東北大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)歷年考研試題及答案

東北大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)歷年考研試題及答案

2001年

一、解釋名詞（20'）

1、復(fù)合強化

2、晶界偏析

3、應(yīng)變疲勞

4、擴散激活能

二、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出各自的晶面指

數(shù)，計算面間距。（12，）

三、晶粒直徑為50um,若在晶界萌生位錯所需要的應(yīng)力約為G/30,晶粒中部有位錯源，問

要多大的外力才能使晶界萌生位錯？（13'）

四、含碳量為百分之3.5的鐵一碳合金，在室溫時由哪兩個相組成？各占的重量百分數(shù)是多

少？并計算室溫時珠光體和萊氏體的百分含量。（12'）

五、再結(jié)晶后的晶粒大小如何計算?與哪些因素有關(guān)？為多數(shù)金屬材料再結(jié)晶后晶粒尺寸隨

預(yù)定形變量的關(guān)系會百分之10變形量附近出現(xiàn)一個峰值？（13'）

六、材料發(fā)生蠕變時通常符合的指數(shù)定律，對于同一種材料討論說明式中的n會不會隨

試驗溫度變化？試驗測定n值的目的是什么？在例如800攝氏度的試驗溫度下，金屬

材料和陶瓷材料的n值由什么不同？（13分）

七、什么是電子的分子軌道？為什么有的同類原子會形成分子？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？回答問題并給予簡單討論。（12分）

2001年《材料科學(xué)基礎(chǔ)》參考答案

1.{111}=(111)+(111)+(111)+(111)

1111

ACD,AjBDC|BDAQBd=V3a/3

2.T=Gb/L=2.85xlO4G

3.a+Fe3c；

a%=(6.69-3.5)/(6.69-0.0218)=47.8%

Fe3C%=1-47.8%=52.2%

Ld%=(3.5-2.ll)/(4.3-2.11)=63.5%

P%=(4.3-3.5)/(4.3-2.11)x(6.69-3.5)/(6.69-0.77)=19.7%

4.再結(jié)晶晶粒尺寸d=常數(shù)[G/N]"',其中，G為生長率，N為形核率。

影響d值的幾個主要因素：（1）預(yù)先變形（2）退火溫度（3）原始晶粒尺寸（4）雜質(zhì)（5）形變

溫度（6）制造單晶。

在10%的臨界變形量下，N/G可達一極小值，此時可以達到最大的晶粒。

5.蠕變應(yīng)力指數(shù)n的值反應(yīng)了材料的蠕變機制，n會隨實驗溫度變化。蛹變的機制可分為擴

散蠕變和位錯蠕變兩種。在擴散蠕變機制中，n等于1。位錯蠕變時，應(yīng)力指數(shù)n應(yīng)該等于

3。當(dāng)蠕變的應(yīng)力較小，蠕變溫度較高時，蠕變主要以擴散蠕變的機制進行，應(yīng)力指數(shù)值為

1。低應(yīng)力低溫度時，主要是晶界擴散的蠕變形式；而低應(yīng)力高溫度時，主要是品內(nèi)擴散的

蠕變形式。當(dāng)蠕變應(yīng)力較大，蠕變溫度較低時,蠕變主要以位錯蠕變的機制進行，應(yīng)力指數(shù)

