【考研类试卷】材料科学基础-材料的形变和再结晶及答案解析.doc
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1、材料科学基础-材料的形变和再结晶及答案解析(总分:440.00,做题时间:90 分钟)一、论述题(总题数:44,分数:440.00)1.有一根长为 5m、直径为 3mm 的铝线,已知铝的弹性模量为 70GPa,求在 200N 的拉力作用下,此线的总长度。(分数:10.00)_2.一 Mg 合金的屈服强度为 180MPa,E 为 45GPa,求不至于使一块 10mm2mm 的 Mg 板发生塑性变形的最大载荷。在此载荷作用下,该镁板每 mm 的伸长量为多少?(分数:10.00)_3.已知烧结 Al2O3的孔隙度为 5%,其 E=370GPa。若另一烧结 Al2O3的 E=270GPa,试求其孔隙度
2、。(分数:10.00)_4.有一 Cu-30%Zn 黄铜板冷轧 25%后厚度变为 1cm,接着再将此板厚度减小到 0.6cm,试求总冷变形度,并推测冷轧后性能的变化。(分数:10.00)_5.有一截面为 10mm10mm 的镍基合金试样,其长度为 40mm,拉伸试验结果如下。载荷/N 标距长度/mm0 40.043100 40.186200 40.2102000 40.4104800 40.8109600 41.6113800 42.4121300 44.0126900 46.0127600 48.0113800(破断) 50.2试计算其抗拉强度 b、屈服强度 0.2、弹性模量 E 及延伸率
3、。(分数:10.00)_6.将一根长为 20m、直径为 14mm 的铝棒通过孔径为 12.7 mm 的模具拉拔,试求:这根铝棒拉拔后的尺寸;这根铝棒要承受的冷加工率。(分数:10.00)_7.确定下列情况下的工程应变 e和真实应变 eT,说明何者更能反映真实的变形特性:由 L 伸长至 1.1L; 由 h 压缩至 0.9h;由 L 伸长至 2L; 由 h 压缩至 0.5h。(分数:10.00)_8.对于预先经过退火的金属多晶体,其真实的应力-应变曲线塑性部分可近似表示为 T= ,其中 k和 n 为经验常数,分别称为强度系数和应变硬化指数。若有 A,B 两种材料,其走值大致相等,而nA=0.5,n
4、 B=0.2,则问:哪一种材料的硬化能力较高,为什么?同样的塑性应变时,A 和 B 哪个位错密度高,为什么?导出应变硬化指数 n 和应变硬化率 (分数:10.00)_9.有一 70MPa 应力作用在 fcc 晶体的001方向上,求作用在(111) 和(111) (分数:10.00)_10.有一 bcc 晶体的 (分数:10.00)_11.Zn 单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为 45,拉伸后滑移方向与拉伸轴的夹角为 30,求拉伸后的延伸率。(分数:10.00)_12.Al 单晶在室温时的临界分切应力 c=7.9105Pa。若在室温下将铝单晶试样做拉伸试验时,拉伸轴为123方向,试计算引起
5、该样品屈服所需施加的应力。(分数:10.00)_13.将 Al 单晶制成拉伸试棒(其截面积为 9mm2)进行室温拉伸,拉伸轴与001相交成 36.7,与011相交成 19.1,与111相交成 22.2,开始屈服时载荷为 20.4N,试确定主滑移系的分切应力。(分数:10.00)_14.Mg 单晶体的试样拉伸时,3 个滑移方向与拉伸轴分别相交成 38,45,85,而基面法线与拉伸轴相交成 60。如果在拉应力为 2.05MPa 时开始观察到塑性变形,则 Mg 的临界分切应力为多少?(分数:10.00)_15.MgO 为 NaCl 型结构,其滑移面为 110,滑移方向为110,试问沿哪一方向拉伸(或
6、压缩)不会引起滑移?(分数:10.00)_16.一个交滑移系包含一个滑移方向和包含这个滑移方向的两个晶面,如 bcc 晶体的(101) (分数:10.00)_17.fcc 和 bcc 金属在塑性变形时,流变应力与位错密度 的关系为 (分数:10.00)_18.证明:bcc 及 fcc 金属产生孪品时,孪晶面沿孪生方向的切变均为 0.707。(分数:10.00)_19.试指出 Cu 和 -Fe 两晶体易滑移的晶面和晶向,并求出他们的滑移面间距,滑移方向上的原子间及点阵阻力。(已知 GCu=48.3GPa,G -Fe =81.6GPa,=0.3)。(分数:10.00)_20.设运动位错被钉扎以后,
7、其平均间距 (分数:10.00)_21.设合金中一段直位错线运动时受到间距为 的第二相粒子的阻碍,试求证:使位错按绕过机制继续运动所需的切应力为: (分数:10.00)_22.40 钢经球化退火后,渗碳体全部呈半径为 10m 的球状,且均匀地分布在 -Fe 基础上。已知 Fe 的切变模量 G=7.9104MPa,-Fe 的点阵常数 a=0.28nm,试计算 40 钢的切变强度。(分数:10.00)_23.已知平均晶粒直径为 1mm 和 0.0625mm 的 -Fe 的屈服强度分别为 112.7MPa 和 196MPa,问平均晶粒直径为 0.0196mm 的纯铁的屈服强度为多少?(分数:10.0
