特别说明
本书根据历年考研大纲要求并结合历年考研真题对该题型进行了整理编写，涵盖了这一考研科目该题型常考试题及重点试题并给出了参考答案，针对性强，考研复习首选资料。
版权声明
青岛掌心博阅电子书依法对本书享有专有著作权，同时我们尊重知识产权，对本电子书部分内容参考和引用的市面上已出版或发行图书及来自互联网等资料的文字、图片、表格数据等资料，均要求注明作者和来源。但由于各种原因，如资料引用时未能联系上作者或者无法确认内容来源等，因而有部分未注明作者或来源，在此对原作者或权利人表示感谢。若使用过程中对本书有任何异议请直接联系我们，我们会在第一时间与您沟通处理。
因编撰此电子书属于首次，加之作者水平和时间所限，书中错漏之处在所难免，恳切希望广大考生读者批评指正。
重要提示
本书由本机构编写组多位高分在读研究生按照考试大纲、真题、指定参考书等公开信息潜心整理编写，仅供考研复习参考，与目标学校及研究生院官方无关，如有侵权请联系我们立即处理。
一、2021年贵州大学材料科学与冶金学院849材料科学基础考研核心题库之简答题精编1．什么是成分过冷？如何影响固溶体生长形态？
【答案】凝固过程中，随液固界面的推进，液固界面附近液相一侧产生溶质原子富集，导致液相的熔点发生变化，由此产生的过冷现象称为成分过冷。无成分过冷时，固溶体以平面状生长，形成等轴晶；有较小过冷度时，形成胞状组织；有较大成分过冷时，形成树枝晶。
2．比较说明滑移与孪生这两种金属塑性变形机制的不同。
【答案】(1)变形方式不同。滑移过程为晶体一部分相对另一部分的相对滑动，孪生过程为晶体一部分相对另一部分的均匀切变。
(2)发生孪生过程的临界切应力远大于滑移所需临界切应力。
(3)孪生过程改变晶体位相关系。滑移过程不改变晶体位相关系。
(4)滑移过程可以连续进行而孪生过程不能连续进行。
(5)滑移过程是塑性变形的主要机制，当滑移系处于不利于滑移变形发生时，通过孪生可以改变滑移系与外力的取向，使滑移过程进一步发生。
3．请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。
【答案】相同点：恒温、恒成分转变；相图上均为水平线。
不同点：共晶为分解型反应，包晶为合成型反应；共晶线全是固相线，包晶线只有部分是固相线；共晶三角在水平线上，包晶三角在水平线下。
4．(1)扩散可以分为哪几种基本类型？
(2)在间隙固溶体中及置换固溶体中，溶质原子各以何种机制进行扩散？
(3)均匀奥氏体晶粒的长大以及扩散退火时晶内偏析的均匀化各属何种类型的扩散？
【答案】(1)①按扩散组元的浓度分布，扩散分为自扩散和互扩散；②按原子扩散的路径，扩散分为体扩散、晶界扩散、位错扩散、表面扩散；③按扩散的微观机制，扩散分为间隙扩散和空位扩散；④按组元扩散方向与其浓度梯度方向的关系，扩散分为下坡扩散和上坡扩散；⑤按扩散中有无新相形成，扩散分为单相扩散和反应扩散。
(2)在间隙固溶体中溶质原子以间隙机制进行扩散，在置换固溶体中溶质原子以空位机制进行扩散。
(3)均匀奥氏体晶粒的长大属于自扩散，而扩散退火时晶内偏析的均匀化属于互扩散。
5．再结晶与二次再结晶的本质区别？
【答案】再结晶——将冷压力加工以后的金属加热到一定温度后，在变形的组织中重新产生新的无畸变的等轴晶粒，性能恢复到冷压力加工前的软化状态的过程。
二次再结晶——指再结晶退火后的金属在更高温度或更长时间的保温下，会有极少数晶粒迅速吞并其他晶粒而长大，结果整个金属由少数比再结晶后晶粒大几十倍至几百倍的特大晶粒所组成的现象。
二者的本质区别：再结晶是形核与长大的过程，二次再结晶只是长大过程。发生再结晶的驱动力为储存能，二次再结晶为界面能。再结晶后强度、硬度下降而塑韧性提高，二次再结晶后材料的强度、塑韧性
都会下降。
6．奥氏体不锈钢和耐磨钢淬火的目的与一般钢的淬火目的有何不同。耐磨钢的耐磨原理与淬火工具钢的耐磨原理又有何不同?它们的应用场合有何不同?
