1、西南交通大学硕士材料科学基础真题 2009年及答案解析(总分：143.00，做题时间：90 分钟)一、B概念题/B(总题数：10，分数：30.00)1.珠光体相变（分数：3.00）_2.中间相（分数：3.00）_3.固溶强化（分数：3.00）_4.配位数（分数：3.00）_5.扩展位错（分数：3.00）_6.共晶转变（分数：3.00）_7.上坡扩散（分数：3.00）_8.铝合金的时效（分数：3.00）_9.再结晶（分数：3.00）_10.一级相变（分数：3.00）_二、B公式题/B(总题数：3，分数：15.00)11.Hall-Petch(霍尔-佩奇)公式（分数：5.00）_12.晶界偏聚公式
2、（分数：5.00）_13.菲克第二定律(一维)（分数：5.00）_三、B简述题/B(总题数：7，分数：60.00)14.画出下列各种组织： (1) 共析钢的平衡组织 (2) 灰口铸铁(只抛光，未腐蚀) (3) T12 钢的平衡组织 (4) 45钢的平衡组织 (5) T12 钢的淬火组织 (6) 45 钢调质处理的组织（分数：12.00）_15.根据位错运动和晶体滑移的相互关系，分析纯螺型位错和纯刃型位错的柏氏矢量与位错线方向、位错线运动方向、晶体滑移方向的关系。（分数：10.00）_16.画出立方晶系的100、101晶向和(111)、晶面及六方晶系的晶向、(0001)晶面。（分数：6.00）_
3、17.推导从液相中均匀形核形成奥氏体的临界形核功的表达式。(假定奥氏体晶核为球体，球的表面积=4r 2，球的体积=，r 为球的半径)（分数：10.00）_18.简述形变金属在加热时的回复和再结晶过程及其组织与性能的变化。（分数：8.00）_19.判断下列位错反应能否进行，并说明理由： (1) (2)（分数：6.00）_20.简述马氏体相变的基本特征。（分数：8.00）_四、B综合分析题/B(总题数：3，分数：38.00)21.举例说明材料的基本强化形式有哪几种，并详细说明其中一种的强化机制。（分数：13.00）_根据 Fe-Fe3C相图，回答下列问题：（分数：20.00）(1).画出 50钢从
4、高温液态到室温的平衡冷却曲线(不考虑铁素体的溶解度变化)。（分数：5.00）_(2).示意画出组织转变过程图。（分数：5.00）_(3).说明 50钢在室温下的平衡组织，并给出每一种组织的含碳量。（分数：5.00）_(4).计算 50钢室温下各组织的相对重量。（分数：5.00）_22.根据共析碳钢的过冷奥氏体转变 C曲线(TTT 曲线)(如图 6-1所示)，请写出经过图中所示 6种不同工艺处理后材料的组织名称。（分数：5.00）_西南交通大学硕士材料科学基础真题 2009年答案解析(总分：143.00，做题时间：90 分钟)一、B概念题/B(总题数：10，分数：30.00)1.珠光体相变（分数
5、：3.00）_正确答案：()解析：Fe-C 合金奥氏体在冷却过程中，在共析转变温度以下同时转变为铁素体和渗碳体的共析组织的相变。2.中间相（分数：3.00）_正确答案：()解析：两个纯组元形成与其结构不同的化合物，其组成介于两个纯组元之间的相。3.固溶强化（分数：3.00）_正确答案：()解析：固溶体中溶质原子的存在导致溶剂的晶格产生畸变，从而阻碍位错运动，提高其强度。4.配位数（分数：3.00）_正确答案：()解析：晶格中任一晶格结点原子周围最近邻的原子数目。5.扩展位错（分数：3.00）_正确答案：()解析：一个全位错分解为两个不全位错和它们之间的层错，这一位错组态称为扩展位错。6.共晶转
