西北工業(yè)大學(xué)2007-2011材料科學(xué)基礎(chǔ)真題與答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)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：832 說 明：所有答題一律寫在答題紙上 第 1 頁 共 2 頁一、 簡答題（每題10分，共50分）1. 請解釋-Fe與-Fe溶解碳原子能力差異的原因。2. 請簡述位向差與晶界能的關(guān)系，并解釋原因？3. 請簡述在固態(tài)條件下，晶體缺陷、固溶體類型對溶質(zhì)原子擴(kuò)散的影響。4. 請分析、解釋在正溫度梯度下凝固，為什么純金屬以平面狀生長，而固溶體合金卻往往以樹枝狀長大？5. 鐵碳合金中可能出

2、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？（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)，請問在390下完成再結(jié)晶需要多長時(shí)間。（氣體常數(shù)

3、R=8.314L/molK）4. 請分別繪出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、 請分析對工業(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，將一純銅試樣長期置于鋅液中，請繪出擴(kuò)散后從表面至內(nèi)部沿深度方向的相分布和對應(yīng)的濃度分布曲線。2) 請分析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) 請計(jì)算Cu-

4、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、 簡答題（每題10分，共50分）1. 請解釋-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. 請簡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），畸變越嚴(yán)重，因此能量越高。3. 請簡述在固態(tài)條件下，晶體缺陷、

5、固溶體類型對溶質(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，而固溶體合金卻往往以樹枝晶方式長大？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，生長受到抑制，因此液固界面保持平直，以平面狀生長。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。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）

6、、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（11

7、1）面，在切應(yīng)力的作用下，兩位錯(cuò)將如何運(yùn)動？（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)，請問在390下完成再結(jié)晶需要多長時(shí)間。（氣體常數(shù)R=8.314L/molK）答：所以t21.96小時(shí)4. 請分別繪出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

8、： 故：FCC中的b2引起的畸變較小。bcc： fcc：三、 綜合分析題（共40分）1、 請分析對工業(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位錯(cuò)運(yùn)動的阻礙作用進(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位錯(cuò)運(yùn)動的阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化。加工硬化同上細(xì)晶強(qiáng)化同上沉淀強(qiáng)化利用碳化物對位錯(cuò)運(yùn)動的阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化。Al-5%Cu：沉淀強(qiáng)化（時(shí)效強(qiáng)化）利用沉淀相對位錯(cuò)運(yùn)動的阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化。加工硬化同上細(xì)晶強(qiáng)化同上2、 請根據(jù)Cu-Zn相圖回答下列問

9、題：(25分)1) 若在500下，將一純銅試樣長期置于鋅液中，請繪出擴(kuò)散后從銅棒表面至內(nèi)部沿深度方向的相分布和對應(yīng)的濃度分布曲線。2) 請分析902、834、700、598、558的相變反應(yīng)類型，并寫出反應(yīng)式。3) 請繪出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) 請計(jì)算Cu-75%Zn合金平衡結(jié)晶至200時(shí)的相組成含量。 902：包晶 L+834：包晶L+700：包晶L+598：包晶L+558：共析+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：832說 明：所有答題一律寫在答題紙上 第 1 頁 共 2 頁簡答題（

10、每題10分，共50分）請從原子排列、彈性應(yīng)力場、滑移性質(zhì)、柏氏矢量等方面對比刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)的主要特征。何謂金屬材料的加工硬化？如何解決加工硬化對后續(xù)冷加工帶來的困難？什么是離異共晶？如何形成的？形成無限固溶體的條件是什么？簡述原因。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）寫出112晶面族的等價(jià)晶面。請判定下列反應(yīng)能否進(jìn)行：已知某晶體在500時(shí)，每1010個(gè)原子中可以形成有1個(gè)空位，請問該晶體的空位形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)a0.0539，波耳滋曼常數(shù)K1.38110-23

