西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)考研課程試題集

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)考試大綱一、考試內(nèi)容1工程材料中的原子排列（1）原子鍵合，工程材料種類；（2）原子的規(guī)則排列：晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陳，晶向及晶面的特點(diǎn)及表示，金屬的晶體結(jié)構(gòu)，陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)。（3）原子的不規(guī)則排列：點(diǎn)、線、面缺陷的類型及特征，位錯(cuò)的彈性性質(zhì)，實(shí)際晶體中的位錯(cuò)。2固體中的相結(jié)構(gòu)（1）固溶體的分類、性能及特征（2）金屬間化合物的分類、性能及特征；（3）玻璃相性能及特征。3凝固與結(jié)晶（1）結(jié)晶的基本規(guī)律、基本條件；（2）晶核的形成與長(zhǎng)大；（3）結(jié)晶理論的應(yīng)用。4二元相圖（1）相圖的基本知識(shí)；（2）二元?jiǎng)蚓鄨D及固溶體的結(jié)晶，共晶相圖及共晶轉(zhuǎn)變，包晶相圖及包晶轉(zhuǎn)變；（3）二元相圖的分析方法，其

2、他類型二元相圖及其應(yīng)用，相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)。5固體中的擴(kuò)散：（1）擴(kuò)散定律及其應(yīng)用；（2）擴(kuò)散的微觀機(jī)理，影響擴(kuò)散的因素；（3）擴(kuò)散的熱力學(xué)理論；（4）反應(yīng)擴(kuò)散。6塑性變形：（1）單晶體的塑性變形；（2）多晶體的塑性變形；（3）合金的塑性變形；（4）冷變形金屬的組織與性能，超塑性。7回復(fù)與與結(jié)晶：（1）冷變形金屬在加熱時(shí)的變化；（2）回復(fù)機(jī)制；（3）再結(jié)晶及再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大；（4）金屬的熱變形。二、參考書目1. 材料科學(xué)基礎(chǔ)（第二版），劉智恩，西北工業(yè)大學(xué)出版社，20032. 材料科學(xué)基礎(chǔ)，胡庚祥，蔡珣，上海交通大學(xué)出版社，20003. 材料科學(xué)基礎(chǔ)，石德珂，西安交通大學(xué)出版社，20004.

3、材料科學(xué)基礎(chǔ)，潘金生，仝健民，清華大學(xué)出版社，19982004年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題 一、簡(jiǎn)答題：（共40分，每小題8分）1、請(qǐng)簡(jiǎn)述間隙固溶體、間隙相、間隙化合物的異同點(diǎn)？2、請(qǐng)簡(jiǎn)述影響擴(kuò)散的主要因素有哪些。3、臨界晶核的物理意義是什么？形成臨界晶核的充分條件是什么？4、有哪些因素影響形成非晶態(tài)金屬？為什么？5、合金強(qiáng)化途徑有哪些？各有什么特點(diǎn)？ 二、計(jì)算、作圖題：（共60分，每小題12分）1、求和兩晶向所決定的晶面，并繪圖表示出來(lái)。2、氧化鎂（MgO）具有NaCl型結(jié)構(gòu)，即具有O2-離子的面心立方結(jié)構(gòu)。問(wèn)：（1）    若其離子半徑

4、=0.066nm，0.140nm，則其原子堆積密度為多少？（2）    如果/0.41，則原子堆積密度是否改變？3、已知液態(tài)純鎳在1.013×105 Pa（1大氣壓），過(guò)冷度為319 K時(shí)發(fā)生均勻形核，設(shè)臨界晶核半徑為1nm，純鎳熔點(diǎn)為1726 K，熔化熱Hm18075J/mol，摩爾體積Vs6.6cm3/mol，試計(jì)算純鎳的液固界面能和臨界形核功。4、圖示為Pb-Sn-Bi相圖投影圖。問(wèn)：（1）寫出合金Q（wBi0.7，wSn0.2）凝固過(guò)程及室溫組織；（2）計(jì)算合金室溫下組織組成物的相對(duì)含量。5、有一鋼絲（直徑為1mm）包復(fù)一層銅（總直徑為2mm）。

5、若已知鋼的屈服強(qiáng)度st280MPa，彈性模量Est205GPa，銅的Cu140MPa，彈性模量ECu110GPa。問(wèn)：（1）如果該復(fù)合材料受到拉力，何種材料先屈服？（2）在不發(fā)生塑性變形的情況下，該材料能承受的最大拉伸載荷是多少？（3）該復(fù)合材料的彈性模量為多少？ 三、綜合分析題：（共50分，每小題25分）1、某面心立方晶體的可動(dòng)滑移系為。（1）    請(qǐng)指出引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量；（2）    若滑移由刃位錯(cuò)引起，試指出位錯(cuò)線的方向；（3）    請(qǐng)指出在（2）的情況下，位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向

