814材料科学基础B答案11

河南科技大学

2011年硕士研究生入学考试试题答案及评分标准

考试科目代码： 814 考试科目名称： 材料科学基础B

一、名词解释（共20分，每小题2分）

1) 配位数：是指晶体中与任一个原子最近邻、并且等距离的原子数。 2) 过冷：实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。

3) 非均匀形核：晶核在母相中不均一处择优（非自发）形核。

4) 变质处理：在浇铸时向液态金属中加入形核剂，以达到细化晶粒的目的处理。 5) 热变形加工：在再结晶温度以上的变形加工。 6) 攀移：刃位错垂直于滑移面的运动。 7) 孪生：是在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面与晶向产生一定角度

的均匀切变。

8) 淬透性：钢获得淬火马氏体的能力。

9) 高温回火脆性：淬火钢在450~600℃高温回火时出现冲击韧性明显下降的现象。 10) 红硬性：钢在高温下保持高硬度的能力。 二、综合分析（共130分）

1. Ni 的晶体结构为面心立方结构，画出其晶胞质点模型。其原子半径为r=0.1243nm ，Ni 的相

对原子质量为58.69mol g /。试求Ni 的晶格常数和密度。（10分） 解：

（3分），nm

r a

3516.02

1243

.042

4

==

=

⨯（3分）；

)/(967.83

23

10

02.63)810516.3(69.58434cm g A

N a

Ni

M ==

=

⨯⨯-⨯⨯⨯ρ （4分）

2. 假设过冷液体中出现一个球形晶胚，证明形核功13

c c G A σ∆=

（c A -临界晶核表面积）。

（10分）

解：σ

ππσ2

33

4

4r G r S G V G v v +∆=

+∆=∆ （1） （3分）

令0=∆dr

G

d ，则v

G c r ∆-=σ

2 （2） （3分）

将（2）式代入（1）式：2

22

424143

33

c c v c c

c v G r G r r A G σππσπσσ⎛

⎫∆=

-

∆+== ⎪∆⎝

⎭ （4分）

3. 面心立方晶格的Cu 的临界分切应力τk 为0.49MPa ，用Cu 单晶体拉伸时，拉伸轴为[]122

晶向。

1) 画出Cu )111(滑移面上的三个滑移方向，写出其晶向指数。 2) 说明该滑移面上哪个滑移系先开动？

3) 引起屈服所需要的拉伸应力是多少？ （共15分） 解：

（5分）

（2）对立方晶系，

晶面（h k l ）法线和晶向(u vw )之间的夹角

cos ϕ=

故滑移面)111(的法线方向与拉力轴[122]的夹角为 27

19

32

12111cos =

=

⋅⨯-⨯+⨯ϕ

两个晶向(u 1 v 1 w 1)和(u 2 v 2 w 2)之间的夹角

2

2

2

22

22

1

2

12

12

12121cos w v u w v u w w v v u u ++++++=

⋅

ϕ

滑移方向]011[或]110[和拉力轴[122]的夹角为18

4cos =λ或-

18

4（取向因子最大，先开

动）

滑移方向[]

101]101[或和拉力轴[122]的夹角为

183cos =

λ或-183 滑移方向[]110或]011[和拉力轴[122]的夹角为 18

1cos =

λ

或-

18

1

，

先开动的滑移系为)111(]011[或]110[ （7分）

（3）MPa k s

7.261.14

6949.0448649.018/427/149

.0cos cos ==⨯==⨯=⋅=

λϕτ

σ

（3分）

4. 金属塑性变形与晶体的滑移、位错运动有何关系？举例说明何谓加工硬化？请用位错理论说

明加工硬化的机理。（15分）

解：晶体的滑移是金属材料塑性变形的最主要的方式。滑移的本质是位错运动的结果。（4分） 随着塑性变形量的增大，材料强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象叫加工硬化3分;例如冷拉钢丝、冷轧钢板。3分. 随着塑性变形的进行，位错密度急剧增加，位错相遇交割、产生固定割阶，出现位错缠结，形成位错发团，位错之间的相互作用导致位错运动困难，滑移难以进行，塑性变形抗力增大，强度提高。5分

5. 根据Fe －Fe 3C 相图（图1）回答下列问题： 1) 用组织组成物填写相图各区。（图画在答题纸上后填

写）

2) 写出三条水平线发生的转变的温度、类型和反应式。3) 用结晶冷却曲线分析共析钢的平衡结晶过程（标明各

阶段的组织组成物、反应式）。计算室温下相组成物的相对量

4) 该钢适合制造何类零件或工具，试举一例。

5) 图2中哪个是该成分合金的室温平衡组织（共30分）

图1

A) B) C) D)

图2 铁碳合金室温平衡组织（4％硝酸酒精腐蚀）

解答：（1） （8分）

（2）1495℃ 包晶转变 L+δ→γ； 1148℃ 共晶转变 L → γ+Fe 3C ；

727℃ 共析转变 γ→ + Fe 3C （6分）