1、you can if you do,you do as you create.2004年西北工業大學碩士研究生入學試題參考答案一、簡答題：（共40分，每小題8分）1、請簡述間隙固溶體、間隙相、間隙化合物的異同點？答：相同點：小原子溶入。不同點：間隙固溶體保持溶劑（大原子）點陣；間隙相、間隙化合物改變了大原子點陣，形成新點陣。間隙相結構簡單；間隙化合物結構復雜。2、請簡述影響擴散的主要因素有哪些。答：影響擴散的主要因素：（1）溫度；（2）晶體結構與類型；（3）晶體缺陷；（4）化學成分。3、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？答：臨界晶核的物理意義：可以自發長大的最小品胚（或，

2、半徑等于 rk的晶核）形成臨界晶核的充分條件：（1）形成rrk的晶胚；（2）獲得 除a* （臨界形核功）的形核功。4、有哪些因素影響形成非晶態金屬？為什么？答：液態金屬的粘度：粘度越大原子擴散越困難，易于保留液態金屬結構。冷卻速度；冷卻速度越快，原子重新排列時間越斷，越容易保留液態金屬結構。5、合金強化途徑有哪些？各有什么特點？答：細品強化、固溶強化、復相強化、彌散強化（時效強化）加工硬化。二、計算、作圖題：（共60分，每小題12分）1、求11彳和20彳兩晶向所決定的晶面，并繪圖表示出來。答：設所求的晶面指數為（h k l ）1-1-1111h:k:l=:=（112）則0-1-12202、氧化

3、鎂（mgo具有nacl型結構，即具有o2-離子的面心立方結構。問：r 2r（1）若其離子半徑mg =0.066nm,。2-= 0.140nm,則其原子堆積密度為多少？（2）如果rmg-/ro2-= 0.41,則原子堆積密度是否改變？答：（1）點陣常數2（叱+2=0.412nm3 ,、(rmg2：；ro214pf = 43 二 0.73堆積密度a(2)堆積密度會改變，因為pf與兩異號離子半徑的比值有關。3、已知液態純鍥在1.013x105 pa (1大氣壓)，過冷度為319 k時發生均勻形 核，設臨界晶核半徑為1nm純削點為1726 k,熔化熱a h件18075j/mol, 摩爾體積vs= 6.

4、6cm3/mol ,試計算純鍥的液一固界面能和臨界形核功。2二 八 l . h . h ：tr = . ：gb =答：因為 g，tmtm二 j ,gb所以 2_ 52= 2.53 10 j /cm4133_ 2a 二/gvj= 1.6 10 9j16 二二316 二二 3tm v2 =2_ 23 gb 3 h . t 4、圖示為pb-sn-bi相圖投影圖。問：(1)寫出合金q (wbi = 0.7, wsx0.2)凝固過程及室溫組織；(2)計算合金室溫下組織組成物的相對含量。答：(1)冷卻至液相面析出bi: l bi初，隨溫度降低bi增多，液相成分延bi-q 的延長線向e3e移動；液相成分達到

5、e3e后發生共晶反應，l(sn+ bi)共，液相成分延e3e向e移動；液相成分達到e后，發生三元共晶反應l (sn+ bi+b)共，隨后冷卻不再變 化。室溫組織為：bi初+ (sn+ bi)共+ ( sn+ bi + 0 )共(2) wbi 初=2.88; w (sn+ bi)共=0.407 ; w (sn+ bi + 0 )共=0.3055、有一鋼絲(直徑為1mm包復一層銅(總直徑為2mm。若已知鋼的屈服強度(rst =280mpa 彈性模量 est = 205gpa 銅的 cu= 140mpa 彈性模量 ecu= 110gpa 問：(1)如果該復合材料受到拉力，何種材料先屈服？(2)在不發

6、生塑性變形的情況下，該材料能承受的最大拉伸載荷是多少？(3)該復合材料的彈性模量為多少？答；兩金屬的彈性應變相等，即：（二/e）st-st = cu=（二 / e）cu-1st =、- c205000110000= 1.86；cu(1) cu先屈服；(2) f總=fcu + fst=140父 106 m 2.4父 10 6 + 280父 106 m 0.8父 10* = 560n(3) e =( e)st ( e)cu =130000mpa三、綜合分析題：(共50分，每小題25分)1、某面心立方晶體的可動滑移系為(11彳)、彳10。(1) 請指出引起滑移的單位位錯的柏氏矢量；(2) 若滑移由刃

