广东工业大学广工大835材料科学基础2015考研真题答案

广东工业大学广工大835材料科学基础2015考研真题答案
2015年835真题答案详解
一、填空题
1、【1】AEGC【2】CG【3】(210)【4】(310)【5】(410)
2、【6】面心立方【7】4【8】8【9】0.34共晶结构
3、【10】零维点→零维
4、【11】Cu6Sm【12】Cu5Sm【13】Cu4Sm【14】CuSm2【15】Cu2Sm【16】CuSm【17】L⇔（Cu）+Cu6Sm【18】L+Cu6Sm⇔+Cu5Sm【19】L+Cu4Sm⇔
+Cu7Sm2【20】L⇔Cu4Sm+Cu2Sm【21】L⇔Cu2Sm+CuSm【22】L⇔CuSm+（αSm）【23】Cu7Sm2⇔Cu4Sm+L【24】L+Cu5Sm⇔Cu4Sm
5、【25】吞并长大纳米晶的长大主要通过合并形核和亚晶界合并形核这两种机制来实现，这两种机制共同作用于纳米材料的微观结构演变过程。

二、判断题
1、对非晶态材料与液态金属在形态与组成方面展现出明显的差异性。

具体而言，非晶态材料缺乏晶体材料的规则原子排列，呈现出一种无序或短程有序的结构状态，其形态通常较为稳定，但内部结构复杂且不具有长程有序性。

相比之下，液态金属则表现为原子或分子在较大范围内自由移动，呈现出高度流动性和无序性，其形态随时间和环境条件的变化而不断变化。

2、错面心立方晶体结构中的最密排面是（111）面，其对应的晶向是[111]，这一晶向在体心立方结构中同样存在，但两者在整体晶体结构上的排列与对称性有所不同。

简而言之，（111）[111]是面心立方晶体中的特定最密排面及其晶向，而该晶向也可见于体心立方结构之中。

3、错扩散第一定律是不随时间改变而变化
4、错本质粗晶粒钢指的是在特定加热条件下，其A晶粒会显著且迅速地增大的钢种。

值得注意的是，尽管名称上有所区分，但本质细晶粒钢的A晶粒大小并不一定总是小于本质粗晶粒钢。

关于加工处理，本质粗晶粒钢是可以通过适当的热处理工艺进行组织和性能调整的。

这种热处理能够改善钢的微观结构，进而提升其力学性能和使用寿命。

5、对过共析钢在热处理过程中，主要采用球化退火工艺。

经过此退火处理后，原有的二次渗碳体会得到有效消除，从而改善钢的组织结构。

然而，当将过共析钢加热至Acm点以上，并进行奥氏体缓冷退火时，会观察到有新的二次渗碳体析出。

这表明，不同的热处理条件会对过共析钢中的二次渗碳体产生不同的影响，进而影响其整体性能。

6、错在固态和液态两种状态下，两种物质均能实现无限度的相互溶解，形成均匀的混合体系。

这种特性被称为“固液下都无限互溶”，它表明这两种物质在分子或原子层面上具有极高的相容性，能够跨越物理状态（固态与液态）的界限，实现完全的混合与溶解。

7、对低碳钢的应变时效现象，其内在机制可借助柯式气团理论得到精辟解释。

具体而言，该现象是由于间隙原子（如碳、氮等）在钢材受到外力作用发生形变时，倾向于在位错（晶体内部的一种线缺陷）附近聚集，形成所谓的“柯式气团”。

这些气团的存在会阻碍位错的进一步移动，从而导致钢材在卸载外力后，其形状和尺寸的恢复（即弹性回复）过程受阻，表现出明显的时效硬化现象。

因此，柯式气团理论为理解低碳钢应变时效的微观机制提供了有力的理论支撑。

8、错 f=c-p+2
9、对动态再结晶是热加工过程中的一种重要现象，它发生在加工硬化与回复再
结晶软化作用同时进行的背景下。

在热加工如锻造、热轧等过程中，材料受到外力的持续作用，导致内部晶粒发生变形，进而产生加工硬化现象，即材料的硬度和强度增加，但塑性降低。

与此同时，材料内部也发生着回复和再结晶的软化过程。

回复是材料在变形过程中，由于原子间相互位置的调整，使得部分内应力得以释放，材料硬度略有下降，但晶粒形态基本保持不变。

而再结晶则是在更高温度或更大变形量下，材料内部形成新的无畸变晶粒，这些新晶粒逐渐取代原有变形晶粒，从而使材料硬度显著降低，塑性恢复甚至提高。

动态再结晶则是这两种过程在热加工过程中同时进行的结果。

它不仅能够有效地缓解加工硬化带来的不利影响，还能通过新晶粒的形成和长大来细化晶粒组织，从而提高材料的综合力学性能。

因此，在热加工过程中合理控制动态再结晶的发生和发展，对于获得高质量的产品具有重要意义。

10、错白口铸铁与灰口铸铁在成分上的主要区别在于含碳量的不同，具体表现为：白口铸铁的含碳量大致为2.5%，而灰口铸铁的含碳量则显著提升，约为
4.3%。

这种含碳量的差异对两者的物理性质、机械性能及应用领域产生了显著影响。

白口铸铁因其高碳含量而展现出较高的硬度和脆性，常用于需要耐磨性的场合；而灰口铸铁则因其适中的含碳量和良好的铸造性能，广泛应用于机械制造、汽车制造等多个领域。

三、简答题
1、共性：两者均涉及尺寸微小的原子融入间隙结构。

差异：
①间隙固溶体：由溶质原子填充至溶剂晶格间隙中构成，其晶格类型与溶剂组元保持一致，体现了溶质与溶剂间的相互包容性。

②间隙相：独特之处在于它由过渡金属与极小原子半径的非金属元素结合而成，不仅拥有简单的晶体结构，而且是一种全新的化合物。

其晶体结构迥异于组成元素，展现出极高的熔点和硬度，同时保有显著的金属特性，是材料科学中的一类特殊且重要的相态。

2、滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系
面心立方：（111）[1̅10] （1̅11）[110] （11̅1）[110] （111̅）[1̅10] （111）[1̅01] （1̅11）[101] （11̅1）[1̅01] （111̅）[101]
（111）[01̅0] （1̅11）[11̅0] （11̅1）[011] （111̅）[011]
3、严重冷变形的铜合金，因承受高强度变形而积累了极高的畸变能，随后在再结晶过程中，晶粒会显著细化。

