材料科学基础考研试题

2011年上海交通大学827材料科学基础试题真题

选择题有30道题，每题3分。都是基础题，需要对教材比较熟。 Nacl和金刚石的晶体结构为 a面心 b体心 c正交

spinodel分解时，浓度较高区域的化学势 a较高 b较低 c不确定

面心立方结构晶体(100)面上原子的配位数是 a12 b8 c4

晶体结构中旋转对称轴不包含几次对阵轴 a4 b5 c6

晶带定律适用的晶系类型是 a正交 b立方 c六方

金属单质的表面能和晶界能相比 a大 b小 c不确定

由二氧化钛制备三氧化二钛易出现

a间隙钛离子 b钛离子空位 c氧离子空位 玻璃生产工序中的退火的目的是

a增加透光度 b消除内应力 c改变折射率 双交滑移和F-R源，更有效的增殖机制为 a前者 b后者 c不确定

热力学平衡状态下的金属单晶中 a 空位比间隙原子多 b c 下列具有更高自由能的是 a晶体 b准晶 c非晶

合金中的第二相粒子对晶粒长大的影响是

a和二相粒子半径成正比，和体积数成反比 b c

此外，选择题还涉及冷变形金属回复阶段的主要变化，不能攀移的位错类型，非等量扩散中空位的移动方向，屈服现象的两种理论，离异共晶的问题，包晶时组元的扩散路径，多晶体变形需要的独立的滑移系个数， 皮革态介于哪两个力学状态之间，非晶的形成难易与玻璃化温度和平衡凝固温度之比的关系，薄膜生长类型的区分，三元共晶相图垂直截面图的用途等。

大题共6题，前三题分别为8分、14分、8分，后三题各10分。 第一题

（1）画出立方晶胞中的（1，1，-1）晶面和[ 2，2，3]晶向；

（2）画出六方晶胞中的（1，1，-2, 3）晶面和[-1，-1，2,3]晶向。 第二题

（1）面心立方晶体（111）面上单位位错a/2[-1，1，0]分解为2个不全位错，下列哪一个正确，并说明理由

1）a/2[-1，1，0] →a/6[-1，2，-1] +a/6[-2，1，1] 2）a/2[-1，1，0] →a/6[-1，2，1] +a/6[-2，1，-1] （2）从能量角度说明其可行。

（3）证明面心立方拓展位错的宽度公式。（要求严格证明）题目给出了刃、螺型位错应力场公式。 第三题

求再结晶时间，最简单的那种，利用t2/t1=exp -Q/R（1/T1-1/T2）。 第四题

用菲克第一定律求扩散量的一个题。涉及用跃迁频率算扩散系数。 第五题

二元共晶相图题，画出过共晶的室温组织示意图；求正常凝固和平衡凝固共晶组织的相对量。 第六题

说明热塑性塑料和热固性塑料的区别。

北科大2011材料科学基础考研初试试题

一、名词解释

1、空间点阵 2、临界切分应力 3、滑移系 4、堆垛层错 5、调幅分解 6、脱溶

7、上坡扩散 8、再结晶温度

二、给出下列离子晶体的布拉菲点阵类型和下面晶胞中的正、负离子的个数 1、NaCl 2、CsCl 3、ZnS 4、CaF2 5、CaTiO2

三、写出面心立方结构和体心立方结构金属的密排面（或相对密排面）的晶面指数，画出密排面（或相对密排面）上原子的具体排列情况，并在晶报中标出所有八面体间隙的位置

四、组元A和B的熔点分别为1000°C和700°C，室温时B在A的固溶体α中的固溶度是XB=0.05，A在B的固溶体β中的固溶度是XA=0.10；在700°C时有一个三相平衡反应，在此温度固溶体的成分是XB=0.10，一个成分为XB=0.30的合金在稍高于700°C时存在50%α相和50%的液相，在稍低于700°C时则存在液相和化合物A3B两相；在500°C时存在另一个三相平衡，液相（XB=0.65）分解为化合物A3B和固溶体（XB=0.85）两相。试构造一个合理的A—B二元相图。 五、根据Al—Cr—Si体系的局部液相面投影图，写出该图中的四项不变反应式。

六、按热力学参数变化特征，固态相变可以分为一级相变和二级相变两类。阐述

发生一级相变和二级相变时热力学参数变化特征及相关性质的变化特点。

七、从热力学（能量）角度分析纯金属在凝固过程中均匀形核时的临界晶核形成过程。 八、简述金属和合金回复与再结晶的概念，并讨论在回复与再结晶过程中组织与性能变化情况。 九、讨论点缺陷与位错的交互作用及对位错运动的影响，这种交互作用在低碳钢应力—应变曲线和材料加工过程中会有什么现象?有何防止方法。 十、液体冷却时形成晶体或非晶玻璃体的内部原因和外部条件？为什么金属冷却凝固形成晶体，陶瓷材料冷却凝固却形成非晶玻璃体