6、；（4）    假設(shè)在該滑移系上作用一大小為0.7MPa的切應(yīng)力，試計(jì)算單位刃位錯(cuò)線受力的大小和方向（取點(diǎn)陣常數(shù)為a0.2nm）。2、若有，某一Cu-Ag合金（wCu0.075，wAg0.925）1Kg，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N方案從該合金中提煉出100g的Ag，且要求提煉得到的Ag中的Cu含量wCu低于0.02。（假設(shè)液相線和固相線固相線均為直線）。 2005年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題  一、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1. 請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。2. 同素異晶轉(zhuǎn)變和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變都是以形核長(zhǎng)大方式進(jìn)行的，請(qǐng)問(wèn)兩者之間有何差別？3. 兩位錯(cuò)

7、發(fā)生交割時(shí)產(chǎn)生的扭折和割階有何區(qū)別？4. 請(qǐng)簡(jiǎn)述擴(kuò)散的微觀機(jī)制有哪些？影響擴(kuò)散的因素又有哪些？5. 請(qǐng)簡(jiǎn)述回復(fù)的機(jī)制及其驅(qū)動(dòng)力。 二、計(jì)算、作圖題：（共60分，每小題12分）1. 在面心立方晶體中，分別畫出、和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向?yàn)?01，請(qǐng)問(wèn)哪些滑移系可以開(kāi)動(dòng)？2. 請(qǐng)判定下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行，若能夠進(jìn)行，請(qǐng)?jiān)诰О麍D上做出矢量圖。（1） （2） 3. 假設(shè)某面心立方晶體可以開(kāi)動(dòng)的滑移系為，請(qǐng)回答：（1） 給出滑移位錯(cuò)的單位位錯(cuò)柏氏矢量；（2）若滑移位錯(cuò)為純?nèi)形诲e(cuò)，請(qǐng)指出其位錯(cuò)線方向；若滑移位錯(cuò)為純螺位錯(cuò)，其位錯(cuò)線方向又如何？

8、4. 若將一塊鐵由室溫20加熱至850，然后非常快地冷卻到20，請(qǐng)計(jì)算處理前后空位數(shù)變化（設(shè)鐵中形成1mol空位所需的能量為104675 J，氣體常數(shù)為8.314J/mol·K）。5. 已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖，見(jiàn)附圖，（1） 請(qǐng)畫出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成（已知TA>TD）；（2） 請(qǐng)畫出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應(yīng)。 三、綜合分析題：（共50分，每小題25分）1. 請(qǐng)對(duì)比分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)和機(jī)理。2. 請(qǐng)根據(jù)所附二元共晶相圖分析解答下列問(wèn)題：（1） 分析合金I、II的平衡結(jié)晶過(guò)程，并繪出冷卻曲線；（

9、2） 說(shuō)明室溫下I、II的相和組織是什么？并計(jì)算出相和組織的相對(duì)含量；（3） 如果希望得到共晶組織和5%的初的合金，求該合金的成分；（4）分析在快速冷卻條件下，I、II兩合金獲得的組織有何不同。2006年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題  一、簡(jiǎn)答題（每題 10 分，共 50 分） 1.  試從結(jié)合鍵的角度，分析工程材料的分類及其特點(diǎn)。 2.  位錯(cuò)密度有哪幾種表征方式？ 3.  陶瓷晶體相可分為哪兩大類？有何共同特點(diǎn)？ 4.  冷軋純銅板，如果要求保持較高強(qiáng)度，應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？若需要繼續(xù)冷軋變薄時(shí)，又應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？ 5.  擴(kuò)散

10、激活能的物理意義為何？試比較置換擴(kuò)散和間隙擴(kuò)散的激活能的大小。  二、作圖計(jì)算題（每題 15 分，共 60 分） 1.  已知碳在 Fe 中擴(kuò)散時(shí)， D 0 2.0 × 10 5 m 2 /s ， Q 1.4 × 10 5 J/mol 。當(dāng)溫度由 927 上升到 1027 時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)變化了多少倍？ ( 氣體常數(shù) R=8.314 J/(mol.K) )  2.  已知某低碳鋼 0 =64KPa ， K=393.7 ，若晶粒直徑為 50m ，該低碳鋼的屈服強(qiáng)度是多少？  3.  試計(jì)算 BCC 晶體最密排面的堆積密度

