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西南交通大学硕士材料科学基础真题2009年.doc

西南交通大学硕士材料科学基础真题2009年

hunry148
2019-05-19 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《西南交通大学硕士材料科学基础真题2009年doc》,可适用于综合领域

试卷六年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目:材料科学基础适用专业:材料科学与工程一、概念题.珠光体相变.中间相.固溶强化.配位数.扩展位错.共晶转变.上坡扩散.铝合金的时效.再结晶.一级相变二、给出下列各公式说明公式中各物理量的含义及单位:.HallPetch(霍尔佩奇)公式.晶界偏聚公式.菲克第二定律(一维)三、简述题.画出下列各种组织:()共析钢的平衡组织()灰口铸铁(只抛光未腐蚀)()T钢的平衡组织()钢的平衡组织()T钢的淬火组织()钢调质处理的组织.根据位错运动和晶体滑移的相互关系分析纯螺型位错和纯刃型位错的柏氏矢量与位错线方向、位错线运动方向、晶体滑移方向的关系。.画出立方晶系的、晶向和()、晶面及六方晶系的晶向、()晶面。.推导从液相中均匀形核形成奥氏体的临界形核功的表达式。(假定奥氏体晶核为球体球的表面积=πr球的体积=r为球的半径).简述形变金属在加热时的回复和再结晶过程及其组织与性能的变化。.判断下列位错反应能否进行并说明理由:()().简述马氏体相变的基本特征。四、综合分析题.举例说明材料的基本强化形式有哪几种并详细说明其中一种的强化机制。.根据FeFeC相图回答下列问题:()画出钢从高温液态到室温的平衡冷却曲线(不考虑铁素体的溶解度变化)。()示意画出组织转变过程图。()说明钢在室温下的平衡组织并给出每一种组织的含碳量。()计算钢室温下各组织的相对重量。.根据共析碳钢的过冷奥氏体转变C曲线(TTT曲线)(如图所示)请写出经过图中所示种不同工艺处理后材料的组织名称。标准答案一、.珠光体相变:FeC合金奥氏体在冷却过程中在共析转变温度以下同时转变为铁素体和渗碳体的共析组织的相变。.中间相:两个纯组元形成与其结构不同的化合物其组成介于两个纯组元之间的相。.固溶强化:固溶体中溶质原子的存在导致溶剂的晶格产生畸变从而阻碍位错运动提高其强度。.配位数:晶格中任一晶格结点原子周围最近邻的原子数目。.扩展位错:一个全位错分解为两个不全位错和它们之间的层错这一位错组态称为扩展位错。.共晶转变:二元合金中一个液相在恒定温度下同时转变为两个不同固相的转变。.上坡扩散:原子从低浓度向高浓度处的扩散扩散的驱动力是化学位梯度。.铝合金的时效:铝合金在经过高温固溶处理后迅速冷却形成过饱和固溶体并在随后的加热保温过程中析出亚稳相的过程。.再结晶:经过塑性变形的金属在重新加热过程中当温度高于再结晶温度后形成低缺陷密度的新晶粒使其强度等性能恢复到变形前的水平但其相结构不变的过程。.一级相变:相变前后新旧两相的自由焓相等但其一阶偏导数不等的相变。二、.()HallPetch(霍尔佩奇)公式表示屈服强度与晶粒尺寸之间的关系。式中为常数d为晶粒直径(m)σs为屈服强度(MPa)。()晶界偏聚公式式中Cgb、C分别为晶界浓度和晶粒中心浓度两者同单位即可可以使用质量百分浓度或体积浓度△E为交互作用能(eV)Q为mole交互作用能(J)由于偏聚引起晶界能的变化尺为气体常数(JK)k为玻尔兹曼常数(eVK)T为绝对温度(K)。()菲克第二定律(一维)式中C为浓度(gcm)D为扩散系数(cms)t为时间(s)x为距离(cm)。.如图所示。.纯螺型位错:柏氏矢量与位错线方向平行与位错线运动方向垂直与晶体滑移方向平行纯刃型位错:柏氏矢量与位错线方向垂直与位错线运动方向平行与晶体滑移方向平行。.如图所示。.当过冷液体中出现一个晶胚时总的自由能变化△G应为可求得将式()代入式()可得由于所以.经过塑性变形的金属在加热过程中将依次发生回复和再结晶过程在温度低于再结晶温度时主要发生点缺陷的浓度的降低内应力的消除位错组态的改变光学显微组织没有变化此时强度、硬度、塑性等力学性能基本不变但电阻下降明显。达到或超过再结晶温度后将在原来变形晶粒内形成低缺陷密度的新晶粒晶粒基本呈等轴状此时强度等力学性能和物理性能迅速恢复到变形前的水平。.()反应前:反应后:虽然反应前后柏氏矢量总和相等但由于反应前后位错能量相等从一个全位错分解为两个不全位错另有层错能的增加因此该位错反应不能进行。()反应后:反应前:虽然反应前后柏氏矢量总和相等但由于反应前位错能量低于反应后位错能量因此该位错反应不能进行。.马氏体相变的基本特征表现为(主要为前两点):()无扩散性。马氏体相变时无需原子的扩散没有原子的混合与再混合过程。新相M与母相A的化学成分完全相同。()切变性具体体现为:①相变的协调一致性:A→M(FCC→BCC)。通过原子的整体协调运动(切变)晶体结构从FCC变成BCC。原子的移动距离小于原子间距。②表面浮凸效应。在经过抛光的表面若发生马氏体转变在切变时将产生表面浮凸效应。这是由于点阵形变在转变区域中产生形状改变。③惯习面。M总是在母相的特定晶面上析出伴随着M相变的切变一般与此晶面平行此晶面为基体与M相所共有称为惯习面。④新相与母相之间存在确定晶体学位向关系。两种著名的取向关系(钢的M转变)即KS关系和西山关系。实际材料的马氏体转变一般与上述关系存在几度的偏差。()马氏体相变时伴随有点阵畸变。()马氏体转变存在开始温度Ms和终了温度Mf(或Mz)四、.要点:()形式:固溶强化、加工硬化、细晶强化、弥散强化等。()举例说明:碳在铁素体中形成固溶体造成固溶强化纯铝板经过反复加工后硬度上升冷拔钢丝强度明显提高变质处理可以细化铸造铝合金的强度主要是由于晶粒细化所致粒状珠光体中的碳化物起到的就是弥散强化效果另外回火马氏体中细小弥散分布的碳化物有很好的强化效果等。()位错理论解释:要从各种强化因素对位错运动的阻碍作用进行阐述提高材料强度。例如无论是代位原子或是填隙原子在条件合适的情况下都可能发生原子偏聚而形成气团。对代位点阵来说当溶质原子比溶剂原子的直径大时溶质原子有富集在刃型位错受胀区的趋向反之富集于受压区。填隙原子则总是向受胀区富集。这种靠扩散在位错附近富集的现象称为柯氏气团(cottrellatmosphere)。柯氏气团对位错有钉扎作用可提高位错运动阻力从而使强度提高。.()如图a所示。()如图b所示。L→LA→A→AF→AFP→FP钢在液态到室温的冷却过程中将发生以下转变:匀晶转变L→LA并全部转变为A然后发生同素异晶转变A→FA在℃发生共析转变A→P(FCm)。()珠光体:含碳量wC=。铁素体:wC=或wC≤。()wF=wP=.()马氏体残留奥氏体MA'。()马氏体下贝氏体残留奥氏体MB下A'。()索氏体马氏体残留奥氏体SMA'。()索氏体或珠光体S。()下贝氏体B下。()珠光体P。

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