西北工業(yè)大學(xué)年度碩士研究生入學(xué)試題

52/522005年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題一、簡(jiǎn)答題（每題8分）1.請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的差不多條件有哪些。

2.同素異晶轉(zhuǎn)變和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變差不多上以形核長(zhǎng)大方式進(jìn)行的，請(qǐng)問兩者之間有何差不？

3.兩位錯(cuò)發(fā)生交割時(shí)產(chǎn)生的扭折和割階有何區(qū)不？

4.請(qǐng)簡(jiǎn)述擴(kuò)散的微觀機(jī)制有哪些？阻礙擴(kuò)散的因素又有哪些？

5.請(qǐng)簡(jiǎn)述回復(fù)的機(jī)制及其驅(qū)動(dòng)力。二、計(jì)算、作圖題：（共60分，每小題12分）1.在面心立方晶體中，分不畫出、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?yàn)閇001]，請(qǐng)問哪些滑移系能夠開動(dòng)？2.請(qǐng)判定下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行，若能夠進(jìn)行，請(qǐng)?jiān)诰О麍D上做出矢量圖。

（1）

（2）3.假設(shè)某面心立方晶體能夠開動(dòng)的滑移系為，請(qǐng)回答：

（1）給出滑移位錯(cuò)的單位位錯(cuò)柏氏矢量；

（2）若滑移位錯(cuò)為純?nèi)形诲e(cuò)，請(qǐng)指出其位錯(cuò)線方向；若滑移位錯(cuò)為純螺位錯(cuò)，其位錯(cuò)線方向又如何？

4.若將一塊鐵由室溫20℃加熱至850℃，然后特不快地冷卻到20℃，請(qǐng)計(jì)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104675J，氣體常數(shù)為8.314J/mol·K）。5.已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖，見附圖，

（1）請(qǐng)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(qǐng)畫出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線，及各時(shí)期相變反應(yīng)。

三、綜合分析題：（共50分，每小題25分）1.請(qǐng)對(duì)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(diǎn)和機(jī)理。2.請(qǐng)依照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(guò)程，并繪出冷卻曲線；

（2）講明室溫下I、II的相和組織是什么？并計(jì)算出相和組織的相對(duì)含量；

（3）假如希望得到共晶組織和5%的β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(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的差不多條件有哪些。答：熱力學(xué)條件ΔG<0結(jié)構(gòu)條件：r>r*能量條件：A>ΔGmax成分條件2.同素異晶轉(zhuǎn)變和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變差不多上以形核長(zhǎng)大方式進(jìn)行的，請(qǐng)問兩者之間有何差不？答：同素異晶轉(zhuǎn)變是相變過(guò)程，該過(guò)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(guò)程。3.兩位錯(cuò)發(fā)生交割時(shí)產(chǎn)生的扭折和割階有何區(qū)不？答：位錯(cuò)的交割屬于位錯(cuò)與位錯(cuò)之間的交互作用，其結(jié)果是在對(duì)方位錯(cuò)線上產(chǎn)生一個(gè)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(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生阻礙，容易消逝；割階是不在原滑移面上的彎折，對(duì)位錯(cuò)的滑移有阻礙。4.請(qǐng)簡(jiǎn)述擴(kuò)散的微觀機(jī)制有哪些？阻礙擴(kuò)散的因素又有哪些？答：置換機(jī)制：包括空位機(jī)制和直接換位與環(huán)形換位機(jī)制，其中空位機(jī)制是要緊機(jī)制，直接換位與環(huán)形換位機(jī)制需要的激活能專門高，只有在高溫時(shí)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)制是要緊機(jī)制。阻礙擴(kuò)散的要緊因素有：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(qǐng)簡(jiǎn)述回復(fù)的機(jī)制及其驅(qū)動(dòng)力。答：低溫機(jī)制：空位的消逝中溫機(jī)制：對(duì)應(yīng)位錯(cuò)的滑移（重排、消逝）高溫機(jī)制：對(duì)應(yīng)多邊化（位錯(cuò)的滑移＋攀移）驅(qū)動(dòng)力：冷變形過(guò)程中的存儲(chǔ)能（要緊是點(diǎn)陣畸變能）二、計(jì)算、作圖題：（共60分，每小題12分）1.在面心立方晶體中，分不畫出、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?yàn)閇001]，請(qǐng)問哪些滑移系能夠開動(dòng)？2.請(qǐng)判定下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行，若能夠進(jìn)行，請(qǐng)?jiān)诰О麍D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)能夠進(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)能夠進(jìn)行。3.假設(shè)某面心立方晶體能夠開動(dòng)的滑移系為，請(qǐng)回答：1)給出滑移位錯(cuò)的單位位錯(cuò)柏氏矢量；2）若滑移位錯(cuò)為純?nèi)形诲e(cuò)，請(qǐng)指出其位錯(cuò)線方向；若滑移位錯(cuò)為純螺位錯(cuò)，其位錯(cuò)線方向又如何？

