1、材料科学基础-7 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.若含碳量为 0.8%高碳钢的原始晶粒度为 0.05mm，试完成下列工作：(1)计算在 760和 870温度下保温 1 小时晶粒的晶粒度及其长大值。(2)说明在这两个温度下晶粒长大的特点以及工程上的应用。(计算时可采用公式 （分数：10.00）_2.简述固态相变与液态相变的相同点与不同点。（分数：10.00）_3.设纯铬和纯铁组成扩散偶，扩散 1h 后，Matano 平面移动了 1.5210-3cm。已知摩尔分数 xCr=0.478 时，(z 为扩散距离)，互扩散系数 （
2、分数：10.00）_4.低层错能的工业纯铜铸锭采用 T=0.5T 熔-温度热加工开坯轧制。 (1)画出该材料分别在高、低应变速率下热加工时的真应力-真应变曲线示意图，并说明影响曲线变化的各种作用机制。 (2)开坯后该金属在室温下继续进行轧制，画出此时的真应力-真应变曲线示意图，并说明影响曲线变化的机制。 (3)开坯后该金属要获得硬态、半硬态和软态制品，最后工序中可采用哪些方法，为什么？（分数：20.00）_5.非晶态合金的晶化激活能可用 Ozawa 作图法，利用在不同的连续加热条件下测得的晶化温度 Tx和加热速率 a 之间存在 的线性关系求得，已测得非晶 Fe79B16Si5合金预晶化相 -F
3、e 的 Tx如下表。求激活能。（分数：10.00）_6.MgO 的密度为 3.58g/cm3，其晶格常数为 0.42nm，试求每个 MgO 单位晶胞内所含的肖特基缺陷数。（分数：10.00）_7.Mg 单晶体的试样拉伸时，3 个滑移方向与拉伸轴分别相交成 38，45，85，而基面法线与拉伸轴相交成 60。如果在拉应力为 2.05MPa 时开始观察到塑性变形，则 Mg 的临界分切应力为多少?（分数：10.00）_8.A-B 二元合金相图如图所示。在固相不扩散、液相完全混合条件下，水平放置的质量分数 wB=40%的 A-B二元合金熔液从左至右定向凝固成长为 L 的横截面均匀的合金棒。1计算棒中单相
4、 固溶体段占棒长的分数。提示：正常凝固方程为（分数：20.00）_材料科学基础-7 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.若含碳量为 0.8%高碳钢的原始晶粒度为 0.05mm，试完成下列工作：(1)计算在 760和 870温度下保温 1 小时晶粒的晶粒度及其长大值。(2)说明在这两个温度下晶粒长大的特点以及工程上的应用。(计算时可采用公式 （分数：10.00）_正确答案：(1)760保温 1h 时：*3.610-14=9.7710-14+3.610-14=13.410-14*mm=0.0516mm870保温 1h 时：*(2
5、)760保温 1h 时，晶粒只长大为 0.0516mm。0.0516mm 与 0.05mm 相比，说明在此情况下，变化不大，晶粒基本上没有长大。而 870保温 1h 时，晶粒长大为 0.069mm。0.069mm 与 0.05mm 相比，晶粒长大了37%，说明在此情况下，出现了明显长大。所以，在比较高的温度下加热，特别要注意晶粒长大。)解析：2.简述固态相变与液态相变的相同点与不同点。（分数：10.00）_正确答案：(相同点：都是相变，由形核、长大组成。临界半径，临界形核功形式相同。转变动力学也相同。 不同之处：形核阻力中多了应变能一项，造成固态相变的临界半径及形核功增大；新相可以亚稳方式出现
6、，存在共格、半共格界面，特定的取向关系，非均匀形核。)解析：3.设纯铬和纯铁组成扩散偶，扩散 1h 后，Matano 平面移动了 1.5210-3cm。已知摩尔分数 xCr=0.478 时，(z 为扩散距离)，互扩散系数 （分数：10.00）_正确答案：(根据 Kirkendall 效应，标记移动速度*互扩散系数_D=xCrDFc+xFeDCr=0.478DFe+1-0.478DCr=1.4310-9cm2/s根据已知条件：*联立上述三个方程，即可解得：DCr=2.2310-9cm2/sDFe=0.5610-9cm2/s)解析：4.低层错能的工业纯铜铸锭采用 T=0.5T 熔-温度热加工开坯轧