7、位錯引起，試指出位錯線的方向；(3) 請指出在(2)的情況下，位錯線的運動方向；(4)假設在該滑移系上作用一大小為 0.7mpa的切應力，試計算單位刃位錯線 受力的大小和方向(取點陣常數為 a = 0.2nm)。ab 二一1 10答：(1)柏氏矢量：2(2)位錯線方向：112;(3)位錯線運動方向平行于柏氏矢量;(4) f = b =9.899 10.mn /m2、若有，某一 cu-ag合金(wcu= 0.075, wab0.925) 1kg,請提出一種方案從該合金中提煉出100g的ag,且要求提煉得到的ag中的cu含量wcum于0.02。 (假設液相線和固相線固相線均為直線)。答：1.將1k

8、g合金加熱至900c以上熔化，緩慢冷卻至850 c ,倒去剩余液體，所得固體 a1 約 780g, wcu= 0.055 ;2 .將a1熔化，緩慢冷卻至900c ,倒去剩余液體，得a2約380g, wcu= 0.03;3 .將a2熔化，緩慢冷卻至920 c ,倒去剩余液體，得 a3約260g, wcu= 0.02;4 .將a3熔化，緩慢冷卻至935 c ,倒去剩余液體，得a4約180g, wcu= 0.013, 即可。2005年西北工業大學碩士研究生入學試題參考答案一、簡答題（每題8分，共40分）1 .請簡述二元合金結晶的基本條件有哪些。答：熱力學條件 ag r*能量條件：a ag max成分

9、條件2 .同素異晶轉變和再結晶轉變都是以形核長大方式進行的，請問兩者之間有何 差別？答：同素異晶轉變是相變過程，該過程的某一熱力學量的倒數出現不連續；再結晶轉變只是晶粒的重新形成，不是相變過程。3 .兩位錯發生交割時產生的扭折和割階有何區別？答：位錯的交割屬于位錯與位錯之間的交互作用，其結果是在對方位錯線上產生 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 交割后產生的彎折在原滑移面上， 對位錯的運動不產生影響，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 .請簡述擴散的微觀機制有哪些？影響擴散的因素又有哪些？答：置換機制：包括空位機制和直接換位與環

10、形換位機制，其中空位機制是主要機制，直接換位與環形換位機制需要的激活能很高，只有在高溫時才能出現。間隙機制：包括間隙機制和填隙機制，其中間隙機制是主要機制。影響擴散的主要因素有：溫度（溫度約高，擴散速度約快）；晶體結構與類型（包 括致密度、固溶度、各向異性等）；晶體缺陷；化學成分（包括濃度、第三組元 等）5 .請簡述回復的機制及其驅動力。答：低溫機制：空位的消失中溫機制：對應位錯的滑移（重排、消失）高溫機制：對應多邊化（位錯的滑移+攀移）驅動力：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，分別畫出和、（in、,指出哪些是滑移面、滑

11、移方向，并就圖中情況分析它們能否構成滑移系？若外力不能開船能開動2 .請判定下列位錯反應能否進行，若能夠進行，請在晶胞圖上做出矢量圖- +1, = 1rqmm/i2/滿足能量條件，反應可以進行。410tm+劍(2)266幾何條件：-t2t + -211330 = - 1.106662,滿足幾何條件能量條件：, v ( 15匯=ivi3+p+o3 =旦=-12j i 2 j 21+廿=加、2a(-l尸 ) +12+可2 =序 j +停a j = l滿足能量條件，反應可以進行。3 .假設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）若滑移位錯為純刃位錯，請指出其

12、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 ）純刃位錯的位錯線方向與b垂直，且位于滑移面上， 為21口 ；純螺位錯的位錯線與b平行，為01104 .若將一塊鐵由室溫20 c加熱至850 c ,然后非?？斓乩鋮s到20 c ,請計算處理前后空位數變化（設鐵中形成1mol空位所需的能量為104675 j ）。5.1 -fc(85(h273)%5gaff息: 623xio13已知三元簡單共晶的投影圖，見附圖,2)1)請畫出ad代表的垂直截面圖及各區的相組成（已知 t a t d ）;、綜合分析題：（共50分，每小題25分）請畫出x合金平衡冷卻時的冷區曲線，

