材料科學(xué)基礎(chǔ)真題版

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1.在晶格常數(shù)為a的面心立方晶胞中,畫出{111}晶面族的全部晶面并標(biāo)出各自的晶面指數(shù),計(jì)算面間距?！?2′

2.晶粒直徑為50um,若在晶界萌生位錯(cuò)所需要的應(yīng)力約為G/30,晶粒中部有位錯(cuò)源,問要多大的外力才能使晶界萌生位錯(cuò)？〔13′

3.含碳量為百分之3.5的鐵－碳合金,在室溫時(shí)由哪兩個(gè)相組成？各占的重量百分?jǐn)?shù)是多少？并計(jì)算室溫時(shí)珠光體和萊氏體的百分含量。〔12′

4.再結(jié)晶后的晶粒大小如何計(jì)算?與哪些因素有關(guān)？為何多數(shù)金屬材料再結(jié)晶后晶粒尺寸隨預(yù)定形變量的關(guān)系會(huì)在百分之10變形量附近出現(xiàn)一個(gè)峰值？〔13′

5.材料發(fā)生蠕變時(shí)通常符合

的指數(shù)定律,對(duì)于同一種材料討論說明式中的n會(huì)不會(huì)隨試驗(yàn)溫度變化？試驗(yàn)測(cè)定n值的目的是什么？在例如800攝氏度的試驗(yàn)溫度下,金屬材料和陶瓷材料的n值由什么不同？〔13′

6.什么是電子的分子軌道？為什么有的同類原子會(huì)形成分子？有的同類原子不形成分子？是否原子間核外電子越多,形成的分子就軌道越多？是否形成的分子軌道越多,形成的分子的結(jié)合鍵就越強(qiáng)？回答問題并給予簡(jiǎn)單討論?！?2分

7.解釋名詞

〔1復(fù)合強(qiáng)化〔2晶界偏析〔3應(yīng)變疲勞〔4擴(kuò)散激活能

〔20′

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1.畫出面心立方體的〔111和〔100面,計(jì)算面間距和面密度。證實(shí)晶面的間距越大,原子面密度越高。〔15′

2.假定一塊鋼進(jìn)行熱處理時(shí),加熱到850攝氏度后,快冷到室溫,鐵中空位的形成能是104Kj/mol,R=8332J/Kmol.。試計(jì)算,從20攝氏度加熱到850攝氏度以后,空位的數(shù)目應(yīng)當(dāng)增加多少倍？扼要解釋快速淬冷到室溫后,這些"額外"的空位會(huì)出現(xiàn)什么情況？如果緩慢冷卻呢？〔12′

3.三元相圖中含有液相的四相區(qū)有哪幾種形狀？請(qǐng)分別畫出并標(biāo)出四個(gè)相的位置和進(jìn)入與離開四相區(qū)的液相成分隨溫度變化的投影線,寫出對(duì)應(yīng)的各四相反應(yīng)的表達(dá)式。討論四相區(qū)零自由度的含意?！?3′

4.課本第153頁習(xí)題第2題?！?5′

5.比較共價(jià)鍵,離子鍵,和金屬鍵的不同點(diǎn),解釋產(chǎn)生這三種化學(xué)鍵各自的主要原因,另外討論為什么通常共價(jià)鍵晶體的密度比其他兩種鍵的晶體的密度低?<13′>

6.〔1.如果不考慮畸變能,第二相粒子在晶內(nèi)析出是何形態(tài)？在晶界析出呢？〔2如果不考慮界面能,析出物為何形態(tài)？是否會(huì)在晶界優(yōu)先析出呢？〔12′

7.解釋名詞

〔1相變?cè)鲰g〔2復(fù)合強(qiáng)化〔3斷裂增韌<4>再結(jié)晶〔20′

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1.當(dāng)兩個(gè)反號(hào)垂直相隔數(shù)個(gè)原子距離〔B的刃位錯(cuò)相互滑移成為一列,寫出計(jì)算滑移力隨水平相互距離x的表達(dá)式,試分析相互滑移作用力的變化過程？另外,圖示解釋,當(dāng)兩位錯(cuò)成為垂直一列時(shí),位錯(cuò)間將形成什么缺陷？當(dāng)B值很大時(shí)呢？〔18分

