西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)0510年真題及答案

1、2005年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題一、簡答題（每題8分，共40分）1. 請簡述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。2. 同素異晶轉(zhuǎn)變和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變都是以形核長大方式進(jìn)行的，請問兩者之間有何差別？3. 兩位錯發(fā)生交割時產(chǎn)生的扭折和割階有何區(qū)別？4. 請簡述擴(kuò)散的微觀機(jī)制有哪些？影響擴(kuò)散的因素又有哪些？5. 請簡述回復(fù)的機(jī)制及其驅(qū)動力。二、計算、作圖題：（共60分，每小題12分）1. 在面心立方晶體中，分別畫出、和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向為001，請問哪些滑移系可以開動？2. 請判定下列位錯反應(yīng)能否進(jìn)行，若能夠進(jìn)行，請在晶胞圖上做出矢量圖。（1）

2、 （2） 3. 假設(shè)某面心立方晶體可以開動的滑移系為，請回答：（1） 給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量；（2）若滑移位錯為純?nèi)形诲e，請指出其位錯線方向；若滑移位錯為純螺位錯，其位錯線方向又如何？4. 若將一塊鐵由室溫20加熱至850，然后非常快地冷卻到20，請計算處理前后空位數(shù)變化（設(shè)鐵中形成1mol空位所需的能量為104675 J，氣體常數(shù)為8.314J/mol·K）。5. 已知三元簡單共晶的投影圖，見附圖，（1） 請畫出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成（已知TA>TD）；（2） 請畫出X合金平衡冷卻時的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應(yīng)。三、綜合分析題：（共50分，每小題25分）1

3、. 請對比分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的特點和機(jī)理。2. 請根據(jù)所附二元共晶相圖分析解答下列問題：（1） 分析合金I、II的平衡結(jié)晶過程，并繪出冷卻曲線；（2） 說明室溫下I、II的相和組織是什么？并計算出相和組織的相對含量；（3） 如果希望得到共晶組織和5%的初的合金，求該合金的成分；（4）分析在快速冷卻條件下，I、II兩合金獲得的組織有何不同。2005年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題 參考答案一、簡答題（每題 8 分，共 40 分） 1. 請簡述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。 答：熱力學(xué)條件 G < 0 結(jié)構(gòu)條件： r > r* 能量條件： A >

4、 G max 成分條件 2. 同素異晶轉(zhuǎn)變和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變都是以形核長大方式進(jìn)行的，請問兩者之間有何差別？ 答：同素異晶轉(zhuǎn)變是相變過程，該過程的某一熱力學(xué)量的倒數(shù)出現(xiàn)不連續(xù)；再結(jié)晶轉(zhuǎn)變只是晶粒的重新形成，不是相變過程。 3. 兩位錯發(fā)生交割時產(chǎn)生的扭折和割階有何區(qū)別？ 答：位錯的交割屬于位錯與位錯之間的交互作用，其結(jié)果是在對方位錯線上產(chǎn)生一個大小和方向等于其柏氏矢量的彎折，此彎折即被稱為扭折或割階。扭折是指交割后產(chǎn)生的彎折在原滑移面上，對位錯的運動不產(chǎn)生影響，容易消失；割階是不在原滑移面上的彎折，對位錯的滑移有影響。 4. 請簡述擴(kuò)散的微觀機(jī)制有哪些？影響擴(kuò)散的因素又有哪些？ 答：置換機(jī)制：包括空