13、及各階段相變反應。1.請對比分析加工硬化、細晶強化、彌散強化、復相強化和固溶強化的特點和機理。答：加工硬化：是隨變形使位錯增殖而導致的硬化；細品強化：是由于晶粒減小，晶粒數量增多，尺寸減小，增大了位錯連續滑移的 阻力導致的強化；同時由于滑移分散，也使塑性增大。該強化機制是唯一的同時 增大強度和塑性的機制。彌散強化：又稱時效強化。是由于細小彌散的第二相阻礙位錯運動產生的強化。包括切過機制和繞過機制。復相強化：由于第二相的相對含量與基體處于同數量級是產生的強化機制。其強化程度取決于第二相的數量、尺寸、分布、形態等，且如果第二相強度低于基體 則不一定能夠起到強化作用。固溶強化：由于溶質原子對位錯運動

14、產生阻礙。包括彈性交互作用（柯氏氣團）、 電交互作用（玲木氣團）和化學交互作用。2.請根據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b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）ii0.90-0.200 90- 0 05x100% =8235%叼二0,20-0 050?90-.05xw0% = 17.65%,相組成與組織組成比例相同iiii(忽略)限y鬻瑞力。% = 2則u 3u

15、x 100% = 11.76% 0.90-0.050.80-0 05 xlq0% = 8g 24%0.90-0.05(3)設所求合金成分為x郎=j-q 50 xloo% 二 5% 困 0 90-0.50j = 0.05x(0 90- 0.50) + 0.50 = 52%(4) i合金在快冷條件下可能得到少量的共晶組織，且呈現離異共晶的形態，合金中的b ii量會減少，甚至不出現；ii合金在快冷條件下 b初呈樹枝狀，且數量減少。共晶體組織變細小，相對 量增加。2006年西北工業大學碩士研究生入學試題參考答案一、簡答題(每題10分，共50分)1. 試從結合鍵的角度，分析工程材料的分類及其特點 答：金

16、屬材料：主要以金屬鍵為主，大多數金屬強度和硬度較高，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：分子內部以共價鍵為主，分子間為分子鍵和氫鍵為主。復合材料：是以上三中基本材料的人工復合物，結合鍵種類繁多。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，即單位體積內的位錯線長度；面密度，即垂直穿過單位面積的位錯線根數。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，可以用準確的分子式表達；3.具有典型的非金 屬性質。4. 冷軋純銅板，如果要求保

17、持較高強度，應進行何種熱處理？若需要繼續冷軋變薄時，又應進行何種熱處理？答：保持較高強度則應進行低溫退火，使其只發生回復，去除殘余應力；要繼續 冷變形則應進行高溫退火，使其發生再結晶，以軟化組織。5. 擴散激活能的物理意義為何？試比較置換擴散和間隙擴散的激活能的大小。答：擴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 t - fe 中擴散時，d 0 = 2.0 x 10 - 5 m 2 /s , q = 1.4 x 10 5 j/mol 。當溫度由927 c上升到1027 c時

18、，擴散系數變化了多 少倍？ ( r = 8.314 j/(mol.k) )如舊討二?5s.31x(?27+ot) j2,0itld_ exp-1.4x10.31x(1027 + 273)d (-1.4xlg-1,4x10-14x10d- = exi831x(1027+273) 31x(927+2735 尸/ 70go片-99761 ex# 13953 +14,033) =改聞陶=2.942. 已知某低碳鋼(t 0 =64kpa , k=393.7 ,若晶粒直徑為50仙m ,該低碳鋼的屈服強度是多少？答：由霍爾一配奇公式得：1 17=/+也飛=64 + 393,7 k=64 + 55 68 =

19、119.73. 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： = 口艾貶6=顯黯j4 = 2 乂煙 a = 2tf（dt）2 = -tei2110 面上被原子占據的面積為（兩個原子）：4#3= = 7t= 0.5888堆積密度:a 164. oli和112均位于fcc鋁的（111）晶面上，因此理論上qll）01i和（111）口 12的滑移均是可能的（1）畫出（111）晶面及單位滑移矢量1為和口2（2 ）比較具有此二滑移矢量的位錯的能量。答：（1 ）（2 ）瓦-=即山:專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

20、結構特征和能量特征分析品界的特點。答：品界結構特征：原子排列比較混亂，含有大量缺陷。品界能量特征：原子的能量較晶粒內部高，活動能量強。品界特征：?界一一畸變一一晶界能一一向低能量狀態轉化一一晶粒長大、晶界變直晶界面積減小? 阻礙位錯運動一一（7 b t 細品強化 ? 位錯、空位等缺陷多一一品界擴散速度高? 晶界能量高、結構復雜一一容易滿足固態相變的條件一一固態相變首先發生 地? 化學穩定性差一一晶界容易受腐蝕? 微量元素、雜質富集2.試分析冷塑性變形對合金組織結構、力學性能、物理化學性能、體系能量的影響。答：? 組織結構：（1 ）形成纖維組織：晶粒沿變形方向被拉長；（2 ）形成位錯 胞；（3