11、。  4. 和 均位于 Fcc 鋁的 (111) 晶面上，因此理論上 和 的滑移均是可能的。 （ 1 ）畫出 (111) 晶面及單位滑移矢量 和 。 （ 2 ）比較具有此二滑移矢量的位錯(cuò)的能量。  三、綜合分析題（每題 20 分，共 40 分） 1.  試從晶界的結(jié)構(gòu)特征和能量特征分析晶界的特點(diǎn)。  2. 試分析冷塑性變形對(duì)合金組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、物理化學(xué)性能、體系能量的影響。2004年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題 參考答案一、簡(jiǎn)答題：（共40分，每小題8分）1、請(qǐng)簡(jiǎn)述間隙固溶體、間隙相、間隙化合物的異同點(diǎn)？答：相同點(diǎn)：小原子溶入。不同點(diǎn)：間隙固溶體保

12、持溶劑（大原子）點(diǎn)陣；間隙相、間隙化合物改變了大原子點(diǎn)陣，形成新點(diǎn)陣。間隙相結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；間隙化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 2、請(qǐng)簡(jiǎn)述影響擴(kuò)散的主要因素有哪些。答：影響擴(kuò)散的主要因素：（1）溫度；（2）晶體結(jié)構(gòu)與類型；（3）晶體缺陷；（4）化學(xué)成分。 3、臨界晶核的物理意義是什么？形成臨界晶核的充分條件是什么？答：臨界晶核的物理意義：可以自發(fā)長(zhǎng)大的最小晶胚（或，半徑等于rk的晶核）形成臨界晶核的充分條件：（1）形成rrk的晶胚；（2）獲得AA*（臨界形核功）的形核功。 4、有哪些因素影響形成非晶態(tài)金屬？為什么？答：液態(tài)金屬的粘度：粘度越大原子擴(kuò)散越困難，易于保留液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)。冷卻

13、速度；冷卻速度越快，原子重新排列時(shí)間越斷，越容易保留液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)。 5、合金強(qiáng)化途徑有哪些？各有什么特點(diǎn)？答：細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化（時(shí)效強(qiáng)化）加工硬化。 二、計(jì)算、作圖題：（共60分，每小題12分）1、求和兩晶向所決定的晶面，并繪圖表示出來(lái)。答：設(shè)所求的晶面指數(shù)為（h k l）則2、氧化鎂（MgO）具有NaCl型結(jié)構(gòu)，即具有O2-離子的面心立方結(jié)構(gòu)。問(wèn)：（1）    若其離子半徑=0.066nm，0.140nm，則其原子堆積密度為多少？（2）    如果/0.41，則原子堆積密度是否改變？答：（1

14、）點(diǎn)陣常數(shù)堆積密度（2）堆積密度會(huì)改變，因?yàn)镻f與兩異號(hào)離子半徑的比值有關(guān)。3、已知液態(tài)純鎳在1.013×105 Pa（1大氣壓），過(guò)冷度為319 K時(shí)發(fā)生均勻形核，設(shè)臨界晶核半徑為1nm，純鎳熔點(diǎn)為1726 K，熔化熱Hm18075J/mol，摩爾體積Vs6.6cm3/mol，試計(jì)算純鎳的液固界面能和臨界形核功。答：因?yàn)?，所?、圖示為Pb-Sn-Bi相圖投影圖。問(wèn)：（1）寫出合金Q（wBi0.7，wSn0.2）凝固過(guò)程及室溫組織；（2）計(jì)算合金室溫下組織組成物的相對(duì)含量。答：（1）冷卻至液相面析出Bi：L®Bi初，隨溫度降低Bi增多，液相成分延Bi-Q的延長(zhǎng)線向E3E移

15、動(dòng)；液相成分達(dá)到E3E后發(fā)生共晶反應(yīng)，L®（SnBi）共，液相成分延E3E向E移動(dòng)；液相成分達(dá)到E后，發(fā)生三元共晶反應(yīng)L®（SnBi）共，隨后冷卻不再變化。室溫組織為：Bi初（SnBi）共（SnBi）共（2）wBi初2.88；w（SnBi）共0.407；w（SnBi）共0.3055、有一鋼絲（直徑為1mm）包復(fù)一層銅（總直徑為2mm）。若已知鋼的屈服強(qiáng)度st280MPa，彈性模量Est205GPa，銅的Cu140MPa，彈性模量ECu110GPa。問(wèn)：（1）如果該復(fù)合材料受到拉力，何種材料先屈服？（2）在不發(fā)生塑性變形的情況下，該材料能承受的最大拉伸載荷是多少？（3）該復(fù)合

