2023年研究生類研究生入學(xué)考試專業(yè)課計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)綜合基礎(chǔ)-材料科學(xué)基礎(chǔ)2010-2022歷年真題選編帶答案難題含解析

2023年研究生類研究生入學(xué)考試專業(yè)課計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)綜合基礎(chǔ)-材料科學(xué)基礎(chǔ)2010-2022歷年真題選編帶答案難題含解析（圖片大小可自由調(diào)整）第1卷一.歷年考點(diǎn)試題黑鉆版(共75題)1.再結(jié)晶2.同質(zhì)多晶3.一個(gè)交滑移系包含一個(gè)滑移方向和包含這個(gè)滑移方向的兩個(gè)晶面，如bcc晶體的(101)(110)，寫出bcc晶體的其他3個(gè)同類型的交滑移系。4.畫圖并敘述形變過程中位錯(cuò)增殖的機(jī)制。5.如圖3-22所示，在相距為h的滑移面上有兩個(gè)相互平行的同號(hào)刃型位錯(cuò)A，B。試求位錯(cuò)B滑移通過位錯(cuò)A上面所需的切應(yīng)力表達(dá)式。

6.非平衡結(jié)晶是指在實(shí)際冷卻條件下，合金以較大速度冷卻，偏離平衡條件的結(jié)晶，在非平衡條件下勻晶轉(zhuǎn)變后新得的固溶體內(nèi)部的成分是不均勻的。7.固態(tài)相變形核時(shí)，晶核形態(tài)呈圓盤狀具有最小的______能，最大的______。8.工業(yè)純鋁在室溫下經(jīng)大變形量軋制成帶材后，測(cè)得室溫力學(xué)性能為冷加工態(tài)的性能。查表得知：工業(yè)純鋁的再結(jié)晶溫度T再=150℃，但若將上述工業(yè)純鋁薄帶加熱至100℃，保溫16d后冷至室溫再測(cè)其強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度明顯降低，請(qǐng)解釋其原因。9.S的化學(xué)行為有時(shí)像2價(jià)的元素，而有時(shí)卻像4價(jià)元素。試解釋S這種行為的原因。10.晶胞是______。11.臨界晶核的物理意義是什么？形成臨界晶核的充分條件是什么？12.銅單晶中相互纏結(jié)的三維位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)間平均距離為D，①計(jì)算位錯(cuò)增殖所需的應(yīng)力τ。②如果此應(yīng)力決定了材料的剪切強(qiáng)度，為達(dá)到的強(qiáng)度值，且已知G=50GPa，a=0.36nm，D應(yīng)為何值?③計(jì)算當(dāng)剪切強(qiáng)度為42MPa時(shí)的位錯(cuò)密度ρ。13.Cr的晶格常數(shù)a=0.2884nm，密度ρ=7.19g/cm3，試確定此時(shí)Cr的晶體結(jié)構(gòu)。14.在正尖晶石型結(jié)構(gòu)中，二價(jià)陽(yáng)離子占據(jù)______。A.四面體空隙B.八面體空隙C.立方體空隙D.三方柱空隙15.將一個(gè)純銅棒長(zhǎng)時(shí)間置于500℃的鋅液中，請(qǐng)根據(jù)下圖所示的Cu-Zn相圖，畫出擴(kuò)散后沿銅棒表面到內(nèi)部沿深度方向的相分布和濃度分布曲線。要求標(biāo)出濃度分布曲線和相圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

16.非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散17.位錯(cuò)的兩種基本類型為______和______，其中刃型位錯(cuò)的位錯(cuò)線方向與柏氏矢量的關(guān)系為______。18.MgO具有NaCl型結(jié)構(gòu)。Mg2+的離子半徑為0.078nm，O2-的離子半徑為0.132nm。試求MgO的密度(ρ)、致密度(K)。19.晶面族20.試描述位錯(cuò)增殖的雙交滑移機(jī)制。如果進(jìn)行雙交滑移的那段螺型位錯(cuò)長(zhǎng)度為100nm，而位錯(cuò)的伯氏矢量為0.2nm，試求實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)增殖所必需的剪應(yīng)力(G=40GPa)。21.討論晶體結(jié)構(gòu)和空間點(diǎn)陣之間的關(guān)系。22.判斷位錯(cuò)反應(yīng)在面心立方晶體中能否進(jìn)行？若兩個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)的領(lǐng)先位錯(cuò)發(fā)生上述反應(yīng)，會(huì)對(duì)面心立方金屬性能有何影響？23.過冷度24.同質(zhì)多晶25.Fe-3%Si合金含有MnS粒子時(shí)，若其半徑為0.05μm，體積分?jǐn)?shù)為0.01，在850℃以下退火過程中，當(dāng)基體晶粒平均直徑為6μm時(shí)，其正常長(zhǎng)大即行停止，試分析其原因。26.試以圖示說明用自由焓-成分曲線繪制二元?jiǎng)蚓鄨D的步驟，并說明其依據(jù)。27.若將一位錯(cuò)線的正向定義為原來的反向，此位錯(cuò)的伯氏矢量是否改變?位錯(cuò)的類型性質(zhì)是否變化?一個(gè)位錯(cuò)環(huán)上各點(diǎn)位錯(cuò)類型是否相同?28.三元合金的四相平衡平面如圖所示。

