西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)歷真題與答案解析

1、西北工業(yè)大學(xué)2012年碩士研究生入學(xué)考試試題答案試題名稱：材料科學(xué)基礎(chǔ)試題編號(hào)：832說明：所有答題一律寫在答題紙上第頁(yè)共頁(yè)一、簡(jiǎn)答題（每題 10分，共 50分）1.請(qǐng)簡(jiǎn)述滑移和孿生變形的特點(diǎn)？答：滑移變形特點(diǎn)：1）平移滑動(dòng)：相對(duì)滑動(dòng)的兩部分位向關(guān)系不變2）滑移線與應(yīng)力軸呈一定角度3）滑移不均勻性：滑移集中在某些晶面上4）滑移線先于滑移帶出現(xiàn)：由滑移線構(gòu)成滑移帶5）特定晶面，特定晶向?qū)\生變形特點(diǎn)：1) 部分晶體發(fā)生均勻切變2) 變形與未變形部分呈鏡面對(duì)稱關(guān)系，晶體位向發(fā)生變化3) 臨界切分應(yīng)力大4) 孿生對(duì)塑變貢獻(xiàn)小于滑移5) 產(chǎn)生表面浮凸2.什么是上坡擴(kuò)散？哪些情況下會(huì)發(fā)生上坡擴(kuò)散？答：由低

2、濃度處向高濃度處擴(kuò)散的現(xiàn)象稱為上坡擴(kuò)散。 應(yīng)力場(chǎng)作用、 電場(chǎng)磁場(chǎng)作用、晶界內(nèi)吸附作用和調(diào)幅分解反應(yīng)等情況下可能發(fā)生上坡擴(kuò)散。 擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力來自自由能下降，即化學(xué)位降低。3.在室溫下，一般情況金屬材料的塑性比陶瓷材料好很多，為什么？純銅與純鐵這兩種金屬材料哪個(gè)塑性好？說明原因。答：金屬材料的塑性比陶瓷材料好很多的原因： 從鍵合角度考慮， 金屬材料主要是金屬鍵合，無方向性，塑性好；陶瓷材料主要是離子鍵、共價(jià)鍵，共價(jià)鍵有方向性，塑性差。離子鍵產(chǎn)生的靜電作用力，限制了滑移進(jìn)行，不利于變形。銅為面心立方結(jié)構(gòu)，鐵為體心立方結(jié)構(gòu)，兩者滑移系均為 12個(gè)，但面心立方的滑移系分布取向較體心立方勻衡， 容易滿足臨界

3、分切應(yīng)力。 且面心立方滑移面的原子堆積密度比較大， 因此滑移阻力較小。 因而銅的塑性好于鐵。4.請(qǐng)總結(jié)并簡(jiǎn)要回答二元合金平衡結(jié)晶過程中， 單相區(qū)、雙相區(qū)和三相區(qū)中，相成分的變化規(guī)律。答：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：相成分為合金平均成分，不隨溫度變化；雙相區(qū)：兩相成分分別位于該相區(qū)的邊界，并隨溫度沿相區(qū)邊界變化；三相區(qū)：三相具有確定成分，不隨結(jié)晶過程變化。5.合金產(chǎn)品在進(jìn)行冷塑性變形時(shí)會(huì)發(fā)生強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象，為什么？如果合金需要進(jìn)行較大的塑性變形才能完成變形成型，需要采用什么中間熱處理的方法？而產(chǎn)品使用時(shí)又需要保持高的強(qiáng)度、硬度，又應(yīng)如何熱處理？答：合金進(jìn)行冷塑性變形時(shí)，位錯(cuò)大量増殖，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)發(fā)生交割、纏結(jié)等，

4、使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，同時(shí)溶質(zhì)原子、各類界面與位錯(cuò)的交互作用也阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。因此發(fā)生應(yīng)變硬化，使強(qiáng)度、硬度升高。較大的塑性變形產(chǎn)生加工硬化（應(yīng)變硬化） ，如果需要繼續(xù)變形就要進(jìn)行中間熱處理，即再結(jié)晶退火，使塑性恢復(fù)到變形前的狀態(tài)，零件可繼續(xù)進(jìn)行塑性變形。如果產(chǎn)品需要保持高的強(qiáng)度、 硬度，可在最終熱處理時(shí)采用去應(yīng)力退火，去除殘余應(yīng)力，保持零件較高的強(qiáng)度、硬度。二、作圖計(jì)算題（每題15分，共 60分）1、在 3C 相圖中有幾種類型的滲碳體？分別描述這些滲碳體的形成條件，并繪制出平衡凝固條件下這些不同類型滲碳體的顯微組織形貌。答：滲碳體包括：初生（一次）滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體、共析