16、材料的彈性模量為多少？答；兩金屬的彈性應(yīng)變相等，即：（1）    Cu先屈服；（2）    （3）     三、綜合分析題：（共50分，每小題25分）1、某面心立方晶體的可動(dòng)滑移系為。（1）    請(qǐng)指出引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量；（2）    若滑移由刃位錯(cuò)引起，試指出位錯(cuò)線的方向；（3）    請(qǐng)指出在（2）的情況下，位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)方向；（4）    假設(shè)在該滑移系上作用一

17、大小為0.7MPa的切應(yīng)力，試計(jì)算單位刃位錯(cuò)線受力的大小和方向（取點(diǎn)陣常數(shù)為a0.2nm）。答：（1）柏氏矢量：；（2）    位錯(cuò)線方向：112；（3）    位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向平行于柏氏矢量；（4）     2、若有，某一Cu-Ag合金（wCu0.075，wAg0.925）1Kg，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N方案從該合金中提煉出100g的Ag，且要求提煉得到的Ag中的Cu含量wCu低于0.02。（假設(shè)液相線和固相線固相線均為直線）。答：1. 將1Kg合金加熱至900以上熔化，緩慢冷卻至850，倒去剩余液體，所得固

18、體a1約780g，wCu0.055；2. 將a1熔化，緩慢冷卻至900，倒去剩余液體，得a2約380g，wCu0.03；3. 將a2熔化，緩慢冷卻至920，倒去剩余液體，得a3約260g，wCu0.02；4. 將a3熔化，緩慢冷卻至935，倒去剩余液體，得a4約180g，wCu0.013，即可。 2005年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題 參考答案  一、簡(jiǎn)答題（每題 8 分，共 40 分） 1. 請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。 答：熱力學(xué)條件 G < 0 結(jié)構(gòu)條件： r > r* 能量條件： A > G max 成分條件  2. 同素異晶轉(zhuǎn)

19、變和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變都是以形核長(zhǎng)大方式進(jìn)行的，請(qǐng)問(wèn)兩者之間有何差別？ 答：同素異晶轉(zhuǎn)變是相變過(guò)程，該過(guò)程的某一熱力學(xué)量的倒數(shù)出現(xiàn)不連續(xù)；再結(jié)晶轉(zhuǎn)變只是晶粒的重新形成，不是相變過(guò)程。  3. 兩位錯(cuò)發(fā)生交割時(shí)產(chǎn)生的扭折和割階有何區(qū)別？ 答：位錯(cuò)的交割屬于位錯(cuò)與位錯(cuò)之間的交互作用，其結(jié)果是在對(duì)方位錯(cuò)線上產(chǎn)生一個(gè)大小和方向等于其柏氏矢量的彎折，此彎折即被稱為扭折或割階。扭折是指交割后產(chǎn)生的彎折在原滑移面上，對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生影響，容易消失；割階是不在原滑移面上的彎折，對(duì)位錯(cuò)的滑移有影響。  4. 請(qǐng)簡(jiǎn)述擴(kuò)散的微觀機(jī)制有哪些？影響擴(kuò)散的因素又有哪些？ 答：置換機(jī)制：包括空位機(jī)制和直接換位

20、與環(huán)形換位機(jī)制，其中空位機(jī)制是主要機(jī)制，直接換位與環(huán)形換位機(jī)制需要的激活能很高，只有在高溫時(shí)才能出現(xiàn)。 間隙機(jī)制：包括間隙機(jī)制和填隙機(jī)制，其中間隙機(jī)制是主要機(jī)制。 影響擴(kuò)散的主要因素有：溫度（溫度約高，擴(kuò)散速度約快）；晶體結(jié)構(gòu)與類型（包括致密度、固溶度、各向異性等）；晶體缺陷；化學(xué)成分（包括濃度、第三組元等） 5. 請(qǐng)簡(jiǎn)述回復(fù)的機(jī)制及其驅(qū)動(dòng)力。 答：低溫機(jī)制：空位的消失 中溫機(jī)制：對(duì)應(yīng)位錯(cuò)的滑移（重排、消失） 高溫機(jī)制：對(duì)應(yīng)多邊化（位錯(cuò)的滑移攀移） 驅(qū)動(dòng)力：冷變形過(guò)程中的存儲(chǔ)能（主要是點(diǎn)陣畸變能）  二、計(jì)算、作圖題：（共 60 分，每小題 12 分）   1. 在面心立方

