1、材料科学基础-8 及答案解析(总分：105.00，做题时间：90 分钟)一、B论述题/B(总题数：8，分数：105.00)1.试述针对工业纯铝、Al-5%Cu 合金、Al-5%Al 2O3复合材料分别可能采用哪些主要的强化机制来进行强化。（分数：15.00）_2.扩散 扩散的微观机制有哪些？一般情况下，哪种机制扩散快一些？一个经凝固而有微观非平衡偏析的合金，采用哪些措施可加速扩散使合金均匀化？描述该过程应用哪种扩散第二定律的解？（分数：10.00）_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
2、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.在 NaCl 晶体中掺有少量的 Cd2+，测出 Na 在 NaCl 的扩散系数与 的关系，如图 4-16 所示。图中的两段折线表示什么，并说明 D(Nacl)与 不成线性关系的原因。（分数：10.00）_5.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）_6.1什么是金属的加工硬化现象？ 2用位错理论解释纯金属单晶体产生加工硬化的原因。 3金属的加工硬化特性对金属材料的使用带来哪些利弊？（分数：20.00）_7.证明题：如图 7-1
3、1 所示，已知液、固相线均为直线，证明 =常数；当 k0=常数时，试证明液、固平面状界面的临界条件 可简化为 。式中 m 是液相线斜率， 0是合金原始成分，D 是原子在液体中的扩散系数，k 0是平衡分配系数，T=T 1-T2。（分数：10.00）_8.绘制一个 BCC 晶胞，并于其中标示出下列晶向：001、010、210、101及任意两个非平行的滑移面及其上的任意两个不同的滑移方向。（分数：10.00）_材料科学基础-8 答案解析(总分：105.00，做题时间：90 分钟)一、B论述题/B(总题数：8，分数：105.00)1.试述针对工业纯铝、Al-5%Cu 合金、Al-5%Al 2O3复合材
4、料分别可能采用哪些主要的强化机制来进行强化。（分数：15.00）_正确答案：(对工业纯铝主要的强化机制为加工硬化、细晶强化；Al-5%Cu 合金的强化机制为固溶强化、沉淀强化、加工硬化、细晶强化；Al-5%Al 2O3复合材料的强化机制为加工硬化、细晶强化、弥散强化。)解析：2.扩散 扩散的微观机制有哪些？一般情况下，哪种机制扩散快一些？一个经凝固而有微观非平衡偏析的合金，采用哪些措施可加速扩散使合金均匀化？描述该过程应用哪种扩散第二定律的解？（分数：10.00）_正确答案：(扩散的微观机制主要有间隙机制和代位机制。按间隙机制扩散时更快，因间隙原子尺寸小，又不需空位的存在。可通过加热退火、形变
5、后再退火、高能粒子辐射提高空位浓度加强扩散(但不经济不实用)。用正弦解可描述扩散时的浓度分布。)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(或中等应变速率
6、)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.在 NaCl 晶体中掺有少量的 Cd2+，测出 Na 在 NaCl 的扩散系数与 的关系，如图 4-16 所示。图中的两段折线表示什么，并说明 D(Nacl)与 不成线性关系的原因。（分数：10.00）_正确答案：(两段折线表示有两种不同的扩散机制控制 NaCl 中
7、Na 的扩散。Cd 2+取代 Na+将产生 Na+的空位，但在高温下(约 550)所产生热力学平衡 Na+空位的浓度远大于 Cd2+所产生的空位浓度。所以本征扩散占优，而在较低温度下，热力学平衡 Na+空位随温度降低而显著减小，由Cd2+所产生的空位起着重要作用，有效地降低了扩散的空位形成能，从而加速了扩散速率，使*的关系偏离线性关系。)解析：5.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：6.1什么是金属的加工硬化现象？ 2用位错理论解
8、释纯金属单晶体产生加工硬化的原因。 3金属的加工硬化特性对金属材料的使用带来哪些利弊？（分数：20.00）_正确答案：(1金属材料在塑性变形过程中，所施加的流变应力随应变量的增大而不断增大的现象，称为加工硬化。或金属材料经冷塑性变形后，其强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象，称为加工硬化。 2位错间发生交截，产生的割阶阻碍位错运动；位错间发生反应，形成固定位错阻碍位错运动；位错发生增殖，位错密度的增加使位错运动阻力进一步增大。 3有利方面：作为提高金属材料强度的一种手段；便于金属材料塑性成形；使金属零件得以抵抗偶然过载。不利方面：使金属难以进一步冷塑性变形。)解析：7.证明题：如图 7-11
9、所示，已知液、固相线均为直线，证明 =常数；当 k0=常数时，试证明液、固平面状界面的临界条件 可简化为 。式中 m 是液相线斜率， 0是合金原始成分，D 是原子在液体中的扩散系数，k 0是平衡分配系数，T=T 1-T2。（分数：10.00）_正确答案：(见图 34。*证：任意成分 W0在任意温度 T 时，固(S)、液(L)两相平衡相的成分分别为 S和 L。因为 L 线为直线，斜率为常数，*，同理，S 线的*，故*证明如下：*故*)解析：8.绘制一个 BCC 晶胞，并于其中标示出下列晶向：001、010、210、101及任意两个非平行的滑移面及其上的任意两个不同的滑移方向。（分数：10.00）_正确答案：(见下图。 *)解析：