值為3—4。在8000c的實驗溫度下，金屬材料n值在1左右，陶瓷材料的n值在3-4左右。

6.分子中單電子波函數(shù)5稱為分子軌道。

分子軌道的能級低于原于軌道的稱為成鍵軌道，高于原子軌道的稱為反鍵軌道，等于原于軌

道的稱為非鍵軌道。

原子間核外電子愈多，形成的分子軌道就愈多。形成的分子軌道愈多，形成的分子的結(jié)合鍵

不一定愈強。

7.（1）復(fù)合強化一般認為的是由于彌散強化、細晶強化和加工硬化的綜合作用所致。

（2）晶界結(jié)構(gòu)比晶內(nèi)松散，具有一定的表面效應(yīng)，溶質(zhì)原子處在晶內(nèi)的能量比處在晶界的

能量要高，所以溶質(zhì)原子有自發(fā)向晶界偏聚的的趨勢，這就會發(fā)生晶界偏析。

（3）受循環(huán)應(yīng)力的作用下發(fā)生斷裂失效，就是所謂材料的應(yīng)變疲勞。

（4）晶體中的原子進行擴散時不論按間隙機制還是按空位機制進行，首先均需得到為克服

能壘所必須的額外能量，才能實現(xiàn)原子從一個平衡位置到另一個平衡位置的基本躍遷，這部

分能量統(tǒng)稱為擴散激活能，一般以Q表示。

2002年

畫出面心立方體的（111）和（100）面，計算面間距和面密度。證實晶面的間距越大，原子

面密度越高。（15，）

2.假定一塊鋼進行熱處理時，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？請分別畫出并標出四個相的位置和進入與

離開四相區(qū)的液相成分隨溫度變化的投影線，寫出對應(yīng)的各四相反應(yīng)的表達式。討論四相

區(qū)零自由度的含意。（13,）

4.課本第153頁習(xí)題第2題。（15'）

5.比較共價鍵，離子鍵，和金屬鍵的不同點，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)？是否會在晶界優(yōu)先析出呢？（12'）

7.解釋名詞

（1）相變增韌（2）復(fù)合強化（3）斷裂增韌（4）再結(jié)晶（20'）

2002年《材料科學(xué)基礎(chǔ)》參考答案

1.如圖2001年第一題，面ACD,為（111）面，面ABB|A|為（100）面。

(111)：d=73a/3；P=2V3/a2

(110)：d=a；P=2/a2

2,ni/N=Aexp(-Ev/kTi)---①n2/N=Aexp(-Ev/kT2)---②

②/①,得n2/n1=exp|Ev/k(1/TI-1/T2)]=1.03

（3）四相區(qū)只有一個，即為L+a+f+九三元系中只有發(fā)生四相平衡反應(yīng)時才出現(xiàn)四

相區(qū)，而四相平衡反應(yīng)的形式只能有三種：第一種是由一相反應(yīng)生成另外三相.這種反應(yīng)

稱共晶型四相平衡反應(yīng)，反應(yīng)式可寫成Lfa+S+0第二種是由兩相反應(yīng)生成另外兩相，稱

包共晶型四相平衡反應(yīng)，反應(yīng)式為4+Lg+八第三種是由三相反應(yīng)生成一相，稱包晶型

四相平衡反應(yīng)，反應(yīng)式為L+a+S/Y.