武汉理工大学2006年研究生入学考试试题 课程 材料科学基础

（共3页，共十题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图不必重画,直接做在试卷上）

一、填空题（1.5×20=30分） 1. 结晶学晶胞是（ ）。

2. 扩散的基本推动力是（ ），一般情况下以（ ）形式表现出来，扩散常伴随着物质的（ ）。

3. 晶面族是指（ ）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的（ ）。 4. 向MgO、沸石、TiO2、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（ ）。

5. 根据烧结时有无液相出现，烧结可分为（ ），在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（ ）。

6. 依据硅酸盐晶体化学式中（ ）不同，硅酸盐晶体结构类型主要有（ ）。 7. 液体表面能和表面张力数值相等、量纲相同，而固体则不同，这种说法是（ ）的，因为（ ）。

8. 二级相变是指（ ），发生二级相变时，体系的（ ）发生突变。 9. 驰豫表面是指（ ），NaCl单晶的表面属于是（ ）。 10. 固态反应包括（ ），化学动力学范围是指（ ）。

11．从熔体结构角度，估计a长石、b辉石(MgO·SiO2)、c镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（ ）。

二、CaTiO3结构中，已知钛离子、钙离子和氧离子半径分别为

0.099nm，

0.132nm。（15分）

0.068nm，

1. 晶胞中心的钛离子是否会在八面体空隙中“晃动”； 2. 计算TiCaO3的晶格常数；

3. 钛酸钙晶体是否存在自发极化现象，为什么？

三、在还原气氛中烧结含有TiO2的陶瓷时，会得到灰黑色的TiO2-x：（15分） 1．写出产生TiO2-x的反应式；

2．随还原气氛分压的变化，该陶瓷材料的电导率和密度如何变化？ 3．从化学的观点解释该陶瓷材料为什么是一种n型半导体。 四、选择题：下列2题任选1题（12分）

1. 简述金属材料、无机非金属材料以及高分析材料腐蚀的特点。 2. 试述材料疲劳失效的含义及特点。

五、现有三种陶瓷材料，它们的主要使用性能如下：（15分） 材料 最佳性能 用途 Y2O3 透明，光线传递 光学激光杆 Si3N4 高温强度，抗蠕变 燃气轮机部件 含Co铁氧体 较顽力 高能量永久磁铁 在烧结过程中希望材料获得预期的显微结构以使材料最佳性能充分发挥，在控制显微结构因素和工艺条件上应主要考虑哪些相关因素？

六、熔体结晶时：（1）图示核化速率-温度、晶化速率-温度关系及其对总结晶速率的的影响； （2）核化速率与晶化速率的不同对新相的显微结构有何影响，为什么？ （3）指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利，为什么？（12分） 七、X射线给出立方MgO的晶胞参数是0.4211nm，它的密度是3.6g/cm3。（Mg2+和O2-、Al3+摩尔质量分别是24.3和16、27）（12分） 1． 求单位晶胞中有多少Mg2+和O2-；

2． 若有0.05molAl2O3溶解于晶格中，计算密度改变百分数是多少？ 八、当反应物通过产物层的扩散控制速率时，由NiO和Cr2O3的球形颗粒形成NiCr2O4晶体，假定NiO颗粒包围着Cr2O3 颗粒，反应符合杨德动力学规律。（15分）

1. 请绘出反应初期的反应模型，并推导反应初期的形成速率关系； 2. 在1300度，NiCr2O4中DCr3+>DNi2+>DO2-，试问哪一个离子控制着NiCr2O4的形成速率？为什么？

3. 如将细铂丝涂在两种氧化物NiO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样

品进行扩散退火(标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散)。在保持电中性的前提下，判断铂丝将向哪一方向移动？

九、下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：（24分） 1. 判断化合物S1、S2、S3的性质；

2. 用箭头表示相区界线温度变化方向及界线性质；

3. 划分副三角形，并写出各三元无变量点的平衡过程及性质； 4. 用规范化写法写出M点对应组分的平衡结晶过程；

5. N点对应的三元组成点加热时在那一点温度下开始出现液相？哪一点温度下完全熔化？

武汉理工大学2004年研究生入学考试试题 课程 材料科学基础

（共3页，共十题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图不必重画，直接做在试题纸上）

一、判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正（30分）

1. 结晶学晶胞是反映晶体结构周期性的最小重复单元。

2. 热缺陷是温度高于绝对零度时，由于晶体组成上的不纯净性所产生的一种缺陷。

3. 晶面指数通常用晶面在晶轴上截距的互质整数比来表示。

4. 固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中所形成的单相均匀的固体。

5. 扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。

6. 初次再结晶的推动力是晶界过剩的自由焓。

7. 在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液相和一个气相。

8. 临界冷却速率是形成玻璃所需要的最小冷却速率，临界冷却速率越大越容易形成非晶体。

9. 马氏体相变是一种无扩散性相变，相变时成分发生变化但结构不变。 10.在临界温度、临界压力时，化学势及其一阶偏导数连续，二阶偏导数不连续的相变为二级相变，发生二级相变时，体系的体积和热焓发生突变。 11.驰豫表面是指在平行于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面。