11、J / K）單晶銅拉伸，已知拉力軸的方向?yàn)?01，=106 Pa，求(111)面上柏氏矢量的螺位錯(cuò)線上所受的力（）綜合分析題（共40分）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的時(shí)間，會發(fā)生圖b-d的變化，請分析四個(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。根據(jù)Ag-Cd二元相圖：當(dāng)溫度為736、590、440和230時(shí)分別會發(fā)生什么樣的三相平衡反應(yīng)？寫出反應(yīng)式。分析Ag-56%Cd合金的平衡凝固過程，繪出冷卻曲線，標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)。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

12、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：832說 明：所有答題一律寫在答題紙上 第 1 頁 共 7 頁簡答題（每題10分，共50分）請從原子排列、彈性應(yīng)力場、滑移性質(zhì)、柏氏矢量等方面對比刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)的主要特征。答：刃型位錯(cuò)：1晶體中有一個(gè)額外原子面，形如刀刃插入晶體2刃位錯(cuò)引起的應(yīng)力場既有正應(yīng)力又有切應(yīng)力。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滑移面惟一5位錯(cuò)線的移動方向與晶體滑移方向平行（一致）6位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直螺型位錯(cuò)：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螺位錯(cuò)應(yīng)力場為純切應(yīng)力場3螺型位錯(cuò)與晶體滑移方向平行，故位錯(cuò)線一

13、定是直線4螺型位錯(cuò)的滑移面是不惟一；5位錯(cuò)線的移動方向與晶體滑移方向相互垂直。6位錯(cuò)線與柏氏矢量平行何謂金屬材料的加工硬化？如何解決加工硬化對后續(xù)冷加工帶來的困難？答：隨變形量增大，強(qiáng)度硬度升高，塑形下降的現(xiàn)象。軟化方法是再結(jié)晶退火。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。形成無限固溶體的條件是什么？簡述原因。答：只有置換固溶體才可能形成無限固溶體。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

14、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，晶格畸變越小，能量越低。電負(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。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，說明液固相成分差別大，冷速較快不容易達(dá)到成分均勻化。作圖計(jì)算題（每題15分，共60分）寫出112晶面族的等價(jià)晶面。答：請判定下列反應(yīng)能否進(jìn)行：答：幾何條件： ，滿足幾何條件能量條件： 不滿足能量條件，反應(yīng)不能進(jìn)行。已知某晶體在500時(shí)，每1010個(gè)原子中可以形成有1個(gè)空位，請問該

15、晶體的空位形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)A0.0539，波耳滋曼常數(shù)K1.38110-23 J / K）答：單晶銅拉伸，已知拉力軸的方向?yàn)?01，=106 Pa，求(111)面上柏氏矢量的螺位錯(cuò)線上所受的力（）答：外力在(111)上的分切應(yīng)力為：作用在位錯(cuò)線上的力為：綜合分析題（共40分）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的時(shí)間，會發(fā)生圖b-d的變化，請分析四個(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。答：圖a：晶粒拉長，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

16、。圖b：回復(fù)。晶粒基本不變，位錯(cuò)發(fā)生滑移、攀移等，位錯(cuò)重排，數(shù)量略有減少，空位大量減少。內(nèi)應(yīng)力得到消除。加工硬化基本保留。圖c：再結(jié)晶。形成新的無畸變新晶粒。存儲能全部釋放，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。根據(jù)Ag-Cd二元相圖：當(dāng)溫度為736、590、440和230時(shí)分別會發(fā)生什么樣的三相平衡反應(yīng)？寫出反應(yīng)式。分析Ag-56%Cd合金的平衡凝固過程，繪出冷卻曲線，標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)。分析Ag-95%Cd合金的平衡凝固與較快速冷卻時(shí)，室溫下組織組成會有什么變化，并討論其原因。答：736：包晶反應(yīng)，L+Ag 590：包晶反應(yīng)，L+ 440：共析反應(yīng)，Ag+ 230：共析反應(yīng)， 2）LLL+3）Ag-95%Cd合金的平衡凝固到室溫：Cd包II較快速冷卻到室溫：初Cd包II