【答案】奥氏体不锈钢和耐磨钢淬火的目的是为了获得单一、成分均匀的奥氏体组织，防止出现第二相引起晶向腐蚀，因此奥氏体不锈钢淬火称固溶处理，而耐磨钢由于淬火后获得的单一奥氏体组织塑、韧性较高，亦称其淬火为水韧处理。耐磨钢的耐磨原理是单一奥氏体组织在工作中受到强大的冲击、压力作用，从而产生应力诱发马氏体并产生加工硬化，使钢的耐磨性大大增加。淬火工具钢是通过淬火+低温回火，获得高硬度高耐磨性的回火马氏体，使钢具有较高的耐磨性。耐磨钢用于制作承受强烈冲击、压力作用的工作零件，例推土机大铲、铁道道岔，淬火工具钢用于不承受强烈冲击压力作用，要求耐磨性高的场合。
7．试述不同温度下的回复机制。
【答案】由回复阶段的储存能的释放谱可以见到有明显的3个小峰，说明回复阶段加热的温度不同，回复机理也不同。
低温回复，主要涉及到点缺陷的运动，空位及间隙原子移动到晶界或位错处消失，空位及间隙原子的复合，空位集结形成空位对或空位片，使点缺陷密度大大下降。
中温回复，位错在滑移面上滑移，使异号位错相遇相消，使位错密度下降，使位错缠结内部重新排列组合，使亚晶规整化。
以上髙温回复，除了位错滑移外，尚可攀移，主要机制多边化，形成小角度晶界。多边化后，
尚存在亚晶的合并长大。亚晶合并可以通过Y结点的移动实现。需要靠位错攀移、滑移与交滑移来完成。
8．什么是Kirkendall效应？请用扩散理论加以解释。若Cu-Al组成的互扩散偶发生扩散时，界面标志物会向哪个方向移动？
【答案】Kirkendall效应：在置换式固溶体的扩散过程中，放置在原始界面上的标志物朝着低熔点元素的方向移动，移动速率与时间成拋物线关系。
Kirkendall效应否定了置换式固溶体中扩散的换位机制，而证实了空位机制；系统中不同组元具有不同的分扩散系数；相对而言，低熔点组元扩散快，高熔点组元扩散慢，这种不等量的原子交换造成了Kirtendall效应。
当Cu-Al组成的互扩散偶发生扩散时，界面标志物会向着Al的方向移动。
9．置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同？在扩散偶中，如果是间隙扩散，是否会发生柯肯达尔效应？为什么？
【答案】间隙扩散系数与空位浓度无关，而置换扩散系数与空位浓度有关(可用公式表示)。一般地，间隙扩散系数大于置换扩散系数。
不会发生。因为间隙扩散中考虑间隙原子定向流动，未考虑置换互溶式扩散。
10．指出合金强化的四种主要机制，解释强化原因。
【答案】(1)固溶强化
固溶在点阵间隙或结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，阻碍位错运动；柯氏气团和铃木气团，前者是间隙原子优先分布于BCC金属刃型位错的拉应力区，对位错产生
钉扎作用，后者是合金元素优先分布于FCC金属扩展位错的层错区，降低层错能，扩大层错区，使扩展位错滑移更加困难。
(2)沉淀强化和弥散强化
合金通过相变过程得到的合金元素与基体元素的化合物和机械混掺于基体材料中的硬质颗粒都会引起合金强化，分别称之为沉淀强化和弥散强化。沉淀强化和弥散强化的效果远大于固溶强化。位错在运动过程中遇到第二相时，需要切过(沉淀强化的小尺寸颗粒和弥散强化的颗粒)或者绕过(沉淀强化的大尺寸颗粒)第二相，因而第二相(沉淀相和弥散相)阻碍了位错运动。
(3)晶界强化
按照Hall-Petch公式，屈服点同晶粒直径d之间的关系是，其实质是位错越过晶界需要附加的应力。因此低温用钢往往采用细晶粒组织。
(4)有序强化
有序合金中的位错是超位错，要使金属发生塑性变形就需要使超位错的两个分位错同时运动，因而需要更大的外应力。异类元素原子间的结合力大于同类元素原子间的结合力，所以异类原子的有序排列赋予有序合金较高的强度。
11．为什么合金钢比碳钢的力学性能好?热处理变形小?合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高?
