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a）按晶体的钢球模型，若球的直径不变，计算其体积膨胀多少？
b）经X射线衍射测定在912℃时，α-Fe的a=0.2892nm，γ-Fe的a=0.3633nm，计算从γ-Fe转变α-Fe时，其体积膨胀多少？与a）相比，说明导致差别的原因。（10分）
9、试分析下列哪些材料科学过程与原子扩散有关：（15分） A晶体凝固时形核、长大 B合金的成分过冷 C成分均匀化 D固态相变时的形核 E高温蠕变 F涂层
中南大学
2013年硕士研究生入学考试试题参考答案
考试科目代码及名称：959 材料科学基础 考试时限：3小时 总分：150分
一、名词解释（30分）
加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但
塑性、韧性有所下降的现象。
沉淀强化：过饱和固溶体随温度下降或长时间保温过程中（时效）发生脱溶分
解，细小的沉淀物分散于基体之中，阻碍位错运动而产生强化的现象。
交滑移：当某一螺位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与
之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。
上坡扩散：组元从低浓度区向高浓度区迁移的扩散过程。扩散的驱动力是化学
位梯度。
调幅分解：（过饱和）固溶体通过上坡扩散在一定的温度下分解成结构相同、成
分不同的两个相的转变过程。
金属化合物：金属与金属、金属与某些非金属之间形成的化合物，结构与组成
金属化合物的纯金属不同，一般具有熔点高、硬度高、脆性大的特点。
临界分切应力：滑移系开动所需的最小分切应力。它是有一个定值，与材料本
身性质有关，与外力取向无关。
珠光体：铁碳合金共析转变产物，是共析铁素体和共析渗碳体的层片状混合物。 Orowan机制：合金相中与基体非共格的较硬第二相粒子与位错线作用时不变
形，位错绕过粒子，在粒子周围留下一个位错环使材料得到强化的机制。
等强温度：晶界与晶粒两者强度相等时所对应的温度。 二、解答题（60分）
b1、（1）几何条件：反应前?前?a[100]b，反应后?
22后?a]?a[100]2[200，
几何条件满足?能量条件：反应前?b2后b前??b后2前?a1?0?0a2?2??a，
22反应后?b?不能满足能量条件
?1?0?1222???2a21?0?(?1)222??a，
2222b?b?前?后，故位错反应不能进行。
（2）、几何条件：反应前
反应后
能量条件：反应前
?baaa?[112]?[111]?]， 前362[111ab??后2[111]，几何条件满足
2前?b??b?a31?1?2?222??2反应后
2后?2前?a621?1?(?1)222??a2342，
a21?1?122??234a2，能量条件
b不能满足?2??b后，故位错反应不能进行。
2、NaCl属于面心立方点阵，CsCl属于简单立方点阵，ZnS属于（简单）
六方点阵，CaF2属于体心立方点阵，CaTiO3属于简单立方点阵。 3、答：组织变化：在回复阶段，组织几乎没有变化，晶粒仍是冷变形后的
纤维状；在再结晶阶段，变形晶粒首先出现新的无畸变的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到变形组织完全改为新的、无畸变的细等轴晶粒。
性能变化：回复阶段，强度、硬度下降不多，塑性稍有提高，材料的密度变化不大，电阻率有明显下降，宏观应力可以全部或大部分被消除，微观内应力部分消除，变形储能部分释放；再结晶阶段，强度、硬度明显下降，塑性提高，材料的密度急剧升高，电阻率下降更快，内应力完全消除，变形储能全部释放。
4、FCC的密排面为{111}，密排向为<110>,则主要滑移系为{111}和?110?；BCC的密排面为{110}，密排向为<111>，则主要滑移系为{110}和?111?；HCP的密排面{0001}，密排向?1120?，主要滑移系为{0001}和?1120? 5、答：液态金属凝固过过程中，中心部位的液体温度达到均匀，各处温度可能都低于熔点下，由溶质原子的重新分配，在液固界面前沿出现成分过冷，由于溶液的流动使表面细晶一部分卷入液体之中或柱状晶被冲刷脱落进入前沿液体中作为非自发的仔晶，从而促使形成中心等轴区。总
而言之，必须要达到两个条件：1）凝固界面前沿的液相中有晶核（仔晶）来源；2）液相存在晶核生长所需的过冷度。
6、答：在等温等压条件下，晶体中形成空位后，自由能可以写成
????U?T?S，可知体系在一定温度下存在一个平衡空位浓度，在该浓
度下，体系的自由能最低。即晶体中存在一些空位时，体系的自由能能达到最低，如果没有空位，自由能反而升高，也就是说，由热振动产生的空位属于热力学稳定缺陷；位错的存在均会使体系的内能升高，虽然位错的存在也会引起熵值增加，但是有限可以忽略，因此，位错的存在使体系处于高能的不稳定状态，位错是热力学不稳定的缺陷。 三、问答题（60分） 1、解答：
（1）图略
随碳含量的增加，铁碳合金的室温组织发生以下变化：α+Fe3CⅢ→α+P（珠光体）→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld′（室温莱氏体）→
Ld′→Ld′+Fe3CⅠ
在亚共析钢中，随含碳量增加，珠光体逐渐增加，强度、硬度升高，而塑性、韧性下降；在过共析钢中，含碳量在接近1%时其强度达到最高值，含碳量继续增加，其强度下降，这是由于在含碳量Wc高于1%时脆性二次渗碳体于晶界形成连续的网络，使钢的脆性大大增加；在白口铁中，由于含有大量的渗碳体，故其脆性很大、强度很低，渗碳体的硬度很高且极脆，不能使合金的塑性提高，合金的塑性主要有铁素体来提供，因此，在白口铁中，含碳量的增加而是铁素体减少，铁碳合金的塑性不断降低，当组织中出现以渗碳体为基体的低温莱氏