5、位機(jī)制和直接換位與環(huán)形換位機(jī)制，其中空位機(jī)制是主要機(jī)制，直接換位與環(huán)形換位機(jī)制需要的激活能很高，只有在高溫時才能出現(xiàn)。 間隙機(jī)制：包括間隙機(jī)制和填隙機(jī)制，其中間隙機(jī)制是主要機(jī)制。 影響擴(kuò)散的主要因素有：溫度（溫度約高，擴(kuò)散速度約快）；晶體結(jié)構(gòu)與類型（包括致密度、固溶度、各向異性等）；晶體缺陷；化學(xué)成分（包括濃度、第三組元等） 5. 請簡述回復(fù)的機(jī)制及其驅(qū)動力。 答：低溫機(jī)制：空位的消失 中溫機(jī)制：對應(yīng)位錯的滑移（重排、消失） 高溫機(jī)制：對應(yīng)多邊化（位錯的滑移攀移） 驅(qū)動力：冷變形過程中的存儲能（主要是點陣畸變能） 二、計算、作圖題：（共 60 分，每小題 12 分） 1. 在面心立方晶體中，分

6、別畫出 、 和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向為 001 ，請問哪些滑移系可以開動？2. 請判定下列位錯反應(yīng)能否進(jìn)行，若能夠進(jìn)行，請在晶胞圖上做出矢量圖。 （ 1 ） 幾何條件：，滿足幾何條件 能量條件： 滿足能量條件，反應(yīng)可以進(jìn)行。（ 2 ） 幾何條件： ，滿足幾何條件 能量條件： 滿足能量條件，反應(yīng)可以進(jìn)行。 3. 假設(shè)某面心立方晶體可以開動的滑移系為 ，請回答： 1) 給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量； 2）若滑移位錯為純?nèi)形诲e，請指出其位錯線方向；若滑移位錯為純螺位錯，其位錯線方向又如何？ 答：（ 1 ）單位位錯的柏氏矢量 ；（ 2 ）純?nèi)形?/p>

7、錯的位錯線方向與 b 垂直，且位于滑移面上， 為 ；純螺位錯的位錯線與 b 平行，為 011。 4. 若將一塊鐵由室溫 20 加熱至 850 ，然后非?？斓乩鋮s到 20 ，請計算處理前后空位數(shù)變化（設(shè)鐵中形成 1mol 空位所需的能量為 104675 J ）。 答： 5. 已知三元簡單共晶的投影圖，見附圖，1) 請畫出 AD 代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成（已知 T A >T D ）； 2)  請畫出 X 合金平衡冷卻時的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應(yīng)。 答：   三、綜合分析題：（共 50 分，每小題 25 分）  1. 請對比分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化

8、、復(fù)相強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的特點和機(jī)理。 答：加工硬化：是隨變形使位錯增殖而導(dǎo)致的硬化； 細(xì)晶強(qiáng)化：是由于晶粒減小，晶粒數(shù)量增多，尺寸減小，增大了位錯連續(xù)滑移的阻力導(dǎo)致的強(qiáng)化；同時由于滑移分散，也使塑性增大。該強(qiáng)化機(jī)制是唯一的同時增大強(qiáng)度和塑性的機(jī)制。 彌散強(qiáng)化：又稱時效強(qiáng)化。是由于細(xì)小彌散的第二相阻礙位錯運動產(chǎn)生的強(qiáng)化。包括切過機(jī)制和繞過機(jī)制。 復(fù)相強(qiáng)化：由于第二相的相對含量與基體處于同數(shù)量級是產(chǎn)生的強(qiáng)化機(jī)制。其強(qiáng)化程度取決于第二相的數(shù)量、尺寸、分布、形態(tài)等，且如果第二相強(qiáng)度低于基體則不一定能夠起到強(qiáng)化作用。 固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子對位錯運動產(chǎn)生阻礙。包括彈性交互作用（柯氏氣團(tuán)）、電交互作用（玲木

9、氣團(tuán)）和化學(xué)交互作用。 2. 請根據(jù)所附二元共晶相圖分析解答下列問題： 1）分析合金 I 、 II 的平衡結(jié)晶過程，并繪出冷卻曲線； 2） 說明室溫下 I 、 II 的相和組織是什么？并計算出相和組織的相對含量； 3）如果希望得到室溫組織為共晶組織和 5% 的 初 的合金，求該合金的成分； 4）分析在快速冷卻條件下， I 、 II 兩合金獲得的組織有何不同。 答：（ 1 ）   （ 2 ） I ： 初 II ，相組成與組織組成比例相同   II ： 初 （ ） 共 II （忽略） （ 3 ）設(shè)所求合金成分為 x （ 4 ） I 合金在快冷條件下可能得到少量的共晶組織，且呈現(xiàn)