然而，若此过程伴随极端高温条件，新生成的细晶粒可能因高温下的强扩散能力而重新粗化，但同时，高温也促进了枝晶偏析的消除。

对于退火态合金，在高温下长时间保温主要导致晶粒的粗化，而合金的化学成分则保持不变。

由于无同素异构转变的发生，且退火处理前合金成分已均匀化，因此退火过程主要影响的是晶粒尺寸，而非化学组成。

4、液相与气相接触时，若固体表面有微量液体金属形成，它会迅速铺展覆盖整个表面。

此现象基于表面张力平衡原理，即γLV cosθ + γSL = γSV。

实验表明，实际情况下γLV cosθ + γSL < γSV，说明此过程中自由能变化△G < 0，是自发进行的，无需外部能量输入，如过热，即可实现。

5、铁素体是碳原子溶解在α-Fe（阿尔法铁）晶格间隙中形成的固溶体，以
其软韧的特性而著称。

奥氏体则是碳原子溶解在γ-Fe（伽马铁）晶格间隙内的固溶体，展现出优异的塑性，是钢材热处理过程中的重要组织。

δ铁素体，同样作为固溶体，其特点在于碳原子溶解在δ-Fe（德尔塔铁）的晶格间隙中。

渗碳体，作为铁与碳的化合物Fe₃C，是一种间隙化合物，拥有极高的硬度但塑性较差，对钢材的硬度与耐磨性有显著贡献。

6、不可以。

调质处理是淬火后紧接着进行高温回火的工艺，其结果是获得回火索氏体组织，这种组织赋予材料优异的力学性能。

然而，值得注意的是，碳钢的弹性模量作为一个关键性能指标，却对材料的微观组织变化不敏感。

它主要由原子间的结合力决定，这一力的大小又紧密关联于金属的本质属性（如元素种类）、晶体结构类型以及晶格常数。

因此，尽管调质处理能显著改变材料的组织结构，从而提升其综合性能，但它并不足以影响碳钢的基本物理属性，如弹性模量，这些属性由更深层次的材料本质所决定。

四、论述题
1、伪共晶是指在非平衡结晶条件下，即使合金成分非共晶点附近（亚共晶或过共晶），也可能完全形成共晶组织的现象。

这种由非共晶成分合金获得的共晶组织，被称为伪共晶组织。

出现条件：
①合金成分位于伪共晶区内：合金的化学成分必须落在特定的伪共晶成分范围内。

②快速冷却：冷却速度需足够快，以促使液相合金迅速通过伪共晶温度区间
并结晶，从而避免其他相的形成。

冷却速度对伪共晶形成的影响：
①冷却速度缓慢：当冷却过程极为缓慢时，仅当合金具有严格的共晶成分时，才会发生共晶转变，此时不易形成伪共晶组织。

②冷却速度较小：在较小的冷却速度下，同样不易诱发伪共晶组织的形成，因为合金有足够的时间偏离共晶路径，形成其他相。

③冷却速度较大：随着冷却速度的显著增加，伪共晶区会相应扩大，为伪共晶组织的形成创造了更有利条件。

这是因为快速冷却抑制了非共晶相的形成，促进了共晶组织的直接析出。

2、①微小变形阶段：在变形量极小时，组织保持稳定，因畸变能不足以触发再结晶，故晶粒与性能均无明显变化。

②临界变形阶段：达到临界变形度时，再结晶导致异常粗大晶粒形成，因形核点稀少，G/N比（晶粒尺寸与形核点数之比）显著增大。

此状态下，晶粒粗大减少了晶界，易于滑移，导致强度下降，且粗晶对抗应力和腐蚀的抵抗力减弱。

③充分变形阶段：变形度超越临界值后，随变形度增加，储存能累积，促使G/N比减小，再结晶晶粒细化。

此变化不仅增强了金属的强度和硬度，还保持了良好的塑性和韧性。