21、晶體中，分別畫出 、 和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向?yàn)?001 ，請(qǐng)問(wèn)哪些滑移系可以開(kāi)動(dòng)？ 2. 請(qǐng)判定下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行，若能夠進(jìn)行，請(qǐng)?jiān)诰О麍D上做出矢量圖。 （ 1 ） 幾何條件：，滿足幾何條件 能量條件： 滿足能量條件，反應(yīng)可以進(jìn)行。  （ 2 ） 幾何條件： ，滿足幾何條件 能量條件： 滿足能量條件，反應(yīng)可以進(jìn)行。  3. 假設(shè)某面心立方晶體可以開(kāi)動(dòng)的滑移系為 ，請(qǐng)回答： 1) 給出滑移位錯(cuò)的單位位錯(cuò)柏氏矢量； 2）若滑移位錯(cuò)為純?nèi)形诲e(cuò)，請(qǐng)指出其位錯(cuò)線方向；若滑移位錯(cuò)為純螺位錯(cuò)，其位錯(cuò)線方向又如何？答：（ 1 ）單

22、位位錯(cuò)的柏氏矢量 ；（ 2 ）純?nèi)形诲e(cuò)的位錯(cuò)線方向與 b 垂直，且位于滑移面上， 為 ；純螺位錯(cuò)的位錯(cuò)線與 b 平行，為 011。   4. 若將一塊鐵由室溫 20 加熱至 850 ，然后非常快地冷卻到 20 ，請(qǐng)計(jì)算處理前后空位數(shù)變化（設(shè)鐵中形成 1mol 空位所需的能量為 104675 J ）。 答：   5. 已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖，見(jiàn)附圖， 1) 請(qǐng)畫出 AD 代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成（已知 T A >T D ）； 2)  請(qǐng)畫出 X 合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應(yīng)。 答：   三、綜合分析題：（共 50 分，每小題 2

23、5 分）   1. 請(qǐng)對(duì)比分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)和機(jī)理。 答：加工硬化：是隨變形使位錯(cuò)增殖而導(dǎo)致的硬化； 細(xì)晶強(qiáng)化：是由于晶粒減小，晶粒數(shù)量增多，尺寸減小，增大了位錯(cuò)連續(xù)滑移的阻力導(dǎo)致的強(qiáng)化；同時(shí)由于滑移分散，也使塑性增大。該強(qiáng)化機(jī)制是唯一的同時(shí)增大強(qiáng)度和塑性的機(jī)制。 彌散強(qiáng)化：又稱時(shí)效強(qiáng)化。是由于細(xì)小彌散的第二相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)化。包括切過(guò)機(jī)制和繞過(guò)機(jī)制。 復(fù)相強(qiáng)化：由于第二相的相對(duì)含量與基體處于同數(shù)量級(jí)是產(chǎn)生的強(qiáng)化機(jī)制。其強(qiáng)化程度取決于第二相的數(shù)量、尺寸、分布、形態(tài)等，且如果第二相強(qiáng)度低于基體則不一定能夠起到強(qiáng)化作用。 固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原

24、子對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙。包括彈性交互作用（柯氏氣團(tuán)）、電交互作用（玲木氣團(tuán)）和化學(xué)交互作用。   2. 請(qǐng)根據(jù)所附二元共晶相圖分析解答下列問(wèn)題： 1）分析合金 I 、 II 的平衡結(jié)晶過(guò)程，并繪出冷卻曲線； 2） 說(shuō)明室溫下 I 、 II 的相和組織是什么？并計(jì)算出相和組織的相對(duì)含量； 3）如果希望得到室溫組織為共晶組織和 5% 的 初 的合金，求該合金的成分； 4）分析在快速冷卻條件下， I 、 II 兩合金獲得的組織有何不同。 答：（ 1 ）   （ 2 ） I ： 初 II ，相組成與組織組成比例相同   II ： 初 （ ） 共 II （忽略）  

25、   （ 3 ）設(shè)所求合金成分為 x   （ 4 ） I 合金在快冷條件下可能得到少量的共晶組織，且呈現(xiàn)離異共晶的形態(tài)，合金中的 II 量會(huì)減少，甚至不出現(xiàn)； II 合金在快冷條件下 初呈樹(shù)枝狀，且數(shù)量減少。共晶體組織變細(xì)小，相對(duì)量增加。2006年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題 參考答案一、簡(jiǎn)答題（每題 10 分，共 50 分） 1.  試從結(jié)合鍵的角度，分析工程材料的分類及其特點(diǎn)。 答：金屬材料：主要以金屬鍵為主，大多數(shù)金屬?gòu)?qiáng)度和硬度較高，塑性較好。 陶瓷材料：以共價(jià)鍵和離子鍵為主，硬、脆，不易變形，熔點(diǎn)高。 高分子材料：分子內(nèi)部以共價(jià)鍵為主，分子間為分子鍵和氫

