西北工業(yè)大學2007-2011材料科學基礎真題與答案

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)西北工業(yè)大學 2010年碩士研究生入學考試試題 試題名稱：材料科學基礎（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、固溶體類型對溶質原子擴散的影響。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？平衡結晶后是什么樣的形態(tài)？二、 作圖計算題（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點為二等分點，F(xiàn)點為三等分點）2. 請判斷圖示中和兩位錯各段的類型，以及兩位錯所含拐折（bc、de和hi、jk）的性質？若圖示滑移面為fcc晶體的（111）面，在切應力的作用下，兩位錯將如何運動？（繪圖表示）3. 某合金的再結晶激活能為250KJ/mol，該合金在400完成再結晶需要1小時，請問在390下完成再結晶需要多長時間。（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，并比較二者哪一個引起的畸變較大。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合金可以采用的強化機制，并闡述機理。（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，請繪出擴散后從表面至內部沿深度方向的相分布和對應的濃度分布曲線。2) 請分析902、834、700、598、558各水平線的相變反應類型，及其反應式。3) 請繪出Cu-75%Zn合金的平衡結晶的冷卻曲線，并標明各階段的相變反應或相組成。4) 請計算Cu-

4、75%Zn合金平衡結晶至200時的相組成含量。 2010年碩士研究生入學考試試題 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（小角晶界位錯密度越大），畸變越嚴重，因此能量越高。3. 請簡述在固態(tài)條件下，晶體缺陷、

5、固溶體類型對溶質原子擴散的影響。答：晶體缺陷處的原子具有較高能量，且原子排列比較雜亂，有利于擴散。間隙原子擴散激活能比置換原子擴散激活能低，因此間隙原子擴散速度高。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原子再分配，產生成分過冷，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，量多時為連續(xù)網(wǎng)狀，量少時是不連續(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點為二等分點，F(xiàn)點為三等分點）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各段的類型，以及兩位錯所含拐折（bc、de和hi、jk）的性質？若圖示滑移面為fcc晶體的（11

7、1）面，在切應力的作用下，兩位錯將如何運動？（繪圖表示） 答：ab：螺位錯；bc：刃位錯；cd：螺位錯；de：刃位錯；ef：螺位錯gh：螺位錯；hi：刃位錯；ij：螺位錯；jk：刃位錯；kl：螺位錯bc、de為扭折，hi、jk為割階運動后恢復為直線，上的h、i、j、k為固定點，形成位錯源3. 某合金的再結晶激活能為250KJ/mol，該合金在400完成再結晶需要1小時，請問在390下完成再結晶需要多長時間。（氣體常數(shù)R=8.314L/molK）答：所以t21.96小時4. 請分別繪出fcc和bcc晶體中的最短單位位錯，并比較二者哪一個引起的畸變較大。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合金可以采用的強化機制，并解釋機理。（15分）答：工業(yè)純鋁：細晶強化利用晶界和位向差對位錯運動的阻礙作用進行強化；加工硬化利用冷變形后纏結位錯之間的相互作用進行強化。Fe-0.2%C：固溶強化利用碳原子引起鐵的晶格畸變對位錯運動的阻礙作用進行強化。加工硬化同上細晶強化同上沉淀強化利用碳化物對位錯運動的阻礙作用進行強化。Al-5%Cu：沉淀強化（時效強化）利用沉淀相對位錯運動的阻礙作用進行強化。加工硬化同上細晶強化同上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，請繪出擴散后從銅棒表面至內部沿深度方向的相分布和對應的濃度分布曲線。2) 請分析902、834、700、598、558的相變反應類型，并寫出反應式。3) 請繪出Cu-75%Zn合金的平衡結晶的冷卻曲線，并標明各階段的相變反應或相組成。4) 請計算Cu-75%Zn合金平衡結晶至200時的相組成含量。 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2011年碩士研究生入學考試試題 試題名稱：材料科學基礎（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、彈性應力場、滑移性質、柏氏矢量等方面對比刃位錯、螺位錯的主要特征。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。兩個尺寸相同、形狀相同的銅鎳合金鑄件，一個含90%Ni，另一個含50%Ni，鑄造后自然冷卻，問哪個鑄件的偏析嚴重？為什么？作圖計算題（每題15分，共60分）寫出112晶面族的等價晶面。請判定下列反應能否進行：已知某晶體在500時，每1010個原子中可以形成有1個空位，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，已知拉力軸的方向為001，=106 Pa，求(111)面上柏氏矢量的螺位錯線上所受的力（）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間，會發(fā)生圖b-d的變化，請分析四個階段微觀組織、體系能量和宏觀性能變化的機理和原因。根據(jù)Ag-Cd二元相圖：當溫度為736、590、440和230時分別會發(fā)生什么樣的三相平衡反應？寫出反應式。分析Ag-56%Cd合金的平衡凝固過程，繪出冷卻曲線，標明各階段的相變反應。分析Ag-95%Cd合金的平衡凝固與較快速冷卻時，室溫組織會有什么差別，并討論其原因。西北工業(yè)大學2011年碩士研究

