西工大材料科學(xué)基礎(chǔ)真題

1、西北工業(yè)大學(xué)2011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(shuō)明：所有答題一律寫在答題紙上第1頁(yè)共2頁(yè)簡(jiǎn)答題（每題10分，共50分）1. 請(qǐng)從原子排列、彈性應(yīng)力場(chǎng)、滑移性質(zhì)、柏氏矢量等方面對(duì)比刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)的主要特征。2何謂金屬材料的加工硬化？如何解決加工硬化對(duì)后續(xù)冷加工帶來(lái)的困難？3什么是離異共晶？如何形成的？4. 形成無(wú)限固溶體的條件是什么？簡(jiǎn)述原因。5. 兩個(gè)尺寸相同、形狀相同的銅鎳合金鑄件，一個(gè)含90%Ni，另一個(gè)含50%Ni，鑄造后自然冷卻，問(wèn)哪個(gè)鑄件的偏析嚴(yán)重？為什么？作圖計(jì)算題（每題15分，共60分）1、寫出112晶面族的等價(jià)晶面。aa2、 請(qǐng)判

2、定下列反應(yīng)能否進(jìn)行：-1 11 -111 > a0013、已知某晶體在500E時(shí)，每1010個(gè)原子中可以形成有1個(gè)空位，請(qǐng)問(wèn)該晶體的空位 形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)0.0539,波耳滋曼常數(shù)K = 1.381 X0-23 J / K）4、單晶銅拉伸，已知拉力軸的方向?yàn)?01 ,Z =10 Pa,求（111）面上柏氏矢量b- 101的螺位錯(cuò)線上所受的力（1一一 ）綜合分析題（共40分）1. 經(jīng)冷加工的金屬微觀組織變化如圖 a所示，隨溫度升高，并在某一溫度下保溫足夠 長(zhǎng)的時(shí)間，會(huì)發(fā)生圖b-d的變化，請(qǐng)分析四個(gè)階段微觀組織、體系能量和宏觀性能2. 根據(jù)Ag-Cd二元相圖：1）當(dāng)溫度為73

3、6C、590C、440E和230E時(shí)分別會(huì)發(fā)生什么樣的三相平衡反應(yīng)? 寫出反應(yīng)式。2）分析Ag-56%Cd合金的平衡凝固過(guò)程，繪出冷卻曲線，標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)。3）分析Ag-95%Cd合金的平衡凝固與較快速冷卻時(shí)， 室溫組織會(huì)有什么差別，并 討論其原因。西北工業(yè)大學(xué)2011年碩士研究生入學(xué)考試試題參考答案試題名稱：材料科學(xué)基礎(chǔ)（ A卷） 試題編號(hào)：832說(shuō)明：所有答題一律寫在答題紙上第1頁(yè)共7頁(yè)四、 簡(jiǎn)答題（每題10分，共50分）6. 請(qǐng)從原子排列、彈性應(yīng)力場(chǎng)、滑移性質(zhì)、柏氏矢量等方面對(duì)比刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)的主要特征。答：刃型位錯(cuò)：1）1晶體中有一個(gè)額外原子面，形如刀刃插入晶體2）2刃位錯(cuò)引起的

4、應(yīng)力場(chǎng)既有正應(yīng)力又有切應(yīng)力。3) 3 位錯(cuò)線可以是折線或曲線 , 但位錯(cuò)線必與滑移(矢量)方向垂直4) 4 滑移面惟一5) 5 位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向平行(一致)6) 6 位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直 螺型位錯(cuò)：1) 1 上下兩層原子發(fā)生錯(cuò)排，錯(cuò)排區(qū)原子依次連接呈螺旋狀2) 2 螺位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)為純切應(yīng)力場(chǎng)3) 3 螺型位錯(cuò)與晶體滑移方向平行，故位錯(cuò)線一定是直線4) 4 螺型位錯(cuò)的滑移面是不惟一；5) 5 位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向相互垂直。6) 6 位錯(cuò)線與柏氏矢量平行7. 何謂金屬材料的加工硬化？如何解決加工硬化對(duì)后續(xù)冷加工帶來(lái)的困難？ 答：隨變形量增大，強(qiáng)度硬度升高，塑形下降的現(xiàn)象。軟化