21、）晶粒轉動形成變形織構。? 力學性能：位錯密度增大，位錯相互纏繞，運動阻力增大，造成加工硬化。? 物理化學性能：具變化復雜，主要對導電，導熱，化學活性，化學電位等有 影響。? 體系能量：包括兩部分：（1 ）因冷變形產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部分變形不均勻引起的微觀內應 力和宏觀內應力。這兩部分統稱為存儲能，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、 再結晶作了組織和能量上的準 備。2007年西北工業大學碩士研究生入學試題參考答案一、簡答題（每題10分，共50分）fcc bc5口 hcpft體中的最短11201、請說明什么是全

22、位錯和不全位錯，并請寫出 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倍； 不全位錯：柏氏矢量不等于點陣矢量的整數倍。aa110 111 263解：幾何條件：1-111333中下列位錯反應能否進行：= 1.068 10， 17.8=1.9 10,9j2 2b6-ca 1bc =911彳2 6；3333（6 分）能量條件： 22r 22、八22-石 +6 = a-+_a-=絲一a- 261 26 j33滿足幾何條件和能量條件，反應可以進行。（3分）4.試畫出面心立方晶體中的（123）晶面和346晶向21.綜合分析題（共40分）如附圖所示，請分析：（24分）1）2）兩水平線的反應類型

23、，并寫出反應式；分析 ab bg、g d、d、 d h、 h e、eb 七個區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;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式。解：1） 水平線kj為包晶反應:i .lj k n （2 分） 水平線gh為共晶反應:（2分）2）ab: a（1分）bg：g d:+ +（ a + 0）共+0ii（1分）（1分）d ： （ a +b ）共（1 分）d h ： b +（ a + b）共+a ii （1 分）h e：b +a ii（1 分）eb：

24、b（1 分）3）合金i （5分）合金ii （3egbc1w= c1 m100%;wb= 1x100%4）合金i相組成：bebe （2分）合金ii組織組成：w（u用共=ig 父100%； gdw% =3初共晶前析出量父兒析出比例=史父也乂100%；gd bew闔=初共晶前析出量-可析出量=&x100%wpgd（3 分）2.請對比分析回復、再結晶、正常長大、異常長大的驅動力及力學性能變化。（16分）存儲能存儲能總界面能和表驅動力（主要是點陣（主要是點陣總界面能面能防艾能）防艾能）性能惡化力學性能基本保持變形恢復到冷艾形基本保持再結強度、塑性下變化后性能前的水平品后的水平降2008年西北工業大學碩士

25、研究生入學試題參考答案 簡答題（每題10分，共60分）1固態下，無相變的金屬，如果不重熔，能否細化晶粒？如何實現？答：可以。.通過進行適當冷變形，而后在適當溫度再結晶的方法獲得細品（應 主意避開臨界變形度和避免異常長大）。或進行熱加工，使之發生動態再結晶。2固體中有哪些常見的相結構？答：固體中常見的相結構有：固溶體（單質）、化合物、陶瓷晶體相、非晶相、 分子相。3何謂平衡結晶？何謂非平衡結晶？答：平衡結晶是指結晶速度非常緩慢，液相和固相中擴散均很充分的情況下的結 品。非平衡結晶是指結晶速度比較快，擴散不充分的情況下的結晶。4擴散第一定律的應用條件是什么？對于濃度梯度隨時間變化的情況，能否應用擴

26、散第一定律？答：擴散第一定律的應用條件是穩態擴散， 即與時間無關的擴散。對于非穩態擴 散的情況也可以應用擴散第一定律，但必須對其進行修正。5何為織構？包括哪幾類？答：織構是晶體中晶面、晶向趨于一致現象。織構包括再結晶織構和變形織構。其中變形織構又包括絲織構和板織構。6什么是成分過冷？如何影響固溶體生長形態？答：凝固過程中，隨液固界面的推進，液固界面附近液相一側產生溶質原子富集， 導致液相的熔點發生變化，由此產生的過冷現象稱為成分過冷。無成分過冷時， 固溶體以平面狀生長，形成等軸品；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）1請分別寫出f

