材料科学基础A试卷B答案

昆昆明明理理工工大大学学 试试 卷（卷（B B）） 答答案案 考试科目：材料科学 基础A2考试日期：命题教师：代建 清、李智 东、孟彬、李绍宏 学院：材料科学与工 程专业班级：材 料201 1级学生姓名：学号： 任课教师：代建清、 李智东、孟 彬、李绍宏上课班级：材 料201 1级考试座位号 ： 一、填空：(每空 0.5 分，共 18 分) 1、就小角度晶界的结构而言，对称倾侧晶界通常由一列平行的刃型位错构成，而非对称倾侧晶界由两组 柏氏矢量相互垂直的刃型位错交错排列而成。扭转晶界则由互相交叉的螺型位错所组成。 2、按界面上原子排列情况和吻合程度分类，界面可分为共格相界面、半共格相界面、非共格相界面和复 杂半共格相界面。 3、界面迁移与原子运动方向相反（相同、相反） ，速度相同（相同、相反） 。 4、晶界能的来源主要包括长程应变场的弹性能、 晶界狭小区域内原子相互作用的核心能、 化学键能三项。 5、热力学稳定的液－固界面微观结构主要有粗糙界面 、和 光滑界面（或平整型界面） 。 6、在不平衡凝固过程中， 晶体中成分偏析的三种类型是宏观偏析、胞状偏析和树枝状偏析。 7、晶体的宏观长大方式主要有平面生长方式和 树枝状生长方式。 8. 金属固态相变的三种基本变化是 结构结构 ， 成分成分和有序度有序度。 9. 由铁碳相图可知， CA-F_TL，无成分过冷，离开界面，液体内部处于过热状态，固溶体晶体以平以平 界面方式生长界面方式生长。 Ⅱ：液相中温度梯度减小，产生小的成分过冷区，平界面不稳定，界面偶然小凸起，进入过冷液体，可 生长；但因过冷区窄，发展不成枝晶，形成胞状界面，出现胞状界面结构，形成胞状界面，出现胞状界面结构，纵截面为长条形，横截面为 六角形。 Ⅲ：液相中温度梯度较平缓，成分过冷程度较大，液相在较大范围内处于过冷状态，类似负温度梯度条 件，固溶体晶体以树枝状方式生长以树枝状方式生长，界面上偶然小凸起，进入过冷液体，得到大的生长速度，形成树枝形成树枝 状骨架状骨架，最后以平界面方式生长填充枝晶间隙形成晶粒。 4 4、列举固态烧结初期各种可能的传质途径（包括物质来源、抵达部位、扩散途径）、列举固态烧结初期各种可能的传质途径（包括物质来源、抵达部位、扩散途径） ，并分析哪几种不会，并分析哪几种不会 引起坯体的收缩和气孔的消除。引起坯体的收缩和气孔的消除。 （5 分） 1）可能的传质途径： 1 2 3 4 5 6 扩散途径 表面扩散 晶格扩散 蒸发凝聚 晶界扩散 晶格扩散 晶格扩散 物质来源 表面 表面 表面 晶界 晶界 位错 抵达部位 颈部 颈部 颈部 颈部 颈部 颈部 2）表面扩散和蒸发凝聚机制不会导致素坯的宏观收缩和气孔率降低(因为颗粒之间的中心距不变)；只有 从体内或晶界上传质时，才会引起收缩和气孔的消除； 5. 5. 简述马氏体相变的主要特征马氏体相变的主要特征。 （5 分） ①切变共格和表面浮突现像②无扩散性③具有特定的位相关系和惯习面④在一个温度范围内完成相变⑤ 3 可逆性。 6. 6.简述金属中残余应力的分类和特点，以及对金属加工和使用的影响。简述金属中残余应力的分类和特点，以及对金属加工和使用的影响。 （（5 5 分）分） 答：残余应力分为宏观残余应力，微观第一类残余应力和微观第二类残余应力。其中宏观残余应力作用 在整个零件或工件范围内，微观第一类残余应力是由于晶粒的变形不均匀引起的，微观第二类残余应力 由于晶格畸变造成的。