1．寫出該四相反應(yīng)的名稱及反應(yīng)式。

2．寫出o合金在稍高于四相平衡平面時(shí)的相組成物，并計(jì)算各相組成物的相對(duì)量。

3．寫出o合金在稍低于四相平衡平面時(shí)的相組成物，并計(jì)算各相組成物的相對(duì)量。

4．合金o在四相反應(yīng)中生成什么相？計(jì)算所生成相在合金中的相對(duì)量。29.1．示意畫出n型半導(dǎo)體電導(dǎo)率隨溫度的變化曲線。

2．用能帶理論定性解釋上述曲線。30.1．Cu-Cd-Ag三元合金液相面投影圖如圖所示。寫出圖中O點(diǎn)合金的成分，并估計(jì)它的熔點(diǎn)；分別寫出圖中a、b、c點(diǎn)成分的液相所參與的四相恒溫反應(yīng)的名稱及反應(yīng)式；寫出該三元系中鑄造性能最好的合金的成分及熔點(diǎn)。

2．Cd-Ag-Zn三元合金相圖的400℃等溫截面圖如圖所示。寫出圖中F點(diǎn)和G點(diǎn)成分的合金的平衡相，并計(jì)算相組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(用字母列式表示)。31.由于______的結(jié)果，必然會(huì)在晶體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生“組分缺陷”，組分缺陷的濃度主要取決于：______和______。32.含ω(Mn)為12.3%，ω(C)為1.34%的奧氏體鋼，點(diǎn)陣常數(shù)為0.3624nm，密度為7.83g/cm3，C，F(xiàn)e，Mn的相對(duì)原子質(zhì)量分別為12.01，55.85，54.94，試判斷此固溶體的類型。33.已知Cu-30%Zn合金的再結(jié)晶激活能為250kJ/mol，此合金在400℃的恒溫下完成再結(jié)晶需要1h，試求此合金在390%：的恒溫下完成再結(jié)晶需要多少小時(shí)。34.當(dāng)過冷液體中出現(xiàn)一個(gè)晶胚時(shí)，總的自由能變化ΔG可寫為______，當(dāng)dΔG/dr=0時(shí)，所得的r*值稱為______，其大小決定于______和______，r*變小意味著形核數(shù)目______。35.判斷下列物質(zhì)的主要結(jié)合鍵

CaO

SiC

GaAs

Cu3Al

*離子鍵的相對(duì)比值可參考公式：

離子鍵相對(duì)比值式中，xA、xB分別為A、B元素的電負(fù)性。以下為相關(guān)元素的電負(fù)性值：

元素

O

Ca

Cu

Al

Si

Ga

As

C

電負(fù)性

3.44

1.00

1.90

1.61

1.90

1.81

2.18

2.5536.晶界與界面能37.Fe-Fe3C相圖中含碳量小于______為鋼，大于______為鑄鐵；鐵碳合金室溫平衡組織均由______和______兩個(gè)基本相組成；奧氏體其晶體結(jié)構(gòu)是______，合金平衡結(jié)晶時(shí)，奧氏體的最大含碳量是______；珠光體的含碳量是______；萊氏體的含碳量為______；在常溫下，亞共析鋼的平衡組織是______，過共析鋼的平衡組織是______；Fe3CⅠ是從______中析出的，F(xiàn)e3CⅡ是從______中析出的，F(xiàn)e3CⅢ是從______中析出的，它們的含碳量為______。38.刃位錯(cuò)的位錯(cuò)線平行于滑移方向。39.在擴(kuò)散過程中溶質(zhì)原子總是由高濃度處向低濃度處遷移。40.滑移系41.某工廠用一冷拉鋼絲繩將一大型鋼件吊人熱處理爐內(nèi)，由于一時(shí)疏忽，未將鋼絲繩取出，而是隨同工件一起加熱至860℃，保溫時(shí)間到了，打開爐門，要吊出工件時(shí)，鋼絲繩發(fā)生斷裂，試分析原因。42.低碳鋼薄板沖壓成型時(shí)所出現(xiàn)的呂德斯帶是發(fā)生孿生變形所致。43.二次再結(jié)晶44.試總結(jié)位錯(cuò)在金屬材料中的作用。45.一種合金能夠產(chǎn)生析出硬化的必要條件是什么？46.試從結(jié)合鍵的角度討論金屬較無(wú)機(jī)非金屬通常表現(xiàn)出較高的塑性或延展性的原因。47.什么是時(shí)效？時(shí)效通常經(jīng)歷哪些過程？試說明其產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化的原因。48.標(biāo)出圖所示HCP晶胞中晶面ABCDEF面、ABO′面的晶面指數(shù)，OC方向、OC′方向的晶向指數(shù)。這些晶面與晶向中，哪些可構(gòu)成滑移系？指出最容易產(chǎn)生滑移的滑移系。

49.多晶體中的晶界有大角與小角晶界之分，通常大角與小角晶界的鑒定角度是______，其角度的含義是______。對(duì)于小角晶界按其特征又劃分為______、______和______等多種類型。50.熔體在冷卻過程中，過冷度越大總的析晶速率也越大。51.為什么拉伸能提高結(jié)晶高分子的結(jié)晶度?52.反應(yīng)擴(kuò)散53.固態(tài)相變

