2020年南昌大学材料科学基础考研复试核心题库之简答题精编

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一、2020年南昌大学材料科学基础考研复试核心题库之简答题精编

1．何为晶粒生长与二次再结晶?简述造成二次再结晶的原因和防止二次再结晶的方法。

【答案】晶粒生长是无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。在坯体内晶粒尺寸均匀地生长，晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇处。二次再结晶是少数巨大晶粒在细晶消耗时的一种异常长大过程，是个别晶粒的异常生长。二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部，二次再结晶还与原料粒径有关。

造成二次再结晶的原因：原料粒径不均匀，烧结温度偏高，烧结速率太快。防止二次再结晶的方法：控制烧结温度、烧结时间，控制原料粒径的均匀性，引入烧结添加剂。

2．结合合金元素对钢的相变和冷却转变时动力学曲线的影响说明常用合金元素加入钢中的实际意义。

【答案】对加热转变的影响:合金元素(除铸、钴外)可减缓奥氏体化的过程，阻止奥氏体晶粒长大;意义:除锰钢外，合金钢在加热时不易过热,这样有利于在淬火后获得细马氏体，有利于适当提高加热温度，以增加钢的淬透性，同时也减少淬火时变形与开裂的倾向。

对冷却转变的影响:合金元素(钴、铝除外)加入使过冷奥氏体等温转变C曲线位置右移，强碳化物形成元素不仅使C曲线右移,而且使C曲线形状发生改变，即珠光体与贝氏体转变曲线相分离的现象。因此，合金元素加入的作用为:(1)提高淬透性;(2)碳化物形成元素还可以提高钢的耐磨性、回火稳定性、红硬性。

3．铸锭的一般组织可分为哪几个区域？写出其名称。并简述影响铸锭结晶组织的因素。

【答案】分为三晶区：激冷区、柱状晶区、中心等轴晶区。

影响铸锭结晶组织的因素：①液体过热度，越小越好；②凝固温度范围，越大越好，有利于枝晶的破碎；③温度梯度，越小越有利于等轴晶；④合金熔点低，温度梯度小；⑤搅拌或加孕育剂。

4．解释下列钢的牌号含义：

20CrMnTi、4Cr13、16Mn、08F、T12A、9SiCr、1Cr18Ni9Ti、3Cr2W8、Cr12MoV、W6Mo5CmV2、38CrMoAlA、5CrMnMo、CCr15SiMn、55Si2Mn.ZGMn13.00Cr18Ni10。

【答案】见下表

表：工业用刚类别、热处理方法及组织

5．试分析冷变形量对再结晶晶粒尺寸的影响。

【答案】当冷变形度小于临界变形度时，再结晶后晶粒基本保持冷变形前的状态，因储存能很少，实际上再结晶并没有进行，因此冷变形量与再结晶晶粒的尺寸无关；当冷变形度增大至临界变形度时，冷变形储存能足以驱动再结晶的进行，但因整体变形度小且不均匀，只有少数变形度大的地方能够形成晶核并长大，此时因，仅有少数晶核形成又迅速长大，故再结晶后晶粒达到最大；超过临界变形度后，冷变形量与再结晶晶粒的尺寸成反比，当变形度达到一定的数量时，晶粒尺寸基本不变。

6．什么是连续脱溶？若一个过饱和固溶体在不同时效条件下分别得到如下图所示的规则形状和不规则状析出物，该现象说明什么？形成两种组织的大致条件(或工艺)各是什么？

图

【答案】脱溶均匀地在晶内进行，基体成分在脱溶时连续平缓地由过饱和状态变为饱和状态，这种脱溶称为连续脱溶。所示图说明有强烈的应变能或界面能的阻力作用，析出相形态可控制。左图说明新相与基体有特定的取向关系，可能是亚稳相；右图一般不存在特定的取向关系，多为稳定相。

左图组织可能在较低温度时效，或稍高温度短时间时效得到；右图可能为高温时效，或低温长时间过时效得到。

7．时效合金在晶界附近形成“无析出带”的原因是什么？

【答案】在过饱和固溶体脱溶分解的情况下，当从固溶体高温快速冷却下来，与溶质原子被过饱和地保留在固溶体内的同时，大量的过饱和空位也被保留下来。它们一方面促进溶质原子扩散，同时又作为沉淀相的成核位置而促进非均匀成核，使沉淀相弥散分布于整个基体中。在观察时效合金的沉淀相分布时，常看到晶界附近有“无析出带”，无析出带中看不到沉淀相,这是因为靠近晶界附近的过饱和空位因为扩散到晶界上消失了，所以这里未发生非均匀成核和析出过程。