27、cc bccffi hcpft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。晶體結構密排面密排方向密排面間距密排方向原子間距fcc111遁bcc110屐于過hcp000112ca2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，并在其上標出001，口蟲,口1晶 向。3已知h70黃銅在400c時完成再結晶需要1小時，而在390c下完成再結晶需2小時，請計算在420c下完成再結晶需要多長時間？答：在兩個不同的恒定溫度產生相同程度的再結晶時，t1t2-r（t2-ti）二et31t3it兩邊取對數，并比之得lnt1t2l

28、nt1t3t2tixxt3 一 ti1400273140027313902731420273t3 = 0.26 h一個fcc晶體在123方向在2mpa正應力下屈服，已測得開動的滑移系是（111） 101,請確定使該滑移系開動的分切應力tcos = 1231111 23 111-12 3.14 .3=0.61710 3.14.2= 0.756cos 九= 13 1 23 1 01k =2 0.617 0.756 =0.933mpa三、綜合分析題（30分）1請根據fe-fe3c相圖分析回答下列問題：（17分）1）請分析2.0wt.%c合金平衡狀態下的結晶過程，并說明室溫下的相組成和組織 組成。2）

29、請分析2.0wt.%c合金在較快冷卻，即不平衡狀態下可能發生的結晶過程，并說明室溫下組織會發生什么變化。3）假設將一無限長純鐵棒置于930c滲碳氣氛下長期保溫，碳原子僅由棒頂端滲 入（如圖所示），試分析并標出930c和 緩冷至室溫時的組織分布情況。l l 丫yy - fe3cii丫 a +fe3ca fe3ciii相組成：a + fe3c 組織組成：p+ fe3cii （忽略fe3ciii ）根據冷速不同，可能出現共晶反應，得到 ld;得到的p層片細??；fe3cii的析 出將收到抑制，甚至不析出。附圖如下防護,_.fe3c丫coc。i1c原子930 c防護fe3c p+fe3c p p+ff

30、室溫圖示cu-cd二元相圖全圖及其400c600c范圍的局部放大：（13分）請根據相圖寫出549c、547c 544c、397c和314c五條水平線的三相平衡反 應類型及其反應式；已知b相成分為wcd =46.5 %, 400c時丫相的成分為wcd =57% ,請計算400c 時wcd= 50 %合金的相組成。答：1） 549c ：包晶反應，（cu） + l-b547 c ：包晶反應，b + l 一 丫544 c ：共晶反應，l y +6397 c ：包晶反應，6 + l 一 314c ：共晶反應，l一 + （cd）% : 57 .50100% =66.7% = 50 -46.5 100% =

31、33.3%2） 57 -46.5或57 -46.52009年西北工業大學碩士研究生入學試題參考答案簡答題（每題10分，共60分）1 .在位錯發生滑移時，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、外加切應力與柏氏矢量b、外加切應力與位錯線l之間的夾角關系， 及位錯線運動方向。（請繪表格作答，答案務必寫在答題冊上）b與lp與bp與l位錯線運動 方向/法線/法線f角度/f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：溶質原子取代溶劑原子，并保持溶劑結構的合金相稱為置換固溶體。影響因素有：1）原子尺寸；2）晶體結構；3）電負性；4）電子濃

32、度兩組元晶體結構相同是形成無限固溶體的必要條件。3 .置換擴散與間隙擴散的擴散系數有何不同？在擴散偶中，如果是間隙擴散， 是否會發生柯肯達爾效應？為什么？答：間隙擴散系數與空位濃度無關，而置換擴散系數與空位濃度有關（可用公式 表示）。一般地，間隙擴散系數大于置換擴散系數。不會發生。因為間隙擴散中考慮間隙原子定向流動，未考慮置換互溶式擴散。4 .在室溫下對鐵板（具熔點為1538 c ）和錫板（具熔點為232 c ）,分別進 行來回彎折，隨著彎折的進行，各會發生什么現象？為什么？答：根據丁冉=（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行，鐵板發

