西北工业大学。
2023年硕士研究生入学考试试题。
一、 简答题（每题10分，共50分）
1. 请简述滑移和孪生变形的特点？
2. 什么是上坡扩散？哪些情况下会发生上坡扩散？扩散的驱动力是什么？
3. 在室温下，多数金属材料的塑性比陶瓷材料好很多，为什么？纯铜与纯铁这两种金属材料哪个塑性好？说明原因。
4. 请总结并简要回答二元合金平衡结晶过程中，单相区、双相区和三相区中，相成分的变化规律。
5. 合金产品在进行冷塑性变形时会发生强度、硬度升高的现象，为什么？如果合金需要进行较大的塑性变形才能完成变形成型，需要采用什么中间热处理的方法？
而产品使用时又需要保持高的强度、硬度，又应如何热处理？
二、 作图计算题（每题15分，共60分）
1、 在fe-fe3c相图中有几种类型的渗碳体？分别描述这些渗碳体的形成条件，并绘制出平衡凝固条件下这些不同类型渗碳体的显微组织形貌。
2、 在两个相互垂直的滑移面上各有一条刃型位错 ab、xy，如图所示。假设以下两种情况中，位错线xy在切应力作用下发生运动，运动方向如图中v所示，试问交割后两位错线的形状有何变化（画图表示）？在以下两种情况下分别会在每个位错上形成割阶还是扭折？
新形成的割阶或扭折属于什么类型的位错？
3、已知h原子半径r为0.0406nm，纯铝是fcc晶体，其原子半径r为0.143nm，请问h原子溶入al时处于何种间隙位置？
4、柱状试样，当固溶体合金（k0＞1）从左向右定向凝固。凝固过程中假设，凝固速度快，固相不扩散、液相基本不混合，α/l（固/液）界面前沿液体中的实际温度梯度为正温度梯度。由于α/l界面前沿液体存在成分过冷区，晶体易以树枝状结晶生长。
当合金从左向右定向凝固，达到稳态凝固区时，请分析并画出：① k0＞1相图；② l界面处固体、液体的溶质浓度分布图；③ 液体中成分过冷区图。
三、 综合分析题（共40分）
1、 试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。
2、 如图所示，在立方单晶体中有一个位错环abcda，其柏氏矢量b平行于z轴。
1） 指出各段位错线是什么类型的位错。
2） 各段位错线在外应力τ作用下将如何运动？请绘图表示。
一、 简答题（每题10分，共50分）
1. 请简述滑移和孪生变形的特点？
答：滑移变形特点：
1）平移滑动：相对滑动的两部分位向关系不变。
2）滑移线与应力轴呈一定角度。
3）滑移不均匀性：滑移集中在某些晶面上。
4）滑移线先于滑移带出现：由滑移线构成滑移带。
5）特定晶面，特定晶向。
孪生变形特点：
1) 部分晶体发生均匀切变。
2) 变形与未变形部分呈镜面对称关系，晶体位向发生变化。
3) 临界切分应力大。
4) 孪生对塑变贡献小于滑移。
5) 产生表面浮凸。
2. 什么是上坡扩散？哪些情况下会发生上坡扩散？
答：由低浓度处向高浓度处扩散的现象称为上坡扩散。应力场作用、电场磁场作用、晶界内吸附作用和调幅分解反应等情况下可能发生上坡扩散。扩散驱动力来自自由能下降，即化学位降低。
3. 在室温下，一般情况金属材料的塑性比陶瓷材料好很多，为什么？纯铜与纯铁这两种金属材料哪个塑性好？说明原因。
答：金属材料的塑性比陶瓷材料好很多的原因：从键合角度考虑，金属材料主要是金属键合，无方向性，塑性好；陶瓷材料主要是离子键、共价键，共价键有方向性，塑性差。
离子键产生的静电作用力，限制了滑移进行，不利于变形。
铜为面心立方结构，铁为体心立方结构，两者滑移系均为12个，但面心立方的滑移系分布取向较体心立方匀衡，容易满足临界分切应力。且面心立方滑移面的原子堆积密度比较大，因此滑移阻力较小。因而铜的塑性好于铁。
4. 请总结并简要回答二元合金平衡结晶过程中，单相区、双相区和三相区中，相成分的变化规律。
答：单相区：相成分为合金平均成分，不随温度变化；
双相区：两相成分分别位于该相区的边界，并随温度沿相区边界变化；
三相区：三相具有确定成分，不随结晶过程变化。
5. 合金产品在进行冷塑性变形时会发生强度、硬度升高的现象，为什么？如果合金需要进行较大的塑性变形才能完成变形成型，需要采用什么中间热处理的方法？
而产品使用时又需要保持高的强度、硬度，又应如何热处理？
答：合金进行冷塑性变形时，位错大量増殖，位错运动发生交割、缠结等，使得位错运动受阻，同时溶质原子、各类界面与位错的交互作用也阻碍位错的运动。因此发生应变硬化，使强度、硬度升高。
较大的塑性变形产生加工硬化（应变硬化），如果需要继续变形就要进行中间热处理，即再结晶退火，使塑性恢复到变形前的状态，零件可继续进行塑性变形。