5、滲碳體，共五種。（1）初生（一次）滲碳體：含碳量大于 4.3%的合金在平衡凝固時(shí)從液相結(jié)晶出來的滲碳體，形貌為板條狀。（2）二次滲碳體：含碳量 0.772.11%的合金，在 1148冷卻到 727過程中，從 相中脫溶的滲碳體。（3）三次滲碳體：含碳量小于 0.0218%時(shí)，低于 727，從 相脫溶析出的滲碳體。（4）共晶滲碳體：含碳量 2.11 6.69%的合金，在 1148發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)形成的滲碳體。（5）共析滲碳體：含碳量 0.02186.69%的合金，在 727發(fā)生共析反應(yīng)時(shí)生成的滲碳體。各滲碳體形貌見教材相關(guān)部分。2、 在兩個(gè)相互垂直的滑移面上各有一條刃型位錯(cuò)、，如圖所示。假設(shè)以下兩種

6、情況中，位錯(cuò)線在切應(yīng)力作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向如圖中v 所示，試問交割后兩位錯(cuò)線的形狀有何變化（畫圖表示）？在以下兩種情況下分別會(huì)在每個(gè)位錯(cuò)上形成割階還是扭折？新形成的割階或扭折屬于什么類型的位錯(cuò)？答： a 圖：向下運(yùn)動(dòng)與交割，產(chǎn)生小臺(tái)階，寬度為 1 |的柏氏矢量仍為b2b2為刃型位錯(cuò)不在原滑移面上，為割階平行于 b2，不形成臺(tái)階b 圖：位錯(cuò)線上出現(xiàn) 平行于 b2，寬度為 1|的柏氏矢量仍為b2b2為螺型位錯(cuò)在原滑移面上，為扭折位錯(cuò)線上出現(xiàn) 平行于 b1，寬度為 2|的柏氏矢量仍為b1b1為螺型位錯(cuò)在原滑移面上，為扭折k0 13、已知 H 原子半徑 r 為0.0406，純鋁是晶體，其原子半徑R

7、 為0.143，請(qǐng)問 H 原子溶入時(shí)處于何種間隙位置？答：晶體的八面體間隙，四面體間隙。根據(jù)題意知，因此 H 原子應(yīng)處于八面體間隙。4、柱狀試樣，當(dāng)固溶體合金（k0 1）從左向右定向凝固，凝固過程中假設(shè)，凝固速度快，固相不擴(kuò)散、液相基本不混合，（固 /液）界面前沿液體中的實(shí)際溫度梯度為正溫度梯度。由于界面前沿液體存在成分過冷區(qū)，晶體易以樹枝狀結(jié)晶生長(zhǎng)。當(dāng)合金從左向右定向凝固，達(dá)到穩(wěn)態(tài)凝固區(qū)時(shí)，請(qǐng)分析并畫出： k01相圖； 界面處固體、液體的溶質(zhì)濃度分布圖；液體中成分過冷區(qū)圖。答：柱狀試樣從左向右定向凝固，在固相不擴(kuò)散、液相基本不混合、的條件下，在凝固達(dá)到穩(wěn)態(tài)凝固區(qū)時(shí)， 界面前沿液體溶質(zhì)濃度分布

8、如圖 a 所示。由于 界面前沿液體中溶質(zhì)濃度從左向右逐漸升高（與 k01情況不同），成分與相圖對(duì)應(yīng)如圖 b。界面前沿液體中從左向右熔點(diǎn)逐漸升高（與k01情況相同）構(gòu)成曲線，加之界面前沿液體中的實(shí)際溫度梯度為正溫度梯度，即形成了由、兩曲線組成的成分過冷區(qū)見圖 c，在凝固過程中晶體易以樹枝狀結(jié)晶生長(zhǎng)。三、綜合分析題（共 40分）1、試用位錯(cuò)理論解釋低碳鋼的應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。答：將退火低碳鋼進(jìn)行少量塑性變形后卸載， 然后立即加載，屈服現(xiàn)象不再出現(xiàn)。如果卸載后在室溫下放置較長(zhǎng)時(shí)間或加熱到一定溫度保溫，屈服現(xiàn)象再次出現(xiàn)，而且低碳鋼的強(qiáng)度及硬度升高，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時(shí)效或機(jī)械時(shí)效。機(jī)理：柯垂?fàn)柪碚撜J(rèn)為，卸載后