33、生加工硬化，繼續變形，導致鐵板斷裂sn板屬于熱加工，產生動態再結晶，彎曲可不斷進行下去5 .何為固溶強化？請簡述其強化機制。答：固溶強化就是溶質原子阻礙位錯運動，從而使合金強度提高的現象。主要機制包括：1）柯氏氣團，即溶質原子的彈性應力場阻礙位錯運動；2）玲木氣團，即溶質原子降低基體層錯能，使位錯分解為擴展位錯，阻礙位錯交滑移或 攀移；3）電交互作用，即帶電溶質原子與位錯形成靜電交互作用，阻礙位錯運 動。6.請比較二元共晶轉變與包晶轉變的異同。答：相同點：恒溫、恒成分轉變；相圖上均為水平線。不同點：共晶為分解型反應，包品為合成型反應；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

34、上，包晶三角在水平線下。、作圖計算題（每題10分，共40分）請比較fcc晶體中pt沖4和% = “100比=邛00兩位錯的畸變能哪個較大。 1 + 1 + 1 = 丁 31bli =+ 1 + 1 = ya4|bj z3ylf0t0=a由以=故：b1的畸變能較小。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,并分別繪圖示之。答：共12個滑移系，其中可能開動的有（111）喇、（ll|lt018個。分別是:/ iill) 101(in ft在al單晶中，（111）面上有一位錯，(111一 ,面上另一位錯若兩位錯發生反應，請繪出新位錯，并判斷其性質。答：新位錯為與中期 。位

35、錯線為（111）面與111面的交線110 o兩者垂直，因此是刃型位錯。4.請分別寫出立方品系中110和100晶面族包括的晶面110:阿他加胞帥1）側蚓（皿）（帆順）則綜合分析題（每題25分，共50分）1 .請分析影響回復和再結晶的因素各有哪些，以及影響因素的異同，并請分析 其原因?；貜驮俳Y晶原因溫度（升）促進促進促進原子擴散冷變形量（增）促進促進提供驅動力溶質原子阻礙阻礙阻礙位錯和晶界的運動第二相粒子促進促進或阻礙即可能提高驅動力，同時阻礙位錯和晶界運動原始晶粒（細?。┐龠M促進增大再結晶驅動力晶粒位向無影響無影響熱蝕溝無影響一無影響尚未形成熱蝕溝2 .附圖為ti-al二元合金相圖：請分析并分別

36、寫出1285c、1125c和665c三個恒溫轉變的類型和反應式，以及882c時發生兩相恒溫轉變的類型和反應式。請繪出 杵31哈金平衡結晶的冷卻曲線，并注明各階段的主要相變反應。請分析500c時，w= 31%勺合金平衡結晶的相組成物和組織組成物，并計算其質量分數。（注：1125c時，wti=27% w ti3al =26% w tial =35% 500c時，w ti3al= 23% w tial =35%答：1 ) 1285 c：包析反應，b ti +tial -c(ti1125 c:共析反應，ati-ti3al +tial665 c:包晶反應，l+tial3 -al35-31tla1% =

37、-x 100% = 333%3 35-23tial% = 1 - tigal% = 66.7%組織組成：tial、(ti3al +tial )共ti% 二式 一 j x io。，= 50。亡!ti3a;tix) = 1 - ti” = 50%35 - 27352010年碩士研究生入學考試試題參考答案一、簡答題（每題10分，共50分）1 .請解釋丫 -fe與a -fe溶解碳原子能力差異的原因。答：a-fe為體心立方晶體，具八面體間隙為扁八面體，相比而言四面體間隙較 大；丫-fe為面心立方，具八面體間隙大。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

38、位向差與晶界能的關系，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），畸變越嚴重，因此能量越高。3 .請簡述在固態條件下，晶體缺陷、固溶體類型對溶質原子擴散的影響。答：晶體缺陷處的原子具有較高能量，且原子排列比較雜亂，有利于擴散。間隙原子擴散激活能比置換原子擴散激活能低，因此間隙原子擴散速度高。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 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

39、長。固溶體合金由于溶質原子再分 配，產生成分過冷，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的滲碳體有哪幾種？它們的成分有何不同？平衡結晶后 是什么樣的形態？答：一次滲碳體（規則的、粗大條狀）、共晶滲碳體（萊氏體的連續基體）、二次 滲碳體（沿奧氏體晶界分布，量多時為連續網狀，量少時是不連續網狀） 、共析 滲碳體（層片狀）、三次滲碳體（鐵素體晶界處）。它們成分沒有區別。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 c f的晶向指數和ach fgd的晶面指數， 并求ach晶面的晶面間距，以及 fgd與abcd晶面之間的夾角。（注：g

