一、简答题。
1）右图为一立方晶胞，a、b、g、h为顶点，c、e、f为棱边中点，求ogc、efgh的晶面指数和ab的晶向指数。
ogc：（211）
efgh：(012)
ab : 111]
2） 如下图所示的位错环，说明各段位错的性质，并且说明刃位错的半原子面的位置。
由柏氏矢量与位错线的关系可以知道，bc是右旋螺位错，da为左旋螺位错；（1分）由右手法则，cd为正刃型位错，多余半原子面在纸面上方；（2分）ab为负刃型位错，多余半原子面在纸面下方。（2分）
3) 陶瓷材料中主要结合键是什么？ 从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊性能。
陶瓷材料中主要结合键是离子键和共价键。
1） 由于离子键及共价键很强，故陶瓷的抗压强度很强，硬度极高；
2） 因为原子以离子键和共价键结合时，外层电子处于稳定的结构状态，不能自由运动；
4） 试分析形成枝晶偏析的原因，如何消除？
固熔体不平衡结晶时，从液体中先后结晶出来的固相成分不同，造成的晶粒内枝干含高熔点组元较多，而晶枝间含低组元较多，导致晶粒内部化学成分不均匀的现象。（3分）
可用扩散退火（或均匀化退火）消除，即将铸件加热至低于固相线100～200℃，长时间保温，使偏析元素充分扩散。（2分）
5） ｃ在α—fe中的扩散系数大于ｃ在γ—fe中的扩散系数，为什么渗ｃ不在α—fe中进行，而在γ—fe中进行？
1 α-fe是体心立方结构，八面体间隙尺寸为0.15（较小），进行渗碳时，碳在α-fe中的熔解度很小，渗碳时会出现典型的反应扩散现象。（2分）
2 渗碳在α-fe中进行时，温度低，扩散系数小，扩散速度慢；
3 γ-fe是面心立方结构，八面体间隙尺寸为0.414（较大），碳的熔解度高，扩散速度快。
所以渗碳不在α-fe中进行，而在γ-fe中进行。
6）固溶体和金属间化合物在成分、结构、性能等方面有何差异？
固溶体是固态下一种组元（溶质）溶解在另一种组元（溶剂）中而形成的新相；固溶体具有溶剂组元的点阵类型；固溶体的硬度、强度往往高于组成它的成分，而塑性则较低。（2.5分）
金属间化合物就是金属与金属，或金属与类金属之间所形成的化合物；结构不同于组元结构而是一个新结构；金属间化合物具有极高的硬度、较高的熔点，而塑性很差。
7) 在单位晶胞中画出立方晶系的如下晶面和晶向： （1 2 1）、
略。8） 试用位错理论解释固溶强化的原因。
固溶在点阵间隙或节点上的合金元素原子，由于其尺寸不同于基体原子，故产生一定的应力场，该应力场与位错产生的应力场交互作用，使位错周围产生柯氏气团；（2分）
由于柯氏气团的钉扎作用，阻碍位错的运动，造成固溶强化。（3分）
9） 试说明晶体滑移的临界分切应力定律。
τ＝σ0m；σ0＝p/a， m=coscos λ 当外力p一定时，作用于滑移系上的分切应力与晶体受力的位向有关。（3分）当σ0＝σs时，晶体开始滑移，此时滑移方向上的分切应力称为临界分切应力。（2分）
10）试用位错理论解释细晶强化和加工硬化的原因。
细晶强化：晶粒越细，晶界就越多，阻碍位错通过的能力就越强，抵抗塑性变形的能力增加，材料的强度提高。（2分）
加工硬化：晶体在发生塑性变形过程中，由于多滑移启动的缘故，导致位错之间发生相互作用，产生大量的位错缠结或位错塞积，阻止位错进一步运动，使得材料强度、硬度上升，塑性、韧性下降。（3分）
11） 用一冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，加热完毕，当吊出工件时钢丝绳发生断裂。试分析其原因。
冷拉钢丝绳的加工过程是冷加工过程。由于加工硬化，使钢丝的强度、硬度升高，故承载能力提高；（2分）
当其被加热时，若温度超过了它的再结晶温度，会时钢丝绳产生再结晶，造成强度和硬度降低，一旦外载超过其承载能力，就会发生断裂。（3分）
12) 试利用右图（fe-o相图）分析纯铁在1000℃氧化时氧化层内的组织与氧化浓度分布规律，画出示意图。
答案：13） 试分析冷变形量对再结晶晶粒尺寸的影响。
临界变形量之前，晶粒尺寸不变；临界变形量范围，晶粒粗大；超过临界变形量，随着变形量的增加，晶粒细小。
二、综合题（共90分）
1. 简述纯金属晶体长大机制及其与固—液界面微观结构的关系。
2. 今有两个形状、尺寸相同的铜镍合金铸件，一个成分为wni=0.90，一个成分为wni=0.