9、立即重新加載，位錯(cuò)已經(jīng)脫釘，因此不再出現(xiàn)屈服現(xiàn)象。放置或加熱后再加載，位錯(cuò)被重新定扎，因此會(huì)再次出現(xiàn)屈服現(xiàn)象。位錯(cuò)増殖理論認(rèn)為，卸載后立即重新加載，位錯(cuò)已經(jīng)増殖，因此不再出現(xiàn)屈服現(xiàn)象。放置或加熱后再加載， 發(fā)生了回復(fù)，位錯(cuò)發(fā)生重排和抵消，因此會(huì)再次出現(xiàn)屈服現(xiàn)象。兩種理論均有實(shí)驗(yàn)依據(jù)， 目前一般同時(shí)采用兩理論解釋應(yīng)變時(shí)效的產(chǎn)生原因。2、如圖所示，在立方單晶體中有一個(gè)位錯(cuò)環(huán)，其柏氏矢量b 平行于z 軸1）指出各段位錯(cuò)線是什么類型的位錯(cuò)。2）各段位錯(cuò)線在外應(yīng)力作用下將如何運(yùn)動(dòng)？請(qǐng)繪圖表示答：1）、段都是刃位錯(cuò)2）和不動(dòng)；向上滑移，向下滑移，如圖所示。西北工業(yè)大學(xué)2011 年碩士研究生入學(xué)考試試題參考

10、答案試題名稱：材料科學(xué)基礎(chǔ)（A 卷）試題編號(hào)：說明：所有答題一律寫在答題紙上第1 頁(yè)共8327 頁(yè)一、簡(jiǎn)答題（每題 10 分，共 50 分）1. 請(qǐng)從原子排列、彈性應(yīng)力場(chǎng)、滑移性質(zhì)、 柏 氏矢量等方面對(duì)比刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)的主要特征。答：刃型位錯(cuò)：1) 1 晶體中有一個(gè)額外原子面，形如刀刃插入晶體2) 2 刃位錯(cuò)引起的應(yīng)力場(chǎng)既有正應(yīng)力又有切應(yīng)力。3) 3 位錯(cuò)線可以是折線或曲線 , 但位錯(cuò)線必與滑移（矢量）方向垂直4) 4 滑移面惟一5) 5 位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向平行（一致）6) 6 位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直螺型位錯(cuò)：1) 1 上下兩層原子發(fā)生錯(cuò)排，錯(cuò)排區(qū)原子依次連接呈螺旋狀2) 2 螺位錯(cuò)

11、應(yīng)力場(chǎng)為純切應(yīng)力場(chǎng)3) 3 螺型位錯(cuò)與晶體滑移方向平行，故位錯(cuò)線一定是直線4) 4 螺型位錯(cuò)的滑移面是不惟一；5) 5 位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向相互垂直。6) 6 位錯(cuò)線與柏氏矢量平行2. 何謂金屬材料的加工硬化？如何解決加工硬化對(duì)后續(xù)冷加工帶來的困難？答：隨變形量增大，強(qiáng)度硬度升高，塑形下降的現(xiàn)象。軟化方法是再結(jié)晶退火。3. 什么是離異共晶？如何形成的？答：在共晶水平線的兩個(gè)端部附近，由于共晶量少，領(lǐng)先相相依附在初生相上，另一相獨(dú)立存在于晶界，在組織學(xué)上失去共晶體特點(diǎn)，稱為離異共晶。有時(shí)，也將端部以外附近的合金，在非平衡凝固時(shí)得到的少量共晶，稱為離異共晶。4. 形成無限固溶體的條件是什

12、么？簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)、相近的原子半徑、相近的電負(fù)性、較低的電子濃度。原因：溶質(zhì)原子取代了溶劑原子的位置，晶格畸變較小，晶格畸變?cè)叫。芰吭降?。電?fù)性相近不易形成化合物。電子濃度低有利于溶質(zhì)原子溶入。5. 兩個(gè)尺寸相同、形狀相同的銅鎳合金鑄件，一個(gè)含 90，另一個(gè)含 50，鑄造后自然冷卻，問哪個(gè)鑄件的偏析嚴(yán)重？為什么？答： 50 的偏析嚴(yán)重，因?yàn)橐汗滔嗑€差別大，說明液固相成分差別大，冷速較快不容易達(dá)到成分均勻化。二、作圖計(jì)算題（每題15 分，共 60 分）1、寫出 112 晶面族的等價(jià)晶面。答： 112 (112 )(1 12)(11

13、2)(112)(121)(1 21)(1 21)(12 1)(211)( 211)(211)(21 1)2、請(qǐng)判定下列反應(yīng)能否進(jìn)行：a 1 1 1a 111a 00122答：幾何條件：aaa 002001，滿足幾何條件 1 1 11112a22能量條件：a ( 1) 22a 122b12b2 2( 1)21212123 a2224b322a 0 20212a2不滿足能量條件，反應(yīng)不能進(jìn)行。3、已知某晶體在 500時(shí)，每 1010 個(gè)原子中可以形成有 1 個(gè)空位，請(qǐng)問該晶體的空位形成能是多少？ （已知該晶體的常數(shù) A 0.0539，波耳滋曼常數(shù) K 1.381 ×10-23 J / K