什么是連續(xù)脫溶？若一個(gè)過飽和固溶體在不同時(shí)效條件下分別得到如圖所示的規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀析出物，該現(xiàn)象說明什么？形成兩種組織的大致條件(或工藝)各是什么？

54.ω(C)為1.2%鋼淬火后獲得馬氏體和少量殘留奧氏體組織，如果分別加熱至180℃，300℃和680℃保溫2h，各將發(fā)生怎樣的變化?說明其組織特征并解釋之。55.圖中繪出3類材料——金屬、離子晶體和高分子材料之能量與距離的關(guān)系曲線，試指出它們各代表何種材料。

56.證明公式也代表形成扭轉(zhuǎn)晶界的兩個(gè)平行螺型位錯(cuò)之間的距離，這個(gè)扭轉(zhuǎn)晶界是繞晶界的垂直線轉(zhuǎn)動(dòng)了θ角而形成的。57.自發(fā)的位錯(cuò)反應(yīng)必須滿足哪些條件？58.設(shè)碳原子均處于γ-Fe中的八面體間隙，試計(jì)算γ-Fe中的八面體間隙被碳原子占據(jù)的最大比例。(鐵的原子量為55.85，阿伏伽德羅(Avogadro)常數(shù)為0.602×1024)59.簡(jiǎn)述二元系中共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)的特點(diǎn)，并計(jì)算其各相平衡時(shí)的自由度。60.二維點(diǎn)陣共有幾種？指出其類型并用圖表示。61.畫出Al-4.0%Cu合金在時(shí)效處理(≈130℃)中硬度隨處理時(shí)間變化的曲線，并解釋原因。62.退火低碳鋼在晶粒大小為NA=16個(gè)/mm2時(shí)，其屈服強(qiáng)度σs=100MPa；當(dāng)NA=4096個(gè)/mm2時(shí)，σs=250MPa。試計(jì)算NA=250個(gè)/mm2時(shí)的σs為多少？63.何謂加工硬化？列出加工硬化的各種可能機(jī)制，說明加工硬化在工業(yè)上的應(yīng)用。64.假設(shè)所有的價(jià)電子都對(duì)電流有貢獻(xiàn)，①計(jì)算Cu中電子的遷移率和②當(dāng)在100cm長(zhǎng)的銅線上加以10V的電壓時(shí)，電子的遷移速率(銅的電導(dǎo)率為5.98×105(Ω·cm)-1)。65.晶體由于在不同方向上原子規(guī)則排列的緊密程度不同，導(dǎo)致原子間距和原子間的結(jié)合力不同，因而在不同方向上具有不同的性能。所以大多數(shù)金屬及合金亦都表現(xiàn)出具有各向異性的特征。66.金屬凝固是通過固相形核和核長(zhǎng)大兩個(gè)過程進(jìn)行的，在晶核長(zhǎng)大過程中一般純金屬(如Fe、Ni、Cu、Au等)的液固界面均保持光滑狀態(tài)。67.如圖3-32所示，離晶體表面l處有一螺位錯(cuò)1，相對(duì)應(yīng)的在晶體外有一符號(hào)相反的鏡像螺位錯(cuò)2，如果在離表面處加以同號(hào)螺位錯(cuò)3，試計(jì)算加在螺位錯(cuò)3上的力，并指出該力將使位錯(cuò)3向表面運(yùn)動(dòng)還是向晶體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)；如果位錯(cuò)3與位錯(cuò)1的符號(hào)相反，則結(jié)果有何不同(所有位錯(cuò)的伯氏矢量都為b)?

68.將經(jīng)過70%拉伸冷變形的長(zhǎng)銅棒(Cu的熔點(diǎn)為1083℃)一端浸入冰水中，另一端加熱到850℃的高溫，過程持續(xù)一個(gè)小時(shí)。

1．畫出沿該試棒長(zhǎng)度方向溫度分布圖，并標(biāo)出再結(jié)晶溫度的大概值，對(duì)應(yīng)圖上的溫度分布畫出樣品中金相組織連續(xù)變化示意圖和硬度變化曲線。

2．解釋組織和硬度變化。69.畫出Fe-Fe3C相圖。70.包析反應(yīng)和共析反應(yīng)；71.推導(dǎo)：當(dāng)入射強(qiáng)度為I0的光撞擊透明材料(長(zhǎng)度為l)的前表面時(shí)，在樣品表面出射的透射束強(qiáng)度：

It=I0(1-R)2e-βl

式中，R為反射率；β為材料本征吸收系數(shù)。樣品前后表面外的介質(zhì)是相同的。72.相圖及凝固

1．下圖為鐵碳相圖和一個(gè)含3.5%C的鐵碳合金緩冷凝固組織。說明或示意畫出此合金由液相緩冷到共析溫度以下的組織變化過程，并說明圖b的最終組織；計(jì)算圖b中箭頭所指的樹枝狀組織的重量百分量；再分別計(jì)算共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體和全部的珠光體組織重量百分量(Fe3C含6.69%C)。

