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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。
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一、2021年太原理工大学材料科学与工程学院819材料科学基础考研核心题库之简答题精编1．试述面心立方(111)面上的扩展位错交滑移到面的过程。
【答案】(111)面上的扩展位错在滑移的时候受阻，可以发生束集形成螺型全位错，其位错反应为
形成的螺位错，位错线，可以交滑移到面上，并且扩展开，在面上形成扩展位错，即。
该扩展位错可以在面上继续运动，也可以发生束集，再交滑移到(111)面上，再扩展开。
2．为什么钢铁零件渗碳温度一般要选择在相区中进行？若不在相区进行会有什么结果？
【答案】即奥氏体中溶碳量最大可达到2.11%，而仅能溶解0.0218%碳，形成的浓度梯度小，扩散系数小；为高温相，D值大，所以在中渗碳。相存在的温度高，这时原子的运动速度大，也会促进扩散的进行。因此渗碳往往选择在区进行。
若不在该区内进行处理，即使原子可以充分扩散，由于最多仅能溶解0.0218%碳，这样渗碳层的碳浓度也会很低，达不到渗碳的目的。
3．解释上坡扩散、扩散机制，总结扩散在材料科学中的应用。
【答案】上坡扩散是扩散过程中扩散元素从低浓度向高浓度处扩散；如各种溶质原子气团的形成和共析反应产物的形成均为上坡扩散。
扩散机制主要为：间隙固溶体中溶质原子在间隙中发生间隙扩散，在置换式固溶体中发生原子与空位交换实现扩散的空位机制。
原子扩散在材料中的作用包括：晶体凝固时形核、长大；合金的成分过冷；成分均匀化，包晶反应非平衡凝固时保留高温组织的特点，固态相变时的形核，晶界形核，晶界运动、晶界偏聚、高温蠕变，氧化，焊接，化学热处理(渗C、N等)，粉末冶金，涂层等各方面。
4．说明金属材料经冷塑性变形后在不同回复阶段各种晶体缺陷的行为表现以及对应的材料物理、化学及力学性能的变化。
【答案】金属经冷塑性变形后，各种缺陷明显增加，在随后的不同热处理阶段又会发生不同的变化：在低温回复阶段，冷变形后所产生的大量空位，通过空位迁移至表面或晶界、空位与间隙原子重新重合、空位与位错发生交互作用、空位聚集成空位片等方式，使得空位等点缺陷数量急剧减少。这时材料的电阻减小，达到接近冷变形前的状态，但力学性能基本不变。
在中温回复阶段，主要表现为位错的滑移，导致位错的重新结合，异号位错的汇聚而抵消以及亚晶的长大。这时对应材料的第一类应力消除，金属构件的尺寸稳定；第二类应力基本消除，抗应力腐蚀能力提高，但力学性能仍然变化不明显。
在高温回复阶段，位错不仅可以滑移同时也发生攀移，使得多层滑移面上的位错密度趋于相同，各位错之间的作用力使得同一滑移面上的位错分布均匀，间距大体相等，形成规则排列的垂直于滑移面的位错墙，即形成小角度晶界，它将原晶粒分隔成若干个亚晶粒。这时材料的物理、化学性能完全恢复到塑性变
形前，力学性能稍有变化，强度有所降低，塑性稍有提高。
5．何谓钢的淬透性？淬硬性？说明影响淬透性、淬硬性及淬透层深度的因素。
【答案】淬透性:钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。淬硬性:钢的淬硬性是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。
影响淬透性的因素：(a)淬透性取决于钢的淬火临界冷却速度的大小，即连续冷却“C”区线“鼻子尖”所对应的冷速，即取决于“C”曲线与纵轴的距离。而影响“C”曲线的形状与位置的因素主要是合金元素，除Co、Al外，所有合金元素加入均使“C”曲线右移，淬透性增加。淬透性不随工件形状、尺寸和介质冷却能力而变。
淬透层深度与钢的淬透性与工件尺寸和淬火介质的冷却能力等因素有关。
淬硬性主要取决于马氏体的含碳量。
6．试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同。
【答案】珠光体、贝氏体、马氏体转变异同点
7．简述碳钢的不同回火温度范围及其对应的回火组织类型。
【答案】低温回火：；组织：回火M(F碳化物)；性能：残余应力消除，高硬度+高强度，较低的塑性和韧性。