14、）答：c Aexp( EV ) kTEVkT ln c1.38110 23(500273) ln 10 10A0.05391.06810 2017.81.910 19J4、單晶銅拉伸，已知拉力軸的方向?yàn)?，求 (111)面上柏氏矢量001 ， =10的螺位錯(cuò)線上所受的力（）答：外力在 (111)上的分切應(yīng)力為：作用在位錯(cuò)線上的力為：三、綜合分析題（共40 分）1. 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(zhǎng)的時(shí)間，會(huì)發(fā)生圖的變化，請(qǐng)分析四個(gè)階段微觀組織、體系能量和宏觀性能變化的機(jī)理和原因。答：圖 a：晶粒拉長(zhǎng)，缺陷數(shù)量增大形成位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生變形織構(gòu)；存儲(chǔ)能

15、升高；位錯(cuò)纏結(jié)導(dǎo)致加工硬化，強(qiáng)度硬度升高，塑形下降，組織取向明顯導(dǎo)致各向異性。圖 b：回復(fù)。晶?；静蛔?，位錯(cuò)發(fā)生滑移、攀移等，位錯(cuò)重排，數(shù)量略有減少，空位大量減少。內(nèi)應(yīng)力得到消除。加工硬化基本保留。圖 c：再結(jié)晶。形成新的無畸變新晶粒。存儲(chǔ)能全部釋放，變形產(chǎn)生的點(diǎn)陣畸變消除。加工硬化消除，力學(xué)性能基本恢復(fù)到冷變形前的水平。圖 d：晶粒長(zhǎng)大。晶粒粗化。體系能量因界面能的下降而下降。強(qiáng)度下降，塑形也下降。2. 根據(jù)二元相圖：1) 當(dāng)溫度為 736、590、440和 230時(shí)分別會(huì)發(fā)生什么樣的三相平衡反應(yīng)？寫出反應(yīng)式。2) 分析 56 合金的平衡凝固過程，繪出冷卻曲線，標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)。3)

16、分析 95 合金的平衡凝固與較快速冷卻時(shí)，室溫下組織組成會(huì)有什么變化，并討論其原因。答：736：包晶反應(yīng)， 590：包晶反應(yīng)， 440：共析反應(yīng)， 230：共析反應(yīng)， 2）LL +3） 95 合金的平衡凝固到室溫：包較快速冷卻到室溫： 初包 ，且 相數(shù)量相對(duì)較少，尺寸相對(duì)細(xì)小。原因：快速冷卻時(shí)，由于固態(tài)中擴(kuò)散較慢，使本應(yīng)該在包晶反應(yīng)中消失的初有剩余，既產(chǎn)生包晶轉(zhuǎn)變不完全。另外，由于冷速快，使得相變得細(xì)小，析出數(shù)量減少。2010年碩士研究生入學(xué)考試試題參考答案一、簡(jiǎn)答題（每題 10分，共 50分）1.請(qǐng)解釋 與 溶解碳原子能力差異的原因。答： 為體心立方晶體，其八面體間隙為扁八面體，相比而言四面

17、體間隙較大；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(qǐng)簡(jiǎn)述位向差與晶界能的關(guān)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(cuò)密度越大） ，畸變?cè)絿?yán)重，因此能量越高。3.請(qǐng)簡(jiǎn)述在固態(tài)條件下，晶體缺陷、固溶體類型對(duì)溶質(zhì)原子擴(kuò)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(kuò)散。間隙原子擴(kuò)散激活能比置換原子擴(kuò)散激活能低，因此間隙原子擴(kuò)散速度高。4.請(qǐng)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(zhǎng)，而固溶體合金卻往往以

18、樹枝晶方式長(zhǎng)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(zhǎng)受到抑制，因此液固界面保持平直，以平面狀生長(zhǎng)。固溶體合金由于溶質(zhì)原子再分配，產(chǎn)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(zhǎng)。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(jié)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(shí)為連續(xù)網(wǎng)狀，量少時(shí)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(jì)算題（每題15分，共 60分）1.寫出附圖的簡(jiǎn)單立方晶體中、 CF

19、 的晶向指數(shù)和、 的晶面指數(shù)， 并求晶面的晶面間距，以及 與兩晶面之間的夾角。 （注： G、 H 點(diǎn)為二等分點(diǎn)， F 點(diǎn)為三等分點(diǎn)）答：， CF：，：的晶面間距：與之間的夾角：2.請(qǐng)判斷圖示中和兩位錯(cuò)各段的類型，以及兩位錯(cuò)所含拐折（、和、）的性質(zhì)？若圖示滑移面為晶體的（111）面，在切應(yīng)力的作用下，兩位錯(cuò)將如何運(yùn)動(dòng)？（繪圖表示）答：螺位錯(cuò)；：刃位錯(cuò)；：螺位錯(cuò)；：刃位錯(cuò)；：螺位錯(cuò)：螺位錯(cuò)；：刃位錯(cuò)；：螺位錯(cuò)；：刃位錯(cuò)；：螺位錯(cuò)、為扭折，、為割階運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)為直線，上的 h、i 、j 、k 為固定點(diǎn)，形成位錯(cuò)源3.某合金的再結(jié)晶激活能為 250，該合金在 400完成再結(jié)晶需要 1小時(shí)，請(qǐng)問在 390