2．下圖為一連鑄坯低倍組織照片，說明各晶區(qū)的名稱及成因；若想得到更多的等軸晶粒，可采用哪些方法或措施？

73.在金紅石晶體結(jié)構(gòu)中，所有的O2-按______方式進(jìn)行排列，其中Ti4+填充了______。74.固溶體合金結(jié)晶過程中遵循形核和核長(zhǎng)大規(guī)律，但它不同于純金屬的是形核時(shí)還額外需要______起伏，它也是在______過程中進(jìn)行的，同時(shí)在結(jié)晶過程中還始終伴隨著______的擴(kuò)散。75.楊德爾方程比金斯特林格方程的適用范圍大。第1卷參考答案一.歷年考點(diǎn)試題黑鉆版1.參考答案：塑性變形金屬后續(xù)加熱過程通過形核與長(zhǎng)大無(wú)畸變等軸晶逐漸取代變形晶粒的過程。2.參考答案：化學(xué)組成相同的物質(zhì)，在不同的熱力學(xué)條件下會(huì)形成結(jié)構(gòu)不同的晶體。3.參考答案：由立方晶系(001)標(biāo)準(zhǔn)投影圖可查得，bcc晶體其他3個(gè)同類型的交滑移系是：

4.參考答案：Frank-Read源機(jī)制，如圖所示?；泼嫔弦粋€(gè)在A、B兩點(diǎn)被釘扎的位錯(cuò)AB，在應(yīng)力τ作用下弓出(狀態(tài)2)，弓出到3狀態(tài)時(shí)，下方相鄰部分反號(hào)相吸，并局部合并，完成一次增殖過程放出一位錯(cuò)環(huán)(狀態(tài)4)。在應(yīng)力τ作用下，繼續(xù)重復(fù)前面1-4過程。

5.參考答案：兩平行位錯(cuò)間相互作用力中，fx項(xiàng)為使其沿滑移面上運(yùn)動(dòng)的力

(直角坐標(biāo)與圓柱坐標(biāo)間換算：

三角函數(shù)：sin2θ+cos2θ=1，Sin2θ=2sinθcosθ，cos2θ=cos2θ-sin2θ)

求出fx的零點(diǎn)和極值點(diǎn)(第一象限)：

sin4θ=0θ=0fx=0兩位錯(cuò)間互不受力，處于力的平衡狀態(tài)；

sin4θ=0fx=0兩位錯(cuò)間互不受力，處于力的平衡狀態(tài)；

sin4θ=1fx→max同號(hào)位錯(cuò)最大斥力，異號(hào)位錯(cuò)最大引力，其值為

fx→max同號(hào)位錯(cuò)最大斥力，異號(hào)位錯(cuò)最大引力，其值為

看小考慮其他阻力，有如下結(jié)論。

(1)對(duì)異號(hào)位錯(cuò)：

要做相向運(yùn)動(dòng)，時(shí)，不須加切應(yīng)力；

時(shí)，需要加切應(yīng)力：，方向

要做反向運(yùn)動(dòng)，時(shí)，需要加切應(yīng)力：，方向

時(shí)，不須加切應(yīng)力。

(2)對(duì)同號(hào)位錯(cuò)(以兩負(fù)刃位錯(cuò)為例)：

要做相向運(yùn)動(dòng)，時(shí)，需要加切應(yīng)力：

對(duì)位錯(cuò)A方向，對(duì)位錯(cuò)B方向?yàn)椤?/p>

時(shí)，不須加切應(yīng)力；

要做反向運(yùn)動(dòng)，時(shí)，不須加切應(yīng)力；

時(shí)，需要加切應(yīng)力：，

對(duì)位錯(cuò)A方向，對(duì)位錯(cuò)B方向?yàn)椤?.參考答案：A7.參考答案：應(yīng)變；界面8.參考答案：查表所得工業(yè)純鋁的再結(jié)晶溫度T再=150℃是指在1h退火完成再結(jié)晶的溫度。實(shí)際上，除了退火溫度外，保溫時(shí)間也對(duì)再結(jié)晶過程產(chǎn)生影響。對(duì)經(jīng)大冷變形后的金屬材料，即使在T＜T再時(shí)進(jìn)行退火，只要保溫時(shí)間足夠，同樣可發(fā)生再結(jié)晶過程?？捎脙煞N方法加以判斷：①金相檢驗(yàn)；②將已知的T1，t1，t2，Q代入公式，求得T2，將其與100℃比較，即可得知是否發(fā)生再結(jié)晶。9.參考答案：S的最外層電子為3s23p4。S與H結(jié)合成H2S時(shí)，接受2個(gè)電子，故為2價(jià)；S與O結(jié)合成SO2時(shí)，此時(shí)S供給4個(gè)電子，故為4價(jià)。10.參考答案：能充分反映晶體結(jié)構(gòu)特征的最小單位11.參考答案：臨界晶核的物理意義：可以自發(fā)長(zhǎng)大的最小品胚(或，半徑等于rk的晶核)。

形成臨界晶核的充分條件：(1)形成r≥rk的晶胚；(2)獲得A≥A*(臨界形核功)的形核功。12.參考答案：①位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)中兩結(jié)點(diǎn)和它們之間的位錯(cuò)段可作為F-R源，位錯(cuò)增殖所需的切應(yīng)力即為F-R源開動(dòng)所需的最小切應(yīng)力：

