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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)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-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、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）、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)網狀，量少時是不連續(xù)網狀）、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（111）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： 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