10、離異共晶的形態(tài)，合金中的 II 量會減少，甚至不出現(xiàn)； II 合金在快冷條件下 初呈樹枝狀，且數(shù)量減少。共晶體組織變細(xì)小，相對量增加。2006年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題一、簡答題（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。 2.  位錯密度有哪幾種表征方式？ 3.  陶瓷晶體相可分為哪兩大類？有何共同特點？ 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，又應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？ 5.  擴(kuò)散激活能的物理意義為何？試比較置換擴(kuò)散和間隙擴(kuò)散的激活能的大小。 二、作圖計

11、算題（每題 15 分，共 60 分） 1.  已知碳在 Fe 中擴(kuò)散時， D 0 2.0 × 10 5 m 2 /s ， Q 1.4 × 10 5 J/mol 。當(dāng)溫度由 927 上升到 1027 時，擴(kuò)散系數(shù)變化了多少倍？ ( 氣體常數(shù) R=8.314 J/(mol.K) ) 2.  已知某低碳鋼 0 =64KPa ， K=393.7 ，若晶粒直徑為 50m ，該低碳鋼的屈服強(qiáng)度是多少？ 3.  試計算 BCC 晶體最密排面的堆積密度。  （ 1 ）畫出 (111) 晶面及單位滑移矢量 和 。 （ 2 ）比較具有此二滑移矢量的位錯的

12、能量。  4. 和 均位于 Fcc 鋁的 (111) 晶面上，因此理論上 和 的滑移均是可能的。 （ 1 ）畫出 (111) 晶面及單位滑移矢量 和 。 （ 2 ）比較具有此二滑移矢量的位錯的能量。 三、綜合分析題（每題 20 分，共 40 分） 1.  試從晶界的結(jié)構(gòu)特征和能量特征分析晶界的特點。 2. 試分析冷塑性變形對合金組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、物理化學(xué)性能、體系能量的影響。  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。 答：金屬材料：主要以金屬鍵

13、為主，大多數(shù)金屬強(qiáng)度和硬度較高，塑性較好。 陶瓷材料：以共價鍵和離子鍵為主，硬、脆，不易變形，熔點高。 高分子材料：分子內(nèi)部以共價鍵為主，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。性能差異很大。 2.  位錯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)的位錯線長度；面密度，即垂直穿過單位面積的位錯線根數(shù)。 3.  陶瓷晶體相可分為哪兩大類？有何共同特點？ 答：氧化物陶瓷和硅酸鹽陶瓷。特點： 1. 結(jié)合鍵主要是離子鍵，含有一定比例的共價鍵； 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)。

14、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，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)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其的阻礙，即必須克服勢壘。相比而言，間隙擴(kuò)散的激活能較小。 二、作圖計算題（每題 15 分，共 60 分） 1.  已知碳在 Fe 中擴(kuò)散時， D 0 2.0 × 10 5 m 2 /s ， Q 1

15、.4 × 10 5 J/mol 。當(dāng)溫度由 927 上升到 1027 時，擴(kuò)散系數(shù)變化了多少倍？（ R 8.314 J/(mol.K) ） 答：2.  已知某低碳鋼 0 =64KPa ， K=393.7 ，若晶粒直徑為 50m ，該低碳鋼的屈服強(qiáng)度是多少？ 答：由霍爾配奇公式得： 3.  試計算 BCC 晶體最密排面的堆積密度。 答： BCC 密排面為 110 面，其面積為： 110 面上被原子占據(jù)的面積為（兩個原子）： 堆積密度： 4.  和 均位于 Fcc 鋁的 (111) 晶面上，因此理論上 和 的滑移均是可能的。 （ 1 ）畫出 (111) 晶面

