西安理工大學(xué)碩士材料科學(xué)基礎(chǔ)真題2021年

1、西安理工大學(xué)碩士材料科學(xué)基礎(chǔ)真題2021年試卷二十四2022屆碩士研究生入學(xué)考試試題考試科目：材料科學(xué)基礎(chǔ)適用專業(yè)：材料科學(xué)與工程、材料成型與控制、材料物理與化學(xué)I.簡短回答問題（8 個可選）氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)是否屬于布拉菲點(diǎn)陣?為什么？如果不是，則其點(diǎn)陣為哪種點(diǎn)陣 類型？寫出BCC晶體中的配位數(shù)（n）、密度（k）、原子半徑R和晶格常數(shù)a之間的關(guān)系， 在BCC晶胞中繪制一組室溫滑移系，并標(biāo)記緊密排列的表面和方向。試從結(jié)合鍵的角度討論一般情況下金屬材料比陶瓷材料表現(xiàn)出更高塑性或延展性 的原因。分析“在液態(tài)金屬中，任何小于臨界核半徑的晶胚都不能形核，但只要有足夠的能 量波動來提供形核功，它就可以形核

2、?！北径问欠裾_，回答純金屬材料成核必須滿足的 條件。金屬材料生長形態(tài)的影響因素有哪些?在相同的溫度梯度下純金屬和固溶體合金的 生長形態(tài)是否相同?請說明原因。為了細(xì)化純鋁零件的晶粒，在5%的冷變形和650C退火1h后，組織反而粗化；當(dāng) 冷變形量增加到80%后，在650C退火1h，仍能獲得粗晶粒。指出了晶粒尺寸不合理和再 結(jié)晶工藝不合理的原因。對于固體材料將其晶粒細(xì)化后其力學(xué)性能會有何種變化?解釋原因。并回答對于鑄 件能否采用再結(jié)晶的方法細(xì)化晶粒，為什么？為什么鋼件的滲碳溫度在相區(qū)一般為Y?如果不是Y，相區(qū)的結(jié)果是什么？何為金屬材料的加工硬化?如何解決加工硬化給后續(xù)加工帶來的困難?10.簡述碳

3、鋼的不同回火溫度范圍及其對應(yīng)的回火組織類型。二、計(jì)算題已知純銅滑移系的臨界剪應(yīng)力tC為1MPa，Q:1。你想制造多大的壓力？面上產(chǎn)生101 方向的滑移，則在101 方向上至少需施加為了使表面在110方向上滑動，至少應(yīng)在110方向上施加多少應(yīng)力?三、如圖24-1所示的晶體中，abcd滑移面上有一個位錯環(huán)，位錯線方向?yàn)槟鏁r針方 向，其柏氏矢量b平行于指出位錯環(huán)各部分的位錯類型。如果Berger矢量B垂直于位錯環(huán)的水平面，指出位錯環(huán)各部分的位錯類型。在圖中表示出使位錯環(huán)向外運(yùn)動所需施加的切應(yīng)力方向。4.該位錯環(huán)運(yùn)動出品體 后，晶體外形如何變化?四、fe-fe3c相圖分析靜靜地畫出Fe-Fe3C相圖，

4、標(biāo)記每個點(diǎn)的碳含量，并在三條水平線上寫下反應(yīng)。2. 通過顯微組織分析，如果有兩個珠光體含量相同的鋼樣品，能否得出兩個樣品是相同材料 的結(jié)論？為什么？計(jì)算含碳量為4.28%的鐵碳合金在1148C溫度的平衡分配系數(shù)，并說明其在該溫 度平衡凝固和非平衡凝固時組織上出現(xiàn)的差別。分析含碳量為1.8%的鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程，計(jì)算最終組織和相組成的相對含量。五、利用位錯理論分析論述第二相粒子對合金塑性形變及強(qiáng)度的影響。標(biāo)準(zhǔn)答案一、不屬于。原因很輕微。它是一個面心立方晶格。bcc晶體的配位數(shù)為8,致密度為0.68，其中原子半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系式為:圖24-2是立方系一組滑移系的示意圖。金屬材料的化學(xué)鍵以

5、金屬鍵為主，陶瓷材料往往以離子鍵為主。相對于離子鍵中 電子是一一對應(yīng)的，金屬鍵中自由電子圍繞原子核自由運(yùn)動，因此價鍵沒有飽和性和方向 性，當(dāng)材料受力而發(fā)生相對位移時，電子移動對化學(xué)價鍵并沒有破壞，因此金屬材料較陶 瓷材料具有較好的延展性。本段前半部分正確，后半部分錯誤。如果晶核半徑不能達(dá)到臨界晶核半徑，即使獲 得更多的能量，也無法形成晶核。形成金屬材料的晶核所需滿足的條件：尺寸條件應(yīng)大于或等于臨界晶核半徑；能 量條件是大于或等于形核功；要有一定的過冷度。影響金屬材料生長形態(tài)的主要因素有：液固界面中固體的界面結(jié)構(gòu)和液固界面前沿 液體中的溫度梯度分布。在相同溫度梯度下，純金屬和固溶體結(jié)構(gòu)的生長形態(tài)