6、变（分数：3.00）_正确答案：()解析：二元合金中一个液相在恒定温度下同时转变为两个不同固相的转变。7.上坡扩散（分数：3.00）_正确答案：()解析：原子从低浓度向高浓度处的扩散，扩散的驱动力是化学位梯度。8.铝合金的时效（分数：3.00）_正确答案：()解析：铝合金在经过高温固溶处理后，迅速冷却形成过饱和固溶体，并在随后的加热保温过程中析出亚稳相的过程。9.再结晶（分数：3.00）_正确答案：()解析：经过塑性变形的金属，在重新加热过程中，当温度高于再结晶温度后，形成低缺陷密度的新晶粒，使其强度等性能恢复到变形前的水平，但其相结构不变的过程。10.一级相变（分数：3.00）_正确答案：(
7、)解析：相变前后新旧两相的自由焓相等，但其一阶偏导数不等的相变。二、B公式题/B(总题数：3，分数：15.00)11.Hall-Petch(霍尔-佩奇)公式（分数：5.00）_正确答案：()解析：表示屈服强度与晶粒尺寸之间的关系。 式中，为常数；d 为晶粒直径(m)； s为屈服强度(MPa)。 12.晶界偏聚公式（分数：5.00）_正确答案：()解析：式中，C gb、C 0分别为晶界浓度和晶粒中心浓度，两者同单位即可，可以使用质量百分浓度或体积浓度；E 为交互作用能(eV)；Q 为 mole交互作用能(J)；由于偏聚引起晶界能的变化；尺为气体常数(J/K)；k为玻尔兹曼常数(eV/K)；T 为
8、绝对温度(K)。13.菲克第二定律(一维)（分数：5.00）_正确答案：()解析：式中，C 为浓度(g/cm 3)；D 为扩散系数(cm 2/s)；t 为时间(s)；x 为距离(cm)。三、B简述题/B(总题数：7，分数：60.00)14.画出下列各种组织： (1) 共析钢的平衡组织 (2) 灰口铸铁(只抛光，未腐蚀) (3) T12 钢的平衡组织 (4) 45钢的平衡组织 (5) T12 钢的淬火组织 (6) 45 钢调质处理的组织（分数：12.00）_正确答案：()解析：如图 6-2所示。15.根据位错运动和晶体滑移的相互关系，分析纯螺型位错和纯刃型位错的柏氏矢量与位错线方向、位错线运动方
9、向、晶体滑移方向的关系。（分数：10.00）_正确答案：()解析：纯螺型位错：柏氏矢量与位错线方向平行，与位错线运动方向垂直，与晶体滑移方向平行；纯刃型位错：柏氏矢量与位错线方向垂直，与位错线运动方向平行，与晶体滑移方向平行。16.画出立方晶系的100、101晶向和(111)、晶面及六方晶系的晶向、(0001)晶面。（分数：6.00）_正确答案：()解析：如图 6-3所示。17.推导从液相中均匀形核形成奥氏体的临界形核功的表达式。(假定奥氏体晶核为球体，球的表面积=4r 2，球的体积=，r 为球的半径)（分数：10.00）_正确答案：()解析：当过冷液体中出现一个晶胚时，总的自由能变化G 应为
10、 可求得 将式(6-2)代入式(6-1)可得 由于 所以18.简述形变金属在加热时的回复和再结晶过程及其组织与性能的变化。（分数：8.00）_正确答案：()解析：经过塑性变形的金属在加热过程中将依次发生回复和再结晶过程，在温度低于再结晶温度时，主要发生点缺陷的浓度的降低，内应力的消除，位错组态的改变，光学显微组织没有变化；此时，强度、硬度、塑性等力学性能基本不变，但电阻下降明显。达到或超过再结晶温度后，将在原来变形晶粒内形成低缺陷密度的新晶粒，晶粒基本呈等轴状，此时，强度等力学性能和物理性能迅速恢复到变形前的水平。19.判断下列位错反应能否进行，并说明理由： (1) (2)（分数：6.00）_