②

③對(duì)三維位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)：

13.參考答案：

故為bcc結(jié)構(gòu)。14.參考答案：A15.參考答案：見下圖。

16.參考答案：濃度梯度與擴(kuò)散通量都隨時(shí)間和距離而變化的擴(kuò)散。17.參考答案：刃型位錯(cuò)；螺型位錯(cuò)；垂直18.參考答案：19.參考答案：對(duì)稱關(guān)系(原子排列和分布，面間距)相同的各組等同晶面，稱一個(gè)晶面族，用{hkl}表示。20.參考答案：如圖所示，有一螺型位錯(cuò)在(111)面上滑移(a)，于某處受阻不能繼續(xù)滑移，此位錯(cuò)的一部分就離開(111)面而沿面進(jìn)行交滑移，同時(shí)產(chǎn)生刃型位錯(cuò)段AC和BD(b)，然后CD又通過交滑移回到和原來滑移面平行的另一(111)面上；由于AC和BD這兩段刃位錯(cuò)不在主滑移面上，而且A，B，C，D點(diǎn)又被釘扎住，不能移動(dòng)，因此A，B，C，D可以起到F_R源結(jié)點(diǎn)的作用。在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)線CD可以不斷地在滑移面上增殖(c)，有時(shí)在第二個(gè)(111)面上擴(kuò)展出來的位錯(cuò)圈又可以通過雙交滑移轉(zhuǎn)移到第三個(gè)(111)面上進(jìn)行增殖，所以上述過程可使位錯(cuò)數(shù)目迅速增加，這就是位錯(cuò)增殖的雙交滑移機(jī)制。

若L=CD=100nm，b=0.2nm，G=40GPa，則實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)增殖所必需的切應(yīng)力

21.參考答案：兩者之間的關(guān)系可用“空間點(diǎn)陣+基元：晶體結(jié)構(gòu)”來描述。

空間點(diǎn)陣只有14種，基元可以是無(wú)窮多種，因而構(gòu)成的具體的晶體結(jié)構(gòu)也是無(wú)窮多種。22.參考答案：參照幾何條件和能量條件要求，位錯(cuò)反應(yīng)可以進(jìn)行；反應(yīng)后位錯(cuò)不可動(dòng)，影響晶體的加工硬化機(jī)制和斷裂性能。23.參考答案：在較快的冷卻速度下，金屬材料冷到其熔點(diǎn)溫度時(shí)并不立即凝固，而是要冷到更低的溫度時(shí)才開始凝固。這時(shí)，實(shí)際凝固溫度與熔點(diǎn)溫度的差值就稱之為過冷度。24.參考答案：化學(xué)組成相同的物質(zhì)，在不同的熱力學(xué)條件下會(huì)形成結(jié)構(gòu)不同的晶體。25.參考答案：對(duì)含有半徑為0.05μm，體積分?jǐn)?shù)為0.01的MnS粒子的矽鋼片再結(jié)晶時(shí)，其極限晶粒的平均直徑

正因?yàn)橛羞@種分散相粒子的存在，從而使矽鋼片在850℃以下退火時(shí)，當(dāng)基體晶粒平均直徑為6μm時(shí)，其正常長(zhǎng)大即行停止。26.參考答案：如圖所示，作圖步驟如下：

①建立不同溫度下的各相的自由焓-成分曲線。

②利用公切線法則在每組曲線上找出各相穩(wěn)定存在的成分區(qū)間和二平衡相成分點(diǎn)。

③將不同溫度下所得的二平衡相成分點(diǎn)a、b、c、d、e、f標(biāo)注到溫度一成分坐標(biāo)系中。

④將意義相同的成分點(diǎn)連接起來，就形成了一個(gè)相圖。

其中，ace為液相成分點(diǎn)構(gòu)成液相線，其上方為液相區(qū)，bdf為固相成分點(diǎn)構(gòu)成固相線，其下方為α固溶體區(qū)，ace與bdf之間為液固共存的二相區(qū)。27.參考答案：由伯氏矢量回路來確定位錯(cuò)的伯氏矢量方法中得知，此位錯(cuò)的伯氏矢量將反向，但此位錯(cuò)的類型性質(zhì)不變。根據(jù)位錯(cuò)線與伯氏矢量之間的夾角判斷，若一個(gè)位錯(cuò)環(huán)的伯氏矢量垂直于位錯(cuò)環(huán)線上各點(diǎn)位錯(cuò)，則該位錯(cuò)環(huán)上各點(diǎn)位錯(cuò)性質(zhì)相同，均為刃位錯(cuò)；但若位錯(cuò)環(huán)的伯氏矢量與位錯(cuò)線所在的平面平行，則有的為純?nèi)行臀诲e(cuò)，有的為純螺型位錯(cuò)，有的則為混合型位錯(cuò)；當(dāng)伯氏矢量與位錯(cuò)環(huán)線相交成一定角度時(shí)，盡管此位錯(cuò)環(huán)上各點(diǎn)均為混合型位錯(cuò)，然而各點(diǎn)的刃型和螺型分量不同。28.參考答案：如圖所示。