50，铸造后自然冷却。试分析：（1）凝固后哪个铸件的微观偏析较为严重？
（2）哪种合金成分过冷倾向较大？（书第123页）
l)铸件的偏析程度与合金相图有关。一般液相线与固相线之间的垂直距离较大，说明合金的结晶温度范围大；液相线与固相线之间的水平距离越大，结晶时两相成分的差别就越严重。所以在wni为0.
50的合金铸件中，微观偏析严重。 （2分）
2）wni为0.50的合金，成分过冷倾向大。出现成分过冷的条件为g/r 3. 画出完整的fe—fe3c相图，回答下列问题：（15分）
1）分析含1.2%c合金平衡状态下结晶过程（作图表示），(2）计算其室温组织组成物和相组成物的相对含量；
(3） 分析含2.0%c合金在室温下组织中观察到少量莱氏体组织的原因。
（1）画出完整的fe—fe3c相图。
作图表示结晶过程：l、l＋γ、fe3cⅱ、（p ）p＋fe3cⅱ；（3分）
2）相含量（2分）：α6.69－1.2）/（6.69－0.01）]×100％ =82.2
fe3c＝[（1.2－0.01）/（6.69－0.01）]×100％ =17.8
组织含量（3分）： fe3cⅱ＝[1.2－0.77）/（6.69－0.77）] 100％=7.26
p＝[（6.69－1.2）/（6.69－0.77）] 100％=92.74%
（3）该合金在不平衡结晶下，会产生离异共晶。所以含2.0%合金在室温下组织中会观察到少量莱氏体。
4. 铜单晶体拉伸时，若力轴为[0 0 1]方向，临界分切应力为0.64mpa，需要多大的拉伸力才能使晶体开始塑性变形？（10分）（参考书217页）
＝σ0 cosφcosλ (2分)
cosφ=1/3 (2分)
cosλ=1/22分)
=0.646（最后一个6是根号6）。 4分）
5. 简要分析加工硬化、细晶强化、固溶强化及弥散强化在本质上有何异同。
6. 为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5%后于630℃退火1小时，组织反而粗化；增大冷变形量至80%，再于630℃退火1小时，仍然得到粗大晶粒。试分析其原因，并指出上述两种工艺不合理之处，请制定一种合理的细化工艺（铝的熔点为660℃）。
10分）
1）冷变形5％后于630℃退火1小时组织粗化的原因是：变形在临界变形度范围内，导致少数再结晶晶核形核并长大，工艺不合理；（3分）
2）冷变形80％，630℃退火1小时组织粗化的原因是：导致再结晶异常长大（二次再结晶）使晶粒粗大，工艺不合理；（3分）
3）通常在生产实际中使用的再结晶温度是指经过较大冷变形（变形量》70%）的金属，在1h内能够完成再结晶（或再结晶体积分数》0.95）的最低温度。
由tk=(0.35~0.45)tm 可知：再结晶温度为150℃左右，较合理的细化工艺为冷变形量为80％左右，300℃左右退火1小时。（4分）
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