答：（1）單位位錯(cuò)的柏氏矢量；（2）純?nèi)形诲e(cuò)的位錯(cuò)線方向與b垂直，且位于滑移面上，為；純螺位錯(cuò)的位錯(cuò)線與b平行，為[011]。4.若將一塊鐵由室溫20℃加熱至850℃，然后特不快地冷卻到20℃，請(qǐng)計(jì)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104675J）。答：5.已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖，見附圖，1)請(qǐng)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(qǐng)畫出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線，及各時(shí)期相變反應(yīng)。答：

三、綜合分析題：（共50分，每小題25分）1.請(qǐng)對(duì)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(diǎn)和機(jī)理。答：加工硬化：是隨變形使位錯(cuò)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(cuò)連續(xù)滑移的阻力導(dǎo)致的強(qiáng)化；同時(shí)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(shí)增大強(qiáng)度和塑性的機(jī)制。彌散強(qiáng)化：又稱時(shí)效強(qiáng)化。是由于細(xì)小彌散的第二相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)化。包括切過(guò)機(jī)制和繞過(guò)機(jī)制。復(fù)相強(qiáng)化：由于第二相的相對(duì)含量與基體處于同數(shù)量級(jí)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，且假如第二相強(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(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙。包括彈性交互作用（柯氏氣團(tuán)）、電交互作用（玲木氣團(tuán)）和化學(xué)交互作用。2.請(qǐng)依照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(guò)程，并繪出冷卻曲線；2）講明室溫下I、II的相和組織是什么？并計(jì)算出相和組織的相對(duì)含量；3）假如希望得到室溫組織為共晶組織和5%的β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：α初＋βII，相組成與組織組成比例相同II：β初＋（α＋β）共＋βII（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)離異共晶的形態(tài)，合金中的βII量會(huì)減少，甚至不出現(xiàn)；II合金在快冷條件下β初呈樹枝狀，且數(shù)量減少。共晶體組織變細(xì)小，相對(duì)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(jiǎn)答題（每題10分，共50分）試從結(jié)合鍵的角度，分析工程材料的分類及其特點(diǎn)。位錯(cuò)密度有哪幾種表征方式？陶瓷晶體相可分為哪兩大類？有何共同特點(diǎn)？冷軋純銅板，假如要求保持較高強(qiáng)度，應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？若需要接著冷軋變薄時(shí)，又應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？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(jì)算題（每題15分，共60分）已知碳在γ－Fe中擴(kuò)散時(shí)，D0＝2.0×10－5m2/s，Q＝1.4×105J/mol。當(dāng)溫度由927℃上升到1027℃時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)變化了多少倍？(氣體常數(shù)R=8.314J/(mol.K))已知某低碳鋼σ0=64KPa，K=393.7，若晶粒直徑為50μm，該低碳鋼的屈服強(qiáng)度是多少？試計(jì)算BCC晶體最密排面的堆積密度。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)晶面及單位滑移矢量和。（2）比較具有此二滑移矢量的位錯(cuò)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(diǎn)。2.試分析冷塑性變形對(duì)合金組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、物理化學(xué)性能、體系能量的阻礙。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：要緊以金屬鍵為主，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：是以上三中差不多材料的人工復(fù)合物，結(jié)合鍵種類繁多。性能差異專門大。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(guò)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)合鍵要緊是離子鍵，含有一定比例的共價(jià)鍵；2.有確定的成分，能夠用準(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，假如要求保持較高強(qiáng)度，應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？若需要接著冷軋變薄時(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；要接著冷變形則應(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(guò)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γ－Fe中擴(kuò)散時(shí)，D0＝2.0×10－5m2/s，Q＝1.4×105J/mol。當(dāng)溫度由927℃上升到1027℃時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)變化了多少倍？（R＝8.314J/(mol.K)）答2.