6、不一定相同。例如正溫度梯度下， 純金屬往往形成平面狀的晶體形態(tài)，而固溶體由于選分結(jié)晶現(xiàn)象導(dǎo)致出現(xiàn)成分過冷現(xiàn)象， 造成其晶體形態(tài)往往是樹枝晶狀態(tài)的。一是變形不當(dāng)，達(dá)到臨界變形大?。坏诙€過程是由于加熱溫度過高時過度變形和 二次再結(jié)晶，導(dǎo)致晶粒尺寸過大。影響再結(jié)晶晶粒度的因素：冷變形度、原始晶粒尺寸、退火溫度、雜質(zhì)及合金元素。固體材料的晶粒細(xì)化后，會出現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化現(xiàn)象，即材料的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性 同時提高。這是因?yàn)椋河捎诰Я］^小，堆積位錯的滑動面較短，堆積位錯的數(shù)量較少，位 錯堆積產(chǎn)生的應(yīng)力集中并分散在每個晶粒中，從而提高了其屈服強(qiáng)度。另一方面，由于晶 粒較小，在相同的外力作用下，在有利的滑動方

7、向上有更多的晶粒，應(yīng)力分散在每個晶粒 中。即使受到較大的塑性變形，它仍能保持良好的性能而不開裂，從而提高材料的韌性。 對于金屬鑄件，再結(jié)晶方法不能用于細(xì)化晶粒，因?yàn)椋阂环矫?，再結(jié)晶過程需要從儲存的 能量中提供一定的能量，以便在一定變形的基礎(chǔ)上重新形核和長大晶粒，并且鑄件沒有變 形。另一方面，由于再結(jié)晶溫度過低，無法通過再結(jié)晶轉(zhuǎn)變細(xì)化晶粒。Y-fe即奧氏體中溶碳量最大可達(dá)到2.11%，而a -fe僅能溶解碳含量為0.0218%，濃度梯度小，擴(kuò)散系數(shù)??；Y-Fe是一種D值較大的高溫相，因 此在Fe中進(jìn)行Y-滲碳Y-當(dāng)鐵相溫度較高時，原子速度較高，這也會促進(jìn)擴(kuò)散。因此， 在Y-Fe區(qū)域通常選擇滲碳。

8、若不在該區(qū)內(nèi)進(jìn)行處理，即使原子可以充分?jǐn)U散，由于a-fe最多僅能溶解0.0218% 碳，這樣滲碳層的碳濃度也會很低，達(dá)不到滲碳的目的。在塑性變形過程中，隨著變形量的增加，金屬材料的強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑性和 韌性不斷下降。這種現(xiàn)象被稱為“加工硬化”。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是外力的增加使位錯 不斷擴(kuò)散，位錯之間的交叉和反應(yīng)使位錯的運(yùn)動變得困難。這種現(xiàn)象可以通過再結(jié)晶退火 處理來消除。低溫回火：150250C組織：回火m（f+s-碳化物）；性能：殘余應(yīng)力消除，高硬 度+高強(qiáng)度，較低的塑性和韌性。中溫回火：350500C ；顯微組織：回火t （F+極細(xì)滲碳體）；性能：高屈服強(qiáng)度，高 彈性極限，良好的塑性

9、和韌性。高溫回火：500650C組織：回火s（f+細(xì)粒狀滲碳體）；性能：高的塑性和韌性，較 低的屈服強(qiáng)度和硬度。二、因?yàn)椋簝蓚€滑移系無論是加多大的力都不能滑移，這是因?yàn)榈谝粋€滑移系中外力與滑移面垂 直，第二個滑移系中外力與滑移方向垂直，因此無論是加多大的應(yīng)力兩個滑移系都不會開 動。三、如圖24-3所示。c點(diǎn)為負(fù)刃型位錯，a點(diǎn)為正刃型位錯，b點(diǎn)為左螺型位錯，d點(diǎn)為右螺型位錯。 其他各點(diǎn)處為混合型位錯。因?yàn)锽erger矢量都垂直于位錯線，所以位錯環(huán)上的位錯都是邊緣位錯。3.如圖24- 3a所示，平行于Berger矢量的一對剪切應(yīng)力作用于晶體的上下底面，下底面上的剪切應(yīng) 力平行于同一方向上的Berger矢量。如圖24-3b所示，滑移面下部晶體相對于上部晶體產(chǎn)生與柏氏矢量相同的滑移， 并在晶體側(cè)表面形成相應(yīng)臺階。四、1.省略不能，因?yàn)橹楣怏w只是鋼中的一種組織，亞共析鋼和過共析鋼的珠光體在組織中 可以一致，但碳含量卻不一致。3.平衡凝固得到奧氏體+萊氏體，非平衡凝固得到偽共晶萊氏體組織。4.冷卻過程分析 略。組織的相對含量為：相組成物的相對含量為：五、如圖24-4所示，第二相粒子與位錯的交互作用有如下 兩種情況：第一：如圖24-4a所示，第二相粒子很硬，位錯線無法通過，因此位錯線會繞行并重 復(fù)。阻礙位錯線通過的粒子的有效尺寸繼續(xù)增加，因此首先繞過粒子的位錯臨界應(yīng)