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西北工業(yè)大學(xué) 2010年碩士研究生入學(xué)考試試題 試題名稱：材料科學(xué)基礎(chǔ)（A卷） 試題編號(hào)：832 說 明：所有答題一律寫在答題紙上 第 1 頁(yè) 共 2 頁(yè)一、 簡(jiǎn)答題（每題10分，共50分）1. 請(qǐng)解釋-Fe與-Fe溶解碳原子能力差異的原因。2. 請(qǐng)簡(jiǎn)述位向差與晶界能的關(guān)系，并解釋原因？3. 請(qǐng)簡(jiǎn)述在固態(tài)條件下，晶體缺陷、固溶體類型對(duì)溶質(zhì)原子擴(kuò)散的影響。4. 請(qǐng)分析、解釋在正溫度梯度下凝固，為什么純金屬以平面狀生長(zhǎng)，而固溶體合金卻往往以樹枝狀長(zhǎng)大？5. 鐵碳合金中可能出現(xiàn)的滲碳體有哪幾種？它們的成分有何不同？平衡結(jié)晶后是什么樣的形態(tài)？二、 作圖計(jì)算題（每題15分，共60分）1. 寫出附圖的簡(jiǎn)單立方晶體中ED、CF的晶向指數(shù)和ACH、FGD的晶面指數(shù)，并求ACH晶面的晶面間距，以及FGD與ABCD兩晶面之間的夾角。（注：G、H點(diǎn)為二等分點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為三等分點(diǎn)）2. 請(qǐng)判斷圖示中和兩位錯(cuò)各段的類型，以及兩位錯(cuò)所含拐折（bc、de和hi、jk）的性質(zhì)？若圖示滑移面為fcc晶體的（111）面，在切應(yīng)力的作用下，兩位錯(cuò)將如何運(yùn)動(dòng)？（繪圖表示）3. 某合金的再結(jié)晶激活能為250KJ/mol，該合金在400完成再結(jié)晶需要1小時(shí)，請(qǐng)問在390下完成再結(jié)晶需要多長(zhǎng)時(shí)間。（氣體常數(shù)R=8.314L/molK）4. 請(qǐng)分別繪出fcc和bcc晶體中的最短單位位錯(cuò)，并比較二者哪一個(gè)引起的畸變較大。三、 綜合分析題（共40分）1、 請(qǐng)分析對(duì)工業(yè)純鋁、Fe-0.2%C合金、Al-5%Cu合金可以采用的強(qiáng)化機(jī)制，并闡述機(jī)理。（15分） 2、 請(qǐng)根據(jù)Cu-Zn相圖回答下列問題：(25分)1) 若在500下，將一純銅試樣長(zhǎng)期置于鋅液中，請(qǐng)繪出擴(kuò)散后從表面至內(nèi)部沿深度方向的相分布和對(duì)應(yīng)的濃度分布曲線。2) 請(qǐng)分析902、834、700、598、558各水平線的相變反應(yīng)類型，及其反應(yīng)式。3) 請(qǐng)繪出Cu-75%Zn合金的平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)或相組成。4) 請(qǐng)計(jì)算Cu-75%Zn合金平衡結(jié)晶至200時(shí)的相組成含量。2010年碩士研究生入學(xué)考試試題 參考答案 一、 簡(jiǎn)答題（每題10分，共50分）1. 請(qǐng)解釋-Fe與-Fe溶解碳原子能力差異的原因。答：-Fe為體心立方晶體，其八面體間隙為扁八面體，相比而言四面體間隙較大；-Fe為面心立方，其八面體間隙大。體心立方的四面體間隙比面心立方的八面體間隙小很多，因此溶解小原子的能力小很多。2. 請(qǐng)簡(jiǎn)述位向差與晶界能的關(guān)系，并解釋原因？答：位向差越大晶界能越高；隨位向差增大，晶界能先快速增大，后逐漸趨于穩(wěn)定。原因：位向差越大，缺陷越多（小角晶界位錯(cuò)密度越大），畸變?cè)絿?yán)重，因此能量越高。3. 請(qǐng)簡(jiǎn)述在固態(tài)條件下，晶體缺陷、固溶體類型對(duì)溶質(zhì)原子擴(kuò)散的影響。答：晶體缺陷處的原子具有較高能量，且原子排列比較雜亂，有利于擴(kuò)散。間隙原子擴(kuò)散激活能比置換原子擴(kuò)散激活能低，因此間隙原子擴(kuò)散速度高。4. 請(qǐng)分析解釋在正溫度梯度下凝固，為什么純金屬以平面狀方式生長(zhǎng)，而固溶體合金卻往往以樹枝晶方式長(zhǎng)大？