2005年北京科技大學(xué)材料考研題

2005年北京科技大學(xué)

攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試試題包含答案哦

考試科目：金屬學(xué)

[]適用專業(yè)：材料學(xué)、材料科學(xué)與工程、材料加工工程

說明：統(tǒng)考生做一至九題；單考生做一至六和十至十二題

一、晶體結(jié)構(gòu)(20分)

1．什么是晶面族｛111｝晶面族包含哪些晶面?

2．面心立方結(jié)構(gòu)金屬的［100]和正［111]晶向間的夾角是多少?｛100｝面間距是多少?

3．面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)金屬中的原子堆垛方式和致密度是否有差異?請加以說明。

二、合金相(15分)

1．解釋間隙固溶體和間隙相的含義，并加以比較。

2．為什么固溶體的強(qiáng)度常比純金屬高?

三、晶體缺陷(15分)

1．晶體內(nèi)若有較多的線缺陷(位錯(cuò))或面缺陷(晶界、孿晶界等)，其強(qiáng)度會(huì)明顯升高，這些現(xiàn)象稱為什么?強(qiáng)度提高的原因是什么?

2．上述的兩類缺陷是怎樣進(jìn)入晶體的?舉例說明如何提高這些缺陷的數(shù)目?

四、相圖熱力學(xué)(10分)

利用圖10-1的自由能-成分曲線說明，公切線將成分范圍分成三個(gè)區(qū)域，各區(qū)域內(nèi)哪些相穩(wěn)定?為什么?

五、凝固(20分)

1．相同過冷度下比較均勻形核與非均勻形核的臨界半徑、臨界形核功、臨界晶核體積，哪個(gè)大?

2．合金凝固時(shí)的液／固界面前沿通常比純金屬液／固界面前沿更容易出現(xiàn)過冷?為什么?

3．典型的金屬(如鐵)和典型的非金屬(如硅，石墨)在液相中單獨(dú)生長時(shí)的形貌差異是什么?

六、擴(kuò)散(20分)

1．菲克第二定律的解之一是誤差函數(shù)解，C=A+Berf(x/2(Dt)1/2)，它可用于純鐵的滲碳過程。若溫度固定，不同時(shí)間碳的濃度分布則如圖10-2。已知滲碳1小時(shí)后達(dá)到某一特定濃度的滲碳層厚度為0．5mm，問再繼續(xù)滲碳8小時(shí)后，相同濃度的滲層厚度是多少?

2．圖10-3為測出的釷在不同溫度及以不同方式擴(kuò)散時(shí)擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系，從該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖中能得出哪些信息?

七、形變(20分)

1．常溫下金屬塑性變形有哪些主要機(jī)制?它們間的主要差異是什么?

2．面心立方金屬銅在三種不同條件下的真應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖10-4。說明它們可能是在怎樣的溫度和應(yīng)變速率下形成的?為何有這樣的形狀?

3．什么是上、下屈服點(diǎn)效應(yīng)(在純鐵或低碳鋼中)?原因是什么?

八、再結(jié)晶(20分)

1．給出金屬發(fā)生再結(jié)晶的基本條件(驅(qū)動(dòng)力)。

2．指出再結(jié)晶、結(jié)晶、固態(tài)相變之間的主要區(qū)別。

3.圖10-5示意畫出一種常見的再結(jié)晶形核機(jī)制，請解釋該地點(diǎn)優(yōu)先形核的原因和形核過程。

4．再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)公式為X=1-e(-ktn)，各參數(shù)表示的含義是什么?以X—t的關(guān)系作圖，曲線的形狀大致是怎樣的?如何處理可得一條直線?處理成直線有何用途?

九、固態(tài)相變(10分)

圖10-6為兩組鋁銅合金的時(shí)效強(qiáng)化曲線；討論成分變化及時(shí)效溫度對力學(xué)性能(這里是硬度值)的影響，分析可能的原因。

十、固態(tài)相變(15分)

1．簡述時(shí)效(強(qiáng)化)處理的工藝路線及原理。

2．同素異晶轉(zhuǎn)變、馬氏體相變、脫溶轉(zhuǎn)變有何主要區(qū)別?

五1．臨界半徑相同；臨界形核功是均勻形核時(shí)高；臨界晶核體積也是均勻形核時(shí)大。

2．合金界面前沿會(huì)出現(xiàn)組成過冷，即界面前溶質(zhì)的富集提高了局部區(qū)域的熔點(diǎn)，所以更易出現(xiàn)過冷。

3．因兩者分別是粗糙型(鐵)和光滑型界面(硅等)，前者是外形均勻的等軸晶或枝晶，后者為規(guī)則多邊形、有棱角的形狀。

六、1．因濃度C、擴(kuò)散系數(shù)D都不變，有X1/X2=√（t1/t2），代人相應(yīng)值得：X2=3X1=1.5mm。

2．隨溫度升高，擴(kuò)散速度加快；表面擴(kuò)散最快，晶內(nèi)擴(kuò)散最慢。擴(kuò)散系數(shù)D與溫度T是指數(shù)關(guān)系，即該圖是D=D0exp(-Q／RT)對數(shù)處理的結(jié)果；利用直線關(guān)系可求常數(shù)D0和激活能Q0。