根據(jù)相律，三元系四相平衡時自由度為零，因此三元系中的四相平衡反應(yīng)是一個不變

反應(yīng)，反應(yīng)前后的溫度及各相的成分不變，三元系中的四相區(qū)為一平面，稱四相反應(yīng)平面。

4.(l)bx=-b,by=bz=O,tx=l,ty=tz=0,Mx=-oxxb,My=-oyx,Mz=O,f=。

(X2+Y2)2

bx=bz=O,ty=l,tx=tz=O,Mx=-oxyb,My=-。yyb,Mz=O,f=-o

x(x2—y2)b-D版」

xybk=-Dbk

(x2+r2)2(/?2+r2)2

5.電價鍵是靠靜電的庫侖力作用而形成的化學(xué)鍵，其中主要是離子鍵。

共價鍵是由兩個或多個原子共有若干電子所構(gòu)成。

金屬鍵是由金屬中的自由電子和構(gòu)成空間點陣的正離子相互作用所形成的。

構(gòu)成共價鍵的原子主要是非金屬原子，而構(gòu)成離子鍵和金屬鍵的原子多以金屬原子為主，故

通常共價鍵晶體的密度比其他兩種鍵的晶體密度低。

6.如果不考慮畸變能，基體和第二相之間的界面能將影響第二相的形貌和分布。第二相在

晶粒內(nèi)部形成時，如果界面是非共格的或是各向同性的，則第二相會呈圓形以減少表面積。

但很多情況下，第二相與基體有共格關(guān)系，界面能不會各向同性，這時第二相粒子可能會呈

多邊形以便使總界面能成為最小。

如果不考慮界面能，析出物為薄片形狀，會在晶界優(yōu)先析出。

7.（1）裂紋尖端附近由于應(yīng)力集中而高于臨界值時，裂紋尖端附近的粒子會因應(yīng)力誘發(fā)而進

行的馬氏體相變成為相變增韌。

（2）復(fù)合強化一般認為的是由于彌散強化、細晶強化和加工硬化的綜合作用所致。

（3）材料抵抗裂紋擴展斷裂的韌性性能稱為斷裂韌性。

（4）再結(jié)晶指新的無應(yīng)變晶核的形成以及通過這些晶粒生長而逐步消耗舊的變形基體的過

程。

2003年

1.當(dāng)兩個反號垂直相隔數(shù)個原子距離（B）的刃位錯相互滑移成為一列，寫出計算滑移力隨

水平相互距離x的表達式，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

成為垂直一列時，位錯間將形成什么缺陷？當(dāng)B值很大時呢？（18分）

2.已知金屬鉞是面心立方結(jié)構(gòu)，原子量是192.2g/mol,密度是22.4g/cm3,請計算缽的原子半

徑。（16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夾雜的二面角為80。，b）沿

鐵的晶界面分布，分別求鐵和夾雜物間的界面能。（16分）

4.在百分之15體積分數(shù)碳化硅顆粒強化的鋁基復(fù)合材料中，當(dāng)塑性變形百分之0.1時，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b矢量為3X10—4um,此時在粒子前沿將塞積4條位錯，如何計算（提示：粒子無法進

行與基體等量的塑性變形將導(dǎo)致相應(yīng)量的位錯在其前沿塞積）？鋁的屈服應(yīng)力為200Mpa,

問此時碳化硅粒子中受多大的力？此時復(fù)合材料的強度是多少？（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。（會標晶面指數(shù)）（18分）

6.下圖是AL-Nd二元相圖，只有單相區(qū)標了出來，請指出所有的共晶，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)=l-exp（-ktn）,按照下表給出的試驗數(shù)據(jù)，計算轉(zhuǎn)

變百分之95所需要的時間：

轉(zhuǎn)變數(shù)量需要時間（s）

百分之2012.6

百分之8028.2（20分）

8.解釋名詞

（1）擴散系數(shù)（2）成分過冷（3）再結(jié)晶（4）布里淵區(qū)（28分）

2003年《材料科學(xué)基礎(chǔ)》參考答案

22

IFx_Gb^xjx-y）G—爐一夕）

''I2TT（1-V）（X2+/）2-2^-（1-v）（x2+B2）2

(l)x<0:Ix|>B,Fx>0;|x|<B,Fx<0;IxI=B,Fx=0.

x>0:IxI>B,Fx<0;|x|<B,Fx>0;IxI=B,Fx=O.

空位片（B很小時）；層錯（B很大時）

2、由M=p&m?3Na可得：r=l.5x10l0m

3A

22

3、a）Y=Y?（/2cos400=0.51J/m;b）Y=Y32=0.39J/m

4、假設(shè)SiC顆粒半徑與基體原子半徑相等，nb/R=6,n=4

T=4Io=800Mpa,200*85%+800*15%=145.5MPa

5.A(322);B(202);{322}=(322)+(322)+(223)+(322)+(223)+(223)+(232)+(232)+(232)

+(322)+(232)+(223)

6、共晶：L^Al+AlnNd3;L^Nd+AlNb3

共析：AlnNd3+Al2NdfA^Nd;

包晶：L+A^Nd-Al,|Nd3;L+Al2Nd-AlNd;L+AlNd-AlNd2;L+AINd,-AlNd3;