26、鍵為主。 復(fù)合材料：是以上三中基本材料的人工復(fù)合物，結(jié)合鍵種類繁多。性能差異很大。  2.  位錯(cuò)密度有哪幾種表征方式？ 答：有兩種方式：體密度，即單位體積內(nèi)的位錯(cuò)線長(zhǎng)度；面密度，即垂直穿過(guò)單位面積的位錯(cuò)線根數(shù)。   3.  陶瓷晶體相可分為哪兩大類？有何共同特點(diǎn)？ 答：氧化物陶瓷和硅酸鹽陶瓷。特點(diǎn)： 1. 結(jié)合鍵主要是離子鍵，含有一定比例的共價(jià)鍵； 2. 有確定的成分，可以用準(zhǔn)確的分子式表達(dá)； 3. 具有典型的非金屬性質(zhì)。   4.  冷軋純銅板，如果要求保持較高強(qiáng)度，應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？若需要繼續(xù)冷軋變薄時(shí)，又應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？ 答

27、：保持較高強(qiáng)度則應(yīng)進(jìn)行低溫退火，使其只發(fā)生回復(fù)，去除殘余應(yīng)力；要繼續(xù)冷變形則應(yīng)進(jìn)行高溫退火，使其發(fā)生再結(jié)晶，以軟化組織。  5.  擴(kuò)散激活能的物理意義為何？試比較置換擴(kuò)散和間隙擴(kuò)散的激活能的大小。 答：擴(kuò)散激活能的物理意義是原子躍遷過(guò)程中必須克服周圍原子對(duì)其的阻礙，即必須克服勢(shì)壘。相比而言，間隙擴(kuò)散的激活能較小。   二、作圖計(jì)算題（每題 15 分，共 60 分） 1.  已知碳在 Fe 中擴(kuò)散時(shí)， D 0 2.0 × 10 5 m 2 /s ， Q 1.4 × 10 5 J/mol 。當(dāng)溫度由 927 上升到 1027 時(shí)，擴(kuò)散系

28、數(shù)變化了多少倍？（ R 8.314 J/(mol.K) ） 答：   2.  已知某低碳鋼 0 =64KPa ， K=393.7 ，若晶粒直徑為 50m ，該低碳鋼的屈服強(qiáng)度是多少？ 答：由霍爾配奇公式得：   3.  試計(jì)算 BCC 晶體最密排面的堆積密度。 答： BCC 密排面為 110 面，其面積為： 110 面上被原子占據(jù)的面積為（兩個(gè)原子）： 堆積密度：   4.  和 均位于 Fcc 鋁的 (111) 晶面上，因此理論上 和 的滑移均是可能的。 （ 1 ）畫出 (111) 晶面及單位滑移矢量 和 。 （ 2 ）比較具有此二

29、滑移矢量的位錯(cuò)的能量。 答：（ 1 ）   （ 2 ） 兩位錯(cuò)位于同一滑移面，因此 G 相同，故：   三、綜合分析題（每題 20 分，共 40 分） 1. 試從晶界的結(jié)構(gòu)特征和能量特征分析晶界的特點(diǎn)。 答：晶界結(jié)構(gòu)特征：原子排列比較混亂，含有大量缺陷。 晶界能量特征：原子的能量較晶粒內(nèi)部高，活動(dòng)能量強(qiáng)。 晶界特征：   晶界畸變晶界能向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化晶粒長(zhǎng)大、晶界變直晶界面積減小   阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) b 細(xì)晶強(qiáng)化   位錯(cuò)、空位等缺陷多晶界擴(kuò)散速度高   晶界能量高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜容易滿足固態(tài)相變的條件固態(tài)相變首先發(fā)生地   化學(xué)

30、穩(wěn)定性差晶界容易受腐蝕   微量元素、雜質(zhì)富集   2. 試分析冷塑性變形對(duì)合金組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、物理化學(xué)性能、體系能量的影響。 答：  組織結(jié)構(gòu)：（ 1 ）形成纖維組織：晶粒沿變形方向被拉長(zhǎng)；（ 2 ）形成位錯(cuò)胞；（ 3 ）晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)形成變形織構(gòu)。   力學(xué)性能：位錯(cuò)密度增大，位錯(cuò)相互纏繞，運(yùn)動(dòng)阻力增大，造成加工硬化。   物理化學(xué)性能：其變化復(fù)雜，主要對(duì)導(dǎo)電，導(dǎo)熱，化學(xué)活性，化學(xué)電位等有影響。   體系能量：包括兩部分：（ 1 ）因冷變形產(chǎn)生大量缺陷引起點(diǎn)陣畸變，使畸變能增大；（ 2 ）因晶粒間變形不均勻和工件各部分變形不均勻引起