残余应力可以造成工件的变形、开裂和应力腐蚀等，但有时可以通过在工件表面 预先产生残余压应力，防止裂纹的萌生，防止材料的断裂。 7. 7. 试述不同温度下的回复机制。试述不同温度下的回复机制。 （5 分） 按照回复温度的不同可将恢复分为三阶段： ① 低温回复 它主要和空位变化有关。在冷变形过程中，由于螺位错交割产生刃型割阶的非保守运动，会形成过饱和 空位；低温回复中冷变形形成的过饱和空位消失，以保持平衡浓度，使能量降低。空位的消失是由于空 位与位错、晶界、间隙原子以及空位本身结合、交互作用的结果。空位与位错结合，引起位错的正攀移， 使空位消失；空位之间凝聚成空位片、崩塌转化为位错环，空位消失；间隙原子与空位结合使空位消失， 在晶界处空位消失引起疏松。 ② 中温回复 中温回复主要涉及异号位错的对消和位错密度的变化：同一滑移面上的异号位错在热激活作用下，相互 吸引、会聚而消失，不在同一滑移面上的异号刃型位错则通过空位凝聚消除半原子面或空位逃逸制造半 原子面而消失； ③ 高温回复 高温回复的主要机制是多边形化。因原始变形状态位错组态不同，有两类多边形化：第一类叫稳定多边 形化，第二类为再结晶前多边形化。稳定多边形化发生在同号刃位错沿滑移面上塞积而导致点阵弯曲的 晶体中，回复过程中发生位错的运动和重排，位错由沿滑移面的水平排列转变为沿垂直滑移面的排列， 形成位错壁，组成亚晶界。再结晶前多边形化在变形后具有位错胞结构的晶体中发生，变形后位错的分 布不是均匀的，而是塞积在位错胞壁，当加热发生多边形化过程时，通过螺位错的交叉滑移和刃位错的 攀移，引起位错的重新分布和部分消失以及位错胞壁的平直化，形成具有相当高曲率较平直的亚晶界。 四、判断题四、判断题: : 分析下两图，若图中分析下两图，若图中 T T3 3TT2 2TT1 1，哪个图能正确反映吉布斯自由能变化与晶胚尺寸，哪个图能正确反映吉布斯自由能变化与晶胚尺寸 r r 关系，关系， 并依据结晶理论说明原因。并依据结晶理论说明原因。 （（5 5 分）分） (b)图正确。 4 对于凝固形核时系统的吉布斯自由能变化为： G  G 2 G 1  Vs •G V  A sL • sL LSG V  G V G V  Lv •TLv •(T m T)  T m T m 其中：Vs为体积，A sL 为界面面积， sL 为液－固相界面能，Lv为熔化潜热。 设核心为球形，半径为 r，则： 4 G  r3•G V 4r2• sL 3 d(G)  4r2•G V 8r • sL dr Lv•(T T m ) d(G)  4r2•8r • sL drT m 当 r 值一定且较小时，由T3T2T1，可知： d(G)d(G)d(G) (T 3 )(T 2 )(T 1 ) drdrdr 故，(b)图正确。 五、计算题（共 20 分） 已知 500C 时，Al 在 Cu 中的扩散系数为 2.610-17m2/s，而 1000C 时则为 1.610-12m2/s；1）试根据 阿累尼乌斯公式求出 D0和 Q 值（玻尔兹曼常数k 13.810 (10(10 分分) ) Q 17ln 2.610 lnD  0  Q Q  13.81024773 1 ）由D  D 0 exp，得到：；，即lnD  lnD 0   QkT  kT 12 ln1.610  lnD 0   13.810241273 解： 32D  410m /s  解得：  0 18 Q  0.310 J/个原子