40、h 點為二等分點，f點為三等分點）答：ed,c f:四ach（h2）, fgd（243）ach勺晶面間距：fgd與abc義間的夾角：2 .請判斷圖示中瓦和瓦兩位錯各段的類型，以及兩位錯所含拐折（ bc、de和 hi、jk ）的性質？若圖示滑移面為fcc晶體的（111）面，在切應力彳的作用下，答：ab：螺位錯；bc：刃位錯；cd：螺位錯；de：刃位錯；ef ：螺位錯gh:螺位錯；hi :刃位錯；ij :螺位錯；jk :刃位錯；kl :螺位錯bc、de為扭折，hi、jk為割階運動后工恢復為直線，灰上的h、i、j、k為固定點，形成位錯源3某合金的再結晶激活能為250kj/mol,該合金在400c完成

41、再2晶需要1小時,請問在390c下完成再結晶需要多長時間。（氣體常數r=8.314l/mol k）所以t2 =1.96小時4.請分別繪出fcc和bcc晶體中的最短單位位錯，并比較二者哪一個引起的畸變 較大。答：bccs體中為:（1分），fcc體中為:瓦 |=乂+1+1 = m|6;|=；l + l+0=7a32舊【叫 fcct的b2引起的畸變較小。bcc：fcc*m三、綜合分析題（共40分）1、請分析對工業純鋁、fe-0.2%c合金、al-5%cu合金可以采用的強化機制，并 解釋機理。（15分）答：工業純鋁：強晶強化一一利用品界和位向差對位錯運動的阻礙作用進行強化；加工硬化一一利用冷變形后纏結

42、位錯之間的相互作用進行強化。fe-0.2%c:固溶強化一一利用碳原子引起鐵的晶格畸變對位錯運動的阻礙作用進行強化。加工硬化同上細品強化一一同上沉淀強化一一利用碳化物對位錯運動的阻礙作用進行強化。al-5%cu:沉淀強化（時效強化）一一利用沉淀相對位錯運動的阻礙作用進行強 化。加工硬化同上細晶強化一一同上2、請根據cu-zn相圖回答下列問題：（25分）1）若在500c下，將一純銅試樣長期置于鋅液中，請繪出擴散后從銅棒表面至 內部沿深度方向的相分布和對應的濃度分布曲線。2） 請分析902c、834c、700c 598c、558c的相變反應類型，并寫出反應 式。3）請繪出cu-75%zn金的平衡結晶

43、的冷卻曲線，并標明各階段的相變反應或 相組成。4）請計算cu-75%zn金平衡結晶至200c時的相組成含量。902:包晶l+ a - b834:包晶l+b 一 丫700:包晶l+丫 6598:包晶l+6 - e75-65則二 bztxl00%=7l4% 門-0079-75 y%=_xm=m試題編號：832第1頁共7頁2011年碩士研究生入學考試試題參考答案試題名稱：材料科學基礎( a卷)說 明：所有答題一律寫在答題紙上簡答題(每題10分，共50分)1 .請從原子排列、彈性應力場、滑移性質、柏氏矢量等方面對比刃位錯、螺位錯的主要特征。答：刃型位錯：1) 1晶體中有一個額外原子面，形如刀刃插入晶體

44、2) 2刃位錯引起的應力場既有正應力又有切應力。3) 3位錯線可以是折線或曲線，但位錯線必與滑移(矢量)方向垂直4) 4滑移面惟一5) 5位錯線的移動方向與晶體滑移方向平行(一致)6) 6位錯線與柏氏矢量垂直螺型位錯：1) 1上下兩層原子發生錯排，錯排區原子依次連接呈螺旋狀2) 2螺位錯應力場為純切應力場3) 3螺型位錯與晶體滑移方向平行，故位錯線一定是直線4) 4螺型位錯的滑移面是不惟一；5) 5位錯線的移動方向與晶體滑移方向相互垂直。6) 6位錯線與柏氏矢量平行2 .何謂金屬材料的加工硬化？如何解決加工硬化對后續冷加工帶來的困難？答：隨變形量增大，強度硬度升高，塑形下降的現象。軟化方法是再

45、結 品退火。3 .什么是離異共晶？如何形成的？答：在共品水平線的兩個端部附近，由于共晶量少，領先相相依附在初 生相上，另一相獨立存在于晶界，在組織學上失去共晶體特點，稱為離 異共晶。有時，也將端部以外附近的合金，在非平衡凝固時得到的少量 共品，稱為離異共晶。4 .形成無限固溶體的條件是什么？簡述原因。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品 體結構、相近的原子半徑、相近的電負性、較低的電子濃度。原因：溶 質原子取代了溶劑原子的位置，晶格畸變較小，晶格畸變越小，能量越 低。電負性相近不易形成化合物。電子濃度低有利于溶質原子溶入。5 .兩個尺寸相同、形狀相同的銅鍥合金鑄件，一

