【考研题库】2021年长安大学材料科学与工程学院838材料科学基础考研核心题库[简答题+计算题]

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一、简答题

1．试举例分析材料加工过程对材料使用性能的影响。

【答案】材料加工过程对材料使用性能有重要而复杂的影响，材料也必须通过合理的工艺流程才能制备出具有实用价值的材料来。通过合理和经济的合成和加工方法，可以不断创制出许多新材料或改变和精确控制许多传统材料的成分和结构，可以进一步发掘和提高材料的性能。

材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状，而且是控制材料成分和结构的必要手段。如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能，冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。飞机发动机的叶片可以通过铸造的凝固控制做成单晶体叶片，使之没有晶粒边界，大大提高它的使用温度和性能。

2．什么叫超导体、超导体的临界温度？并说明超导体的主要用途。

【答案】一般金属的直流电阻率随温度的降低而减小，在接近绝对零度时,其电阻率就不再继续下降而趋于一个有限值。但某些导体的直流电阻率在某一低温下陡降为零，被称为零电阻现象或超导电现象。通常将具有这种超导电性质的物体称之为超导体。电阻突变为零的温度则称为超导体转变温度或临界温度。超导体不但可用于超导发电机，而且在超导电动机、超导输电、超导贮能、磁浮列车、磁流体发电、

核聚变等应用领域富有成效。

3．合金相属于何种类型,并指出其结构特点。

【答案】属于复杂晶格结构间隙化合物，正交晶系，单胞拥有12个铁原子，4个碳原子,铁原子接近密堆排列，呈八面体，碳原子位于其八面体间隙。八面体顶角原子是相邻两个八面体所共有，八面体间还有一定取向。

VC属于间隙相,V占面心立方点阵的结点位置，C占全部八面体的间隙，属于面心立方点阵，是NaCl 型结构。

CuZn是电子化合物，，具有体心立方结构。

是拓扑密堆相中的拉弗斯相,复杂立方结构。半径小的铁原子组成小四面体，这些小四面体顶点

互相连成网格，半径大的Zr原子位于Fe原子组成的小四面体之间的间隙，本身又组成金刚石结构。该结构中只存在四面体间隙,故致密度髙于等径钢球的最密堆的面心立方结构。

4．试比较45、T8、T12钢的硬度、强度和塑性有何不同？

【答案】由含碳量对碳钢性能的影响可知，随着钢中碳含量的增加，钢中的渗碳体增多，硬度也随之升髙，基本上呈直线上升。在以前，强度也是呈直线上升的。在时，组织全为珠光

体，强度最高;但在以后，随碳量的继续增加，组织中将会出现网状渗碳体，致使强度很快下降;当后,组织中出现共晶莱氏体，强度将很低。而塑性是随碳量增加而单调下降的，在出现莱氏体后，塑性将几乎降为零。

所以，综上所述,T12的硬度最高,45钢的硬度最低;T12的塑性最差,45钢塑性最好；T8钢均居中，而T8钢的强度最高。

5．何谓全位错？请说明在面心立方晶体中肖克莱不全位错和弗兰克不全位错的成因和运动特点。

【答案】柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错。

面心立方晶体中肖克莱不全位错是由不均匀滑移产生的，它可以是刃型位错，或螺型位错，或混合位错，可以滑移。

弗兰克不全位错是抽去或插入一层密排面造成的，其柏氏矢量垂直于滑移面，所以，弗兰克不全位错不能滑移，只能攀移。

6．试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。

【答案】珠光体、贝氏体、马氏体转变异同点

7．就你所学所有知识，谈谈如何控制和改善金属材料中的组织。

【答案】以金属材料为例

材料的组织与其成分和加工过程密切相关。

控制和改善金属材料中的组织可以通过逸择成分确定合瑋的组织，不同成分金属可以得到纯金属、单相固溶体合金和多相合金；可以通过添加剂改变金属的晶粒大小；可以通过不同加工处理手段改变金属材料组织，如铸造过程中的冷却速度和冷却方式、温度梯度、铸造后的压力加工大小和方式；可以通过热处理改变金属材料组织；可以通过快速凝固和粉末冶金等手段获得非平衡组织。

8．试述奥氏体的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法。

【答案】奥氏体形成过程:(a)奥氏体晶核的形成;(b)奥氏体晶核的长大;(c)残留渗碳体的溶解;(d)奥氏体成分均匀化。控制奥氏体晶粒大小的方法:(a)制定合适的加热规范，包括控制加热温度及保温时间、快速短时加热;(b)碳含量控制在一定范围内，并在钢中加入一定量阻碍奥氏体晶粒长大的合金元素，如:Al、V、Ti、Zr、Nb等;(c)考虑原始组织的影响，如片状球光体比球状珠光体加热组织易粗化。

9．分析金属固态相变的新相长大速度和体积转变速度与相变过冷度的关系。

【答案】扩散型转变的新相长大速度随转变温度变化而改变。由上述讨论可知，界面迁移速度受相变驱动力控制；当然，扩散型相变的迁移速度也要受扩散系数D控制,可表示为两者的乘积。但是和D都是过冷度的函数，当过冷度增大时，增加，D降低。因此，新相长大速度的过冷速度的关系呈现为具有极大值的曲线。随转变温度的下降(过冷度增大),新相长大速度先增加，表明这时热力学因素起主导作用，但当转变温度降低太多时，由于D值显著减小，扩散变得困难，则动力学因素占主导地位，新相长大速度减慢，在过冷度很大时甚至接近于零，如图1所示。

