2010江苏大学硕士研究生入学考试 -金属学(附答案)

2010江苏大学硕士研究生入学考试 -金属学(附答案)
一名词解释（每题3分，共24分）
1 滑移系
2 临界过冷度
3 再结晶织构
4 平衡分配系数
5 柯肯达尔效应
6 连接线
7 不全位错
8 柏氏矢量
二 Al—Cu相图的局部如图2-1所示。

1 分析5.6%Cu合金和5.7%Cu合金在平衡凝固和快速冷却不平衡结晶时室温组织特点。

（ 6分）
2 图中的α相为何种晶体结构？（ 3分）
3计算亚共晶合金在温度为T E（共晶反应前）时的平衡分配系数（ 5分）
4 画出T=560℃温度时各相的自由能—成分曲线示意图。

（ 5分）
图2-1 第二题图
三图3-1为一连铸坯低倍组织照片，说明各晶区的名称及成因；若想得到更多的等轴晶粒，可采用哪些方法或措施？（15分）
图3-1 第三题图
四扩散的微观机制有哪些？一般情况下哪种机制扩散速度快，为什么？一个经凝固而有微观非平衡偏析的合金，生产中常采用什么方法使合金均匀化？描述该过程应用哪种扩散第二定律的解？（15分）
五根据Fe- Fe3C相图，计算含0.4%C的亚共析钢在室温平衡组织中铁素体与渗碳体的相对重量，以及先共析铁素体和珠光体的相对重量，画出室温下的组织图（标明组织）。

（17分）六、试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。

（20分）
七、阐述堆垛层错与不全位错的关系，指出FCC结构中常产生的不全位错的名称、柏氏矢量
和它们各自的特点。

（20分）
八、对图8-1所示Fe-Cr-C三元相图的变温截面，写出图中合金Fe-13%Cr-0.2%C的平衡结
晶过程，比较其室温组织与Fe-0.2%C合金室温组织的区别。

（10分）
图8-1 第八题图
九、简述再结晶与二次再结晶的驱动力，并如何区分冷、热加工？动态再结晶与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么？（10分）
参考答案
一、名词解释
1滑移系：把一个滑移面和此面上的一个滑移方向组合称为滑移系。

2临界过冷度：形成临界晶核所需要的过冷度。

3 再结晶织构：具有变形织构的材料经退火后，在大多数情况下仍然会具有织构，这种织构
称为再结晶织构。

4平衡分配系数：某一温度下固相与液相两平衡成分的比值。

5柯肯达尔效应：扩散偶中由于扩散系数不同而引起对接面移动的现象。

6连接线：两个平衡相的成分存在着对应关系，连接对应成分点的直线。

7 不全位错：柏矢矢量小于点阵矢量的位错称。

8 柏矢矢量：用来描述位错引起晶格畸变的物理量
二、答（要点）
1 5.6%Cu合金平衡结晶时室温组织为α+θⅡ，快冷不平衡结晶时室温组织还出现少量非平衡共晶组织（α+θ）共晶体，（常以离异共晶组织形态出现）；5.7%Cu合金平衡结晶时室温组织为α+θⅡ+（α+θ）共晶体，快冷不平衡结晶时室温组织中出现离异共晶。

2 FCC结构
3 Ko = Cs/Cl=5.65/35.2=0.16
4 T=560℃时各相的G—X曲线示意图略
三、答：（要点）
晶区组织：表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区。

细晶区的形成：主要是液体金属浇入锭模后，冷模壁的作用而产生强烈的过冷，且模壁促进非均匀形核。

柱状晶区形成：在细晶区的形成过程中，因为模壁温度不断升高，使得细晶区前沿液体的过冷度减小，形核变得困难或者说基本上不形核了，此时就在细晶的基础
上逐渐长大。

由于热量的散发垂直于模壁，因此晶体的生长也就沿着与散
热相反方向作定向凝固形成柱状晶。

中心等轴晶区的形成：主要是由于铸锭中心的液体存在着大量的籽晶，这些籽晶在成分过
冷的作用下，形成核心而长大，形成中心等轴晶。

慢的冷速、低的浇注温度、均匀散热、变质处理和应用物理方法等，可扩大等轴晶区。

四、答：（要点）
间隙扩散机制、空位扩散机制、直接换位机制、环形换位机制。

间隙扩散机制扩散速度快，因为通过空位扩散的扩散激活能比间隙扩散的要大，它是由两部分能量组成：原子跳动激活能和空位形成能。

采用均匀化退火（扩散退火），正弦解。

五、解：F 与Fe3C 相对量：F≈6.69-0.4/6.69 = 94%；Fe3C = 1-F = 6%
组织相对量：F先 = 0.77-0.4/0.77 = 48%，P = 1- F先 = 52%
组织图略
六、答：（要点）。

（1）组织结构：①形成纤维组织，晶粒沿变形方向被拉长；②形成胞状亚结构③形成形变织构
（2）力学性能：造成加工硬化
（3）物理化学性能：电阻率增加、电阻温度系数、导磁率、导热系数均下降；金属的扩散过程加速，化学活性增加，腐蚀速度加快。

（4）体系能量：①因冷变形产生大量缺陷引起点阵畸变，使畸变能增加；②因晶粒间变
形不均匀和工件各部分变形不均匀引起的微观内应力和宏观内应力。

着两部分都称为储存能，前者为主要的。

七、答：（要点）
如果层错不是贯通整个晶体，而只限于晶体截面的一部分，则此层错与完整晶体之间的交界处，就具有特殊的几何结构，就构成了一个不全位错。

FCC结构中常产生两种不全位错：肖克莱不全位错 b=a/6[211]；Frank不全位错 b=a/3 <111>
肖克莱不全位错特点：（1）它只能在{111}面上运动，不能攀移（刃型位错），也不能交滑移
（螺型位错）
（2）它只能在{111}面上存在，不能在三维空间存在。

Frank不全位错特点：(1)柏矢矢量与位错垂直,是纯刃型位错.
(2)柏矢矢量与层错面相垂直,所以它是固定位错.它不能滑移,而只
能攀移
八、答：（要点）
Fe-13%Cr-0.2%C的平衡结晶过程：L，L→α（高温），L+α→γ，α（高温）→γ，γ→C2，γ→C2+α，α→C2；室温组织为珠光体+碳化物。

Fe-0.2%C合金室温组织为铁素体+珠光体，Fe-13%Cr-0.2%C合金出现了在过共析成分才出现的组织。

九、答：（要点）
再结晶通常是指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶核的形成及长大，以无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒的过程。

它的驱动力是储存能；再结晶完成后继续升高温度或延长保温时间，少数晶粒突发性的不均匀长大，叫二次再结晶。

它的驱动力是界面能。

冷加工：形变时发生加工硬化；热加工：形变时发生动态再结晶。

组织结构的区别：静态再结晶组织晶粒大小均匀，易形成退火孪晶；动态再结晶晶粒大小很不均匀，晶粒呈现不规则的凹凸状，很难形成退火孪晶。