20、下完成再結(jié)晶需要多長(zhǎng)時(shí)間。 （氣體常數(shù) 8.314L · K ）答：所以 t2 1.96小時(shí)4.請(qǐng)分別繪出和晶體中的最短單位位錯(cuò)，并比較二者哪一個(gè)引起的畸變較大。答：晶體中為：（ 1分），晶體中為：故：中的 b2引起的畸變較小。：三、綜合分析題（共 40分）1、請(qǐng)分析對(duì)工業(yè)純鋁、0.2合金、 5合金可以采用的強(qiáng)化機(jī)制，并解釋機(jī)理。（ 15分）答：工業(yè)純鋁：細(xì)晶強(qiáng)化利用晶界和位向差對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化；加工硬化利用冷變形后纏結(jié)位錯(cuò)之間的相互作用進(jìn)行強(qiáng)化。0.2：固溶強(qiáng)化利用碳原子引起鐵的晶格畸變對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化。加工硬化同上細(xì)晶強(qiáng)化同上沉淀強(qiáng)化利用碳化物對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的

21、阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化。5：沉淀強(qiáng)化（時(shí)效強(qiáng)化）利用沉淀相對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用進(jìn)行強(qiáng)化。加工硬化同上細(xì)晶強(qiáng)化同上2、請(qǐng)根據(jù)相圖回答下列問題：(25分 )1)若在 500下，將一純銅試樣長(zhǎng)期置于鋅液中，請(qǐng)繪出擴(kuò)散后從銅棒表面至內(nèi)部沿深度方向的相分布和對(duì)應(yīng)的濃度分布曲線。2)請(qǐng)分析 902、 834、 700、 598、 558的相變反應(yīng)類型，并寫出反應(yīng)式。3)請(qǐng)繪出 75合金的平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)或相組成。4)請(qǐng)計(jì)算 75合金平衡結(jié)晶至200時(shí)的相組成含量。902：包晶834：包晶 700：包晶 598：包晶 558：共析 +2009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)

22、答題（每題 10分，共 60分）1. 在位錯(cuò)發(fā)生滑移時(shí)， 請(qǐng)分析刃位錯(cuò)、 螺位錯(cuò)和混合位錯(cuò)的位錯(cuò)線 l 與柏氏矢量b、外加切應(yīng)力 與柏氏矢量 b、外加切應(yīng)力 與位錯(cuò)線 l 之間的夾角關(guān)系， 及位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向。（請(qǐng)繪表格作答，答案務(wù)必寫在答題冊(cè)上）答：b 與 l與 b與 l位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向法線法線一定角度一定角度法線2. 什么是置換固溶體？影響置換固溶體溶解度的因素有哪些？形成無限固溶體的條件是什么？答：溶質(zhì)原子取代溶劑原子，并保持溶劑結(jié)構(gòu)的合金相稱為置換固溶體。影響因素有： 1）原子尺寸； 2）晶體結(jié)構(gòu)； 3）電負(fù)性； 4）電子濃度兩組元晶體結(jié)構(gòu)相同是形成無限固溶體的必要條件。3. 置換擴(kuò)散與間

23、隙擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)有何不同？在擴(kuò)散偶中，如果是間隙擴(kuò)散，是否會(huì)發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)？為什么？答：間隙擴(kuò)散系數(shù)與空位濃度無關(guān)， 而置換擴(kuò)散系數(shù)與空位濃度有關(guān) （可用公式表示）。一般地，間隙擴(kuò)散系數(shù)大于置換擴(kuò)散系數(shù)。不會(huì)發(fā)生。因?yàn)殚g隙擴(kuò)散中考慮間隙原子定向流動(dòng)，未考慮置換互溶式擴(kuò)散。4. 在室溫下對(duì)鐵板（其熔點(diǎn)為 1538）和錫板（其熔點(diǎn)為 232），分別進(jìn)行來回彎折，隨著彎折的進(jìn)行，各會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？答：根據(jù) T 再 （ 0.350.45）可知在室溫下加工為冷加工，在室溫下加工為熱加工因此隨著彎曲的進(jìn)行，鐵板發(fā)生加工硬化，繼續(xù)變形，導(dǎo)致鐵板斷裂板屬于熱加工，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，彎曲可不斷進(jìn)行下去5