已知某低碳鋼σ0=64KPa，K=393.7，若晶粒直徑為50μm，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(gè)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)晶面及單位滑移矢量和。（2）比較具有此二滑移矢量的位錯(cuò)的能量。5答：（1）（2）兩位錯(cuò)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(diǎn)。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(dòng)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(zhǎng)大、晶界變直——晶界面積減小阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)——σb↑——細(xì)晶強(qiáng)化位錯(cuò)、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(duì)合金組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、物理化學(xué)性能、體系能量的阻礙。答：組織結(jié)構(gòu)：（1）形成纖維組織：晶粒沿變形方向被拉長(zhǎng)；（2）形成位錯(cuò)胞；（3）晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)形成變形織構(gòu)。力學(xué)性能：位錯(cuò)密度增大，位錯(cuò)相互纏繞，運(yùn)動(dòng)阻力增大，造成加工硬化。物理化學(xué)性能：其變化復(fù)雜，要緊對(duì)導(dǎo)電，導(dǎo)熱，化學(xué)活性，化學(xué)電位等有阻礙。體系能量：包括兩部分：（1）因冷變形產(chǎn)生大量缺陷引起點(diǎn)陣畸變，使畸變能增大；（2）因晶粒間變形不均勻和工件各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(chǔ)能，其中前者為要緊的。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預(yù)備。2007年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題一、

簡(jiǎn)答題（每題10分，共50分）1、

請(qǐng)講明什么是全位錯(cuò)和不全位錯(cuò)，并請(qǐng)寫出FCC、BCC和HCP晶體中的最短單位位錯(cuò)的柏氏矢量。2、

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？什么緣故？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，什么緣故非均勻形核比均勻形核容易？4、

原子的熱運(yùn)動(dòng)如何阻礙擴(kuò)散？5、

如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變形？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)原子中能夠形成有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＝1.381×10-23J/K）2.

請(qǐng)計(jì)算簡(jiǎn)單立方晶體中，(111)和的夾角。3.

請(qǐng)判定在FCC晶體中下列位錯(cuò)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.

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Ab、bg′、g′d′、d′、d′h′、h′e、eB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、II合金的平衡冷卻過(guò)程，并注明要緊的相變反應(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II平衡冷卻到室溫后組織組成物相對(duì)含量的表達(dá)式。t/t/℃knjgidhAbc1g￠c2d￠h￠eBδαβIII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，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(jiǎn)答題（每題10分，共50分）1、請(qǐng)講明什么是全位錯(cuò)和不全位錯(cuò)，并請(qǐng)寫出FCC、BCC和HCP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。Fcc：；bcc：；hcp：2、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？什么緣故？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也等于三分之一表面能，什么緣故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。也確實(shí)是講，需要調(diào)動(dòng)的原子數(shù)少。4、原子的熱運(yùn)動(dòng)如何阻礙擴(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)原子中能夠形成有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＝1.381×10-23J/K）解：2.

請(qǐng)計(jì)算簡(jiǎn)單立方晶體中，(111)和的夾角。解：a＝70°32￠3.

請(qǐng)判定在fcc中下列位錯(cuò)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)能夠進(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Ab、bg′、g′d′、d′、d′h′、h′e、eB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、II合金的平衡冷卻過(guò)程，并注明要緊的相變反應(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II平衡冷卻到室溫后組織組成物相對(duì)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：α（1分）

bg′：α+βII（1分）

g′d：α+(α+β)共+βII（1分）

d'：(α+β)共（1分）

d′h′：β+(α+β)共+αII（1分）

h′e：β+αII（1分）

eB：β（1分）3）

LL→αα→βIIL→α+βLL→δL→ααL+δ→αα→βIILL→αα→βIIL→α+βLL→δL→ααL+δ→αα→βII4）

合金I相組成：（2分）t/℃knjgidht/℃knjgidhAbc1g￠c2d￠h￠eBδαβIII（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。（16分）回復(fù)再結(jié)晶正常長(zhǎng)大異常長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力存儲(chǔ)能