答：正溫度梯度下，純金屬的液固界面是等溫的，小突起處的過冷度小，生長(zhǎng)受到抑制，因此液固界面保持平直，以平面狀生長(zhǎng)。固溶體合金由于溶質(zhì)原子再分配，產(chǎn)生成分過冷，液固界面處的小突起將獲得更大過冷度，因此以樹枝狀生長(zhǎng)。5. 鐵碳合金中可能出現(xiàn)的滲碳體有哪幾種？它們的成分有何不同？平衡結(jié)晶后是什么樣的形態(tài)？答：一次滲碳體（規(guī)則的、粗大條狀）、共晶滲碳體（萊氏體的連續(xù)基體）、二次滲碳體（沿奧氏體晶界分布，量多時(shí)為連續(xù)網(wǎng)狀，量少時(shí)是不連續(xù)網(wǎng)狀）、共析滲碳體（層片狀）、三次滲碳體（鐵素體晶界處）。它們成分沒有區(qū)別。二、 作圖計(jì)算題（每題15分，共60分）1. 寫出附圖的簡(jiǎn)單立方晶體中ED、CF的晶向指數(shù)和ACH、FGD的晶面指數(shù)，并求ACH晶面的晶面間距，以及FGD與ABCD兩晶面之間的夾角。（注：G、H點(diǎn)為二等分點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為三等分點(diǎn)）答：ED：，CF：ACH：，F(xiàn)Gd：ACH的晶面間距：FGD與ABCD之間的夾角：2. 請(qǐng)判斷圖示中和兩位錯(cuò)各段的類型，以及兩位錯(cuò)所含拐折（bc、de和hi、jk）的性質(zhì)？若圖示滑移面為fcc晶體的（111）面，在切應(yīng)力的作用下，兩位錯(cuò)將如何運(yùn)動(dòng)？（繪圖表示） 答：ab：螺位錯(cuò)；bc：刃位錯(cuò)；cd：螺位錯(cuò)；de：刃位錯(cuò)；ef：螺位錯(cuò)gh：螺位錯(cuò)；hi：刃位錯(cuò)；ij：螺位錯(cuò)；jk：刃位錯(cuò)；kl：螺位錯(cuò)bc、de為扭折，hi、jk為割階運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)為直線，上的h、i、j、k為固定點(diǎn)，形成位錯(cuò)源3. 某合金的再結(jié)晶激活能為250KJ/mol，該合金在400完成再結(jié)晶需要1小時(shí)，請(qǐng)問在390下完成再結(jié)晶需要多長(zhǎng)時(shí)間。（氣體常數(shù)R=8.314L/molK）答：所以t21.96小時(shí)4. 請(qǐng)分別繪出fcc和bcc晶體中的最短單位位錯(cuò)，并比較二者哪一個(gè)引起的畸變較大。答：BCC晶體中為：（1分），F(xiàn)CC晶體中為： 故：FCC中的b2引起的畸變較小。bcc： fcc：三、 綜合分析題（共40分）1、 請(qǐng)分析對(duì)工業(yè)純鋁、Fe-0.2%C合金、Al-5%Cu合金可以采用的強(qiáng)化機(jī)制，并解釋機(jī)理。（15分）答：工業(yè)純鋁：細(xì)晶強(qiáng)化利用晶界和位向差對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化；加工硬化利用冷變形后纏結(jié)位錯(cuò)之間的相互作用進(jìn)行強(qiáng)化。Fe-0.2%C：固溶強(qiáng)化利用碳原子引起鐵的晶格畸變對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化。加工硬化同上細(xì)晶強(qiáng)化同上沉淀強(qiáng)化利用碳化物對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化。Al-5%Cu：沉淀強(qiáng)化（時(shí)效強(qiáng)化）利用沉淀相對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化。加工硬化同上細(xì)晶強(qiáng)化同上2、 請(qǐng)根據(jù)Cu-Zn相圖回答下列問題：(25分)1) 若在500下，將一純銅試樣長(zhǎng)期置于鋅液中，請(qǐng)繪出擴(kuò)散后從銅棒表面至內(nèi)部沿深度方向的相分布和對(duì)應(yīng)的濃度分布曲線。2) 請(qǐng)分析902、834、700、598、558的相變反