1．四相共晶反應(yīng)，。

2．相組成物：γ+L+α，其中

3．相組成物：γ+α+β，其中

4．四相反應(yīng)中的生成相：α+β+γ，其中，

29.參考答案：1．如圖所示。

2．n型半導(dǎo)體中的載流子包括摻雜的施主電子及本征半導(dǎo)體固有的電子和空穴，但施主電子躍遷所需克服的能壘Ed小于本征電子和空穴躍遷所需克服的能壘Eg/2。溫度較低時(shí)，本征電子和空穴的熱激活躍遷幾率很小，而施主電子躍遷幾率較大且隨溫度升高而呈指數(shù)增大，此時(shí)電導(dǎo)率主要由摻雜的施主電子提供。當(dāng)施主電子全部躍遷或稱耗竭，而本征電子和空穴的熱激活躍遷幾率仍然很小，載流子濃度幾乎不隨溫度升高而變化，電導(dǎo)率幾乎為常數(shù)。溫度進(jìn)一步升高，本征電子和空穴的熱激活躍遷幾率明顯呈指數(shù)增大，電導(dǎo)率也隨之呈指數(shù)增大。30.參考答案：1．O合金的成分：50%Cu-20%Cd-30%Ag。

O合金的熔點(diǎn)：≈840℃；

a點(diǎn)：四相共晶反應(yīng)，。

b點(diǎn)：包共晶反應(yīng)，。

c點(diǎn)：包共晶反應(yīng)，。

鑄造性能最好的合金為a點(diǎn)，其成分為：WCd≈53%，wCu≈25%，wAg≈22%，其熔點(diǎn)為：≈530℃。

2．如圖所示。

F點(diǎn)：β+γ，其中

G點(diǎn)：L+ε+ε′，其中

31.參考答案：不等價(jià)離子的摻雜；摻雜量；固溶度32.參考答案：判斷固溶體的類型，可以用該固溶體合金晶胞內(nèi)的實(shí)際原子數(shù)(n)與純?nèi)軇┚О麅?nèi)原子數(shù)的(n0)的比值作為判據(jù)，有下式：

先計(jì)算該奧氏體鋼的平均分子量：

晶胞的體積

V=(0.3624×10-7)3=47.6×10-24(cm3)

故

對(duì)于γ-Fe(奧氏體)，n0=4，故，即此同溶體必含有間隙原子。因?yàn)镃原子半徑比Fe，Mn原子半徑小得多，故易處于間隙位置，形成C在Fe中的間隙固溶體。

設(shè)C處于Fe間隙位置形成的間隙固溶體的晶胞中平均原子數(shù)為n1，由于固溶體中C的原子數(shù)分?jǐn)?shù)

且

故可得n1=4.25

由于，所以Mn在合金中應(yīng)為置換式固溶。

綜上所述，可以判斷此固溶體為C-間隙，Mn-置換式固溶體。33.參考答案：由公式有

所以t2=t1×1.962=1.962h34.參考答案：；臨界晶核半徑；過冷度；比表面能；增多35.參考答案：CaO：離子鍵；SiC：共價(jià)鍵；GaAs：共價(jià)鍵；Cu3Al：金屬鍵。36.參考答案：晶界是成分結(jié)構(gòu)相同的同種晶粒間的界面。界面上的原子處在斷鍵狀態(tài)，具有超額能量。平均在界面單位面積上的超額能量叫界面能。37.參考答案：2.11%C；2.11%C；鐵素體(α)；滲碳體(Fe3C)；FCC；2.11%；0.77%；4.3%；鐵素體和珠光體；珠光體和Fe3CⅡ；液相；奧氏體；鐵索體；6.69%38.參考答案：B39.參考答案：B40.參考答案：晶體中一個(gè)滑移面及該面上一個(gè)滑移方向的組合稱一個(gè)滑移系。41.參考答案：冷拉鋼絲繩系經(jīng)大變形量的冷拔鋼絲絞合而成。加工過程的冷加工硬化使鋼絲的強(qiáng)度、硬度大大提高，從而能承載很重的工件。但是當(dāng)將其加熱至860℃時(shí)，其溫度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋼絲繩的再結(jié)晶溫度，以致產(chǎn)生回復(fù)再結(jié)晶現(xiàn)象，加工硬化效果完全消失，強(qiáng)度、硬度大大降低。再把它用來起重時(shí)，一旦負(fù)載超過其承載能力，必然導(dǎo)致鋼絲繩斷裂事故。42.參考答案：低碳鋼薄板沖壓成型時(shí)所出現(xiàn)的呂德斯帶是由于屈服延伸區(qū)產(chǎn)生不均勻變形而產(chǎn)生的宏觀帶狀組織。43.參考答案：再結(jié)晶結(jié)束后，正常長(zhǎng)大過程被抑制而發(fā)生的少數(shù)晶粒異常長(zhǎng)大的現(xiàn)象。44.參考答案：位錯(cuò)在金屬材料中可以起到強(qiáng)化作用，通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)完成塑性變形，合金中位錯(cuò)與溶質(zhì)原子發(fā)生作用形成氣團(tuán)造成屈服現(xiàn)象和應(yīng)變時(shí)效，位錯(cuò)是第二相形核的擇優(yōu)場(chǎng)所，位錯(cuò)影響擴(kuò)散速度。45.參考答案：能夠產(chǎn)生析出硬化的必要條件是可以獲得過飽和固溶體，以便于第二相的析出。46.參考答案：金屬材料的結(jié)合以金屬鍵為主，過渡族金屬的結(jié)合鍵為金屬鍵和共價(jià)鍵的混合，無(wú)機(jī)非金屬材料結(jié)合的主要方式為離子鍵和共價(jià)鍵。金屬鍵的特點(diǎn)是電子共有化，自由電子可在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)，因此該鍵無(wú)飽和性和方向性。由于無(wú)飽和性和方向性，因而每個(gè)原子有可能和更多的原子相結(jié)合，并趨于形成低能量的密堆結(jié)構(gòu)。當(dāng)金屬受力變形而改變?cè)又g的相互位置時(shí)不至于使金屬鍵破壞，這就使金屬具有良好的延展性。