5、方法是再結(jié)晶退火。8. 什么是離異共晶？如何形成的？答：在共晶水平線的兩個(gè)端部附近，由于共晶量少，領(lǐng)先相相依附在初生相上，另 一相獨(dú)立存在于晶界，在組織學(xué)上失去共晶體特點(diǎn)，稱為離異共晶。有時(shí)，也將端 部以外附近的合金，在非平衡凝固時(shí)得到的少量共晶，稱為離異共晶。9. 形成無(wú)限固溶體的條件是什么？簡(jiǎn)述原因。答：只有置換固溶體才可能形成無(wú)限固溶體。且兩組元需具有相同的晶體結(jié)構(gòu)、相 近的原子半徑、相近的電負(fù)性、較低的電子濃度。原因：溶質(zhì)原子取代了溶劑原子 的位置，晶格畸變較小，晶格畸變?cè)叫。芰吭降?。電?fù)性相近不易形成化合物。 電子濃度低有利于溶質(zhì)原子溶入。10. 兩個(gè)尺寸相同、形狀相同的銅鎳合金鑄

6、件，一個(gè)含 90%Ni，另一個(gè)含50%Ni，鑄造 后自然冷卻，問(wèn)哪個(gè)鑄件的偏析嚴(yán)重？為什么？答：50%Ni的偏析嚴(yán)重，因?yàn)橐汗滔嗑€差別大，說(shuō)明液固相成分差別大，冷速較快 不容易達(dá)到成分均勻化。五、作圖計(jì)算題(每題 15分，共 60 分)1寫出112晶面族的等價(jià)晶面。答:112 = (112)(112)(112)(112)(121)(刁21)(121)(121)(211)(211)(21 1)(211)2、請(qǐng)判定下列反應(yīng)能否進(jìn)行：a111 +a111H a001答：幾何條件： ai11 |111 = |002 =a001，滿足幾何條件能量條件:b121 2b32 二 a .020212 二a2不

7、滿足能量條件，反應(yīng)不能進(jìn)行3、已知某晶體在500r時(shí)，每1010個(gè)原子中可以形成有1個(gè)空位，請(qǐng)問(wèn)該晶體的空位 形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)A = 0.0539,波耳滋曼常數(shù)K = 1.381 X0-23 J / K）答:c = Aexp(-c工10 °Ev 二-kTIn 1.381 10(500273) l nA0.05392019= 1.068 1017.8 =1.9 104、單晶銅拉伸,已知拉力軸的方向?yàn)?01，Z =10 Pa,求（111）面上柏氏矢量b二的螺位錯(cuò)線上所受的力（j二 %皿答：外力在（111）|二上的分切應(yīng)力為:1 1i=cosip cos a = 10 忘

8、XX = 4.082S X 10 Pa作用在位錯(cuò)線上的力為：=1.039 X104 N/mF = tb= 4.0825 X105 冥逅 X 036 X IO92六、綜合分析題（共40分）3. 經(jīng)冷加工的金屬微觀組織變化如圖 a所示，隨溫度升高，并在某一溫度下保溫足夠長(zhǎng)的 時(shí)間，會(huì)發(fā)生圖b-d的變化，請(qǐng)分析四個(gè)階段微觀組織、體系能量和宏觀性能變化的機(jī) 理和原因。b)c)d)答：圖a：晶粒拉長(zhǎng)，缺陷數(shù)量增大形成位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生變形織構(gòu)；存儲(chǔ)能升高；位錯(cuò)纏結(jié)導(dǎo)致加工硬化，強(qiáng)度硬度升高，塑形下降，組織取向明顯導(dǎo)致各向異性。圖b：回復(fù)。晶?；静蛔儯诲e(cuò)發(fā)生滑移、攀移等，位錯(cuò)重排，數(shù)量略有減少，空位大

9、量減少。內(nèi)應(yīng)力得到消除。加工硬化基本保留。圖c：再結(jié)晶。形成新的無(wú)畸變新晶粒。存儲(chǔ)能全部釋放，變形產(chǎn)生的點(diǎn)陣畸變消除。加 工硬化消除，力學(xué)性能基本恢復(fù)到冷變形前的水平。圖d：晶粒長(zhǎng)大。晶粒粗化。體系能量因界面能的下降而下降。強(qiáng)度下降，塑形也下降。4. 根據(jù)Ag-Cd二元相圖:1）當(dāng)溫度為736C、590C、440C和230C時(shí)分別會(huì)發(fā)生什么樣的三相平衡反應(yīng)？寫出反應(yīng)式2）分析Ag-56%Cd合金的平衡凝固過(guò)程，繪出冷卻曲線，標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)3）分析Ag-95%Cd合金的平衡凝固與較快速冷卻時(shí)，室溫下組織組成會(huì)有什么變化, 并討論其原因。答：736C :包晶反應(yīng),590r :包晶反應(yīng),440