7、20%=1-exp(-kl2.6n);80%=l-exp(-k28.2n)k=4.49*10-4n=2.45

95%=l-exp(-ktn)t=36.38s

8、(1)菲克第一擴散定律中的比例常數(shù)D。稱為擴散系數(shù)，單位是n?/s。

(2)對于這種在界面前方有成分(濃度)差別的液相而言，在一定溫度梯度下所形成的過冷

度稱為成分過冷或濃度過冷。

(3)再結(jié)晶指新的無應(yīng)變晶核的形成以及通過這些晶粒生長而逐步消耗舊的變形基體的過

程。

(4)能量不連續(xù)的點把k空間(一維就是k軸)分成許多區(qū)域，這些區(qū)域稱作布里淵區(qū)。

2004年

1.會標晶向指數(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比熱貢獻很小卻能很好的導(dǎo)電？

4(15分)已知：空位形成能是L08ev/atm,鐵的原子量是55.85g/mol,鐵的密度是

7.65g/cm3,NA=6.023*1023,K=8.62X10-5ev/atom-K,請計算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[-l01]的刃位錯運

動，在(11-1)面上有柏氏矢量為a/2[l—10]的刃位錯運動，當(dāng)它們靠近時是否穩(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。(2)在面心立方晶體的單位晶胞中畫出一個滑移系，并標出晶面晶向指數(shù)。

7(15分)為什么材料有時會在其屈服強度以下的應(yīng)力載荷時失效？如何防止？如何進行容

器只漏不斷的設(shè)計？

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攝氏度時在成分點A一百分之75B有一個共晶轉(zhuǎn)變；

755攝氏度時在成分點A-百分之40B還有一個共晶轉(zhuǎn)變；在780攝氏度時在成分點A一百

分之49B有一個穩(wěn)定金屬間化合物凝固發(fā)生；在755攝氏度時成分點A-百分之67B有另一

個穩(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)晶時也會發(fā)生枝晶？凝固時合金液體中成分船頭波

的區(qū)域尺寸對枝晶有什么影響？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）擴散系數(shù)（2）珠光體（3）再結(jié)晶（4）位錯割階

2004年《材料科學(xué)基礎(chǔ)》參考答案

1、A[01l],B[210],C[112],D[ll2]

2、在晶?；ハ嘟佑|的二維圖形中，晶界的交叉點應(yīng)是由3根晶界相交，如果是4根以上晶

界相交，從能量降低即交叉點處微元面積中晶界總長最短的原則出發(fā)。通過幾何分析可以得

出1個四叉晶界一定會自發(fā)分解為2個三叉晶界。在三叉交點處，3個晶界必然會自發(fā)調(diào)整

位置以實現(xiàn)界面張力YmY23和Yw的力學(xué)平衡；其數(shù)學(xué)表示式為

yzssin9i=Yiasin92=Ywsin03

為滿足上式的晶界交叉點的力學(xué)平衡關(guān)系，晶界并不要求一定是直的，僅要求在結(jié)點處，3

個晶界切線之間的夾角滿足上式。如果考慮單相合金，設(shè)定3個晶界能相等，則結(jié)點處平衡

條件是％=口=。3=120。所以單相金屬的晶粒形狀在顯微鏡下多為六邊形。

3、比熱來自晶格節(jié)點上的亞離子的熱振動和自由電子，但自由電子的貢獻很小，而導(dǎo)電性

是來自于自由電子的運動。

24

4、nv/N=exp（-Ev/kT）;nv=1.18*10

_Cl~Cl~~Cl~

5.（lll）:-[101]^-[211]+-[112]

266

（lli）：|[110]^^[211]+1[121]

