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材料科学基础
填空题（22分）
1. 对于小角度晶界结构而言，对称侧晶界由
一列平行的刃形位错
构成，非
对称侧晶界由 两组柏氏矢量相互垂直的刃形位错 构成,扭转晶界由 螺型位 错_构成。 2. 按原子排列情况和吻合程度分类，
半共格界面_和复杂半共格界面。
3. 界面迁移与原子运动方向_相反_（相同/相反），速度方向—相同_（相同/相反）。 4. 晶界能的来源有_弹性能_、_核心能_、_化学键能_。 5. 热力学稳定的液一固界面微观结构主要有
粗糙界面和光滑界面_。
界面可分为_共个界面_、—非共格界面_、_
6. 纯金属及金属凝固后得到的典型铸锭组织由 _表面细晶区_、_柱晶取_、—中 心等轴晶
区—三个区域构成。
7. 晶体材料中质点扩散的微观机制主要有
（亚间隙机制、环易位机制等）
-Q/RT
一空位机制_、一间隙机制_及其他
，扩散系数 D阿累尼乌斯公式可写成
D *e ，对于空位扩散机制，扩散活化能有 一空位形成能__、_
间隙原子的迁移能__。
空位迁移能—对于间隙扩散机制，扩散活化能只包括 8. 从热力学角度看，烧结的基本驱动力是
系统表面能、界面能的减少 _______ ，
动力学上的表现为―各种复杂的船只过程—，烧结后宏观上的表现为—坯 体收缩、致密化与强度增大—，微观上的表现为 发生晶粒尺寸与形状、气 孔的尺寸形状变化。 9. 固态相变的驱动力—新相与母相的自由焓之差
能 ___ 。
10. 金属固态相变的三种基本变化
结构 _____ 、 成分—、
有序程度变化 。
阻力— 界面能—和—应变
11. 奥氏体是碳在_a-固溶体—中的间隙固溶体。
12. 奥氏体形成的热力学条件是奥氏体自由能 —小于_（大于/小于）珠光体自由 能。 13. 贝氏体转变时，温度较高存在
碳 的扩散。
表面能，为自发过程。
— 多方式_、
内应
14. 球化处理由片状向粒状转变可降低
15. 和单晶体的塑性形变相比，多晶体塑性形变的微观特点表现为
多滑移 和 不均匀性 ，由于上述特点，多晶体的塑性变型产生
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力__、—加工硬化— 现象和形成纤维组织、形变组织。
16. 金属的再结晶过程特征有：①组织方面由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶 粒—②力
学性能方面 强度硬度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前状态 __ ③变形储能方面一变形储能再结晶过程中全部释放_。
二. 名词解释（18分）
均匀形核：液体结构中不稳定的进程排列的原子集团在一定条件下转变为稳定的 固相晶核的过程
胞状偏析：晶体以胞状方式生长，胞晶內部溶质浓度低，胞界部位富集溶质的现 象 克根达尔效应：若将扩散偶一端固定，则扩散的进行、焊接面标记物将出现反扩 散方向移动
二次再结晶：烧结过程中，少数大晶粒在消耗小晶粒的同时出现的异常长达过程
液相烧结：颗粒之间的液相产生的毛细管力， 使颗粒容易滑动，导至颗粒重排而 改善堆积结构，毛细管压力可引起固体颗粒的溶解和再沉淀， 使颗粒在接触部位 变得扁平，胚体发生收缩
形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈择优取向的组织 加工硬化：随变形量的增加，材料强度硬度增加，塑性韧性下降的现象
应变时效：塑性变形时或变形后刚中溶质组元与位错弹性相互作用而引起的性能 变化 晶界：取向不同，但晶体结构和成分相同的界面
三. 简答题（45分）
1. 分析简述关于大角晶界的主要晶界结构模型。
即重合点阵模型：设想两个晶粒（存在 9的位向差角）的点阵，彼此通过晶 界向对方延伸，则其中一些原子将出现有规律性的重合。这些原子重合位置所组 成的比原来晶体点阵大的新点阵，称为重合位置点阵。
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2?什么是成分过冷？画出其形成示意图并写出形成条件，说明成分过冷对金属 凝固时生长
形态的影响。
答：成分过冷是在（不平衡）凝固时，由于成分不均匀引起的过冷。在有小的成 分过冷时，将导致组织发生胞状偏析，当成分过冷很大时，组织将发生树枝状偏 析。
G mC0 1 - K0
图 P504-9-30
R D Ko
3. 分析并简述纯金属生长形态与温度梯度的关系。
正温度梯度金属平面方式长大；负温度梯度晶体树枝状方式长大。在正温度 梯度下，宏观以平面方式推进，界面宏观形态有两种，对金属型粗糙微观界面具 有光滑或平直宏观界面对于平整型光滑微观界面则具有曲折的小平面状宏观界 面；在负温度梯度下，微观粗糙界面以树枝状方式生长。
4. 从热力学角度说明菲克定律的局限性，说明何谓扩散热力学因子。
A） 由菲克第一定律 扩散体系中出现宏观物质流的驱动力是浓度梯度， 扩散总是 朝负梯度方向进行；不能解释在温度或其它外场下存在的质点定向迁移运动、 以 及失稳分解过程中物质从低浓度区向高浓度区的爬坡扩散；
B） 扩散发生的根本驱动力是化学势梯度，扩散沿化学势降低的方向进行；恒温 恒压下，固溶体自由能变化 G< 0是扩散的真正原因；浓度梯度为 0并非扩散消 失的普遍有效条件，化学势恒定是扩散达到平衡的必要条件。
cln z * b cln .V. 热力学因子:
5. 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
分析哪种不会引起坯体收缩和气孔消除。 扩散途径 物质来源 抵达部位 表面扩散 表面 颈部 表面 晶格扩散 颈部 精品文档
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蒸发凝聚 表面 晶界 颈部 晶界扩散 颈部 颈部 晶格扩散 晶格扩散 晶界 位错 颈部 只有从体内或
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，
晶界上传质是，才会引起收缩和气孔的消除
6. 简述固态相变的基本特点。
相变的阻力增大、新相晶核与母相之间存在一定晶体学定位关系、 相晶体缺陷促进相变、易出现过渡相、弹性应变能 7. 简述奥氏体的形成过程。
奥氏体的形成为形核长大的扩散性相变， 其形成过程可分为四个阶段：奥氏体形 核、奥氏体长大、渗碳体的溶解、奥氏体均匀化
8. 说明体心立方多晶体拉伸应力一应变曲线具有明显屈服点现象的原因。 明显屈服的现象与材料的纯度及试验温度有关 9. 简述回复过程的基本特征。 1、 仍保持变形组织，为伸长的晶粒。
2、 宏观残余内应力完全消除，有部分微观残留内应力 3、 强度硬度略减小，塑性略提高
4、 因点缺陷密度降低。电阻率减小、密度增大 5、 高纯金属仅3%某些合金则可高达25%-70
惯习现象、母
四?计算题（10分）
铁已知H70黄铜（30%Zn在400C的恒温下完成再结晶需要1小时，而在 390C完成再
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结晶需要2小时，试计算在420C恒温下完成再结晶需要多少时间？ （注：R=8.314J/mol ? K）
五?证明题（5分）
设液体在凝固时形成的临界核心是边长为 a的立方体形状，试证明在同样过 冷度下均匀形核时，球形晶核较立方晶核更易形成。
证明;对丁球形晶核
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最新材料科学基础期末考试卷及答案(10级)