16、及單位滑移矢量 和 。 （ 2 ）比較具有此二滑移矢量的位錯的能量。 答：（ 1 ） （ 2 ） 兩位錯位于同一滑移面，因此 G 相同，故： 三、綜合分析題（每題 20 分，共 40 分） 1. 試從晶界的結(jié)構(gòu)特征和能量特征分析晶界的特點。 答：晶界結(jié)構(gòu)特征：原子排列比較混亂，含有大量缺陷。 晶界能量特征：原子的能量較晶粒內(nèi)部高，活動能量強(qiáng)。 晶界特征：   晶界畸變晶界能向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化晶粒長大、晶界變直晶界面積減小   阻礙位錯運動 b 細(xì)晶強(qiáng)化   位錯、空位等缺陷多晶界擴(kuò)散速度高   晶界能量高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜容易滿足固態(tài)相變的條件固態(tài)相變首先發(fā)生地

17、  化學(xué)穩(wěn)定性差晶界容易受腐蝕   微量元素、雜質(zhì)富集  2. 試分析冷塑性變形對合金組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、物理化學(xué)性能、體系能量的影響。 答：   組織結(jié)構(gòu)：（ 1 ）形成纖維組織：晶粒沿變形方向被拉長；（ 2 ）形成位錯胞；（ 3 ）晶粒轉(zhuǎn)動形成變形織構(gòu)。   力學(xué)性能：位錯密度增大，位錯相互纏繞，運動阻力增大，造成加工硬化。   物理化學(xué)性能：其變化復(fù)雜，主要對導(dǎo)電，導(dǎo)熱，化學(xué)活性，化學(xué)電位等有影響。   體系能量：包括兩部分：（ 1 ）因冷變形產(chǎn)生大量缺陷引起點陣畸變，使畸變能增大；（ 2 ）因晶粒間變形不均勻和工件各

18、部分變形不均勻引起的微觀內(nèi)應(yīng)力和宏觀內(nèi)應(yīng)力。這兩部分統(tǒng)稱為存儲能，其中前者為主要的。 冷變形后引起的組織性能變化為合金隨后的回復(fù)、再結(jié)晶作了組織和能量上的準(zhǔn)備。2007年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題一、        簡答題（每題10分，共50分）1、  請說明什么是全位錯和不全位錯，并請寫出FCC、BCC和HCP晶體中的最短單位位錯的柏氏矢量。2、  已知原子半徑與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，請問當(dāng)配位數(shù)降低時，原子半徑如何變化？為什么？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

19、形核的臨界形核功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？4、  原子的熱運動如何影響擴(kuò)散？5、  如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變形？二、          作圖計算題（每題15分，共60分）1.         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)K1.381×10-23 J / K）2.

20、         請計算簡單立方晶體中，(111)和的夾角。3.         請判定在FCC晶體中下列位錯反應(yīng)能否進(jìn)行：4.         試畫出立方晶體中的(123)晶面和晶向。三、          綜合分析題（共40分）1.   

21、;      如附圖所示，請分析：（24分）1)      兩水平線的反應(yīng)類型，并寫出反應(yīng)式；2)      分析Ab、bg、gd、d、 dh、 he、eB七個區(qū)域室溫下的組織組成物（j點成分小于g點成分）；3)      分析I、II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含量的表達(dá)式及合金

22、II平衡冷卻到室溫后組織組成物相對含量的表達(dá)式。t/k n jg i d hA b c1 g¢ c2 d¢ h¢ e BIII2.         請對比分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長大、異常長大的驅(qū)動力及力學(xué)性能變化，并解釋其機(jī)理。（16分） 2007年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題 參考答案一、          簡答題（每題10分，共50分）1、請說明什么是全位錯和不全位錯，并請寫出FC