o6o

位錯線（lii）與⑴i）面的交線[oil],新位錯為刃位錯，滑移面為doo）,面角位錯，使材料

加工后產(chǎn)生加工硬化。

6,（1）面心立方：

體心立方：{110}<111>

密排六方:{0001}<1120>

7、材料內(nèi)部存在裂紋，斷裂強度比屈服強度低，發(fā)生斷裂。

防止措施：選擇斷裂韌性高的材料?；使材料內(nèi)部缺陷少、裂紋尺寸小。

選擇屈服強度低的材料

8

9、（1）出現(xiàn)大的成分過冷。

（2）成分過冷區(qū)越大，越容易生成枝晶。

（3）當(dāng)界面前沿熔體中GL較大，界面前存在一個較窄的成分過冷區(qū)域，在原來平界面上形

成了高濃度、低熔點的熔體組成網(wǎng)狀溝槽。

10.（1）菲克第一擴散定律中的比例常數(shù)D。稱為擴散系數(shù)，單位是m2/s。

（2）鐵素體和珠光體的混合物稱為珠光體。

（3）再結(jié)晶指新的無應(yīng)變晶核的形成以及通過這些晶粒生長而逐步消耗舊的變形基體的過

程。

（4）如果一段新產(chǎn)生出來的位錯垂直于被交割本身位錯的原滑移面，則稱該位錯產(chǎn)生了1

個割階。

2005年

1（15分）名詞解釋

空間點陣間隙相成分過冷反應(yīng)擴散連續(xù)脫溶

2（20分）判斷題

（1）屬于同一種空間點陣的晶體可以具有不同的晶體結(jié)構(gòu)

（2）一個位錯環(huán)不可能處處都是螺位錯，也不可能處處都是刃位錯。

（3）致密度高的密排金屬作為溶劑形成間隙固溶體時，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，形成臨界晶核時體積自有能的減少只能補償新增表面能的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）強化金屬材料的各種手段，其出發(fā)點都在于制造無缺陷的晶體或設(shè)置位錯運動的障礙。

（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，（鋅的沸點低達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間？(已知鋅在銅中

的擴散激活能Q=20000R)(15分)

4.下圖中給出兩個純螺型位錯，其中一個含有一對扭折，另一個含有一-對割階，圖中箭頭

方向為位錯線的正方向，問：

(1)這兩對位錯線何者為扭折，何者為割階？它們屬于什么類型位錯？

(2)假定圖上所示的滑移面為面心立方晶體的(111)面，問哪?對位錯線可以通過自身的

滑動而消除，說明理由。

(3)含有割階的螺位錯在滑移時是怎樣形成空位的？

(4)指出各位錯中多余半原子面的位置。

(注：一定要把位錯部分吃透)

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，計算從r-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)閍-Fe的體積

膨脹率。

(2)用x射線測得912攝氏度時r-Fe和r-Fe的點陣常數(shù)分別為0.3633nm和0.2892nm?

計算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射線測定的點陣常數(shù)a=0.3615nm,

(1)按鋼球密堆模型計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)在一個晶胞內(nèi)畫出一個能發(fā)生滑移的晶面，并標出指數(shù)。

(3)在所畫晶面上指出一個可滑移的晶面，并標出指數(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，圖示在表面上可能看到的滑移線痕跡。

2005年《材料科學(xué)基礎(chǔ)》參考答案

1、(1)結(jié)點在空間規(guī)則周期的分布，這些點的總體稱為空間點陣或點陣。

(2)當(dāng)非金屬原子半徑m與金屬原子半徑n之比rx/r,V0.59時，形成簡單結(jié)構(gòu)的間隙

相。

(3)對于在界面前方有成分(濃度)差別的液相而言，在一定溫度梯度下所形成的過冷度稱

為成分過冷或濃度過冷。

(4)所謂反應(yīng)擴散，是指在固態(tài)擴散過程中伴有相變發(fā)生的擴散。

(5)連續(xù)脫溶指過飽和母相在連續(xù)脫溶過程中，往往在乎衡脫溶相出現(xiàn)之前會出現(xiàn)一個、

兩個或多個亞穩(wěn)脫溶相，其典型的反應(yīng)式為：a(C。)-a(C)十B(亞穩(wěn)相)，新相通常以分

散、孤立的小顆粒形核，然后向母相中生長。

2、(1)J(2)X(3)X(4)V(5)X(6)J(7)V(8)X(9)J(10)J

3、J1=/,t=9.22min

dDji不D2t2

4、(1)1為扭折，2為割階，都是刃型位錯。

(2)1號位錯線上的扭折可通過自身滑動而消除，因為扭折處于原位錯所在滑移面上。

(3)通過攀移形成空位。

(4)a'b'、c'd'段為刃型割階。并且a'b'左側(cè)、c'd'右側(cè)多余半原子面，隨位錯運動；a'b'