24、. 何為固溶強(qiáng)化？請(qǐng)簡(jiǎn)述其強(qiáng)化機(jī)制。答：固溶強(qiáng)化就是溶質(zhì)原子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而使合金強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。主要機(jī)制包括： 1）柯氏氣團(tuán)，即溶質(zhì)原子的彈性應(yīng)力場(chǎng)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)； 2）玲木氣團(tuán)，即溶質(zhì)原子降低基體層錯(cuò)能， 使位錯(cuò)分解為擴(kuò)展位錯(cuò)， 阻礙位錯(cuò)交滑移或攀移； 3）電交互作用，即帶電溶質(zhì)原子與位錯(cuò)形成靜電交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。6. 請(qǐng)比較二元共晶轉(zhuǎn)變與包晶轉(zhuǎn)變的異同。答：相同點(diǎn)：恒溫、恒成分轉(zhuǎn)變；相圖上均為水平線。不同點(diǎn)：共晶為分解型反應(yīng)，包晶為合成型反應(yīng)；共晶線全是固相線，包晶線只有部分是固相線；共晶三角在水平線上，包晶三角在水平線下。二、作圖計(jì)算題（每題10分，共 40分）1.請(qǐng)比較晶體中和

25、兩位錯(cuò)的畸變能哪個(gè)較大。答：故： b1的畸變能較小。2.面心立方晶體沿 001 方向拉伸，可能有幾個(gè)滑移系開動(dòng)？請(qǐng)寫出各滑移系指數(shù)，并分別繪圖示之。答：共 12個(gè)滑移系，其中可能開動(dòng)的有8個(gè)。分別是：、3.在單晶中，（111）面上有一位錯(cuò)，面上另一位錯(cuò)。若兩位錯(cuò)發(fā)生反應(yīng)，請(qǐng)繪出新位錯(cuò)，并判斷其性質(zhì)。b3答：新位錯(cuò)為。b' 2b1b2位錯(cuò)線為（ 111）面與面的交線。兩者垂直，因此是刃型位錯(cuò)。4. 請(qǐng)分別寫出立方晶系中 110 和 100 晶面族包括的晶面。答：三、綜合分析題（每題 25分，共 50分）1. 請(qǐng)分析影響回復(fù)和再結(jié)晶的因素各有哪些，以及影響因素的異同，并請(qǐng)分析其原因?；貜?fù)再

26、結(jié)晶原因溫度（升）促進(jìn)促進(jìn)促進(jìn)原子擴(kuò)散冷變形量促進(jìn)促進(jìn)提供驅(qū)動(dòng)力（增）溶質(zhì)原子阻礙阻礙阻礙位錯(cuò)和晶界的運(yùn)動(dòng)第二相粒子促進(jìn)促 進(jìn) 或即可能提高驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)阻礙位錯(cuò)和晶界運(yùn)動(dòng)阻礙原始晶粒促進(jìn)促進(jìn)增大再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力（細(xì)?。┚ЯＮ幌驘o 影無影響響熱蝕溝無 影一 般 無尚未形成熱蝕溝響影響2. 附圖為二元合金相圖：1)請(qǐng)分析并分別寫出 1285、 1125和 665三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變的類型和反應(yīng)式，以及 882時(shí)發(fā)生兩相恒溫轉(zhuǎn)變的類型和反應(yīng)式。2)請(qǐng)繪出 w31%合金平衡結(jié)晶的冷卻曲線， 并注明各階段的主要相變反應(yīng)。3)請(qǐng)分析 500時(shí)， w 31%的合金平衡結(jié)晶的相組成物和組織組成物，并計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（注：

27、1125時(shí)，w 27%，w326%，w35%；500時(shí)，w323%，w 35%）答：1）1285：包析反應(yīng)， 1125：共析反應(yīng)，3665：包晶反應(yīng)， 3882：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變， 2008 年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題參考答案四、簡(jiǎn)答題（每題10 分，共 60 分）1. 固態(tài)下，無相變的金屬，如果不重熔，能否細(xì)化晶粒？如何實(shí)現(xiàn)？答：可以。 .通過進(jìn)行適當(dāng)冷變形，而后在適當(dāng)溫度再結(jié)晶的方法獲得細(xì)晶（應(yīng)主意避開臨界變形度和避免異常長(zhǎng)大） ?；蜻M(jìn)行熱加工，使之發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。2. 固體中有哪些常見的相結(jié)構(gòu)？答：固體中常見的相結(jié)構(gòu)有：固溶體（單質(zhì)）、化合物、陶瓷晶體相、非晶相、分子相。3. 何謂平衡