46、個含 90%ni,另一個含 50%ni,鑄造后自然冷卻，問哪個鑄件的偏析嚴重？為什么？答：50%ni的偏析嚴重，因為液固相線差別大，說明液固相成分差別大， 冷速較快不容易達到成分均勻化。作圖計算題(每題15分，共60分)1、寫出112晶面族的等價晶面。依 112 = (112) (112) (1 彳2) (112) (121)(彳21)(121) (12 1) (211) (211) (211) (21 1)a a2、請判定下列反應能否進行：-1 1 1 +2111-* a001答：幾何條件：21 11+*111=*002=眄1,滿足幾何條件能量條件：b12 +b； =/aj(1)2 +(t)

47、2 +12 1 +但由2+12+12 =3a21222244b32 = a -0202 12= a2不滿足能量條件，反應不能進行3、已知某晶體在500c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 a = 0.0539,波耳滋曼常 數 k = 1.381 x0-23 j / k)答：c = aexp( - -ev)kt_ c2310,0 ev 二ktln =-1.381 10(500 273) lna0.0539=1.068 10 n 17.8=1.9 10,9j4、單晶銅拉伸，已知拉力軸的方向為001, （7=10 pa,求（111）面上柏氏矢

48、q 一量b=-101的螺位錯線上所受的力（出二036nm） j l答：外力在（111）ioi上的分切應力為：1 1t=o coso cosk = 106 x x = 4.0825 x 10* pav3 vz作用在位錯線上的力為：隹f =山=4,0825x105xy x 036x 10-9 = 1.039x 10-4 n/m綜合分析題（共40分）1 .經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 溫足夠長的時間，會發生圖 b-d的變化，請分析四個階段微觀組織、體系能量和宏觀性能變化的機理和原因。答：圖a：晶粒拉長，缺陷數量增大形成位錯亞結構，產生變形織構；存儲能升 高；位

49、錯纏結導致加工硬化，強度硬度升高，塑形下降，組織取向明顯導致各向異性。圖b：回復。晶粒基本不變，位錯發生滑移、攀移等，位錯重排，數量略有減少, 空位大量減少。內應力得到消除。加工硬化基本保留。圖c：再結晶。形成新的無畸變新晶粒。存儲能全部釋放，變形產生的點陣畸變 消除。加工硬化消除，力學性能基本恢復到冷變形前的水平。圖d：晶粒長大。晶粒粗化。體系能量因界面能的下降而下降。強度下降，塑形 也下降。2 .根據ag-cd二元相圖:1）當溫度為736c、590c、440c和230c時分別會發生什么樣的三相平衡 反應？寫出反應式。2）分析ag-56%cd合金的平衡凝固過程，繪出冷卻曲線，標明各階段的相

50、變反應。3）分析ag-95%cd合金的平衡凝固與較快速冷卻時，室溫下組織組成會有 什么變化，并討論其原因。答：736 c ：包晶反應，l+agb590 c ：包晶反應，l+6 - e440 c ：共析反應，bag+丫3 ） ag-95%cd合金的平衡凝固到室溫：cd包+雙較快速冷卻到室溫：e初+cd包+ e ij且e i相數量相對較少，尺寸相對細小。原因：快速冷卻時，由于固態中擴散較慢，使本應該在包品反應中消失的 e初有 剩余，既產生包品轉變不完全。另外，由于冷速快，使得 e i相變得細小，析出 數量減少。2012年碩士研究生入學考試試題答案試題名稱：材料科學基礎試題編號：832說明：所有答題一律寫在答題紙上第頁共頁簡答題（每題10分，共50分）4 .請簡述滑移和學生變形的特點?滑移變形特點：1）平移滑動：相對滑動的兩部分位向關系不變2）滑移線與應力軸呈一定角度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：由滑移線構成滑移帶5）特定晶面，特定晶向攣生變形特點：1）部分晶體發生均勻切變2）變形與未變形部分呈鏡面對稱關系，晶體位向發生變化3）臨界切分應力大4）學生對塑變貢獻小于滑移5）產生表面浮凸5 .什么是上坡擴散？哪些情況下會發生上坡擴散？答：由低濃度處向高濃