31、的微觀內(nèi)應(yīng)力和宏觀內(nèi)應(yīng)力。這兩部分統(tǒng)稱為存儲(chǔ)能，其中前者為主要的。  冷變形后引起的組織性能變化為合金隨后的回復(fù)、再結(jié)晶作了組織和能量上的準(zhǔn)備。一、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1原子的結(jié)合鍵有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？2面心立方晶體和體心立方晶體的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少？3立方晶系中，若位錯(cuò)線方向?yàn)?01，試說(shuō)明該位錯(cuò)屬于什么類型。4請(qǐng)說(shuō)明間隙化合物與間隙固溶體的異同。5試從擴(kuò)散系數(shù)公式說(shuō)明影響擴(kuò)散的因素。6何為過(guò)冷度？它對(duì)形核率有什么影響？ 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分）1 在面心立方晶體中，分別畫出(101)、110和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就

32、圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？2 已知Al為面心立方晶體，原子半徑為rA。若在Al晶體的八面體間隙中能溶入最大的小原子半徑為rB，請(qǐng)計(jì)算rB與rA的比值是多少。3 A-B二元合金中具有共晶反應(yīng)如下：若共晶反應(yīng)剛結(jié)束時(shí)，和相的相對(duì)含量各占50%，試求該合金的成分。4 已知銅的臨界分切應(yīng)力為1Mpa，問(wèn)要使面上產(chǎn)生101方向的滑移，應(yīng)在001方向上施加多大的力？ 三、綜合分析題（每題15分，共30分）1按下列條件繪出A-B二元相圖：（1）A組元（熔點(diǎn)600）與B組元（熔點(diǎn)500）在液態(tài)時(shí)無(wú)限互溶；（2）固態(tài)時(shí)，A在B中的最大固溶度為wA=0.30，室溫時(shí)為wA=0.10；而B(niǎo)在固態(tài)下不

33、溶于A；（3）300時(shí)發(fā)生共晶反應(yīng)。在A-B二元相圖中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室溫下的相組成物及組織組成物，并計(jì)算各相組成物的相對(duì)含量。 2請(qǐng)繪出下列Fe-C合金極緩慢冷卻到室溫后的金相組織示意圖，并標(biāo)注各組織。（腐蝕劑均為3%硝酸酒精）工業(yè)純鐵  20鋼  45鋼  T8鋼  T12鋼   亞共晶白口鑄鐵一、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1工程材料分為哪幾類？它們的結(jié)合鍵如何？2根據(jù)凝固理論，請(qǐng)分析細(xì)化鑄錠晶粒的途徑及原理3固溶體非平衡凝固時(shí)，形成微觀偏析和宏觀偏析的原因有何區(qū)別？4請(qǐng)為置換固溶體、間隙固溶體、

34、間隙化合物、正常價(jià)化合物、電子化合物和間隙化合物各舉一具體例子。5為什么細(xì)晶強(qiáng)化可以同時(shí)提高合金強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性？ 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分）1 鈦的晶胞（密排六方）體積在20時(shí)為0.106nm3，其c/a1.59，求：（1）c、a的值；（2）鈦原子半徑。2 已知鉬為體心立方結(jié)構(gòu)，請(qǐng)回答：（1）    畫出其晶胞示意圖；（2）    在圖中畫出一個(gè)可能的滑移系，并標(biāo)明滑移面和滑移方向的指數(shù)。3   一碳鋼在平衡冷卻條件下，室溫組織為珠光體二次滲碳體，其中珠光體含量為90%。請(qǐng)確定該碳鋼的

35、含碳量，并畫出組織示意圖。4 假設(shè)某面心立方晶體可以開(kāi)動(dòng)的滑移系為，請(qǐng)回答：（1）    給出滑移位錯(cuò)的單位位錯(cuò)柏氏矢量；（2）    若滑移位錯(cuò)為純?nèi)形诲e(cuò)，請(qǐng)指出其位錯(cuò)線方向；若滑移位錯(cuò)為純螺位錯(cuò)，其位錯(cuò)線方向又如何？ 三、綜合分析題（每題15分，共30分）1根據(jù)下列已知條件繪出A-B二元共晶相圖： i.             tA > tB（tA 、tB為A、B的熔點(diǎn)）； i

36、i.            共晶反應(yīng)為； iii.          B在A中的固溶度隨溫度的下降而減小，室溫時(shí)為wB0.03；A在B中的固溶度不隨溫度變化，    并請(qǐng)回答： （1）分析wB=0.85的合金平衡結(jié)晶過(guò)程； （2）計(jì)算該合金室溫下的相組成物及組織組成物。（忽略二次相） 8.   &#