2.已知金屬銥是面心立方結(jié)構(gòu),原子量是192.2g/mol,密度是22.4g/cm3,請(qǐng)計(jì)算銥的原子半徑?！?6分

3.鐵的界面能是0.78J/m2,若夾雜物a>在鐵的晶界上形成球狀?yuàn)A雜的二面角為80°,b沿鐵的晶界面分布,分別求鐵和夾雜物間的界面能?！?6分

4.在百分之15體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料中,當(dāng)塑性變形百分之0.1時(shí),碳化硅是不發(fā)生塑性變形的,只有鋁基體被變形。如果,

碳化硅粒子的半徑為1.2um,鋁中位錯(cuò)b矢量為3×10－4um,此時(shí)在粒子前沿將塞積4條位錯(cuò),如何計(jì)算〔提示：粒子無法進(jìn)行與基體等量的塑性變形將導(dǎo)致相應(yīng)量的位錯(cuò)在其前沿塞積？鋁的屈服應(yīng)力為200Mpa,問此時(shí)碳化硅粒子中受多大的力？此時(shí)復(fù)合材料的強(qiáng)度是多少？〔18分

5.寫出圖中立方晶系的晶面指數(shù),寫出所屬面族的其他所有晶面?！矔?huì)標(biāo)晶面指數(shù)<18分>

6.下圖是AL-Nd二元相圖,只有單相區(qū)標(biāo)了出來,請(qǐng)指出所有的共晶,共析,包晶和異晶〔成分不變只有晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變的成分位置和轉(zhuǎn)變溫度,并寫出它們各自的降溫轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式。〔圖類似于課本P245圖8－31

7.奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變符合Avrami公式y(tǒng)=1-exp<-ktn>,按照下表給出的試驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算轉(zhuǎn)變百分之95所需要的時(shí)間：

轉(zhuǎn)變數(shù)量

需要時(shí)間〔s

百分之20

12.6

百分之80

28.2

〔20分

8.解釋名詞

〔1擴(kuò)散系數(shù)〔2成分過冷〔3再結(jié)晶

〔4布里淵區(qū)〔28分

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1.會(huì)標(biāo)晶向指數(shù)。

〔15分

2.〔15分為什么單相金屬的晶粒形狀在顯微鏡下多為六邊形？

3.〔15分金屬中的自由電子為什么對(duì)比熱貢獻(xiàn)很小卻能很好的導(dǎo)電？

4〔15分已知：空位形成能是1.08ev/atm,鐵的原子量是55.85g/mol,鐵的密度是7.65g/cm3,NA=6.023*1023,K=8.62×10-5ev/atom-K,請(qǐng)計(jì)算1立方米的鐵在850°C下的平衡空位數(shù)目。

5.〔15分在面心立方晶體中,在〔1-11面上,有柏氏矢量為a/2[-101]的刃位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),在〔11－1面上有柏氏矢量為a/2[1－10]的刃位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),當(dāng)它們靠近時(shí)是否穩(wěn)定？有什么變化？說明之。

6.〔15分<1>用晶向和晶面指數(shù)的組合寫出面心立方,體心立方及密排六方金屬的全部滑移系?！?在面心立方晶體的單位晶胞中畫出一個(gè)滑移系,并標(biāo)出晶面晶向指數(shù)。

7〔15分為什么材料有時(shí)會(huì)在其屈服強(qiáng)度以下的應(yīng)力載荷時(shí)失效？如何防止？如何進(jìn)行容器只漏不斷的設(shè)計(jì)？

8.〔15分根據(jù)如下給出的信息,繪制出A和B組元構(gòu)成的600攝氏度到1000攝氏度之間的二元相圖：A組元的熔點(diǎn)是940攝氏度；B組元在A組元中的溶解度在所有溫度下為零；B組元的熔點(diǎn)是830攝氏度,A在B中的最大溶解度是700攝氏度為百分之12；600攝氏度以下A在B中的溶解度是百分之8；700攝氏度時(shí)在成分點(diǎn)A－百分之75B有一個(gè)共晶轉(zhuǎn)變；755攝氏度時(shí)在成分點(diǎn)A－百分之40B還有一個(gè)共晶轉(zhuǎn)變；在780攝氏度時(shí)在成分點(diǎn)A－百分之49B有一個(gè)穩(wěn)定金屬間化合物凝固發(fā)生；在755攝氏度時(shí)成分點(diǎn)A－百分之67B有另一個(gè)穩(wěn)定金屬間化合物凝固反應(yīng)。

9〔10分為什么在正溫度梯度下合金結(jié)晶時(shí)也會(huì)發(fā)生枝晶？凝固時(shí)合金液體中成分船頭波的區(qū)域尺寸對(duì)枝晶有什么影響？另外,何種情況下發(fā)生胞狀結(jié)晶組織？

