1、材料科学基础B 卷参考答案及评分标准一、名词解释1、动态过冷度：液-固界面向液相移动时所需要的过冷度（3 分） 。2、固溶强化：固溶体随溶质含量的增加，其强度、硬度提高，而塑性下降的现象（3 分） 。 3、配 位 数 ： 晶 体 结 构 中 任 一 原 子 周 围 最 近 邻 且 等 距 离 的 原 子 数 （ 3 分 ） 。4、反应扩散：当某种元素通过扩散，自金属表面向内部渗透时，若该扩散元素的含量超过基体金属的溶解度，则随着扩散的进行会在金属表层形成中间相（也可能是另一种固溶体） ，这种通过扩散形成新相的现象称为反应扩散（3 分） 。5、堆垛层错：实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能
2、遭到破坏和错排，成为堆垛层错。 （3 分）二、判断分析题1、此说法错误。 （1 分）晶体结构不同也可能同属一种空间点阵。 （2 分）2、此说法错误。 （1 分）材料虽然具备了一定的变形量，但当变形量较小时，晶粒尺寸即为原始晶粒的尺寸。因为较小的变形量造成的储存能不足以驱动再结晶，所以晶粒大小没有变化。 （2 分）3、此说法错误。 （1 分）由于成分过冷的影响，合金在正的温度梯度下也可以得到树枝状组织。 （2 分）4、此说法错误。 （1 分）对 于 刃 型 位 错 来 说 ， 其 滑 移 面 必 定 是 同 时 包 含 有 位 错 线 和 滑 移 矢 量 的 平 面（ 1 分 ） ， 而 刃 型
3、 位 错 线与 滑 移 矢 量 相 互 垂 直 ， 所 构 成 的 平 面 只 有 一 个 ， 因 此 刃 型 位 错 线 的 滑 移 面 是 唯 一 的。 （ 1 分 ）三、问答题1、答：将退火低碳钢进行少量塑性变形后卸载，然后立即加载，屈服现象不再出现。如果卸载后在室温下放置较长时间或加热到一定温度保温，屈服现象再次出现，而且低碳钢的强度及硬度升高，这种现象称为应变时效（3 分） 。应变时效的产生是由于低碳钢中位错与碳原子之间的弹性交互作用所致。卸载后立即加载，脱离位错的碳原子还来不及扩散到位错周围形成气团，因此不会产生屈服现象（2 分） 。若卸载后将低碳钢在室温下放置较长的时间，或加热到
4、一定温度保温，碳原子则又扩散到位错附近重新形成气团，屈服现象再次出现，并使强度和硬度提高，这就是应变时效产生的原因（3 分）。2、答：增加过冷度：过冷度增加，形核率和长大速度随之增加，但形核率的增加速度大于长大速度的增加速度，因此晶核数增加；（3 分）加入形核剂：促使过冷液态金属发生非均匀形核，使晶核数目增加；（3 分）振动促进形核：一方面提供了形核所需要的能量，另一方面使正在生长的晶体破断，以提高更多的结晶核心，从而使晶粒细化。（3 分）3、答：根据热力学第二定律，液态金属的自由能要高于固态金属的自由能才能产生结晶（2 分） 。如右图所示，液态的自由能-温度曲线下降趋势要快于固态（2 分）
5、，在 Tm（理论结晶温度）时，液态和固态的自由能相等，只有低于 Tm 时才能保证液态金属的自由能高于固态（2 分） ，因此必须具有一定的过冷度。4、答： + = （3 分）01a261a反应前的能量： （2 分）反应后的能量： （2 分）3a反应前的能量高于反应后的能量，满足位错反应的能量条件，因此位错反应可以进行。分别是全位错、肖克利不全位错、弗兰克不全位错（3 分）5、答：答案：（1）四相平衡共晶转变（2 分）：LA+B+C （2 分）（2）当合金 N 冷却到与液相面相交的温度时，开始结晶出初晶 C，随温度降低，晶体 C 不断增加，液相数量不断减少。C 为纯组元，成分不变，根据直线法则，液
6、相的成分将由 N 点沿 CN的延长线逐渐变化。当液相成分变化到与 e2E 的交点时，开始发生 LC+B 二元共晶转变。随温度继续降低，二元共晶体（C+B），液相进一步减少，此时液相成分沿二元共晶线 e2E 变化。当液相成分变为 E 点时，发生 LA+B+C 三元共晶转变，直至液相全部凝固。随后温度降低，组织不再变化。合金 n 在室温的平衡组织为初晶 C+二元共晶（C+B）+三元共晶（A+B+C） 。（6 分）四、综合题1、答：（1）对照书上的相图，视所绘制相图的情况给分。 （5 分）（2）组织组成物不同。莱氏体为共晶奥氏体+共晶渗碳体（1 分） ，而变态莱氏体为珠光体+共晶渗碳体+二次渗碳体（
7、1 分） 。（3）平衡凝固时，首先结晶出 A，在 1148发生共晶反应，生成 Ld （A+Fe 3C）, 继续冷却,从 A 中析出 Fe3CII,在 727 发生共析反应，A 转变为 P（F+ Fe3C）,此时的 Ld 成为 Ld，继续冷却时还会从 F 中析出 Fe3CIII(4 分)。该铸铁的组织组成物由杠杆定律计算： 初 = （2 分）1.2340%4.59从初晶奥氏体中析出的二次渗碳体为 （2 分）597.6.122、答：（1）温度是影响扩散速率的最主要因素，温度越高，原子热激活能量越大，越易发生迁移，扩散系数越大，渗碳速度越快。 （3 分）（2）渗碳应在高温 中进行，除了因为温度的原因外，还因为碳在 中的溶解度远Fe Fe远大于在 中的溶解度（3 分） ，使碳在奥氏体中形成较大的浓度梯度而有利于加速碳原子的扩散以增加渗碳层的深度。 （3 分）（3）晶界、空位、表面和位错等对扩散起着快速通道的作用（2 分） ，这是由于晶体缺陷处点阵畸变大，原子处于较高的能量状态，易于跳跃（2 分） ，故各种缺陷处的扩散激活能均比晶内扩散激活能小，加速了原子的扩散。 （2 分）