【答案】(1)合金元素加入后并经适当热处理，可使钢的力学性能提高或得以改善。(2)合金元素(除Co 外)加入后使钢的淬透性增加，因此获得同样组织时合金钢可选择较缓的冷却介质，故热处理变形小。(3)合金工具钢由于含有一些合金元素，与钢中的碳形成合金碳化物，而这些合金碳化物的硬度高、熔点髙，所以合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高。
12．何为晶粒生长与二次再结晶?简述造成二次再结晶的原因和防止二次再结晶的方法。
【答案】晶粒生长是无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。在坯体内晶粒尺寸均匀地生长，晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇处。二次再结晶是少数巨大晶粒在细晶消耗时的一种异常长大过程，是个别晶粒的异常生长。二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内部，二次再结晶还与原料粒径有关。
造成二次再结晶的原因：原料粒径不均匀，烧结温度偏高，烧结速率太快。防止二次再结晶的方法：控制烧结温度、烧结时间，控制原料粒径的均匀性，引入烧结添加剂。
13．说明材料中的结合键与材料性能的关系。
【答案】材料结合键的类型及结合能的大小对材料的性能有重要的影响，特别是对物理性能和力学性能。
结合键越强，熔点越高，热膨胀系数就越小，密度也越大。金属具有光泽、高的导电性和导热性、较好的机械强度和塑性，且具有正的电阻温度系数，这就与金属的金属键有关。陶瓷、聚合物一般在固态下不导电，这与其非金属键结合有关。工程材料的腐蚀实质是结合键的形成和破坏。
晶体材料的硬度与晶体的结合键有关。一般共价键、离子键、金属键结合的晶体比分子键结合的晶体的硬度髙。结合键之间的结合键能越大，则弹性模量越大。工程材料的强度与结合键能也有一定的联系。一般结合键能高，强度也高一些。材料的塑性也与结合键类型有关，金属键结合的材料具有良好的塑性，而离子键、共价键结合的材料塑性变形困难，所以陶瓷材料的塑性很差。
14．试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。
【答案】将退火低碳钢进行少量的塑性变形后卸载，然后立即加载，屈服现象不再出现。但是如果卸载后，将试样在室温下放置较长时间或者稍微加热后，再进行拉伸就又可以观察到屈服现象，不过此时的屈服强度会有所提高，这种现象称为应变时效。
低碳钢的应变时效可以用溶质原子与位错交互作用的柯垂尔(Cottrell)气团理论作出很好的解释。一般认为，在固溶体中，溶质或杂质原子在晶体中造成点阵畸变，溶质原子的应力场和位错应力场会发生交互作用，作用的结果是溶质原子将聚集在位错线附近，形成能量更低的溶质原子气团，即所谓的柯垂尔气团。
将低碳钢试验拉伸产生少量预塑性变形，此时试样在外加应力的作用下使位错摆脱碳原子的钉扎，表现为屈服。若卸载后马上重新加载，短时间内碳原子来不及重新聚集在位错周围，所以继续加载时不会出现屈服现象；当卸载后经历较长时间或短时加热后，碳原子又会通过扩散重新聚集到位错线附近而形成气团，所以继续进行拉伸时，又会出现屈服现象，并使强度和硬度升高，这就是应变时效产生的原因。
15．简述二元系中共晶反应、包晶反应和共析反应的特点，并计算其各相平衡时的自由度。
【答案】共晶反应是：液相同时凝固出两个不同成分的固相，两固相相互配合生长，一般长成片层状。
共析与共晶相似，只是母相是固相，即一个固相同时生成另两个不同成分的固相。
包晶反应是：液相与一个固相反应生成另一个固相，新生成的固相包住原有的固相，反应需要固相中的扩散，速度较慢。
这三种反应出现时，自由度都是0,即三相成分固定，温度也固定。
16．钢如何进行分类?重点说明按成分及用途的分类情况。
【答案】钢的分类:按用途分为结构钢、工具钢、特殊性能钢。结构钢分为:工程结构用钢、机械零件用钢。工程结构用钢又分为:普通碳素结构用钢和普通低合金用钢。机械零件用钢分为:渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。工具钢分为:刃具钢、模具钢、量具钢。刃具钢分为:碳素工具钢、低合金工具钢及高速钢。模具钢分为:冷作模具钢、热作模具钢。特殊性能钢分为:不锈钢、耐热钢和耐磨钢。
17．点缺陷(如间隙原子或代位原子)和线缺陷(如位错)为何会发生交互作用？这种交互作用如何影响力学性能？
【答案】点缺陷产生畸变，使局部能量提高，附近有弹性应变场；位错也是如此，但位错周围不同位置应力场状态不同，有的为压应力，有的为拉应力；点缺陷会聚集到位错上使应变能降低，使系统的能量下降，吸附溶质的位错是一种稳定组态；此时位错被钉扎而难以运动，使强度提高，会产生上下屈服点效应。
18．请说明合金中的一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳体的特点和区别。
【答案】铁碳合金都是由铁素体和渗碳体所构成的，随着碳含量的增加，渗碳体由零开始增加，合金组成相的相对含量会由此而变化，依据合金的碳含量和渗碳体在凝固过程中析出的顺序编为一次、二次和三次渗碳体，记为
。
共晶渗碳体及其以下含碳量超过2.11%时，液相组成生成连续分布的渗碳体构成莱氏体，共析渗碳体发生在及其以下形成片状渗碳体构成珠光体。