23、C、BCC和HCP晶體中的最短單位位錯的柏氏矢量。答：全位錯：柏氏矢量等于點陣矢量的整數(shù)倍；不全位錯：柏氏矢量不等于點陣矢量的整數(shù)倍。Fcc：； bcc：； hcp：2、已知原子半徑與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，請問當(dāng)配位數(shù)降低時，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，會引起晶體體積增大。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：因為非均勻形核時，用雜質(zhì)或型腔充當(dāng)了一部分晶核。也就是說，需要調(diào)動的原子數(shù)少。4、原子的熱運動如何影響擴(kuò)散？答：熱運動增強(qiáng)將使原子

24、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、          作圖計算題（每題15分，共60分）1.         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)K1.381×10-23 J / K）解

25、：2.         請計算簡單立方晶體中，(111)和的夾角。解：a70°32¢3.         請判定在fcc中下列位錯反應(yīng)能否進(jìn)行：解：幾何條件：（6分）能量條件：（6分）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

26、分）1.         如附圖所示，請分析：（24分）1)      兩水平線的反應(yīng)類型，并寫出反應(yīng)式；2)      分析Ab、bg、gd、d、 dh、 he、eB七個區(qū)域室溫下的組織組成物（j點成分小于g點成分）；3)      分析I、II合金的平衡冷卻過程，并注明主要的相變反應(yīng)；4)      t/k n j

27、g i d hA b c1 g¢ c2 d¢ h¢ e BIII寫出合金I平衡冷卻到室溫后相組成物相對含量的表達(dá)式及合金II平衡冷卻到室溫后組織組成物相對含量的表達(dá)式。解：1）  水平線kj為包晶反應(yīng)：（2分）水平線gh為共晶反應(yīng)：（2分）2）  Ab： （1分）bg：+II （1分）gd： +(+)共+II （1分）d'：(+)共（1分）dh：+(+)共+II（1分）he： +II （1分）eB： （1分）3）  LLIIL+LLLL+II合金I （5分）合金II （3分）4）  合金I相組成：（2分）合金II組織

28、組成：（3分）2.         請對比分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長大、異常長大的驅(qū)動力及力學(xué)性能變化。（16分）回復(fù)再結(jié)晶正常長大異常長大驅(qū)動力存儲能（主要是點陣畸變能）存儲能（主要是點陣畸變能）總界面能總界面能和表面能力學(xué)性能變化基本保持變形后性能恢復(fù)到冷變形前的水平基本保持再結(jié)晶后的水平性能惡化強(qiáng)度、塑性下降西北工業(yè)大學(xué)2008年碩士研究生入學(xué)考試試題試題名稱：材料科學(xué)基礎(chǔ)（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 3 頁一、簡答題（每題10分，共60分）1. 固態(tài)下，無相變的金

29、屬，如果不重熔，能否細(xì)化晶粒？如何實現(xiàn)？2. 固體中有哪些常見的相結(jié)構(gòu)？3. 何謂平衡結(jié)晶？何謂非平衡結(jié)晶？4. 擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是什么？對于濃度梯度隨時間變化的情況，能否應(yīng)用擴(kuò)散第一定律？5. 何為織構(gòu)？包括哪幾類？6. 什么是成分過冷？如何影響固溶體生長形態(tài)？二、作圖計算題（每題15分，共60分）1. 請分別寫出FCC、BCC和HCP晶體的密排面、密排方向，并計算密排面間距和密排方向上原子間距。2. 請繪出面心立方點陣晶胞，并在晶胞中繪出（110）晶面；再以（110）晶面平行于紙面，繪出（110）晶面原子剖面圖，并在其上標(biāo)出001，晶向。3. 已知H70黃銅在400時完成再結(jié)晶需要1

30、小時，而在390下完成再結(jié)晶需2小時，請計算在420下完成再結(jié)晶需要多長時間？4. 一個FCC晶體在方向在2MPa正應(yīng)力下屈服，已測得開動的滑移系是，請確定使該滑移系開動的分切應(yīng)力。三、綜合分析題（30分）1. 請根據(jù)Fe-Fe3C相圖分析回答下列問題：（17分）1) 請分析2.0wt.%C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) 請分析2.0wt.%C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發(fā)生什么變化。3) 假設(shè)將一無限長純鐵棒置于930滲碳?xì)夥障麻L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和緩冷至室溫時的組織分布情況。