如果产品需要保持高的强度、硬度，可在最终热处理时采用去应力退火，去除残余应力，保持零件较高的强度、硬度。
二、 作图计算题（每题15分，共60分）
1、 在fe-fe3c相图中有几种类型的渗碳体？分别描述这些渗碳体的形成条件，并绘制出平衡凝固条件下这些不同类型渗碳体的显微组织形貌。
答：渗碳体包括：初生（一次）渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体，共五种。
1）初生（一次）渗碳体：含碳量大于4.3%的fe-c合金在平衡凝固时从液相结晶出来的渗碳体，形貌为板条状。
2）二次渗碳体：含碳量0.77～2.11%的fe-c合金，在1148℃冷却到727℃过程中，从γ相中脱溶的渗碳体。
3）三次渗碳体：含碳量小于0.0218%时，低于727℃，从α相脱溶析出的渗碳体。
4）共晶渗碳体：含碳量2.11～6.69%的fe-c合金，在1148℃发生共晶反应时形成的渗碳体。
5）共析渗碳体：含碳量0.0218～6.69%的fe-c合金，在727℃发生共析反应时生成的渗碳体。
各渗碳体形貌见教材相关部分。
2、 在两个相互垂直的滑移面上各有一条刃型位错 ab、xy，如图所示。假设以下两种情况中，位错线xy在切应力作用下发生运动，运动方向如图中v所示，试问交割后两位错线的形状有何变化（画图表示）？在以下两种情况下分别会在每个位错上形成割阶还是扭折？
新形成的割阶或扭折属于什么类型的位错？
答：a图： xy向下运动与ab交割，产生pp′小台阶，宽度为|b1|
pp′的柏氏矢量仍为b2
pp′⊥b2为刃型位错。
pp′不在原滑移面上，为割阶。
xy平行于b2，不形成台阶。
b图： ab位错线上出现pp′平行于b2，宽度为|b1|
pp′的柏氏矢量仍为b2
pp′∥b2为螺型位错。
pp′在原滑移面上，为扭折。
xy位错线上出现qq′平行于b1，宽度为|b2|
qq′的柏氏矢量仍为b1
qq′∥b1为螺型位错。
qq′在原滑移面上，为扭折。
3、已知h原子半径r为0.0406nm，纯铝是fcc晶体，其原子半径r为0.143nm，请问h原子溶入al时处于何种间隙位置？
答：fcc晶体的八面体间隙r/r=0.414，四面体间隙r/r=0.225。
根据题意知，因此h原子应处于八面体间隙。
4、柱状试样，当固溶体合金（k0＞1）从左向右定向凝固，凝固过程中假设，凝固速度快，固相不扩散、液相基本不混合，α/l（固/液）界面前沿液体中的实际温度梯度为正温度梯度。由于α/l界面前沿液体存在成分过冷区，晶体易以树枝状结晶生长。当合金从左向右定向凝固，达到稳态凝固区时，请分析并画出：
① k0＞1相图；② l界面处固体、液体的溶质浓度分布图；③ 液体中成分过冷区图。
答：柱状试样从左向右定向凝固，在固相不扩散、液相基本不混合、k0＞1的条件下，在凝固达到稳态凝固区时，α/l界面前沿液体溶质浓度分布cl如图a所示。由于α/l界面前沿液体中溶质浓度从左向右逐渐升高（与k0＜1情况不同），成分与相图对应如图b。
α/l界面前沿液体中从左向右熔点逐渐升高（与k0＜1情况相同）构成tl曲线，加之界面前沿液体中的实际温度梯度为正温度梯度tn，即形成了由tl、tn两曲线组成的成分过冷区见图c，在凝固过程中晶体易以树枝状结晶生长。
三、 综合分析题（共40分）
1、试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。
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或机械时效。
机理：柯垂尔理论认为，卸载后立即重新加载，位错已经脱钉，因此不再出现屈服现象。放置或加热后再加载，位错被重新定扎，因此会再次出现屈服现象。
位错増殖理论认为，卸载后立即重新加载，位错已经増殖，因此不再出现屈服现象。放置或加热后再加载，发生了回复，位错发生重排和抵消，因此会再次出现屈服现象。
两种理论均有实验依据，目前一般同时采用两理论解释应变时效的产生原因。
2、如图所示，在立方单晶体中有一个位错环abcda，其柏氏矢量b平行于z轴。
1） 指出各段位错线是什么类型的位错。
2） 各段位错线在外应力τ作用下将如何运动？请绘图表示。
答：1）ab、bc、cd、da段都是刃位错。
2）ab和cd不动；bc向上滑移，ad向下滑移，如图所示。
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