28、結(jié)晶？何謂非平衡結(jié)晶？答：平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度非常緩慢，液相和固相中擴(kuò)散均很充分的情況下的結(jié)晶。結(jié)晶是指結(jié)晶速度比較快，擴(kuò)散不充分的情況下的結(jié)晶。非平衡4.擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是什么？對(duì)于濃度梯度隨時(shí)間變化的情況，定律？能否應(yīng)用擴(kuò)散第一答：擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，即與時(shí)間無關(guān)的擴(kuò)散。對(duì)于非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的情況也可以應(yīng)用擴(kuò)散第一定律，但必須對(duì)其進(jìn)行修正。5. 何為織構(gòu)？包括哪幾類？答：織構(gòu)是晶體中晶面、 晶向趨于一致現(xiàn)象。 織構(gòu)包括再結(jié)晶織構(gòu)和變形織構(gòu)。其中變形織構(gòu)又包括絲織構(gòu)和板織構(gòu)。6.什么是成分過冷？如何影響固溶體生長(zhǎng)形態(tài)？答：凝固過程中，隨液固界面的推進(jìn)，液固界面附近液相一側(cè)產(chǎn)生溶

29、質(zhì)原子富集， 導(dǎo)致液相的熔點(diǎn)發(fā)生變化， 由此產(chǎn)生的過冷現(xiàn)象稱為成分過冷。 無成分過冷時(shí)， 固溶體以平面狀生長(zhǎng)，形成等軸晶；有較小過冷度時(shí)，形成胞狀組織；有較大成分過冷時(shí)，形成樹枝晶。二、作圖計(jì)算題（每題15 分，共 60 分）1、 請(qǐng)分別寫出、和晶體的密排面、密排方向，并計(jì)算密排面間距和密排方向上原子間距。答：密排方向原晶體結(jié)構(gòu)密排面密排方向密排面間距子間距 111<110>110<111>0001a2紙面，繪出（ 110）晶面原子剖面圖，并在其上標(biāo)出110001 ，110晶向。答：EDFBCA a3、 已知 H70 黃銅在 400時(shí)完成再結(jié)晶需要 1 小時(shí)，而在 39

30、0下完成再結(jié)晶需 2 小時(shí)，請(qǐng)計(jì)算在 420下完成再結(jié)晶需要多長(zhǎng)時(shí)間？答：在兩個(gè)不同的恒定溫度產(chǎn)生相同程度的再結(jié)晶時(shí)，t1Q 11Q ( 11 )()teR T2T11eR T Tt 231t3兩邊取對(duì)數(shù)，并比之得t11111lnt 2T 2T1400273390273t11111lnT 3T 1400273420273t 3t = 0.26 h34、 一個(gè)晶體在 123方向在2 正應(yīng)力下屈服，已測(cè)得開動(dòng)的滑移系是(111) 1 01 ，請(qǐng)確定使該滑移系開動(dòng)的分切應(yīng)力。答： cos 1 23 1111230.617 1 23 111143 1 23 1 01103cos140.756 1 23

31、 1 0122 0.6170.7560.933MPa三、綜合分析題（ 30 分）1. 請(qǐng)根據(jù) 3C 相圖分析回答下列問題： （ 17 分）1) 請(qǐng)分析 2.0 合金平衡狀態(tài)下的結(jié)晶過程，并說明室溫下的相組成和組織組成。2) 請(qǐng)分析 2.0 合金在較快冷卻，即不平衡狀態(tài)下可能發(fā)生的結(jié)晶過程，并說明室溫下組織會(huì)發(fā)生什么變化。3) 假設(shè)將一無限長(zhǎng)純鐵棒置于 930滲碳?xì)夥障麻L(zhǎng)期保溫， 碳原子僅由棒頂端滲入 （如圖所示），試分析并標(biāo)出 930和緩冷至室溫時(shí)的組織分布情況。答：1) L L 3 3C 3 相組成： + 3C 組織組成： 3（忽略 3）2)根據(jù)冷速不同，可能出現(xiàn)共晶反應(yīng)，得到；得到的P 層

32、片細(xì)?。? 的析出將收到抑制，甚至不析出。3) 附圖如下防護(hù)3CC 原子930防護(hù)3C3CPF室溫2. 圖示二元相圖全圖及其 400 600范圍的局部放大： （ 13 分）1） 請(qǐng)根據(jù)相圖寫出 549、 547、 544、 397和 314五條水平線的三相平衡反應(yīng)類型及其反應(yīng)式；2） 已知 相成分為 =46.5 ， 400時(shí) 相的成分為 =57 ，請(qǐng)計(jì)算 400時(shí) 50合金的相組成。答：1） 549：包晶反應(yīng)， （） + L 547：包晶反應(yīng)， + L 544：共晶反應(yīng)，L +397：包晶反應(yīng)， + L314：共晶反應(yīng)，L （+）2） %5750100% 66.7% 或 %5046.5100%

