是在怎样的温度和应变速率下形成的？为何有这样的形状？ （分数：20.00）_4.试指出 Cu和 -Fe 两晶体易滑移的晶面和晶向，并求出他们的滑移面间距，滑移方向上的原子间及点阵阻力。(已知 GCu=48.3GPa，G -Fe =81.6GPa，=0.3)。（分数：10.00）_5.(C)为 1.2%钢淬火后获得马氏体和少量残留奥氏体组织，如果分别加热至 180，300和 680保温2h，各将发生怎样的变化?说明其组织特征并解释之。（分数：10.00）_6.固态相变时，设单个原子的
3、体积自由能变化为 ，单位为 J/cm3，临界转变温度 T=1000K，应变能=4J/cm 3，共格界面能 共格 =4.010-6J/cm2，非共格界面能 非共格 =4.010-5J/cm2，试计算：T=50时的临界形核功 之比； （分数：10.00）_7.形变 1常温下金属塑性变形有哪些主要机制？它们间的主要差异是什么？ 2面心立方金属铜在三种不同条件下的真应力-应变曲线如下图。说明它们可能是在怎样的温度和应变速率下形成的？为何有这样的形状？ （分数：20.00）_8.氧化镁和氧化铝(溶质)形成置换固溶体，写出缺陷方程。说明能否形成连续固溶体。（分数：10.00）_材料科学基础-11 答案解析
4、(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、B论述题/B(总题数：8，分数：100.00)1.脆性材料的抗拉强度可用下式表示：式中， 0为名义上所施加的拉应力；l 为表面裂纹的长度或者为内部裂纹长度的 ；r 为裂纹尖端的曲率半径； m实际上为裂纹尖端处应力集中导致的最大应力。现假定 Al2O3陶瓷的表面裂纹的临界长度为l=210-3mm，其理论的断裂强度为 （分数：10.00）_正确答案：(当拉应力 m达到材料的断裂强度*时，Al 2O3断裂，因此*故 *)解析：2.不用极射投影图，利用解析几何方法，如何确定立方品系中两晶向间的夹角 ；两晶面的夹角；两晶面交线的晶向指数；两晶向所决定的晶面
5、指数。（分数：10.00）_正确答案：( 设立方晶系中的两个晶向为u 1v1w1和u 2v2w2，由矢量数性积得知：u 1v1w1u2v2w2=|u1v1w1|u2v2w2|cos故此两晶向间夹角 就可从其余弦值求得：* 设立方晶系中有两个晶面(h 1k1l1)和(h 2k2l2)，它们之间的夹角 即为它们各自法线h 1k1l1和h 2k2l2之间的夹角，故可得*两晶面的夹角=arccos(cos) 设立方晶系中有两个不平行晶面(h 1k1l1)和(h 2k2l2)，它们的交线为uvw，按几何关系得知，这个晶向应同时位于这两个晶面上，故可得*解上述方程组可得*或* 设晶体中有两个不平行的晶向u
6、 1v1w1和u 2v2w2，它们所决定的晶面的晶面指数为(hkl)，按晶带定律有*解上述方程可得*或*)解析：3.形变 1常温下金属塑性变形有哪些主要机制？它们间的主要差异是什么？ 2面心立方金属铜在三种不同条件下的真应力-应变曲线如下图。说明它们可能是在怎样的温度和应变速率下形成的？为何有这样的形状？ （分数：20.00）_正确答案：(1主要形变机制是滑移和孪生；滑移产生的切变量是原子间距的整数倍，孪生产生的切变量是原子间距的一个分数；由此产生一系列其他方面的差异。答其他方面差异的也酌情赋分。 2有明显加工硬化的是在低温(或高应变速率)下变形；出现硬化、软化抗衡(动态回复)的是在中温(或中
7、等应变速率)下变形；有一明显软化阶段(动态再结晶)的是在高温(或低应变速率)下变形。 3含 C、N 间隙原子的低碳钢形变时，滑移启动时的抗力较大(上屈服点)，滑移进行时的抗力较小(下屈服点)，在应力应变曲线上可明显看出。原因是间隙原子聚集在位错上(柯氏气团)钉扎了位错，出现上屈服点，位错一旦摆脱钉扎后便不受影响(对应下屈服点)。)解析：4.试指出 Cu和 -Fe 两晶体易滑移的晶面和晶向，并求出他们的滑移面间距，滑移方向上的原子间及点阵阻力。(已知 GCu=48.3GPa，G -Fe =81.6GPa，=0.3)。（分数：10.00）_正确答案：(Cu 系 fcc结构，其易滑移面为111，易滑
8、移方向为110。 * -Fe 系 bcc结构，其滑移面为110，易滑移方向为(111)。 *)解析：5.(C)为 1.2%钢淬火后获得马氏体和少量残留奥氏体组织，如果分别加热至 180，300和 680保温2h，各将发生怎样的变化?说明其组织特征并解释之。（分数：10.00）_正确答案：(180回火：马氏体针叶中开始分解出微细碳化物，易浸蚀，呈暗色。 300回火：残留奥氏体发生分解，转变成 +细碳化物，马氏体也分解成 +细碳化物，原马氏体形态不太明显。 680回火：碳化物呈粒状分布于铁素体基体中，组织为粒状珠光体。)解析：6.固态相变时，设单个原子的体积自由能变化为 ，单位为 J/cm3，临界
9、转变温度 T=1000K，应变能=4J/cm 3，共格界面能 共格 =4.010-6J/cm2，非共格界面能 非共格 =4.010-5J/cm2，试计算：T=50时的临界形核功 之比； （分数：10.00）_正确答案：(球状晶核的形核功 * 若截面为非共格，则可忽略应变能，形核功 * * * 解得 T=20.653 由此可见，当相变过冷度较大时，新相与母相一般形成共格界面，当过冷度较小时，则易形成非共格界面。)解析：7.形变 1常温下金属塑性变形有哪些主要机制？它们间的主要差异是什么？ 2面心立方金属铜在三种不同条件下的真应力-应变曲线如下图。说明它们可能是在怎样的温度和应变速率下形成的？为何
10、有这样的形状？ （分数：20.00）_正确答案：(1主要形变机制是滑移和孪生；滑移产生的切变量是原子间距的整数倍，孪生产生的切变量是原子间距的一个分数；由此产生一系列其他方面的差异。答其他方面差异的也酌情赋分。 2有明显加工硬化的是在低温(或高应变速率)下变形；出现硬化、软化抗衡(动态回复)的是在中温(或中等应变速率)下变形；有一明显软化阶段(动态再结晶)的是在高温(或低应变速率)下变形。 3含 C、N 间隙原子的低碳钢形变时，滑移启动时的抗力较大(上屈服点)，滑移进行时的抗力较小(下屈服点)，在应力应变曲线上可明显看出。原因是间隙原子聚集在位错上(柯氏气团)钉扎了位错，出现上屈服点，位错一旦摆脱钉扎后便不受影响(对应下屈服点)。)解析：8.氧化镁和氧化铝(溶质)形成置换固溶体，写出缺陷方程。说明能否形成连续固溶体。（分数：10.00）_正确答案：(1)缺陷方程：*。 (2)不可以形成连续固溶体，因晶型不同。)解析：