31、（繪制在答題紙上）防護(hù)防護(hù)C原子930室溫2. 圖示Cu-Cd二元相圖全圖及其400600范圍的局部放大：（13分）1） 請根據(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wcd=46.5，400時相的成分為wcd=57，請計算400時wCd50合金的相組成。2008年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題參考答案一、 簡答題（每題10分，共60分）7. 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大）。或進(jìn)行熱加工，使之發(fā)生動態(tài)

32、再結(jié)晶。8. 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。9. 何謂平衡結(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。非平衡結(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。10. 擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是什么？對于濃度梯度隨時間變化的情況，能否應(yīng)用擴(kuò)散第一定律？答：擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，即與時間無關(guān)的擴(kuò)散。對于非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的情況也可以應(yīng)用擴(kuò)散第一定律，但必須對其進(jìn)行修正。11. 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?？棙?gòu)包括再結(jié)晶織構(gòu)和變形織構(gòu)。其中

33、變形織構(gòu)又包括絲織構(gòu)和板織構(gòu)。12. 什么是成分過冷？如何影響固溶體生長形態(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)生溶質(zhì)原子富集，導(dǎo)致液相的熔點發(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，固溶體以平面狀生長，形成等軸晶；有較小過冷度時，形成胞狀組織；有較大成分過冷時，形成樹枝晶。二、作圖計算題（每題15分，共60分）5. 請分別寫出FCC、BCC和HCP晶體的密排面、密排方向，并計算密排面間距和密排方向上原子間距。答：晶體結(jié)構(gòu)密排面密排方向密排面間距密排方向原子間距FCC111<110>BCC110<111>HCP0001a6. 請繪出面

34、心立方點陣晶胞，并在晶胞中繪出（110）晶面；再以（110）晶面平行于紙面，繪出（110）晶面原子剖面圖，并在其上標(biāo)出001，晶向。答：AaBECDF7. 已知H70黃銅在400時完成再結(jié)晶需要1小時，而在390下完成再結(jié)晶需2小時，請計算在420下完成再結(jié)晶需要多長時間？答：在兩個不同的恒定溫度產(chǎn)生相同程度的再結(jié)晶時，兩邊取對數(shù)，并比之得t3 = 0.26 h 8. 一個FCC晶體在方向在2MPa正應(yīng)力下屈服，已測得開動的滑移系是，請確定使該滑移系開動的分切應(yīng)力。答：三、綜合分析題（30分）3. 請根據(jù)Fe-Fe3C相圖分析回答下列問題：（17分）4) 請分析2.0wt.%C合金平衡狀態(tài)下的

35、結(jié)晶過程，并說明室溫下的相組成和組織組成。5) 請分析2.0wt.%C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發(fā)生什么變化。6) 假設(shè)將一無限長純鐵棒置于930滲碳?xì)夥障麻L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和緩冷至室溫時的組織分布情況。答：1) L LFe3CII +Fe3CFe3CIII相組成：+ Fe3C組織組成：P+ Fe3CII（忽略Fe3CIII）2) 根據(jù)冷速不同，可能出現(xiàn)共晶反應(yīng)，得到Ld；得到的P層片細(xì)??；Fe3CII的析出將收到抑制，甚至不析出。3) 附圖如下防護(hù)防護(hù)C原子930室溫Fe3CFe3CP+Fe3CFPP+F4

36、. 圖示Cu-Cd二元相圖全圖及其400600范圍的局部放大：（13分）3） 請根據(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；4） 已知相成分為wcd=46.5，400時相的成分為wcd=57，請計算400時wCd50合金的相組成。答：1）549：包晶反應(yīng)，（Cu）+ L 547：包晶反應(yīng)， + L 544：共晶反應(yīng)，L + 397：包晶反應(yīng)， + L 314：共晶反應(yīng)，L +（Cd）2）或西北工業(yè)大學(xué)2009年碩士研究生入學(xué)考試試題 1. 簡答題（每題10分，共60分）1. 在位錯發(fā)生滑移時，請分析刃位錯、螺位錯和混合位錯的位錯線l與柏氏矢量b、外