向左運動、c'd'向右運動，則沿著這兩段割階所掃過的面積會產(chǎn)生厚度為一個原子層的空位

群。

5、(1)LE-*a+AmBn+AjCk

(2)①a-E間兩段中的右段

②E點上面那條線的下段

r-I-..-------------

6,(1)dv=——a>;d?=——a?;6.a、=杷a.;=----=8.9%

22V

彳

一叫

(2)A竺V="?_J4_=o.89%

Va3

4

(3)隨致密度降低，原子半徑變小。

7、A試樣：—-----=41.6%；x=0.45%

0.77

B試樣：-669----92.7%；x=1.20%

6.69-0.77

V2人

8、(1)d=—a=0.2556nm,12個

2

(2)、(3)如圖

AB

2006年

一、名詞解釋

1、晶帶2、上坡擴散3、不連續(xù)脫熔4、加工硬化5、偽共晶

二、T=0K時，金屬中的自由電子有沒有熱振動？為什么？

三、在立方晶體中畫出以下晶面和晶向：[112],[-210],(102)

(11-2)

四、在面心立方晶體中，同一個(111)面上的兩個位錯a/2[00T]和a/2[-110]在相互靠

近時是否穩(wěn)定？將發(fā)生什么變化？寫出位錯反應(yīng)。

五、a,b,c三個相相交與一個三叉結(jié)點，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be表面能

六、分別列出對純金屬和合金可能采取的強化機制。

七、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,會這種類型的題目)

八、850攝氏度滲碳叮950攝氏度滲碳相比，優(yōu)點是熱處理后產(chǎn)品晶粒細小。

a)計算上述兩個溫度下碳在r-Fe中的擴散系數(shù)，已知D0=2.0*10-5m2/sQ=140*103J/mol.,

b)850攝氏度滲碳需用多長時間才能獲得950攝氏度滲碳5小時的滲層厚度(不同溫度下

碳在r-Fe中的溶解度的差別可忽略)

2006年《材料科學(xué)基礎(chǔ)》參考答案

1、(1)平面(hkl)和[uvw]的總體稱為一個晶帶。

(2)溶質(zhì)還可以向濃度高的地方發(fā)生“上坡擴散”。

(3)成分為C。的合金從「溫度快冷至4溫度保溫，會發(fā)生過飽和固溶體的不連續(xù)脫溶。

其脫溶產(chǎn)物為交替排列的a與B兩相混合物，它們通常在母相a的晶界形核，然后呈胞狀向

相鄰晶粒之一中長大，不連續(xù)脫溶反應(yīng)式可以寫為a(C)-a/(C/)+B(3)。

(4加工硬化的機理只指由于形變造成位錯密度和組態(tài)的變化從而提高強度的作用。

(5)非共晶成分的合金在非平衡結(jié)晶條件下得到的共晶組織稱偽共晶。

2、在0K時.自由電子系統(tǒng)每個電子的平均能量(平均動能)為

廣EdN2,

瓦二F二"虧"'由上式可知，在OK時電子仍有相當(dāng)大的平均動能,

這是由于電子必須滿足泡利不相容原理的緣故?？紤]金屬的費米能為兒個到十兒個電子伏

特，計算表明，0K時自由電子的平均速度數(shù)量級高達10'm/s。

3、AB

4、(111):^[011]->^[112]+^[121]；

266266

aa~ci~~

5、

oG?+o?vcos82°=oBycos70"

?！?、cos(90-82)°=。BYCOS(110-90)°

由上式即可解出。e,和。《丫。

6、純金屬：細晶強化(增大過冷度、變質(zhì)處理、振動、攪拌、再結(jié)晶)、形變強化

合金：固溶強化、細晶強化、加工硬化、相變強化、彌散強化

7、658℃：L-Al+AUMn共晶

705℃：L+u-ALMn包晶

923℃：L+AluMn4fH包晶

1048℃：L+Y-Y?包晶

1191℃：L+e-y包晶

660、452℃：LfAl異晶

840℃：Y-Yz+BMn共析

870℃：e-Y+BMn共析

8、a)D?=Doexp(-Q/RT?)

