814材料科学基础B答案13

位错密度

河南科技大学

2013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

1. 已知室温下α-Fe 的晶格常数为

2.866×10-8 cm ，实际密度为7.87 g/cm 3，原子量为55.847 g/mol ，阿佛加德罗

常数为236.02310mol ⨯原子。 1) 分别求出（100）、（110）和（111）的晶面间距；（9分） 2) 指出晶面间距最大的晶面和其特性； （4分）

3) 计算α-Fe 的理论密度和每立方厘米晶胞中的空位数目。 （12分） （共25分） 答：

1) α-Fe 为体心立方晶体结构。晶面间距 hkl d

()8

8100 2.86610 1.4331022

a d

cm --⨯==

=⨯

()8

8110 2.02710d cm -

-===⨯

()8111

0.82710d cm -===⨯

2) （110

3)

理论密度0ρ，()()

()()

30

3

8

23

255.8477.88142.86610

6.02310g mol g cm cm mol ρ-=

=⨯⨯原子晶胞原子

由于空位的引入导致实际密度ρ低于理论密度0ρ，()()

()()

33

8

2355.8477.872.86610

6.02310g mol g cm cm mol ρ-=

=⨯⨯X 原子晶胞原子

()()

()3

823

2.86610 6.02310 1.997155.847

-⨯⨯=

=7.87X 原子晶胞， 单位晶胞中的空位数目为: 2.00-1.9971=0.0029，

每立方厘米晶胞中的空位数目为： ()

203

80.0029

1.2310

2.86610-=

=⨯⨯3

空位cm

2. 画出金属材料的强度与位错密度的关系曲线的示意图。根据塑性变形的位错理论解释之。举例说明它在实际

中的应用。 （15分）

答：理想晶体内部没有位错缺陷，强度极高。复合材料。

变形抗力比较小，材料的强度就远远低于理想晶体。

固定割结与位错发团，增大了位错运动的阻力，滑移比较困难，材

3.比较再结晶、二次再结晶、二次结晶和重结晶这四者之间的不同点。写出三种类型的重结晶。（15分）答：再结晶是指冷变形的金属在加热时，在变形的晶粒中形成了无畸变的等轴新晶粒，同时消除了加工硬化的

过程，再结晶不是相变过程，没有成分和晶体结构的变化。（4分）

二次再结晶是在大变形高温加热时发生的反常晶粒长大的现象。晶粒长大的驱动力来自界面能。（3分）

二次结晶是指固溶体析出第二相的过程。以区别于来自于液相的结晶过程。是重结晶其中的一种形式。（3分）

重结晶就是固态相变，新相晶粒的形成有成分和晶体结构的变化。包括同素异构、共析、包析、二次结晶、有序-无序转变等。（5分）

4.画出Fe－Fe3C相图，用相组成物填写相图各区。（7分）

1)用结晶冷却曲线分析3%C合金的平衡结晶过程，写出各阶段发生的转变的类型和反应式，写出各阶段的组

织组成物。（14分）

2)计算3%C的合金室温下组织组成物和相组成物的相对量。（7分）

3)图1中哪个是3%C的合金的室温平衡组织? （3分）

4)平衡结晶下，2.15%C的合金在1148℃反应后的组织特征有何特点？为什么？（4分）

（共35分）

A) B) C) D)

图1 铁碳合金室温平衡组织（4％硝酸酒精腐蚀）

答：

用相组成物填写（4分）的Fe－Fe3C相图如图所示。（3分）

1)冷却曲线分析3%C合金的平衡结晶过程如图所示：

2) 3%C 的合金室温下组织组成物 P+L d+Fe 3C Ⅱ

2.11 4.33%59.4%4.3 2.11

A -=

=-, ,

4.3 2.11%%%1%159.4%=40.6%Ld

Ld L A ===-=- 0.77 2.11 6.69 2.11

%%%59.4%0.77446%6.690.77P A A -==⨯=⨯

=-

3%=1-%-Ld%140.6%-46%13.4%Fe C P =-=，

Ⅱ 3%C 的合金室温下相组成物 α+Fe 3C

33

%44.8%6.69

Fe C =

=

, 3%1%144.8%=55.2%Fe C α=-=-

3) 图A 是3%C

4) 平衡结晶下，2.15%C 的合金在1148℃反应结束以后的组织特征为离异共晶。这是由于此时共晶组织数

量过少，其中的A 会依附于先共晶A 上，把Fe3C 推向晶界，形成离异共晶。

5. 已知直径为10mm 的T10钢试样，AC 1：730℃，AC cm ：800℃。 1) 画出该钢的TTT 曲线和CCT 曲线的示意图。说明两者的不同点。（8分）

2) 填写表1，将各工艺的冷却曲线画在相应的过冷A 转变曲线上（表作在答题纸上后填写）。 （14分） 3) 此钢能否采用油冷却淬火？能否采用更高的加热温度淬火？为什么？（8分）

4)

说明该钢淬火马氏体的显微形态、亚结构和性能特点。 （5分）

（共35分）

时间