37、加切應(yīng)力與柏氏矢量b、外加切應(yīng)力與位錯線l之間的夾角關(guān)系，及位錯線運動方向。（請繪表格作答，答案務(wù)必寫在答題冊上）混合位錯螺位錯刃位錯位錯線運動方向與 l 與 bb 與 l類型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？3. 置換擴(kuò)散與間隙擴(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，是否會發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)？為什么？4. 在室溫下對鐵板（其熔點為1538）和錫板（其熔點為232），分別進(jìn)行來回彎折，隨著彎折的進(jìn)行，各會發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？5. 何為固溶強(qiáng)化？請簡述其強(qiáng)化機(jī)制。6. 請比較二元共晶轉(zhuǎn)變與包晶轉(zhuǎn)變的異同。二、作圖計算題（每題10分，

38、共40分）9. 請比較FCC晶體中和兩位錯的畸變能哪個較大。10. 面心立方晶體沿001方向拉伸，可能有幾個滑移系開動？請寫出各滑移系指數(shù)，并分別繪圖示之。11. 在Al單晶中，（111）面上有一位錯，面上另一位錯。若兩位錯發(fā)生反應(yīng)，請繪出新位錯，并判斷其性質(zhì)。4. 請分別寫出立方晶系中110和100晶面族包括的晶面。2) 綜合分析題（每題25分，共50分）1. 請分析影響回復(fù)和再結(jié)晶的因素各有哪些，以及影響因素的異同，并請分析其原因。23352. 附圖為Ti-Al二元合金相圖：5） 請分析并分別寫出1285、1125和665三個恒溫轉(zhuǎn)變的類型和反應(yīng)式，以及882時發(fā)生兩相恒溫轉(zhuǎn)變的類型和反應(yīng)

39、式。6） 請繪出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)。7） 請分析500時，w31%的合金平衡結(jié)晶的相組成物和組織組成物，并計算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（注：1125時，waTi27%，wTi3Al26%，wTiAl35%；500時，wTi3Al23%，wTiAl35%）2009年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題參考答案 二、 簡答題（每題10分，共60分）1. 在位錯發(fā)生滑移時，請分析刃位錯、螺位錯和混合位錯的位錯線l與柏氏矢量b、外加切應(yīng)力與柏氏矢量b、外加切應(yīng)力與位錯線l之間的夾角關(guān)系，及位錯線運動方向。（請繪表格作答，答案務(wù)必寫在答題冊上）答：一定角度 / 法線 一定角度 /

40、/ 法線 / / 法線 位錯線運動方向 與 l 與 b b 與 l 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)。不會發(fā)生。因為間隙擴(kuò)散中考慮間隙原子定向流動，未考慮

41、置換互溶式擴(kuò)散。4. 在室溫下對鐵板（其熔點為1538）和錫板（其熔點為232），分別進(jìn)行來回彎折，隨著彎折的進(jìn)行，各會發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？答：根據(jù)T再（0.350.45）Tm可知Fe在室溫下加工為冷加工，Sn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Sn板屬于熱加工，產(chǎn)生動態(tài)再結(jié)晶，彎曲可不斷進(jìn)行下去5. 何為固溶強(qiáng)化？請簡述其強(qiáng)化機(jī)制。答：固溶強(qiáng)化就是溶質(zhì)原子阻礙位錯運動，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)力場阻礙位錯運動；2）玲木氣團(tuán)，即溶質(zhì)原子降低基體層錯能，使位錯分解為擴(kuò)展位錯，阻礙位錯交滑移或攀移；3）電