8、0)_24.已知工业纯铜的屈服强度 S=70MPa,其晶粒大小为 NA=18 个/mm 2,当 NA=4025 个/mm 2时, S=95MPa。试计算 NA=260 个/mm 2时的 S。(分数:10.00)_25.简述陶瓷材料(晶态)塑性变形的特点。(分数:10.00)_26.脆性材料的抗拉强度可用下式表示:式中, 0为名义上所施加的拉应力;l 为表面裂纹的长度或者为内部裂纹长度的 ;r 为裂纹尖端的曲率半径; m实际上为裂纹尖端处应力集中导致的最大应力。现假定 Al2O3陶瓷的表面裂纹的临界长度为l=210-3mm,其理论的断裂强度为 (分数:10.00)_27.三点弯曲试验常用来检测陶
9、瓷材料的力学行为。有一圆形截面的 Al2O3试样,其截面半径 r=3.5mm,两支点间距为 50mm,当负荷达到 950N 时,试样断裂。试问:当支点间距为 40mm 时,另一个具有边长为12mm 正方形截面的同样材料试样在多大负荷时会发生断裂?(分数:10.00)_28.对于许多高分子材料,其抗拉强度 b是数均相对分子质量 的函数:(分数:10.00)_29.解释高聚物在单向拉伸过程中细颈截面积保持基本不变的现象。(分数:10.00)_30.现有一 6mm 铝丝须最终加工至 0.5mm 铝材,但为保证产品质量,此铝材的冷加工量不能超过85%,如何制订其合理的加工工艺?(分数:10.00)_3
10、1.铁的回复激活能为 88.9kJ/mol,如果将经冷变形的铁在 400下进行回复处理,使其残留加工硬化为60%需 160min,问在 450下回复处理至同样效果需要多少时间?(分数:10.00)_32.Ag 冷加工后位错密度为 1012/cm2,设再结晶晶核自大角度晶界向变形基体移动,求晶界弓出的最小曲率半径(Ag:G=30GPa,b=0.3nm,=0.4J/m 2)。(分数:10.00)_33.已知纯铁经冷轧后,在 527加热产生 50%的再结晶所需的时间为 104s,而在 727加热产生 50%再结晶所需的时间仅为 0.1s,试计算在 105s 时间内产生 50%的再结晶的最低温度为多少
11、摄氏度?(分数:10.00)_34.假定将再结晶温度定义为退火 1h 内完成转变量达 95%的温度,已知获得 95%转变量所需要的时间:式中,N,G 分别为再结晶的形核率和长大线速度, 。根据上述方程导出再结晶温度 TR与 G0,N 0,Q R及 Qn的函数关系。说明下列因素是怎样影响 G0,N 0,Q R及 Qn的: 预变形度; 原始晶粒度; (分数:10.00)_35.已知 Fe 的 Tm=1538,Cu 的 Tm=1083,试估算 Fe 和 Cu 的最低再结晶温度。(分数:10.00)_36.工业纯铝在室温下经大变形量轧制成带材后,测得室温力学性能为冷加工态的性能。查表得知:工业纯铝的再
12、结晶温度 T 再 =150,但若将上述工业纯铝薄带加热至 100,保温 16d 后冷至室温再测其强度,发现强度明显降低,请解释其原因。(分数:10.00)_37.某工厂用一冷拉钢丝绳将一大型钢件吊人热处理炉内,由于一时疏忽,未将钢丝绳取出,而是随同工件一起加热至 860,保温时间到了,打开炉门,要吊出工件时,钢丝绳发生断裂,试分析原因。(分数:10.00)_38.已知 H70 黄铜(Zn)=30%在 400的恒温下完成再结晶需要 1h,而在 390下完成再结晶需要 2h,试计算在 420恒温下完成再结晶需要多少时间?(分数:10.00)_39.设有 1cm3黄铜,在 700退火,原始晶粒直径为
13、 2.1610-3cm,黄铜的界面能为 0.5J/m2,由量热计测得保温 2h 共放出热量 0.035J,求保温 2h 后的晶粒尺寸。(分数:10.00)_40.设冷变形后位错密度为 1012/cm2的金属中,存在着加热时不发生聚集长大的第二相微粒,其体积分数=1%,半径为 1m,问这种第二相微粒的存在能否完全阻止此金属加热时再结晶(已知G=105MPa,b=0.3nm,比界面能 =0.5J/m 2)。(分数:10.00)_41.W 具有很高的熔点(T m=3410),常被选为白炽灯泡的发热体。但当灯丝存在横跨灯丝的大晶粒时就会变得很脆,并在频繁开关的热冲击下产生破断。试介绍一种能延长灯丝寿命
14、的方法。(分数:10.00)_42.Fe-3%Si 合金含有 MnS 粒子时,若其半径为 0.05m,体积分数为 0.01,在 850以下退火过程中,当基体晶粒平均直径为 6m 时,其正常长大即行停止,试分析其原因。(分数:10.00)_43.工程上,常常认为钢加热至 760时晶粒并不长大,而在 870时晶粒将明显长大。若钢的原始晶粒直径为 0.05mm,晶粒长大经验公式为 (分数:10.00)_44.简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力,并如何区分冷、热加工?动态再结晶与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么?(分数:10.00)_材料科学基础-材料的形变和再结晶答案解析(总分:440.00,
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