中温回火：；组织：回火T(F+极细粒状渗碳体)；性能:较高的屈服强度，髙弹性极限，较好的塑性和韧性。
高温回火：；组织：回火S(F+细粒状渗碳体)；性能：高的塑性和韧性，较低的屈服强度和硬度。
8．利用派-纳力公式解释为什么晶体滑移通常发生在原子最密排面最密方向。
【答案】P-N力公式
其中G表示切变模量，ν表示泊松比，a表示晶面间距，b表示滑移方向原子间距。由公式可知，a最大、b最小的时候最小，因此为了减少滑移阻力，滑移方向一定是最密排方向，滑移面一定是面间距a 最大的密排晶面。由图可以看出，密排程度越髙的晶面，晶面间距也就越大，结合力也就越弱,滑移阻力小;同理最密排方向的两列原子结合力也最小，因此滑移方向一定是最密排方向，滑移面一定是最密排面。
图
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。
10．什么是调幅分解？说明发生调幅分解的条件。调幅分解的组织有何特点？
【答案】调幅分解是固溶体的一种特殊形式，通过扩散偏聚机制由一种固溶体分解成结构与母相相同而成分不同的两种固溶体。
发生调幅分解的条件：二元合金相图有固溶度间隙的合金，成分自由能曲线有的范围，温度足
够高，溶质原子可以进行扩散。(自由能下降足够克服梯度能和应变能。)。
调幅组织呈有周期性的图案状，弥散度大，分布均匀，有较高的连通性。
11．什么是上、下屈服点效应(在纯铁或低碳钢中)？原因是什么？
【答案】含C、N间隙原子的低碳钢形变时，滑移启动时的抗力较大(上屈服点)，滑移进行时的抗力较小(下屈服点)，在应力应变曲线上可明显看出。原因是间隙原子聚集在位错上(柯氏气团)钉扎了位错，出现上屈服点，位错一旦摆脱钉扎后便不受影响(对应下屈服点)。
12．写出〈110〉、〈111〉、〈112〉、〈123〉晶向族所包含的所有晶向。
【答案】(1)共6个晶向。
(2)共4个晶向。
(3)
共12个晶向。
(4)
共24个晶向。
13．示意画出平衡态碳钢的强度随钢含碳量的变化曲线，并从成分-组织-性能的角度定性解释之。
【答案】如下图所示，强度随碳含量增加先增高后下降，在碳含量约1.0%时为强度极大值。强度的这种变化与平衡态碳钢中的组织随碳含量变化有关：当时，钢中的组织为铁素体+珠光体，且珠光体的质量分数随碳含量增高而增大，而珠光体在钢中起强化作用，故强度随碳含量增加而增高；当
0.77%后，钢中的组织为二次渗碳体+珠光体，二次渗碳体以网状分割珠光体，且二次渗碳体的质量分数随碳含量增高而增大。渗碳体硬而脆，少量不连续分布的二次渗碳体起强化作用，故强度随碳含量增加继续增高；但当后，
二次渗碳体的质量分数增加到呈连续网状分布，则会在外力作用下首先断裂形成微裂纹，故强度下降。
图
14．根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。
【答案】由凝固理论可知，结晶时单位体积中的晶粒数目z取决于形核率N和晶体长大速率两个因素，即。基本途径：
(1)增加过冷度增加，N和都随之增加，但是N的增长率大于的增长率。因而，的值增加，即z增多。
(2)加入形核剂，即变质处理。加入形核剂后，可以促使过冷液体发生非均匀形核。它不但使非均匀形核所需要的基底增多，而且使临界晶核体积减小,这都将使晶核数目增加，从而细化晶粒。
(3)振动结晶。振动，一方面提供了形核所需要的能量,另一方面可以使正在生长的晶体破断，可增加更多的结晶核心，从而使晶粒细化。
15．说明合金强化的主要机制。
【答案】(1)细晶强化：通过增加晶粒数目，提高晶界对移动位错的阻碍作用，从而达到强化的效果。
(2)固溶强化：即将溶质原子溶入基体金属中，使基体金属产生点阵畸变，从而抑制位错源的活动以提高基体金属的强度。
(3)形变强化：即当晶体经过形变之后，使晶体内部的位错发生塞积或缠结，难以运动，从而达到强化基体的目的。
(4)第二相强化：即通过第二相粒子均匀弥散分布在基体上，阻止位错的运动或增加位错运动的阻力，提高合金的强度。
16．简述纯金属晶体长大的机制。
【答案】晶体长大机制是指晶体微观长大方式，它与液-固界面结构有关。
具有粗糙界面的物质，因界面上约有50%的原子位置空着，这些空位都可接受原子，故液体原子可以单个进入空位，与晶体相连接，界面沿其法线方向垂直推移，呈连续式长大。