（要緊是點(diǎn)陣畸變能）存儲(chǔ)能

（要緊是點(diǎn)陣畸變能）總界面能總界面能和表面能力學(xué)性能變化差不多保持變形后性能恢復(fù)到冷變形前的水平差不多保持再結(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(hào)：832講明：所有答題一律寫在答題紙上第1頁(yè)共3頁(yè)一、簡(jiǎn)答題（每題10分，共60分）固態(tài)下，無(wú)相變的金屬，假如不重熔，能否細(xì)化晶粒？如何實(shí)現(xiàn)？固體中有哪些常見的相結(jié)構(gòu)？何謂平衡結(jié)晶？何謂非平衡結(jié)晶？擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是什么？關(guān)于濃度梯度隨時(shí)刻變化的情況，能否應(yīng)用擴(kuò)散第一定律？何為織構(gòu)？包括哪幾類？什么是成分過(guò)冷？如何阻礙固溶體生長(zhǎng)形態(tài)？二、作圖計(jì)算題（每題15分，共60分）請(qǐng)分不寫出FCC、BCC和HCP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。請(qǐng)繪出面心立方點(diǎn)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。已知H70黃銅在400℃時(shí)完成再結(jié)晶需要1小時(shí)，而在390℃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)刻？一個(gè)FCC晶體在方向在2MPa正應(yīng)力下屈服，已測(cè)得開動(dòng)的滑移系是，請(qǐng)確定使該滑移系開動(dòng)的分切應(yīng)力τ。三、綜合分析題（30分）請(qǐng)依照Fe-Fe3C相圖分析回答下列問題：（17分）請(qǐng)分析2.0wt.%C合金平衡狀態(tài)下的結(jié)晶過(guò)程，并講明室溫下的相組成和組織組成。請(qǐng)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(guò)程，并講明室溫下組織會(huì)發(fā)生什么變化。防護(hù)防護(hù)C原子930℃室溫假設(shè)將一無(wú)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)出防護(hù)防護(hù)C原子930℃室溫圖示Cu-Cd二元相圖全圖及其400℃～600℃范圍的局部放大：（13請(qǐng)依照相圖寫出549℃、547℃、544℃、397已知β相成分為wcd=46.5％，400℃時(shí)γ相的成分為wcd=57％，請(qǐng)計(jì)算400℃時(shí)wCd＝2008年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題參考答案簡(jiǎn)答題（每題10分，共60分）固態(tài)下，無(wú)相變的金屬，假如不重熔，能否細(xì)化晶粒？如何實(shí)現(xiàn)？答：能夠。.通過(guò)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幸免異常長(zhǎng)大）。或進(jìn)行熱加工，使之發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。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。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)晶速度特不緩慢，液相和固相中擴(kuò)散均專門充分的情況下的結(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。擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是什么？關(guān)于濃度梯度隨時(shí)刻變化的情況，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(shí)刻無(wú)關(guān)的擴(kuò)散。關(guān)于非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的情況也能夠應(yīng)用擴(kuò)散第一定律，但必須對(duì)其進(jìn)行修正。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)。其中變形織構(gòu)又包括絲織構(gòu)和板織構(gòu)。什么是成分過(guò)冷？如何阻礙固溶體生長(zhǎng)形態(tài)？答：凝固過(guò)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(diǎn)發(fā)生變化，由此產(chǎn)生的過(guò)冷現(xiàn)象稱為成分過(guò)冷。無(wú)成分過(guò)冷時(shí)，固溶體以平面狀生長(zhǎng)，形成等軸晶；有較小過(guò)冷度時(shí)，形成胞狀組織；有較大成分過(guò)冷時(shí)，形成樹枝晶。二、作圖計(jì)算題（每題15分，共60分）請(qǐng)分不寫出FCC、BCC和HCP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：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FCC｛111｝<110>BCC{110}<111>HCP{0001}a請(qǐng)繪出面心立方點(diǎn)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：已知H70黃銅在400℃時(shí)完成再結(jié)晶需要1小時(shí)，而在390℃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)刻？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)，兩邊取對(duì)數(shù)，并比之得t3=0.26h一個(gè)FCC晶體在方向在2MPa正應(yīng)力下屈服，已測(cè)得開動(dòng)的滑移系是，請(qǐng)確定使該滑移系開動(dòng)的分切應(yīng)力τ。答：三、綜合分析題（30分）請(qǐng)依照Fe-Fe3C相圖分析回答下列問題：（17分）請(qǐng)分析2.0wt.%C合金平衡狀態(tài)下的結(jié)晶過(guò)程，并講明室溫下的相組成和組織組成。