8．简要说明孪生与滑移的不同，比较它们在塑变过程中的作用。

【答案】孪生使一部分晶体发生了均匀切变，滑移只集中在滑移面上进行;孪生使一部分晶体位向发生了改变，滑移不改变晶体位向；孪生要素与滑移系通常不同;孪生的临界切应力比滑移大得多，孪生的应力-应变曲线呈锯齿状，而滑移的应力-应变曲线呈光滑状;孪生变形速率远高于滑移。孪生对塑变的直接贡献不如滑移大，但由于孪生改变了晶体位向，可使处于硬位向的滑移系转到软位向而参与滑移，这对滑移系少的密排六方金属显得尤为重要。

9．同样形状和大小的两块铁碳合金，其中一块是低碳钢,一块是白口铸铁。试问用什么简便方法可迅速将它们区分开来？

【答案】由于它们含碳量不同，使它们具有不同的特性。最显著的是硬度不同，前者硬度低，韧性好，后者硬度高，脆性大。若从这方面考虑，可以有多种方法，如①用钢锉试锉，硬者为铸铁,易锉者应为低碳钢;②用榔头敲砸，易破断者为铸铁，砸不断者为低碳钢,等等。

10．简述固溶强化弥散强化、时效强化的产生及它们之间的区别,并举例说明。

【答案】固溶强化:固溶强化即通过加入合金元素与铝形成固溶体，使其强度提高。常用的合金元素有Cu、Mg、Zn、Si等。它们既与铝可形成有限固溶体,又有较大固溶度，故固溶强化效果好，同时成为铝合金的主加元素。

时效强化(沉淀强化):强化铝合金的热处理方法主要是固溶处理(淬火)加时效。欲获较强的沉淀硬化效果，需具备一定条件:即加入铝中的元素应有较高的极限溶解度，且该溶解度随温度降低而显著减小;淬火后形成过饱和固溶体，在时效过程中能析出均匀、弥散的共格或半共格的过渡区、过渡相，它们在基体中

能形成较强烈的应变场。过剩相(第二相)强化:合金中合金元素的含量超过极限溶解度时，会有部分未溶入基体(固溶体)的第二相存在，亦称过剩相。过剩相在铝合金中多为硬而脆的金属间化合物，同样阻碍位错运动，使合金强度、硬度升高，塑性、韧性下降。

细化组织强化:通过向合金中加入微量合金元素，或改变加工工艺及热处理工艺，使固溶体基体或过剩相细化，既能提高合金强度，又能改善其塑性和韧性。如变形铝合金主要通过变形和再结晶退火实现晶粒细化;铸造铝合金可通过改变铸造工艺和加入微量元素(如)来实现合金晶粒和过剩相的

细化。

冷变形强化:对合金进行冷变形，能增加其内部的位错密度，阻碍位错运动，提高合金强度。这对不能热处理强化的铝合金提供了强化途径。

11．试比较共析碳钢的CCT图与TTT图以及它们在实际热处理中的意义。

【答案】共析碳钢的CCT图只有高温的珠光体转变区和低温的马氏体转变区，而无中温的贝氏体转变区。CCT图中的曲线(珠光体开始转变线)和P f曲线(珠光体终止转变线)向右下方移动。等温转变C曲线(TTT曲线)可以确定钢在等温热处理时工艺参数，即等温温度、等温时间及热处理后的组织。CCT曲线可以确定钢在连续冷却时的热处理工艺参数,如淬火临界冷却速度、淬火介质及热处理后的组织。

12．原子间的结合键共有几种？各自特点如何？试从结合键的角度讨论金属的力学特性。

【答案】原子结合键共有四种，分别为：金属键、离子键、共价键和分子键。其各自特点如表1所示。

金属键由于没有方向性和饱和性，对原子也没有选择性，在受外力作用下原子发生相对移动时，金属正离子仍处于电子气的包围中，金属键不会受到破坏，因此金属能够经受变形而不断裂，具有较好的塑性变形性能。

表1

13．何谓成分过冷？用成分过冷理论解释合金的铸造性能(流动性、缩孔的分布特征)与其相图中液/固相线间垂直距离的关系。

【答案】在合金的凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于液体中溶质分布发生变化，使液/固界面前沿的液体处于过冷状态，这种由液体成分变化与实际温度分布两个因素共同决定的过冷，称为成分过冷。合金的铸造性能(流动性、缩孔的分布特征)与其相图中液/固相线间垂直距离的大小有关。垂直距离越

大，则合金的流动性越差，缩孔越易呈分散分布。成分过冷的条件为：，其中，G为液

/固界面前沿液体中的实际温度梯度，R为液/固界面推移的速度，D为溶质原子在液相中的扩散系数，m 为合金相图中液相线的斜率，为合金的成分，为合金的平衡分配系数。可以证明，上式中的

就是合金在其相图中液/固相线间的垂直距离。显然，液/固相线间的垂直距离越大，合金的成分过冷倾向就越大，液/固界面越倾向于树枝状生长，这阻碍了合金熔液的流动性，也使树枝状晶的