7、制。 (1)画出该材料分别在高、低应变速率下热加工时的真应力-真应变曲线示意图，并说明影响曲线变化的各种作用机制。 (2)开坯后该金属在室温下继续进行轧制，画出此时的真应力-真应变曲线示意图，并说明影响曲线变化的机制。 (3)开坯后该金属要获得硬态、半硬态和软态制品，最后工序中可采用哪些方法，为什么？（分数：20.00）_正确答案：(1)该材料热加工时的真应力-真应变曲线示意图(略)。(注意曲线中均应有应力峰值，在高应变速率下出现应力峰值后曲线基本水平，在低应变速率下出现应力峰值后曲线呈波浪。) 高应变速率下曲线分三个阶段：未发生动态再结晶的加工硬化阶段，动态再结晶加剧阶段，完全动态再结晶阶段
8、(此时加工硬化与再结晶软化达到平衡，曲线接近水平，达到稳态流变阶段)。 低应变速率下完全动态再结晶阶段呈波浪形，是反复动态再结晶软化加工硬化动态再结晶软化交替进行的结果。 (2)开坯后金属在室温下继续进行轧制的真应力-真应变曲线示意图(略)；真应力-真应变曲线一直上升，直至断裂，主要机制为加工硬化。 (3)开坯后要获得硬态金属，可以进行冷加工，机制为加工硬化；获得软态制品，可采用冷加工后再结晶退火；获得半硬态制品，可采用冷加工后回复退火，或者完全再结晶退火后适当冷变形。)解析：5.非晶态合金的晶化激活能可用 Ozawa 作图法，利用在不同的连续加热条件下测得的晶化温度 Tx和加热速率 a 之间
9、存在 的线性关系求得，已测得非晶 Fe79B16Si5合金预晶化相 -Fe 的 Tx如下表。求激活能。（分数：10.00）_正确答案：(按表中数据作*图(见图 42)，近似于直线，利用最小二乘法拟合出各直线方程为 * 从直线斜率求得 -Fe 预晶化相析出阶段的激活能为(382407)kJ/mol。 *)解析：6.MgO 的密度为 3.58g/cm3，其晶格常数为 0.42nm，试求每个 MgO 单位晶胞内所含的肖特基缺陷数。（分数：10.00）_正确答案：(设单位晶胞内所含的肖特基缺陷数为 x 个， *)解析：7.Mg 单晶体的试样拉伸时，3 个滑移方向与拉伸轴分别相交成 38，45，85，而
10、基面法线与拉伸轴相交成 60。如果在拉应力为 2.05MPa 时开始观察到塑性变形，则 Mg 的临界分切应力为多少?（分数：10.00）_正确答案：(Mg 的滑移面为(0001)面(基面)，由滑移面的滑移方向上的分切应力 =coscos 可知，当 为定值(60)时， 越小， 越大，所以在拉应力作用下，晶体沿与拉伸轴交成 38的那个滑移方向滑移而产生塑性变形。因此 Mg 的临界分切应力 c= scoscos=2.05cos60cos38=2.050.50.788=0.8077MPa)解析：8.A-B 二元合金相图如图所示。在固相不扩散、液相完全混合条件下，水平放置的质量分数 wB=40%的 A-
11、B二元合金熔液从左至右定向凝固成长为 L 的横截面均匀的合金棒。1计算棒中单相 固溶体段占棒长的分数。提示：正常凝固方程为（分数：20.00）_正确答案：(1设棒中单相 d 固溶体段占棒长的分数为 z/L。在正常凝固方程 CS(z)=*中，k0=30%/60%=0.5，C S=30%，C 0=40%，则*2设棒中单相 固溶体段的平均 B 原子浓度为*，可有四种解法。解法一(积分法)：*解法二(面积相等法)：由于平衡分配系数 k01，液体结晶为 固溶体时，其 B 原子浓度下降，所排出的 B 原子完全进入液体中并分布均匀，因此，下图中阴影区 1 与阴影区 2 的面积相等，则*得*解法三(杠杆原理法)：根据杠杆原理， 固溶体的平均成分*、(+)共晶体的平均成分 60%，以及棒的平均成分 40%三点构成一个杠杆，而且已知 固溶体段占棒长的 5/9，共晶体段占棒长的 4/9，故根据杠杆定理可列方程式*得*解法四(质量守恒法)：根据溶质原子质量守恒原理，可列方程式*得*3不会，因为在液相完全混合条件下，不出现成分过冷，故液/固界面平直。)解析：