請(qǐng)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(guò)程，并講明室溫下組織會(huì)發(fā)生什么變化。假設(shè)將一無(wú)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：L——L→γ——γ——γ→Fe3CII——γ→α+Fe3C——α→Fe3CIII相組成：α+Fe3C組織組成：P+Fe3CII（忽略Fe3CIII）依照冷速不同，可能出現(xiàn)共晶反應(yīng)，得到Ld；得到的P層片細(xì)?。籉e3CII的析出將收到抑制，甚至不析出。附圖如下圖示Cu-Cd二元相圖全圖及其400℃～600℃范圍的局部放大：（13請(qǐng)依照相圖寫出549℃、547℃、544℃、397已知β相成分為wcd=46.5％，400℃時(shí)γ相的成分為wcd=57％，請(qǐng)計(jì)算400℃時(shí)wCd＝答：1）549℃：包晶反應(yīng)，（Cu）+L→547℃：包晶反應(yīng)，β+L→544℃：共晶反應(yīng)，L→397℃：包晶反應(yīng)，δ+L→314℃：共晶反應(yīng)，L→ε+（Cd）防護(hù)防護(hù)C原子930℃室溫Fe3防護(hù)防護(hù)C原子930℃室溫Fe3CγFe3CP+Fe3CFPP+F西北工業(yè)大學(xué)2009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)（B卷）試題編號(hào)：832講明：所有答題一律寫在答題紙上第1頁(yè)共3頁(yè)簡(jiǎn)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τ與柏氏矢量b、外加切應(yīng)力τ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）混合位錯(cuò)混合位錯(cuò)螺位錯(cuò)刃位錯(cuò)位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向τ與lτ與bb與l類型2.什么是置換固溶體？阻礙置換固溶體溶解度的因素有哪些？形成無(wú)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，假如是間隙擴(kuò)散，是否會(huì)發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)？什么緣故？4.在室溫下對(duì)鐵板（其熔點(diǎn)為1538℃）和錫板（其熔點(diǎn)為232℃5.何為固溶強(qiáng)化？請(qǐng)簡(jiǎn)述其強(qiáng)化機(jī)制。6.請(qǐng)比較二元共晶轉(zhuǎn)變與包晶轉(zhuǎn)變的異同。二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分）請(qǐng)比較FCC晶體中和兩位錯(cuò)的畸變能哪個(gè)較大。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)，并分不繪圖示之。在Al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)，并推斷其性質(zhì)。4.請(qǐng)分不寫出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。綜合分析題（每題25分，共50分）1.請(qǐng)分析阻礙回復(fù)和再結(jié)晶的因素各有哪些，以及阻礙因素的異同，并請(qǐng)分析其緣故。2.附圖為Ti-Al二元合金相圖：請(qǐng)分析并分不寫出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。請(qǐng)繪出w＝31%合金平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并注明各時(shí)期的要緊相變反應(yīng)。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)。2335℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃（注：1125℃時(shí)，waTi＝27%，wTi3Al＝26%，wTiAl＝35%；

5002335℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃2009年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生入學(xué)試題參考答案簡(jiǎn)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τ與柏氏矢量b、外加切應(yīng)力τ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：一定角度一定角度//法線一定角度////法線//⊥//法線⊥位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向τ與lτ與bb與l2.什么是置換固溶體？阻礙置換固溶體溶解度的因素有哪些？形成無(wú)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。阻礙因素有：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(wú)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，假如是間隙擴(kuò)散，是否會(huì)發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)？什么緣故？答：間隙擴(kuò)散系數(shù)與空位濃度無(wú)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)?？刹荒馨l(fā)生。因?yàn)殚g隙擴(kuò)散中考慮間隙原子定向流淌，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℃答：依照T再＝（0.35～0.45）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，接著變形，導(dǎo)致鐵板斷裂Sn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.何為固溶強(qiáng)化？請(qǐng)簡(jiǎn)述其強(qiáng)化機(jī)制。答：固溶強(qiáng)化確實(shí)是溶質(zhì)原子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而使