1中南大學攻讀碩士學位研究生入學考試試題考試科目：材料科學基礎適用專業(yè)：材料學、材料加工一、（20分）敘述你所熟悉的某一類材料的凝固過程。二、（20分）敘述你所熟悉的某一類材料的變形行為及其特點。三、（每小題10分，共70分）根據圖11-1所示鐵碳亞穩(wěn)平衡相圖和你所學所有知識，回答下列問題：110分）分析氫、氮、碳、硼在Y-Fe中形成固溶體的類型，進入點陣中的位置和固溶度大小。已知元素的原子半徑如下：氫0.046nm，氮0.07lnm，碳0.077nm，硼0.091nm,.Y-0.126nm.210分）標注相圖中平衡反應的成分及溫度，寫出平衡反應式。310分）分析ΦC=1%的鐵碳合金平衡凝固到室溫過程的組織變化。410分）指出Y相的晶體結構、密排方向、密排面、致密度、配位數、晶胞中原子數和通常情況下的滑移系；畫出其中一個滑移系，并標明指數。510分）結合你所學的有關知識，說明如何提高Fe-C合金的強度。619分）ΦC=0.1%的鐵碳合金在拉伸中，一種情況是在拉伸出現塑性變形后去載，立即再加載；另一種情況是去載后時效再加載。試解釋前者無屈服現象后者有屈服現象的原因。710分）ΦC=0.1%的鐵碳合金制作成齒輪，對齒輪氣體滲碳強化。畫出鋼在滲碳后的2組織分布示意圖；滲碳在Y-Fe中進行而不在-Fe中進行，即滲碳溫度選擇要高于A3溫度，為什么？滲碳溫度高于1100℃會出現什么問題？，四、（10分）如圖11-2所示相圖，寫出四相反應；分析2點合金結晶過程。五、（10分）分析位錯對金屬材料性能的影響。六、（20分）就你所學所有知識，談談如何控制和改善金屬材料中的組織。3標準答案金屬材料在凝固過程后通常得到結晶體，因此金屬材料的凝固過程也稱結晶過程。金屬的結晶通常分為兩個階段，即形核和形核后的長大階段。金屬的形核通常在金屬熔體中的小尺寸有序原子集團（晶胚）基礎上，通過原子擴散而形成能夠穩(wěn)定長大的晶核，即純金屬的形核過程一般需要滿足能量條件和結構條件，而合金的形核還要一定的成分條件。金屬形核后的長大通常需要一個較小的過冷度，原子向晶核擴散而長大，在長大過程中結晶界面是粗糙界面，因此金屬長大速度一般很快，而結晶界面結構、濃度梯度和結晶速度會影響到長大后的晶粒形狀和大小，對于合金通常還會造成合金結晶后出現成分偏析等問題。金屬材料在拉伸變形中通常經歷彈性變形、塑性變形階段，最終可能斷裂。金屬材料的每個單晶體中主要變形方式以滑移為主，部分金屬在變形中也會出現孿生變形?；坪蛯\生變形的微觀機制均可以用位錯的觀點進行解釋。多晶體材料則由于晶界的阻滯作用和相鄰晶粒位向差的不同通常會影響位錯運動，導致多晶體材料變形相對單晶體材料困難。單相固溶體合金則因為溶質原子的作用出現固溶強化，體心立方金屬在拉伸過程中有屈服現象和應變時效現象。多相合金的塑性變形特點與第二相的數量、尺寸和分布有關，一般細小彌散、均勻分布的第二相會增強合金強度，使變形困難。金屬材料在變形過程中通常有加工硬化現象，同時微觀組織和其他物理化學性能也有改變。三、1.Y-Fe為FCC結構，八面體間隙半徑r=0.414R原子=0.0522nm，四面體間隙半徑=0.0284nm。可見氫、氮、碳原子在Y-Fe中一般會溶入八面體間隙中心，形成間隙固溶體，團溶度較??；硼在Y-Fe中一般也是位于八面體間隙中心，形成間隙固溶體，但是有時也可以形成置換固溶體。2．圖中平衡反應成分、溫度和反應式如下（三條水平線，從上到下1495℃,LB+δ727℃,3．合金平衡凝圈到室溫過程的組織變化為：44.Y為FCC結構，其密排方向、密排面、致密度、配位數、晶胞中原子數分別為<110>、{111}、0.74、12和4；通常情況下的滑移系為{111}<110>，其中一個滑移系為(111)[110]，指數如圖11-3所示。5簡答）提高Fe-C合金的強度方法有多種，主要有加工硬化、微合金強化、固溶強化、細化晶粒強化、熱處理強化（馬氏體相變強化等）。=0.1%合金中由于C原子與Fe的彈性交互作用，形成柯垂爾氣團（亦稱柯氏氣團柯垂爾氣團與位錯的交互作用導致合金出現屈服現象，在拉伸出現塑性變形后去載，立即再加載是已經克服了柯垂爾氣團對位錯的阻礙，立即再加載不會重新出現屈服現象，而卸載后時效再加載會使溶質原子重新聚集形成與位錯的新的交互作用，從而使合金再次出現屈服現象。=0.1%合金齒輪滲碳后的組織分布示意圖如圖11-4所示。滲碳在Y溫度范圍中（A3溫度以上）進行而不在a溫度范圍中進行的主要原因是，溫度較高，滲碳速度可以較快，同時在Y溫度范圍中進行滲碳，可以得到較大的含碳量，但是滲碳溫度高于1100℃會導致基體合金晶粒粗大，力學性能下降，同時對滲碳設備也會提出更高要求。P點（包共晶反應L+a1喻δ1+β1。圖中2點合金凝鼷過程：L喻δ;L喻δ2+β2;L喻δ2+β2+Y。五、（簡答）位錯對金屬材料性能的影響主要有：金屬的塑性變形是通過位錯的運動實5現的，因此金屬材料的強化手段可以通過改變材料中的位錯數量來實現；合金中位錯與溶質原子發(fā)生作用形成柯垂爾氣團造成屈服現象和應變時效，位錯是第二相形核的擇優(yōu)場所，通常第二相在位錯處可以優(yōu)先形核長大；刃型位錯可以看成是一個管道，可以加速擴散速度。六、（以金屬材料為例，簡答）材料的組織與其成分和加工過程密切相關。控制和改善金屬材料中的組織可以通過選擇成分確定合適的組織，不同成分金屬可以得到純金屬、單相固溶