11、正确答案：()解析：反应前： 反应后： 虽然反应前后柏氏矢量总和相等，但由于反应前后位错能量相等，从一个全位错分解为两个不全位错，另有层错能的增加，因此该位错反应不能进行。 (2) 反应后： 反应前： 虽然反应前后柏氏矢量总和相等，但由于反应前位错能量低于反应后位错能量，因此该位错反应不能进行。20.简述马氏体相变的基本特征。（分数：8.00）_正确答案：()解析：马氏体相变的基本特征表现为(主要为前两点)： (1) 无扩散性。马氏体相变时无需原子的扩散，没有原子的混合与再混合过程。新相 M与母相 A的化学成分完全相同。 (2) 切变性，具体体现为： 相变的协调一致性：AM(FCCBCC)。通
12、过原子的整体协调运动(切变)，晶体结构从 FCC变成 BCC。原子的移动距离小于原子间距。 表面浮凸效应。在经过抛光的表面，若发生马氏体转变，在切变时，将产生表面浮凸效应。这是由于点阵形变在转变区域中产生形状改变。 惯习面。M 总是在母相的特定晶面上析出，伴随着 M相变的切变，一般与此晶面平行，此晶面为基体与M相所共有，称为惯习面。 新相与母相之间存在确定晶体学位向关系。两种著名的取向关系(钢的 M转变)，即 K-S关系和西山关系。实际材料的马氏体转变，一般与上述关系存在几度的偏差。 (3) 马氏体相变时伴随有点阵畸变。 (4) 马氏体转变存在开始温度 Ms和终了温度 Mf(或 Mz)四、B综
13、合分析题/B(总题数：3，分数：38.00)21.举例说明材料的基本强化形式有哪几种，并详细说明其中一种的强化机制。（分数：13.00）_正确答案：()解析：(1) 形式：固溶强化、加工硬化、细晶强化、弥散强化等。 (2) 举例说明：碳在铁素体中形成固溶体，造成固溶强化；纯铝板经过反复加工后硬度上升，冷拔钢丝强度明显提高；变质处理可以细化铸造铝合金的强度，主要是由于晶粒细化所致；粒状珠光体中的碳化物起到的就是弥散强化效果，另外，回火马氏体中细小弥散分布的碳化物有很好的强化效果等。 (3) 位错理论解释：要从各种强化因素对位错运动的阻碍作用进行阐述，提高材料强度。例如，无论是代位原子或是填隙原子
14、，在条件合适的情况下，都可能发生原子偏聚而形成气团。对代位点阵来说，当溶质原子比溶剂原子的直径大时，溶质原子有富集在刃型位错受胀区的趋向；反之，富集于受压区。填隙原子则总是向受胀区富集。这种靠扩散在位错附近富集的现象，称为柯氏气团(cottrell atmosphere)。柯氏气团对位错有钉扎作用，可提高位错运动阻力，从而使强度提高。根据 Fe-Fe3C相图，回答下列问题：（分数：20.00）(1).画出 50钢从高温液态到室温的平衡冷却曲线(不考虑铁素体的溶解度变化)。（分数：5.00）_正确答案：()解析：如图 6-4a所示。(2).示意画出组织转变过程图。（分数：5.00）_正确答案：(
15、)解析：如图 6-4b所示。 LL+AAA+FA+F+PF+P 50 钢在液态到室温的冷却过程中将发生以下转变：匀晶转变 LL+A，并全部转变为 A，然后发生同素异晶转变 AF+A，在 727发生共析转变 AP(F+Cm)。(3).说明 50钢在室温下的平衡组织，并给出每一种组织的含碳量。（分数：5.00）_正确答案：()解析：珠光体：含碳量 wC=0.77%。 铁素体：w C=0.0218%或 wC0.0218%。(4).计算 50钢室温下各组织的相对重量。（分数：5.00）_正确答案：()解析：wF=1-wP=36.09%22.根据共析碳钢的过冷奥氏体转变 C曲线(TTT 曲线)(如图 6-1所示)，请写出经过图中所示 6种不同工艺处理后材料的组织名称。（分数：5.00）_正确答案：()解析：(1) 马氏体+残留奥氏体，M+A。 (2) 马氏体+下贝氏体+残留奥氏体，M+B 下 +A。 (3) 索氏体+马氏体+残留奥氏体，S+M+A。 (4) 索氏体或珠光体，S。 (5) 下贝氏体，B 下 。 (6) 珠光体，P。