離子鍵是以離子為結(jié)合單元，其中的結(jié)合是依靠正負(fù)離子靜電吸引力，結(jié)合力較強(qiáng)，因此很難產(chǎn)生自由運(yùn)動(dòng)的電子。而共價(jià)鍵是由兩個(gè)或多個(gè)電負(fù)性相差不大的原子通過共用電子對(duì)而形成的化學(xué)鍵，各個(gè)鍵之間都有確定的方位，配位數(shù)比較小，結(jié)合牢固，相鄰原子間的共用電子對(duì)不能自由運(yùn)動(dòng)，具有方向性和飽和性，因此一般而言塑、韌性差。47.參考答案：(1)時(shí)效：過飽和固溶體的脫溶過程。

(2)時(shí)效過程：

①形成GP區(qū)。

②形成一系列與母相保持共格、半共格亞穩(wěn)態(tài)中間相。

③形成穩(wěn)定析出相。

④析出穩(wěn)定相聚集長(zhǎng)大。

(3)時(shí)效強(qiáng)化原因：亞穩(wěn)相的彌散析出，與母相保持共格半共格界面，阻礙母相位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。

①對(duì)于可變形第二相粒子，位錯(cuò)切過第二相粒子，破壞第二相粒子與共格半共格關(guān)系且增加相界面積，第二相粒子本身具有較高強(qiáng)度。

②對(duì)于不可變形第二相粒子，位錯(cuò)繞過第二相粒子，遺留繞第二相粒子位錯(cuò)環(huán)，增加位錯(cuò)線長(zhǎng)度，加大第二相粒子對(duì)后續(xù)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力。48.參考答案：ABCDEF面的晶面指數(shù)為(0001)或(001)；ABO′面的晶面指數(shù)為；OC方向的晶向指數(shù)為或[010]；OC′方向的晶向指數(shù)為或[011]；(0001)與、與可構(gòu)成滑移系；其中滑移系(0001)容易產(chǎn)生滑移。49.參考答案：10°；相鄰晶粒的位向差；扭轉(zhuǎn)；傾側(cè)；重合50.參考答案：B51.參考答案：由△G=△H-T△S可知，自由能△G必須小于零，結(jié)晶過程才能自發(fā)進(jìn)行。物質(zhì)從非晶態(tài)到晶態(tài)，其中分子的排列是從無(wú)序到有序的過程，熵總是減小的，即△S＜0，此時(shí)-T△S＞0，而△H＜0(放熱)。要使△G＜0，必須|△H|＞T|△S|。若某些高分子從非晶相到晶相，|△S|很大，而結(jié)晶的熱效應(yīng)△H都很小，要使|△H|＞T|△S|只有兩種途徑：降低T或降低|△S|。但過分降低溫度則分子流動(dòng)困難，可能變成玻璃態(tài)而不結(jié)晶。若降低|△S|，可采用在結(jié)晶前對(duì)高分子進(jìn)行拉伸，使高分子鏈在非晶相中已經(jīng)具有一定的有序性，這樣，結(jié)晶時(shí)相應(yīng)的|△S|變小，使結(jié)晶能夠進(jìn)行。所以對(duì)結(jié)晶高分子，拉伸有利于提高結(jié)晶度。例如：天然橡膠在常溫下結(jié)晶需要幾十年，而拉伸時(shí)只要幾秒鐘就能結(jié)晶。52.參考答案：通過擴(kuò)散而形成新相的現(xiàn)象。53.參考答案：脫溶均勻地在晶內(nèi)進(jìn)行，基體成分在脫溶時(shí)連續(xù)平緩地由過飽和狀態(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，這種脫溶稱為連續(xù)脫溶。所示圖說明有強(qiáng)烈的應(yīng)變能或界面能的阻力作用，析出相形態(tài)可控制。左圖說明新相與基體有特定的取向關(guān)系，可能是亞穩(wěn)相；右圖一般不存在特定的取向關(guān)系，多為穩(wěn)定相。

左圖組織可能在較低溫度時(shí)效，或稍高溫度短時(shí)間時(shí)效得到；右圖可能為高溫時(shí)效，或低溫長(zhǎng)時(shí)間過時(shí)效得到。54.參考答案：180℃回火：馬氏體針葉中開始分解出微細(xì)碳化物，易浸蝕，呈暗色。