10、 °C：共析反應(yīng),230 C :共析反應(yīng),L+AgBL+Ag+丫Y T pp S '3） Ag-95%Cd合金的平衡凝固到室溫：Cd包+印較快速冷卻到室溫：&初+ Cd包+ £ ,且& I相數(shù)量相對(duì)較少，尺寸相對(duì)細(xì)小。原因：快速冷卻時(shí)，由于固態(tài)中擴(kuò)散較慢，使本應(yīng)該在包晶反應(yīng)中消失的&初有剩余，既產(chǎn)生包晶轉(zhuǎn)變不完全。另外，由于冷速快，使得& I相變得細(xì)小，析出數(shù)量減少。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(shuō)明：所有答題一律寫在答題紙上第1頁(yè)共2頁(yè)簡(jiǎn)答題（每題10分，共50分）1請(qǐng)

11、解釋YFe與a-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(shù)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)？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、C'F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A 'B'C '兩晶面之間的夾角。（注： G、H點(diǎn)為二等分點(diǎn)，

12、F點(diǎn)為三等分點(diǎn)）2請(qǐng)判斷圖示中一和一兩位錯(cuò)各段的類型，以及兩位錯(cuò)所含拐折（be、de和hi、jk）的性質(zhì)？若圖示滑移面為fee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400C完成再結(jié)晶需要1小時(shí)，請(qǐng)問(wèn)在390C下完成再結(jié)晶需要多長(zhǎng)時(shí)間。（氣體常數(shù)R=8.314L/mol K）4請(qǐng)分別繪出fee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、AI-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

13、答下列問(wèn)題：（25分）1）若在500C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902C、834C、700C、598C、558C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 C時(shí)的相組成含量。4L910002010年碩士研究生入學(xué)考試試題參考答案簡(jiǎn)答題（每題10分，共50分）1請(qǐng)解釋YFe與a-Fe溶解碳原子能力差異的原因。答：aFe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；丫Fe為面心立

14、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(shù)枝晶方式長(zhǎng)大？答：正溫度

15、梯度下，純金屬的液固界面是等溫的，小突起處的過(guò)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(guò)冷，液固界 面處的小突起將獲得更大過(guò)冷度，因此以樹(shù)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(méi)有區(qū)別。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、C'F的晶向指數(shù)和

16、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： .，C'：ACH :門 口，F(xiàn)Gd:"'> a £rf =二一ACH的晶面間距： 皿冬呵：壯FGD與ABCD之間的夾角:cos；a=2請(qǐng)判斷圖示中一和一兩位錯(cuò)各段的類型，以及兩位錯(cuò)所含拐折（be、de和hi、jk）的性質(zhì)？若圖答：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)be、de為扭折，

17、hi、jk為割階運(yùn)動(dòng)后一恢復(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 ,完成再結(jié)晶需要多長(zhǎng)時(shí)間。（氣體常數(shù)該合金在400C完成再結(jié)晶需要 1小時(shí)，請(qǐng)問(wèn)在390C下R=8.314L/mol K)2.Sxills/'B.314T 二 050935341TS所以t2 = 1.96小時(shí)4請(qǐng)分別繪出fee和bee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）, FCC晶體中為:IMVl+1+la|加壬肛帀二芻故：FCC中的b2引起的畸變較小。bcc:gMfcc 如辿 0、綜合分析題（共40分）1、 請(qǐng)分析

18、對(duì)工業(yè)純鋁、Fe-0.2%C合金、AI-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)化一一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；加工硬化一一利用冷變形后纏結(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)化一一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)化一一同上沉淀強(qiáng)化一一利用碳化物對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化。AI-5%Cu :沉淀強(qiáng)化（時(shí)效強(qiáng)化）一一利用沉淀相對(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)化一一同上2、 請(qǐng)根據(jù)Cu-Zn相圖回答下列問(wèn)題：（25分）1）若在500C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