④过度变形阶段：当变形度极大时，发生二次再结晶，晶粒再次粗化，严重削弱了金属原本优异的性能，包括强度、硬度及抗腐蚀性等。

3、铜合金与铝合金在强化机制上有相似之处，其强化方式主要包括以下四种：
①形变强化：通过冷变形处理，铜合金内部产生大量位错交割与缠结，这些
位错阻碍了晶体内部的位移与滑动，从而显著提升了材料的强度与硬度。

②固溶强化：利用合金化技术，将溶质原子引入铜基体中形成固溶体。

这些溶质原子导致的晶格畸变增加了位错运动的阻力，进而提高了合金的强度与硬度。

③时效强化：将铜合金进行固溶处理后迅速冷却至室温，形成过饱和固溶体。

随后，在室温或稍高温度下长时间放置（时效处理），过饱和固溶体中将析出细小弥散的微粒。

这些微粒进一步加剧了晶格畸变，强烈阻碍了位错的运动，使合金的强度得到显著提升。

④细化晶粒强化：在铜合金的结晶过程中，通过变质处理、搅拌等手段促进形核并抑制晶粒长大，从而获得细小的晶粒组织。

细小的晶粒意味着更多的晶界，晶界对位错运动的阻碍作用增强了合金的强度。

与钢相比，铜合金的一个显著区别在于其不具有固态相变特性。

因此，铜合金不能通过传统的热处理工艺（如退火、正火、淬火、回火）来显著提高材料的强度与硬度。

这些热处理工艺在钢中通过引发相变、细化晶粒或消除内部应力等方式来增强材料性能，但在铜合金中则不适用。

4、过共析钢的过冷奥氏体冷却过程：
在冷却过程中，过共析钢的过冷奥氏体首先析出先共析渗碳体，随后转变为珠光体。

进入中温区时，转变为贝氏体组织。

当温度降至马氏体开始转变温度（Ms）时，开始发生马氏体相变，直至马氏体转变结束温度（Mf）时相变完成。

退火处理（特别是球化退火）：
为改善过共析钢锻件的组织性能，常采用球化退火。

此过程旨在将原有的片状珠光体及网状渗碳体转变为粒状珠光体，从而降低材料的强度与硬度，同时显
著提升其塑性与韧性。

淬火处理：
①亚共析钢：淬火后得到铁素体与马氏体的混合组织，这种结构确保了钢材既具有一定的强度，又保持了良好的塑韧性。

②过共析钢：淬火后则形成粒状碳化物与隐晶马氏体的组合，赋予钢材更高的强度、硬度、耐磨性，同时保持良好的韧性。

正火处理：
正火处理对于过共析钢与亚共析钢均产生重要影响。

正火后，两者均能获得伪共析组织，其中过共析钢中的网状渗碳体得以消除，为后续的球化退火做好准备。

亚共析钢正火后则得到伪共析体及少量铁素体（伪珠光体），同样有助于改善材料的组织性能。

五、大题
1、(与2014同)
2、（1）L⇔（αFe）+ε L+ε⇔FeSb2 L⇔FeSb2+（αSb）
（2）FeSb2不稳定化合物738℃会分解
ε稳定化合物
（3）L→L+ε→FeSb2
（4）W(ε)%=88.8-66.7/88.8-47.0=52.9%
W(Ｌ)%=66.7-47.0/88.8-47.0=47.1%
(5)不同。

在快速冷却过程中，由于非平衡凝固的发生，会触发伪共晶反应，这一过程导致枝晶偏析现象的产生。

这种偏析使得合金的平均成分偏离了相图中固相线的理想成分，结果形成了极为细小的伪共晶组织。

值得注意的是，在这种
快速冷却条件下，（αFe）作为初析相，其析出量显著减少，甚至可能完全不析出。

这种特殊的凝固行为和相析出特点，对合金的最终显微结构和性能产生了重要影响。