42、交互作用，即帶電溶質(zhì)原子與位錯形成靜電交互作用，阻礙位錯運動。6. 請比較二元共晶轉(zhuǎn)變與包晶轉(zhuǎn)變的異同。答：相同點：恒溫、恒成分轉(zhuǎn)變；相圖上均為水平線。不同點：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、作圖計算題（每題10分，共40分）12. 請比較FCC晶體中和兩位錯的畸變能哪個較大。答：故：b1的畸變能較小。13. 面心立方晶體沿001方向拉伸，可能有幾個滑移系開動？請寫出各滑移系指數(shù)，并分別繪圖示之。答：共12個滑移系，其中可能開動的有8個。分別是：、14. 在Al單晶中，（111）面上有一位錯，面上另一位錯

43、。若兩位錯發(fā)生反應(yīng)，請繪出新位錯，并判斷其性質(zhì)。b1b2b'2b3答：新位錯為。位錯線為（111）面與面的交線。兩者垂直，因此是刃型位錯。 4. 請分別寫出立方晶系中110和100晶面族包括的晶面。答：4) 綜合分析題（每題25分，共50分）1. 請分析影響回復(fù)和再結(jié)晶的因素各有哪些，以及影響因素的異同，并請分析其原因?；貜?fù)再結(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（增）促進(jìn)促進(jìn)提供驅(qū)動力溶質(zhì)原子阻礙阻礙阻礙位錯和晶界的運動第二相粒子促進(jìn)促進(jìn)或阻礙即可能提高驅(qū)動力，同時阻礙位錯和晶界運動原始晶粒（細(xì)?。┐龠M(jìn)促進(jìn)增大再結(jié)晶驅(qū)動力晶粒位向無影響無影響熱蝕溝無影響一般無影響尚未形成熱蝕

44、溝2. 附圖為Ti-Al二元合金相圖：8） 請分析并分別寫出1285、1125和665三個恒溫轉(zhuǎn)變的類型和反應(yīng)式，以及882時發(fā)生兩相恒溫轉(zhuǎn)變的類型和反應(yīng)式。9） 請繪出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)。10） 請分析500時，w31%的合金平衡結(jié)晶的相組成物和組織組成物，并計算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（注：1125時，waTi27%，wTi3Al26%，wTiAl35%；500時，wTi3Al23%，wTiAl35%）答：1）1285：包析反應(yīng)，TiTiAlaTi 1125：共析反應(yīng)，aTiTi3AlTiAl 665：包晶反應(yīng)，L+TiAl3Al 882：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，TiaT

45、i LLTi Ti TiTiAl TiTiAlaTiTiaTiaTiaTiTiAl aTiTi3AlTiAlTi3AlTiAl相組成：Ti3Al、TiAl 組織組成：TiAl、（Ti3AlTiAl）共23 35 三、      2010年碩士研究生入學(xué)考試試題 試題名稱：材料科學(xué)基礎(chǔ)（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.    

46、;   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(guān)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(zhì)原子擴(kuò)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

47、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)？  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.      

48、 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(zhì)？若圖示滑移面為fcc晶體的（111）面，在切應(yīng)力的作用下，兩位錯將如何運動？（繪圖表示）    3.       某合金的再結(jié)晶激活能為250KJ/mol，該合金在400完成再結(jié)晶需要1小時，請問在390下完成再結(jié)晶需要多長時間。（氣體常數(shù)R=8.314L/mol·K） 4.       請分別繪出fcc和bcc晶體中的最短單位位錯

49、，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(qiáng)化機(jī)制，并闡述機(jī)理。（15分）       2、      請根據(jù)Cu-Zn相圖回答下列問題：(25分)1)    &#

50、160; 若在500下，將一純銅試樣長期置于鋅液中，請繪出擴(kuò)散后從表面至內(nèi)部沿深度方向的相分布和對應(yīng)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(yīng)類型，及其反應(yīng)式。3)      請繪出Cu-75%Zn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)      請計算Cu-75%Zn合金平衡結(jié)晶至200時的相組成含量。  2010年碩士研究生入學(xué)考試試題 參考答案

51、  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(guān)系，并解

52、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(yán)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(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

53、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(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。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