33、 33.3%5746.55746.52007 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、請(qǐng)說明什么是全位錯(cuò)和不全位錯(cuò)，并請(qǐng)寫出、和晶體中的最短單位位錯(cuò)的柏氏矢量。答：全位錯(cuò)：柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量的整數(shù)倍；不全位錯(cuò)：柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量的整數(shù)倍。aaa11011111 20：2；：2；：32、已知原子半徑與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，請(qǐng)問當(dāng)配位數(shù)降低時(shí)，原子半徑如何變化？為什么？答：半徑收縮。若半徑不變，則當(dāng)配位數(shù)降低時(shí)，會(huì)引起晶體體積增大。為了減小體積變化，原子半徑將收縮。3、均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，非均勻形核的臨界形核功

34、也等于三分之一表面能，為什么非均勻形核比均勻形核容易？答：因?yàn)榉蔷鶆蛐魏藭r(shí)，用雜質(zhì)或型腔充當(dāng)了一部分晶核。也就是說，需要調(diào)動(dòng)的原子數(shù)少。4、原子的熱運(yùn)動(dòng)如何影響擴(kuò)散？答：熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)將使原子的躍遷距離、躍遷幾率和躍遷頻率均增大，即增大擴(kuò)散系數(shù)。5、如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變形？答：變形溫度與再結(jié)晶溫度的高低關(guān)系。高于再結(jié)晶溫度的為熱變形，反之為冷變形。二、作圖計(jì)算題（每題15 分，共 60 分）1. 已知某晶體在 500時(shí)，每 1010 個(gè)原子中可以形成有 1 個(gè)空位，請(qǐng)問該晶體的空位形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)A 0.0539 ，波耳滋曼常數(shù) K 1.381 ×10-23 J /

35、 K）c Aexp( EV ) kTEVkT ln c1.38110 23 (500273) ln 10 10A0.0539解：1.06810 2017.81.910 19J2. 請(qǐng)計(jì)算簡(jiǎn)單立方晶體中， (111) 和 (11 1) 的夾角。cosh1h2k1k2l1l 211113 3 3解：h1 2k12l12 h22k2 2l 2270° 323. 請(qǐng)判定在中下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行：a 10 1a 1 21a 11 1263解：幾何條件：b1 b211a2 b11c1 a1 b1 ca 11 1266263333（6分）能量條件：a222a22a2a2aa263 （6分）2626

36、3滿足幾何條件和能量條件，反應(yīng)可以進(jìn)行。（3 分）4. 試畫出面心立方晶體中的(123)晶面和晶向解：三、綜合分析題（共40 分）1. 如附圖所示，請(qǐng)分析：（ 24 分）1) 兩水平線的反應(yīng)類型，并寫出反應(yīng)式；2) 分析、 gd、 d、 d h、 h e、七個(gè)區(qū)域室溫下的組織組成物（ j 點(diǎn)成分小于 g 點(diǎn)成分）；3) 分析 I 、合金的平衡冷卻過程，并注明主要的相變反應(yīng)；4) 寫出合金 I 平衡冷卻到室溫后相組成物相對(duì)含量的表達(dá)式及合金平衡冷卻到室溫后組織組成物相對(duì)含量的表達(dá)式。I k n jg i d hA bc1 g c2 d h e B解：1）水平線為包晶反應(yīng)：L jkn （ 2 分）

37、水平線為共晶反應(yīng)：Ldgh （2 分）2）：（ 1 分）： +（ 1 分） g d： +( +) 共 +（ 1 分） d'：( + ) 共（1 分） d h： +( +) 共 +（1 分） he：+（ 1 分）：（ 1 分）3）合金 I（5 分）合金（ 3 分）LLLLL +Lwec1；bc1100%4）合金 I100%w相組成：bebe（2 分）合金組織組成：w(wwig)共100%；gdII初共晶前析出量II析出比例 idbg100%；gdbe初初共晶前析出量II析出量 id100%w IIgd（3 分）2. 請(qǐng)對(duì)比分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大、異常長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力及力學(xué)性能變化。 （1

38、6分）回復(fù)再結(jié)晶正常長(zhǎng)大異常長(zhǎng)大存儲(chǔ)能（主要存儲(chǔ)能（主要總界面能和表驅(qū)動(dòng)力是點(diǎn)陣畸變是點(diǎn)陣畸變總界面能面能能）能）力學(xué)性能基本保持變形恢復(fù)到冷變形基本保持再結(jié)性能惡化強(qiáng)變化后性能前的水平晶后的水平度、塑性下降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

39、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：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)

40、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. 已知碳在中擴(kuò)散時(shí)，當(dāng)溫度由 927 上升到 1027D 0 2.0×10 5 m 2， Q 1.4時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)變化了多少倍？ （ R ×10 58.314 ()。）答：2. 已知某低碳鋼 0 =64， 393.7 ，若晶粒直徑為 50 m ，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)算晶體最密排面的堆積密度。答：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.和均位于鋁的(111) 晶面上，因此理論上和的滑移均是可能的。（