10.〔20分解釋名詞

〔1擴(kuò)散系數(shù)〔2珠光體〔3再結(jié)晶〔4位錯(cuò)割階

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1〔15分名詞解釋

空間點(diǎn)陣

間隙相

成分過冷

反應(yīng)擴(kuò)散

連續(xù)脫溶

2〔20分判斷題

<1>屬于同一種空間點(diǎn)陣的晶體可以具有不同的晶體結(jié)構(gòu)

〔2一個(gè)位錯(cuò)環(huán)不可能處處都是螺位錯(cuò),也不可能處處都是刃位錯(cuò)。

〔3致密度高的密排金屬作為溶劑形成間隙固溶體時(shí),其溶解度總比致密度低的金屬小。

〔4非共晶成分的合金,經(jīng)較快冷卻而形成的全部共晶組織稱為偽共晶。

〔5液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí),形成臨界晶核時(shí)體積自有能的減少只能補(bǔ)償新增表面能的1/3.

〔6單晶體的臨界分切應(yīng)力主要取決于晶體的類型及純度,而與外力的大小和取向無關(guān)。

〔7強(qiáng)化金屬材料的各種手段,其出發(fā)點(diǎn)都在于制造無缺陷的晶體或設(shè)置位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。

〔8一般情況下,高純金屬比工業(yè)純度金屬更容易發(fā)生再結(jié)晶。

〔9純金屬經(jīng)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變后,會(huì)產(chǎn)生組織和結(jié)構(gòu)方面的變化。

〔10調(diào)幅分解過程中發(fā)生溶質(zhì)原子的上坡擴(kuò)散。

3.黃銅是一種Cu-Zn合金,可由于蒸發(fā)而失去鋅,〔鋅的沸點(diǎn)低達(dá)900°C.。設(shè)經(jīng)900攝氏度10分鐘處理后,在深度1mm處合金的性能將發(fā)生某種變化,如果只能容許在0.5mm處的性能發(fā)生這一程度的變化,那么這種合金在800攝氏度能停留多長時(shí)間？〔已知鋅在銅中的擴(kuò)散激活能Q＝20000R

<15分>

4.下圖中給出兩個(gè)純螺型位錯(cuò),其中一個(gè)含有一對(duì)扭折,另一個(gè)含有一對(duì)割階,圖中箭頭方向?yàn)槲诲e(cuò)線的正方向,問：

〔1這兩對(duì)位錯(cuò)線何者為扭折,何者為割階？它們屬于什么類型位錯(cuò)？

〔2假定圖上所示的滑移面為面心立方晶體的〔111面,問哪一對(duì)位錯(cuò)線可以通過自身的滑動(dòng)而消除,說明理由。

〔3含有割階的螺位錯(cuò)在滑移時(shí)是怎樣形成空位的？

〔4指出各位錯(cuò)中多余半原子面的位置。

〔注：一定要把位錯(cuò)部分吃透

5.下圖是-A-B-C三元相圖富A角的投影圖

〔1說明E點(diǎn)是什么四相反應(yīng)？寫出它的反應(yīng)式,并說明判斷依據(jù)。

〔2什么成分合金的結(jié)晶組織是〔忽略二次相

a>

a+<a+AmBn+AjCk>

b>

<a+AmBn>+<a+AmBn+AjCk>

注：圖不好畫,只要把三元相圖搞明白就可以了。

6.〔1假設(shè)原子為鋼球,直徑不因晶體結(jié)構(gòu)改變而改變,計(jì)算從r-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)閍-Fe的體積膨脹率。

〔2用x射線測(cè)得912攝氏度時(shí)r-Fe和r-Fe的點(diǎn)陣常數(shù)分別為0.3633nm和0.2892nm。計(jì)算r-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)閞-Fe的體積膨脹率。