Di=Doexp(-Q/RT2)

b)由D|t|=D2t2可得h

2007年

一、名詞解釋

i、固溶體

2、點陣

3、晶格摩擦力

4、擴展位錯

5、同素異形轉(zhuǎn)變

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

三、如何解釋等溫與絕對零度下電子平均動能十分相近的原因。

四、舉出兩個由長程擴散控制長大的實例。

五、為何過飽和固溶體適當(dāng)固溶處理后強度比室溫平衡組織高？

六、(1)已知Zn在Cu中擴散時

D=2.lxlO(-5)m2/s,Q=l.71x10(5)J/mol求820℃時在中的擴散系數(shù)

(2)討論影響金屬材料擴散的因素。

七、冷加工金屬加熱時發(fā)生回復(fù)過程中位錯組態(tài)有哪些變化？

八、Al-Cu相圖可簡化為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擴散系數(shù)D2=3xl0(-9)m2/s,合金在無對

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？

2007年《材料科學(xué)基礎(chǔ)》參考答案

一、名詞解釋

1.以一種金屬元素作為溶劑，另一種或一種以上的元素作為溶質(zhì)而形成的固體稱為固溶體。

2.把原子(或離子、分子)抽象成結(jié)點，結(jié)點在空間規(guī)則周期的分布，這些點的總體稱為空

間點陣或點陣。

3.當(dāng)位錯運動時，中心區(qū)必須要通過一系列的能峰和能谷，位錯線越過能峰時所需克服的

阻力就是位錯運動的晶格摩擦力，也稱為P—N力。

4.一個全位錯分解為2個Shockley不全位錯，這樣的2個Shockley位錯一起被稱為擴展

位錯。

5.同一物質(zhì)的不同的晶體結(jié)構(gòu)稱為同素異形體。每一種同素異形體都是一個相，它們之間

在一定條件下也將發(fā)生相互轉(zhuǎn)變，稱同素異形轉(zhuǎn)變。

二、由三個晶面構(gòu)成的行列式=0說明三個晶面屬于同一晶帶；晶帶軸指數(shù)［121］由兩個晶面

即可確定。

三、在0K時.自由電子系統(tǒng)每個電子的平均能量(平均動能)為

員=取3鼠尋亞=衿

由上式可知，在0K時電子仍有相當(dāng)大的平均動能,

這是由于電子必須滿足泡利不相容原理的緣故?？紤]金屬的費米能為幾個到十幾個電子伏

特，計算表明，0K時自由電子的平均速度數(shù)量級高達10%/s。

四、奧氏體中析出滲碳體、鐵素體、珠光體。

五、金屬材料中存在有固溶原子時，固溶原子必然會引起周圍晶格的畸變，在其周圍產(chǎn)生一

個應(yīng)力場，由于固溶原子應(yīng)力場與位錯應(yīng)力場相互作用的結(jié)果，溶質(zhì)原子具有向位借偏聚而

形成一個原子氣團的傾向。這時，位錯的運動要么擺脫這種原子氣團，要么施帶著原子氣團

一起運動。擺脫原子氣團需增加一部分外力以克服它與位錯間的相互吸引，如果施帶原子氣

團一齊運動，外力也需增加一個附加量。所以，當(dāng)位錯上有原子偏聚時，位錯運動的難度提

高，金屬得到強化。

2

六(1)D0=Dexp(Q/RT)=4435.67m/s

(2)固溶體類型、晶體結(jié)構(gòu)類型、晶體缺陷、化學(xué)成分等。

七、回復(fù)是通過位錯運動造成材料中儲能的減低。位錯運動所實現(xiàn)的有2個主要過程，這就

是位錯的相消與重排。2個過程的實現(xiàn)，有賴于位錯滑動，攀移和交滑移。回復(fù)的過程可歸

結(jié)為三種主要機制：A亞晶規(guī)整化B多邊化C亞晶的合并一亞晶結(jié)構(gòu)合并是相鄰亞晶通

過轉(zhuǎn)動而重合的過程，亞晶合并的另一種機制可以通過低角度界面的遷移來進行，最小的亞

晶消失，而較大的則生長，這類似于晶粒長大。

八、

%/10-2

Ko=5.65/33=0.1712<1

界面處液相成分G=Co/Ko=0.5%*33/0.65=25.38%

由Tb=Tm-nkCo/K。得m產(chǎn)（660-546）/25.38%=449.17

特征距離=DL/R=3*10^/5*10=0.6*10%

由%Q1-如<"可得G,>叫CJ—幺R=1.81*10"