七、1．主要形變機(jī)制是滑移和孿生；滑移產(chǎn)生的切變量是原子間距的整數(shù)倍，孿生產(chǎn)生的切變量是原子間距的一個(gè)分?jǐn)?shù)；由此產(chǎn)生一系列其他方面的差異。答其他方面差異的也酌情賦分。

2．有明顯加工硬化的是在低溫(或高應(yīng)變速率)下變形；出現(xiàn)硬化、軟化抗衡(動(dòng)態(tài)回復(fù))的是在中溫(或中等應(yīng)變速率)下變形；有一明顯軟化階段(動(dòng)態(tài)再結(jié)晶)的是在高溫(或低應(yīng)變速率)下變形。

3．含C、N間隙原子的低碳鋼形變時(shí)，滑移啟動(dòng)時(shí)的抗力較大(上屈服點(diǎn))，滑移進(jìn)行時(shí)的抗力較小(下屈服點(diǎn))，在應(yīng)力應(yīng)變曲線上可明顯看出。原因是間隙原子聚集在位錯(cuò)上(柯氏氣團(tuán))釘扎了位錯(cuò)，出現(xiàn)上屈服點(diǎn)，位錯(cuò)一旦擺脫釘扎后便不受影響(對應(yīng)下屈服點(diǎn))。

八、1．要有一定的形變儲存能，一定的溫度。

2．再結(jié)晶只是一種組織變化，沒有結(jié)構(gòu)變化，驅(qū)動(dòng)力是形變儲存能；結(jié)晶是從非晶態(tài)的液相、氣相或固態(tài)非晶體中形成晶體的過程；固態(tài)相變是固／固相的結(jié)構(gòu)變化。后兩者的驅(qū)動(dòng)力都是化學(xué)自由能差。

3．這是應(yīng)變誘導(dǎo)晶界遷移機(jī)制；晶界兩側(cè)應(yīng)變量不同，位錯(cuò)密度不同，形變儲存能不同，造成高應(yīng)變能的一側(cè)被低應(yīng)變能的一側(cè)吃掉；形成新晶粒。

4．X是再結(jié)晶分?jǐn)?shù)，t是時(shí)間，k、n都是常數(shù)，k主要與形核率和長大速度有關(guān)，n主要和形核機(jī)制、地點(diǎn)和新相形狀有關(guān)。以X—t的關(guān)系作圖，曲線的形狀是S或σ形狀，50％轉(zhuǎn)變量時(shí)轉(zhuǎn)變速度最快。對數(shù)處理可得一條直線；處理成直線可通過測不同時(shí)間的再結(jié)晶量求出、n值，了解更多的微觀信息。

九、隨鋁中含銅量提高，過飽和度加大，脫溶驅(qū)動(dòng)力加大，析出速度加快，硬度值增加。時(shí)效溫度越高，擴(kuò)散速度力口快，析出加快，但過飽和度減小，脫溶驅(qū)動(dòng)力也減小，GP區(qū)或亞穩(wěn)相可能不出現(xiàn)。時(shí)效強(qiáng)化主要靠GP區(qū)和θ″相，因兩者很細(xì)小彌散，有共格或半共格界面，強(qiáng)化效果好。

十、1．經(jīng)高溫加熱及快速冷卻的固溶處理得到過飽和單相組織，然后在一定溫度和時(shí)間內(nèi)時(shí)效到最高硬度／強(qiáng)度，得到彌散、共格析出的強(qiáng)化相。

2．同素異晶轉(zhuǎn)變主要是純組元固態(tài)下出現(xiàn)的相變，沒有成分變化，短程擴(kuò)散過程控制；馬氏體相變是無擴(kuò)散、切變型相變，在純金屬及合金中都會(huì)出現(xiàn)，是界面過程控制的。脫溶出現(xiàn)在合金中，有成分變化，主要是長程擴(kuò)散控制的。

十一、從側(cè)面觀察，隨形變量加大，晶粒由等軸狀變?yōu)殚L條形，晶粒內(nèi)部位錯(cuò)增多，形成位錯(cuò)纏結(jié)、亞晶界或新的大角晶界；強(qiáng)度、硬度提高，塑性下降。形變溫度提高，晶粒變成長條狀的速度變慢，因熱激活作用增強(qiáng)，亞晶界加速形成，亞晶尺寸趨于穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織。強(qiáng)度提高和塑性下降的速度都變慢。

十二、1．圖10-7b組織為0．45％C合金，即亞共析鋼，因其由等軸鐵素體(白色)和珠光體(黑色)組成。圖10-7c組織為3．4％C合金，即亞共晶白口鑄鐵，因其有枝晶狀珠光體(黑色，原奧氏體晶粒形狀)和