37、160;  一楔型純銅鑄錠，經(jīng)間距恒定的軋輥軋制（如圖）；   （1）    請(qǐng)畫出軋制后，錠子的晶粒示意圖。   （2）    畫出將該錠子進(jìn)行再結(jié)晶退火后，晶粒示意圖。并分析原因。 一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1何為空間點(diǎn)陣？它與晶體結(jié)構(gòu)有何異、同？2請(qǐng)簡(jiǎn)述晶界有哪些特征？3何為固溶強(qiáng)化？置換固溶體與間隙固溶體相比,哪個(gè)的固溶強(qiáng)化效果強(qiáng)？請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶度的因素。4請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。5什么是反應(yīng)擴(kuò)散？請(qǐng)簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。6簡(jiǎn)述在什么情況下會(huì)發(fā)生單滑移、多滑移

38、和交滑移，它們的滑移線形貌特征是什么。 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分）1 請(qǐng)計(jì)算簡(jiǎn)單立方和體心立方晶體的（100）、（110）和（111）晶面的面間距（假設(shè)兩種點(diǎn)陣的點(diǎn)陣常數(shù)都是a）。2 在面心立方晶體中，分別畫出 、和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向?yàn)?lt;001>，請(qǐng)問(wèn)哪些滑移系可以開(kāi)動(dòng)？3 請(qǐng)判定下列反應(yīng)能否進(jìn)行，若能夠進(jìn)行，則在簡(jiǎn)單立方晶胞內(nèi)繪出參加反應(yīng)位錯(cuò)的柏氏矢量。1)        2)   

39、0;     4 已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖，見(jiàn)附圖，1)        請(qǐng)畫出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成；2)        請(qǐng)畫出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應(yīng)。eABCXD  三、綜合分析題（每題15分，共30分）1已知Mg-Ni合金系中一個(gè)共晶反應(yīng)：L23.5%NiÛa純Mg+Mg2Ni54.6%Ni設(shè)有C1和C2兩種合金，C1為亞共晶，C2為過(guò)共晶。這兩種合

40、金的初生相質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，但室溫時(shí)C1中a(即Mg)的總量是C2中a總量的2.5倍，請(qǐng)確定C1和C2的成分。 2. 某工廠對(duì)一大型零件進(jìn)行淬火處理，經(jīng)過(guò)1100加熱后，用冷拉鋼絲繩吊掛，由起重吊車送往淬火水槽，行至途中鋼絲突然發(fā)生斷裂。該鋼絲是新的，且沒(méi)有瑕疵，是分析該鋼絲繩斷裂的原因。一、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1原子的結(jié)合鍵有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？離子鍵：正負(fù)離子相互吸引；鍵合很強(qiáng)，無(wú)方向性；熔點(diǎn)、硬度高，固態(tài)不導(dǎo)電，導(dǎo)熱性差。共價(jià)鍵：相鄰原子通過(guò)共用電子對(duì)結(jié)合；鍵合強(qiáng)，有方向性；熔點(diǎn)、硬度高，不導(dǎo)電，導(dǎo)熱性有好有差。金屬鍵：金屬正離子于自由電子相互吸引；鍵合較強(qiáng)，無(wú)方向性；熔

41、點(diǎn)、硬度有高有低，導(dǎo)熱導(dǎo)電性好。分子鍵：分子或分子團(tuán)顯弱電性，相互吸引；鍵合很弱，無(wú)方向性；熔點(diǎn)、硬度低，不導(dǎo)電，導(dǎo)熱性差。氫   鍵：類似分子鍵，但氫原子起關(guān)鍵作用XH-Y；鍵合弱，有方向性；熔點(diǎn)、硬度低，不導(dǎo)電，導(dǎo)熱性好。 2面心立方晶體和體心立方晶體的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少？ 晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度面心立方41274%體心立方2868% 3立方晶系中，若位錯(cuò)線方向?yàn)?01，試說(shuō)明該位錯(cuò)屬于什么類型。因位錯(cuò)線方向垂直于柏氏矢量，所以是刃位錯(cuò)。 4請(qǐng)說(shuō)明間隙化合物與間隙固溶體的異同。相同點(diǎn)：小原子溶入不同點(diǎn)：若小原子溶入后，大小原子數(shù)量成比例，在選取點(diǎn)陣時(shí)，大小原子點(diǎn)陣可以合并，這實(shí)際上改變了大原子的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，因此認(rèn)為形成新相，稱為間隙相（間隙化合物）。若小原子溶入后，分布隨機(jī)，大小原子點(diǎn)陣不能合并，仍然保留大原子點(diǎn)陣，稱為間隙固溶體。 5試從擴(kuò)散系數(shù)公式說(shuō)明影響擴(kuò)散的因素。從公式表達(dá)形式可以看出擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散激活能Q和溫度T有關(guān)。擴(kuò)散激活能越低擴(kuò)散系數(shù)越大，因此激活能低的擴(kuò)散方式的擴(kuò)散系數(shù)較大