〔3比較〔1〔2結(jié)果,說明原子半徑隨配位數(shù)改變的規(guī)律。

為了區(qū)分兩種弄混的碳鋼,工作人員分別截取了A,B兩塊試樣,加熱至850攝氏度保溫后,以極緩慢的速度冷至室溫,觀察金相組織,結(jié)果如下：

A試樣的先共析鐵素體面積時(shí)百分之41.6,珠光體的面積是百分之58.4,B試樣的二次滲碳體面積是百分之7.3,珠光體面積是百分之92.7。

設(shè)鐵素體和滲碳體的密度相同,鐵素體中的含碳量為零,試求A,B兩種碳鋼的含碳量。

8.Cu為面心立方結(jié)構(gòu),x射線測(cè)定的點(diǎn)陣常數(shù)a=0.3615nm,

〔1按鋼球密堆模型計(jì)算最近鄰原子中心距離是多少？以任何以原子為中心,這樣距離的原子數(shù)目是多少？

〔2在一個(gè)晶胞內(nèi)畫出一個(gè)能發(fā)生滑移的晶面,并標(biāo)出指數(shù)。

〔3在所畫晶面上指出一個(gè)可滑移的晶面,并標(biāo)出指數(shù)。

〔4若銅晶體表面恰平行于〔001面,當(dāng)在[001]晶向施加應(yīng)力,使所有滑移面上均發(fā)生滑移時(shí),圖示在表面上可能看到的滑移線痕跡。

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1.名詞解釋

晶帶

上坡擴(kuò)散

不連續(xù)脫熔

加工硬化

偽共晶

2.T＝0K時(shí),金屬中的自由電子有沒有熱振動(dòng)？為什么？

3.在立方晶體中畫出以下晶面和晶向：[112],[－210],〔102

〔11－2

4.在面心立方晶體中,同一個(gè)〔111面上的兩個(gè)位錯(cuò)a/2[00-1]和a/2[-110]在相互靠近時(shí)是否穩(wěn)定？將發(fā)生什么變化？寫出位錯(cuò)反應(yīng)。

5.a,b,c三個(gè)相相交與一個(gè)三叉結(jié)點(diǎn),a相所張的二面角為82°,b相所張的二面角為110°,ab表面能為0.3J/m2,求ac和bc表面能。

6.分別列出對(duì)純金屬和合金可能采取的強(qiáng)化機(jī)制。

7.Al-Mn相圖如圖所示,寫出相圖中的全部恒溫轉(zhuǎn)變反應(yīng)式及類型。

〔圖類似于P245圖8－31,會(huì)這種類型的題目

8.850攝氏度滲碳與950攝氏度滲碳相比,優(yōu)點(diǎn)是熱處理后產(chǎn)品晶粒細(xì)小。

a>計(jì)算上述兩個(gè)溫度下碳在r-Fe中的擴(kuò)散系數(shù),已知D0=2.0*10-5m2/sQ=140*103J/mol.。

b850攝氏度滲碳需用多長時(shí)間才能獲得950攝氏度滲碳5小時(shí)的滲層厚度〔不同溫度下碳在r-Fe中的溶解度的差別可忽略

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1.名詞解釋

固溶體

點(diǎn)陣

晶格摩擦力

擴(kuò)展位錯(cuò)

同素異形轉(zhuǎn)變

2.證明晶面〔-210,〔-110〔012屬同一晶帶,其晶帶軸指數(shù)是什么？

3.如何解釋等溫與絕對(duì)零度下電子平均動(dòng)能十分相近的原因。

4.舉出兩個(gè)由長程擴(kuò)散控制長大的實(shí)例。

5.為何過飽和固溶體適當(dāng)固溶處理后強(qiáng)度比室溫平衡組織高？

6.〔1已知Zn在Cu中擴(kuò)散時(shí),D=2.1x10<-5>m2/s,Q=1.71x10<5>J/mol求820℃時(shí)在中的擴(kuò)散系數(shù)

〔2討論影響金屬材料擴(kuò)散的因素。

7.冷加工金屬加熱時(shí)發(fā)生回復(fù)過程中位錯(cuò)組態(tài)有哪些變化？

8.Al-Cu相圖可簡(jiǎn)化為Tm=660℃,共晶溫度TE=546℃,Cu在Al中最大溶解度C<Cu>=5.65%,

共晶成分CE=33%,液固相線為直線,若液相中Cu擴(kuò)散系數(shù)D2=3x10<-9>m2/s,合金在無對(duì)

流條件下凝固,界面為平面,推移速度5um/s,那么C<Cu>=5%的Al-Cu合金在平衡穩(wěn)壓下凝

固時(shí)臨界溫度是到少？溶質(zhì)溶解的特征距離多大？為保持平

面界面,液相溫度梯度應(yīng)多大？

答案提示：2.由晶面指數(shù)列等式

3.課本55頁

4.a-Fe----r—Fe,

Al合金中第二相析出

5.共格亞穩(wěn)相產(chǎn)