300℃回火：殘留奧氏體發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變成α+細(xì)碳化物，馬氏體也分解成α+細(xì)碳化物，原馬氏體形態(tài)不太明顯。

680℃回火：碳化物呈粒狀分布于鐵素體基體中，組織為粒狀珠光體。55.參考答案：a：高分子材料；b：金屬材料；c：離子晶體。56.參考答案：由圖19可得

57.參考答案：幾何條件和能量條件。58.參考答案：在γ-Fe相中，C濃度Cmax=2.11%，已知γ-Fe為FCC結(jié)構(gòu)，n=4，每100個(gè)單胞中有400個(gè)Fe原子，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

wFe=1-2.11%=97.89%

總質(zhì)量為：

碳原子個(gè)數(shù)為：

可知，每100個(gè)晶胞中有40個(gè)碳原子。59.參考答案：共晶反應(yīng)是：液相同時(shí)凝固出兩個(gè)不同成分的固相，兩固相相互配合生長(zhǎng)，一般長(zhǎng)成片層狀。

共析與共晶相似，只是母相是固相，即一個(gè)固相同時(shí)生成另兩個(gè)不同成分的固相。

包晶反應(yīng)是：液相與一個(gè)固相反應(yīng)生成另一個(gè)固相，新生成的固相包住原有的固相，反應(yīng)需要固相中的擴(kuò)散，速度較慢。

這三種反應(yīng)出現(xiàn)時(shí)，自由度都是0，即三相成分固定，溫度也固定。60.參考答案：見下表。

61.參考答案：Cu-Al合金在時(shí)效處理過程中硬度隨時(shí)間的變化曲線示于下圖。

(1)由于原子偏聚或形成有序化區(qū)域，產(chǎn)生共格變形的晶格畸變。位錯(cuò)線切過析出物，會(huì)增加界面能、反相疇界能、再加上位錯(cuò)線與高密度析出物的長(zhǎng)程相互作用，使材料強(qiáng)度增加。變化曲線中第一個(gè)峰形(GP區(qū)(GPI)和過渡相θ″(GPII))就是這個(gè)原因的結(jié)果。

(2)析出物的形貌由片狀最后到球狀，且持續(xù)粗化。位錯(cuò)線與析出物的長(zhǎng)程相互作用，位錯(cuò)線繞過析出物，從而使材料強(qiáng)化。隨著析出物粗化，這種強(qiáng)化作用減弱。變化曲線中第二個(gè)峰形(過渡相(θ′))就是這個(gè)原因的結(jié)果。62.參考答案：根據(jù)霍爾一配奇公式：σs=σ0+Kd-12因NA與其晶粒直徑d的平方成反比，故有：

又有d2/d1=1/16

可以解出σs=149MPa63.參考答案：金屬在冷加工過程中流變應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而增加的現(xiàn)象稱為加工硬化。

加工硬化的機(jī)制主要是位錯(cuò)之間的相互作用，如割階的形成，位錯(cuò)交截、纏結(jié)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)中與林位錯(cuò)的作用，面角位錯(cuò)的形成，以及溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的作用形成溶質(zhì)原子氣團(tuán)等。

加工硬化在工業(yè)上的應(yīng)用：金屬在加工過程中塑性變形抗力不斷增加，使金屬變脆，需要進(jìn)行多次中間退火，使金屬的冷加工需要消耗更多的功率；加工硬化使金屬基體具有一定的抗偶然過載的能力；加工硬化和塑性變形適當(dāng)配合可使金屬進(jìn)行均勻塑性變形，有些加工方法要求金屬必須有一定的加工硬化；加工硬化也是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，對(duì)某些純金屬加工硬化是提高強(qiáng)度的重要辦法；有些零部件在工作條件下表面會(huì)不斷硬化，達(dá)到表面耐沖擊、耐磨損的要求；經(jīng)過加工硬化后材料塑性降低，可以改善材料如低碳鋼的切削加工性能；可以通過冷加工控制產(chǎn)品的最后性能。64.參考答案：①Cu只有一個(gè)價(jià)電子，因此，材料中價(jià)電子的數(shù)目與Cu原子的數(shù)目一樣。Cu的點(diǎn)陣常數(shù)為3.6151×10-8Cu是面心立方，每個(gè)晶胞有4個(gè)原子。

Cu的電阻率

ρ=1/σ=1/(5.98×105)=1.67×10-6Ω·cm

故

②電場(chǎng)強(qiáng)度

電子遷移率為44.2cm2/(V·s)，因此電子遷移速率

65.參考答案：B66.參考答案：B67.參考答案：在晶體內(nèi)離表面處加了螺位錯(cuò)3后，在晶體外離表面處有一符號(hào)相反的鏡像螺位錯(cuò)4，設(shè)受力方向由晶內(nèi)向外為正，反之為負(fù)。

位錯(cuò)3與位錯(cuò)1同號(hào)時(shí)，螺位錯(cuò)3受力為

，方向指向表面。

位錯(cuò)3與位錯(cuò)1異號(hào)時(shí)，螺位錯(cuò)3受力為

，方向指向晶內(nèi)。