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1、20192019 年湖北武汉科技大学年湖北武汉科技大学材料加工科学基础材料加工科学基础考研真题考研真题及答及答案案一、名词解释（共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分）1.晶体2.组元3.组织4.位错5.再结晶二、填空题（共 11 小题，每空 1 分，共 26 分）1.表示晶格中不同方位上的原子面，用指数来表示，形式为。2.非金属元素与金属元素原子半径的比值大于 0.59 时形成的化合物叫。3.过冷度与冷却速度的关系是：冷却速度越大，则过冷度也越；过冷度增大，结晶驱动力，形核率和长大速度都，晶粒变。4.形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的。5.合金中，相同、和性能均一，并以相互分
2、开的组成部分，称为相。6.奥氏体是碳溶于中的间隙固溶体，晶体结构为立方结构，最大溶碳量为。7.划分冷加工和热加工的主要条件是。8.按照溶质原子在溶剂中位置的不同，固溶体分为和。9.要消除合金铸件中的枝晶偏析应进行退火。10.根据相律，当系统的压力为常数时，二元合金结晶时最多可有个相平衡共存，这时自由度为。11.固体金属中原子扩散的驱动力是，其扩散方向是向着的方向进行，其扩散机制主要有空位机制和机制；前者是原子通过进行迁移，后者是原子通过进行迁移，因此前者的扩散激活能比后者。三、判断题（共 10 小题，每题 2 分，共 20 分）1.单晶体具有各向异性，因此实际使用的所有晶体材料在各方向上的性能
3、是不同的。2.凡是液体凝固为固体的过程都是结晶过程。3.实际生产中，金属冷却时理论结晶温度总是大于实际结晶温度。4.在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则适用于两相区中。5.无限固溶体必是置换固溶体。6.纯铁在室温下的晶体结构为面心立方结构。7.位错的滑移可以沿晶体中的任意面和任意方向进行。8.滑移变形不会引起晶体结构的变化。9.在制定热加工工艺时，应尽量使工件中的流线与拉应力方向垂直。10.在室温下经轧制变形 50%后的高纯铅的纤维组织为等轴晶粒。四、在立方晶体中画出(120)，(320)，112，013。（8 分）五、相图题（共 3 小题，共 30 分）1.按下列数据，作出 A-B
4、二元共晶相图。tAtB（tA，tB分别为组元 A、B 的熔点）；0.600.100.95BBBwwwL（均为质量分数）；B 在 A 中的溶解度随温度的下降而减少，室温是为 0.03B（质量分数）；A 在 B 中的溶解度不随温度变化。（10 分）2.画出 Fe-Fe3C 相图，并标注各点温度和成分。（12 分）3.分析含碳 1.1%（质量百分数）的铁碳合金的平衡结晶过程，并画出其室温下的显微组织示意图。（8 分）六、问答题（共 4 小题，共 46 分）1.根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径，并说明其基本原理。（9 分）2.纯铁的强度较低，经常难以满足要求。根据所学知识，提出常见的四种强化铁合金
5、的方法，并说明其强化机理。（19 分）3.如下图，一楔形纯铜铸锭经连轧机组轧制成板材后，其压下率左边为 0，右边为 60%。然后将板带进行再结晶退火。分析经过上述处理后，板带的显微组织和力学性能的变化。（9分）4.为什么钢铁零件渗碳温度一般要选择在-Fe 相区中进行？若不在相区进行会有什么后果？（9 分）答案一、名词解释（共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分）1.晶体：原子在三维空间作有规则的周期性排列的物质。2.组元：组成合金最基本的、独立的物质。3.组织：用肉眼或借助某种工具（放大镜、光学显微镜和电子显微镜等）观察到的材料形貌图像。4.位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的
6、错排。5.再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，位错密度显著降低，性能也发生显著变化，并恢复到冷变形前的水平。二、填空题（共 11 小题，每空 1 分，共 26 分）1.晶面（hkl）2.间隙化合物3.大增大增大细4.2/35.结构成分界面6.-Fe面心2.11%7.再结晶温度8.置换固溶体间隙固溶体9.均匀化或扩散10.3011.化学位梯度化学位降低间隙空位换位晶格间隙大三、判断题（共 10 小题，每题 2 分，共 20 分）1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.四、（8 分）（2 分）（2 分）（2 分）（2 分）五、相图题（共
7、3 小题，共 30 分）1.（10 分）解：2.（12 分）3.（8 分）1）L2）冷却3）Fe3CII4）P（+Fe3C）（6 分）室温时的显微组织示意图（2 分）六、问答题（共 4 小题，共 46 分）1.（9 分）答：由凝固理论可知，结晶时单位体积中的晶粒数目 Z 取决于形核率 N 和晶体长大速率 G两个因素，即 ZN/G。基本途径：（1）增加过冷度T。T 增加，N 和 G 都随之增加，但是 N 的增长率大于 G 的增长率。因而，N/G 的值增加，即 Z 增多。（3 分）（2）加入形核剂。加入形核剂后，可以促使过冷液体发生非均匀形核。即不但使非均匀形核所需要的基底增多，而且使临界晶核半径
8、减小，这都将使晶核数目增加，从而细化晶粒。（3 分）（3）振动结晶。振动结晶，一方面提供了形核所需要的能量，另一方面可以使正在生长的晶体破断，以提供更多的结晶核心，从而使晶粒细化。（3 分）2.（19 分）答：可以采用加工硬化、固溶强化、弥散强化和细晶强化。（3 分）加工硬化是指金属晶体在塑性变形过程中，材料的强度随着塑性形变量的增加而增加。加工硬化产生的主要机制有位错塞积、林位错阻力和形成割阶时产生对位错运动的阻力及产生割阶消耗外力所做的功，宏观表现出金属强度提高。（4 分）固溶强化指金属中由于溶质原子的存在，使得其强度提高。固溶强化的根本原因在于溶质原子与位错的交互作用，这种交互作用又分为
9、溶质沿位错聚集并钉扎位错的弹性交互作用和化学交互作用两类。（4 分）弥散强化依靠弥散分布于金属基体中的细小第二相强化金属。其强化的原因在于细小第二相与位错的交互作用，主要有位错绕过颗粒的 Orowan 机制以及位错切过颗粒机制。（4 分）细晶强化是指多晶体的屈服强度随晶粒尺寸的减小而增加。可以用 Hall-Petch 关系表示：。式中0 为常数，反映晶内变形阻力，相当于单晶体金属的屈服强度；K 为常数，表征晶界对强度的影响，与晶界结构有关；d 为多晶体中各晶粒的平均直径。细晶强化的原因是晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。细晶强化有尺寸限制。（4 分）3.（9 分）答：板带头部冷变形量少，
10、退火后未发生再结晶，力学性能变化可忽略（3 分）；中部冷变形处于临界量，退火后晶粒尺寸长大，力学性能比冷变形前差，比冷变形后好（3 分）；其它由于发生再结晶，强度和硬度降低，塑性与韧性变好，冷变形能力恢复（3 分）。4.（9 分）答：因为-Fe 中的最大碳溶解度（质量分数）只有 0.0218%，对于碳质量分数大于 0.0218%的钢铁，在渗碳时零件中的碳浓度梯度为 0，渗碳无法进行，即使是纯铁，在相区渗碳时铁中浓度梯度很小，在表面也不能获得高含碳层；由于温度低，扩散系数也很小，渗碳过程极慢，没有实际意义（5 分）。-Fe 中碳溶解度高，渗碳时在表层可获得较高的碳浓度梯度使渗碳顺利进行。此外，-Fe 区温度高，加速了扩散过程（4 分）。