DLKoRDLKO

2009年

一、名詞解釋（每題5分，共計30分）

1、晶格

2、schmid因子

3、層錯

4、過冷度

5、偽共析轉(zhuǎn)變

6、非均勻行核

二、對于FCC結(jié)構(gòu)金屬晶體（點陣常數(shù)是a）（20分）

1、畫出一個滑移面（4分）

2、畫出該面上的所有滑移方向（8分;

3、計算面間距（4分：

4、計算面密度（4分）

三、分析出硬化型合金能否在一定溫度下淬火軟化，為什么？什么合金易產(chǎn)生時效？泠變形

對過飽和固溶體的時效影響。。5分）

四、晶界對多晶體塑性變形的作用及原理。5分）

五、什么是強度？合金的強化方式有哪些（1。分）

六、分析脫溶析出和調(diào)幅分解的主要區(qū)別（15分）

七、三元共晶相圖，分析。點結(jié)晶（只畫了一個三角形，然后隨便畫了一點（15分）

八、Ti-Ni相圖，分析恒溫轉(zhuǎn)變類型。Ti-30%Ni合金結(jié)晶路線，計算平衡相成分。（30分）

2009年《材料科學(xué)基礎(chǔ)》參考答案

一、名詞解釋

1,晶格：通過空間點陣的陣點作平行的直線或平面，形成網(wǎng)格，稱為格子或晶格

2.Schmid因子：cos①cos入

3.如果由于某種原因使密排面的堆垛次序遭到破壞，使整個一層密排面上的原子都發(fā)生了

錯排，這種缺陷稱為層錯。

4.金屬的實際開始凝固溫度了T“總是低于理論凝固溫度了這種現(xiàn)象稱為過冷、二者之

間的溫度差A(yù)T=T0-T“稱為過冷度。過冷度是金屬凝固的必要條件。

5.非共析成分的合金在非平衡結(jié)晶條件下得到的共析組織稱偽共析。

6.非均勻形核是在非均一的熔體中，以某種界面為依附襯底而形成晶核的過程。其特點是:

依附已有界面形核，所需的驅(qū)動力較小。

d=V3a/3P=2-\/3/a2

三、析出硬化型合金能在一定溫度下發(fā)生淬火軟化，因為在時效的初期，隨時效時間增長，

亞穩(wěn)平衡析出粒子長大，材料強度會增高，時間進步增長或溫度提高，一旦亞穩(wěn)析出相粒

于轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶馕龀鱿嗔Ｗ雍?，粒子的共格?yīng)變就會消失，強化作用顯著降低，材料強度降低，

而且隨時效時間的延長，平衡相粒子粗化，強度將進一步降低。

過飽和固溶體合金易產(chǎn)生時效。

泠變形使過飽和固溶體容易產(chǎn)生時效。

四、多晶材料形變的基本過程與單晶相同，但復(fù)雜得多。其復(fù)雜性源自晶界以及鄰接晶粒的

限制作用。換言之，外加應(yīng)力是通過周圍晶粒傳輸?shù)絺€別晶粒的，同時一個晶粒的形變必然

涉及到各鄰接晶粒的形變，多晶材料的強度顯然應(yīng)高于單晶。由此也可推斷，細化晶粒必能

提高材料的強度與硬度。施于任何給定晶粒的載荷對于每一可能的滑移系都可分解成切應(yīng)力

和正應(yīng)力。當(dāng)切應(yīng)力超過材料的臨界切應(yīng)力時，