固态相变的转变速度决定于新相的成核率和长大速度，因此转变速度也随过冷度增大而变化，如图2所示。当转变温度高时，因相变驱动力较小,而使转变速度很慢;在中间温度时，转变速度达到最大,因为这时相变驱动力足够大，而且原子扩散也足够快;当转变温度很低时，因扩散缓慢而使转变速度显著下降。

在实际工作中，人们通常是测出不同温度下从转变开始到结束，以及达到不同转变量所需的时间，作为“温度-时间-转变量”曲线，称之为等温转变曲线，简写为TTT曲线，如图所示。这是扩散型相变的典型的等温转变曲线,转变的开始阶段决定于成核，它需要一段孕育期，在转变温度高时，成核孕育期很长，转变延续的时间亦长;随温度下降,孕育期缩短，转变加速，至某一中间温度时，孕育期最短，转变速度最快;温度再降低，孕育期又逐渐加长，转变过程持续的时间也加长;当温度很低时，转变基本上被抑制而不能发生。

图1

图2

10．何为反应烧结？何为热压烧结？各有何优缺点？

【答案】反应烧结:是以各种化合物(例如Si、S-SiN4粉等)陶瓷粉为原料，压制成型后在烧结时，经特殊化学处理得到陶瓷的过程。热压烧结:是以各种化合物的陶瓷粉为原料，加入少量添加剂，装入石墨模具中，在高温高压下烧结成型的方法。反应烧结的陶瓷气孔高达20%～30%,故陶瓷强度不及热压烧结的陶瓷，

但反应烧结的陶瓷往往在进行化学处理过程中可实施机械加工，因而反应陶瓷可用于制作形状复杂、尺寸精度高的耐热、耐磨、抗腐蚀的绝缘产品。热压烧结陶瓷由于受模具形状限制，只能加工形状简单的耐磨耐高温制品(例切削刀具)。但热压烧结陶瓷强度较高、致密、气孔率极低。

11．谈谈你所了解的新材料、新工艺。

【答案】材料的种类繁多，把那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料称之为传统材料或基础材料，如钢铁、水泥、塑料等。而把那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料称之为先进材料或新材料。传统材料通过釆用新技术、提高性能可以成为新材料，新材料经过长斯生产和应用之后也就成为传统材料。目前新材料往往与新的加工技术联系在一起，如通过一种快速冷却或机械合金化等加工方法，可以制备非晶态的金属合金，而在这之前人们不知道金属还可以做成非晶态；其他如喷射沉积技术、半固态加工技术、净形薄带连续铸造技术等都是新的加工技术。某些高分子材料，釆用挤压成丝工艺以后，使有机纤维的比强度和比刚度大幅度提髙；采用CVD+熔融或离子交换制备新型光纤材料等等。

其中铝合金制备新技术有：热顶铸造、气隙铸造及电磁铸造技术，铝合金电磁铸轧技术，大型铝合金型材挤压技术，特宽铝合金中厚板轧制技术，半固态金属成形技术，铝合金显微组织结构预测及性能控制技术。

12．说明相图中各水平线的相变过程，相变产物及反应条件。

【答案】包晶转变线，即B点成分的L相与H点成分的相，在反应生成J点成分的相。

共晶转变线，即C点成分的液相在1148℃反应生成了由E点成分的相和组成的莱氏体。

共析转变线，即S点成分的相在反应生成了由P点成分的相和组成的珠光体。

13．何谓珠光体片间距和珠光体领域？他们受那些因素影响？说明其对力学性能的影响。

【答案】片状珠光体中相邻两片渗碳体(或铁素体)中心之间的距离或一对铁素体和渗碳体片的总厚度，称为珠光体片间距，用So表示。在片状珠光体中，铁素体与渗碳体交替排列成层片状，其层片方向大致相同的区域称为珠光体领域或珠光体团。

它们主要受珠光体形成温度影响，温度越低，珠光体团尺寸越小，珠光体片间距越小，如。

形成温度越低，珠光体团及片间距尺寸越小，珠光体组织越细，强度越高。

14．试以NaCl晶胞为例，说明面心立方密堆中的八面体空隙和四面体空隙的位置和数量。

【答案】在NaCl结构中为面心立方密堆，处于全部的八面体空隙中。如NaCl晶胞中心的

处于6个的八面体中心，NaCl晶胞中全部的八面体的位置和数量：晶胞中心1个，每条棱的中点处也为八面体空隙位置，共有12个，属于该晶胞的这种空隙数为12×1/4=3个，因此NaCl晶胞中共有4个八面体空隙。NaCl晶胞中的四面体空隙处于晶胞的体对角线方向上，由角顶和相邻三条棱中的点构成四面体空隙，也就是8个小立方体的中心，共有8个四面体空隙。

15．指出并解释马氏体相变的特征。

【答案】(1)无扩散性