12、生入學考試試題參考答案 試題名稱：材料科學基礎（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、彈性應力場、滑移性質、柏氏矢量等方面對比刃位錯、螺位錯的主要特征。答：刃型位錯：1晶體中有一個額外原子面，形如刀刃插入晶體2刃位錯引起的應力場既有正應力又有切應力。3位錯線可以是折線或曲線, 但位錯線必與滑移（矢量）方向垂直4滑移面惟一5位錯線的移動方向與晶體滑移方向平行（一致）6位錯線與柏氏矢量垂直螺型位錯：1上下兩層原子發(fā)生錯排，錯排區(qū)原子依次連接呈螺旋狀2螺位錯應力場為純切應力場3螺型位錯與晶體滑移方向平行，故位錯線一

13、定是直線4螺型位錯的滑移面是不惟一；5位錯線的移動方向與晶體滑移方向相互垂直。6位錯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，強度硬度升高，塑形下降的現(xiàn)象。軟化方法是再結晶退火。什么是離異共晶？如何形成的？答：在共晶水平線的兩個端部附近，由于共晶量少，領先相相依附在初生相上，另一相獨立存在于晶界，在組織學上失去共晶體特點，稱為離異共晶。有時，也將端部以外附近的合金，在非平衡凝固時得到的少量共晶，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構、相近的原子半徑、相近的電

14、負性、較低的電子濃度。原因：溶質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。電負性相近不易形成化合物。電子濃度低有利于溶質原子溶入。兩個尺寸相同、形狀相同的銅鎳合金鑄件，一個含90%Ni，另一個含50%Ni，鑄造后自然冷卻，問哪個鑄件的偏析嚴重？為什么？答：50%Ni的偏析嚴重，因為液固相線差別大，說明液固相成分差別大，冷速較快不容易達到成分均勻化。作圖計算題（每題15分，共60分）寫出112晶面族的等價晶面。答：請判定下列反應能否進行：答：幾何條件： ，滿足幾何條件能量條件： 不滿足能量條件，反應不能進行。已知某晶體在500時，每1010個原子中可以形成有1個空位，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，已知拉力軸的方向為001，=106 Pa，求(111)面上柏氏矢量的螺位錯線上所受的力（）答：外力在(111)上的分切應力為：作用在位錯線上的力為：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間，會發(fā)生圖b-d的變化，請分析四個階段微觀組織、體系能量和宏觀性能變化的機理和原因。答：圖a：晶粒拉長，缺陷數(shù)量增大形成位錯亞結構，產生變形織構；存儲能升高；位錯纏結導致加工硬化，強度硬度升高，塑形下降，組織取向明顯導致各向異性

16、。圖b：回復。晶?；静蛔?，位錯發(fā)生滑移、攀移等，位錯重排，數(shù)量略有減少，空位大量減少。內應力得到消除。加工硬化基本保留。圖c：再結晶。形成新的無畸變新晶粒。存儲能全部釋放，變形產生的點陣畸變消除。加工硬化消除，力學性能基本恢復到冷變形前的水平。圖d：晶粒長大。晶粒粗化。體系能量因界面能的下降而下降。強度下降，塑形也下降。根據(jù)Ag-Cd二元相圖：當溫度為736、590、440和230時分別會發(fā)生什么樣的三相平衡反應？寫出反應式。分析Ag-56%Cd合金的平衡凝固過程，繪出冷卻曲線，標明各階段的相變反應。分析Ag-95%Cd合金的平衡凝固與較快速冷卻時，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，L+Ag 590：包晶反應，L+ 440：共析反應，Ag+ 230：共析反應， 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