12.固态反应包括界面化学反应和反应物通过产物层的扩散等过程，若化学反应速率远大于扩散速率，则动力学上处于化学动力学范围。

二、ZnS的一种结构为闪锌矿型结构，已知锌离子和硫离子半径分别为rZn2+=0.068nm，rs2-0.156nm，原子质量分别为65.38和32.06。 1. 画出其晶胞结构投影图； 2. 计算ZnS的晶格常数；

3. 试计算ZnS的晶体的理论密度。（15分）

三、FeO结构属于NaCl型结构，其中氧的摩尔分数 x0=0.52，晶格常数为0.429nm，由于存在正离子缺位，所以对应地存在一部分Fe3+离子。试计算 1.这种氧化铁中Fe2+/Fe3+离子比值 2.这种氧化铁的密度。（10分）

四、陶瓷材料制成的器件在外界温度发生急剧变化时为什么容易发生开裂或破碎？如何提高陶瓷材料抗热震性能？（8分）

五、试述高分子材料老化的类型及原因。（12分） 六、金属材料、陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？晶粒大小对材料的宏观性质有何影响?工艺上如何控制晶粒尺寸？（15分）

七、根据玻璃的形成条件，对下列几种物质形成玻璃的难易程度进行排序，并说明理由。（10分）

Cu SiO2 Na2O SiO2 Na2O 2SiO2 NaCl

八、从材料科学角度分析晶体的实际强度为什么远低于理论强度。（10分） 九、已知Zn2+和Cr3+在尖晶石ZnCr2O4中的自扩散系数与温度的关系分别为 1. 试求1403K时Zn2+和Cr3+在ZnCr2O4中的扩散系数。 2. 如将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样品进行扩散退火。(标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散)。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？

3.画出ZnO和Cr2O3接触、反应并形成ZnCr2O4的反应模型，并写出接触界面上的化学反应。（16分）

十、下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：

1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条线上温度下降方向及界线的性质；

2．判断化合物D、F的性质；

3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式； 4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程； 5．写出组成点H在完全平衡条件下的冷却时，液相组成点刚到达E4点和结晶结束时各相的百分含量（用线段比表示）。（24分）

武汉理工大学2003年研究生入学考试试题 课程 材料科学基础

（共3页，共十一题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图直接做在试卷上） 一、解释下列基本概念（1.5×20=30分）

初次再结晶；二次再结晶；上坡扩散；扩散通量；高分子的链结构；高分子的聚集态结构；位错滑移，位错爬移；结晶学晶胞；弥勒指数；玻璃转变 温度；非晶态结构弛豫；金属固溶体；金属间化合物；重构表面；弛豫表面；一级相变；重构型转变；广义固相反应；矿化剂

二、白云母的理想化学式为KAl2[AlSi3O10](OH)2，其结构如下图所示，试分析白云母的结构类型、层的构成及结构特点、层内电性及层间结合。（15分）

第2题图

三、BaTiO3和CaTiO3均为钙钛矿型结构但BaTiO3晶体具有铁电性而CaTiO3却没有，请给予解释。（10分） 四、分析小角度晶界和大角度晶界上原子排列特征以及对材料动力学的扩散过程有何影响？（8分）

五、在制造ZrO2耐火材料时通常会加入一定量的CaO以改善耐火材料的性能，试解释其作用原理，并写出杂质进入基质的固溶方程式。（10分）

六、从金属、硅酸盐、高聚物材料的结构、熔体特征等方面分析这三类材料的结晶有什么共性及个性。（15分）

七、已知新相形成时除过界面能以外单位体积自由焓变化为1×108J/m3，比表面能为1 J/m2，应变能可以忽略不计。试计算界面能为体积自由能的1%时球形新相的半径。与临界半径比较，此时的新相能否稳定长大？形成此新相时系统自由焓变化为多少？（12分）

八、写出下图三元无变量点的平衡过程，指出无变量点的性质，画出三元无变量点与对应的副三角形的几何分布关系。（8分）

第8题图

九、根据下面的三元系统相图回答问题（22分） 1. 指出图中化合物S1、S2、S3的性质

2. 用箭头在图中标出界线温度变化方向及界线性质 3. 写出组成点1的平衡冷却过程

4. 组成点2冷却时最先析出种晶相？在哪一点结晶结束?最终产物是什么？

5. 组成点3加热时在哪一点开始出现液相？在哪一点完全熔化？

第9题图

十、根据碱金属、碱土金属、过渡金属、贵金属的能带结构之差异分析各种金属导电性的差别。（10分）

十一、选作题（下列3题任选1题，10分）

1. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述金属材料的结构特征及主要性质。 2. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述陶瓷材料的结构特征及主要性质。 3. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述高分子材料的结构特征及主要性质。

2004年西北工业大学硕士研究生入学试

题

一、简答题：（共40分，每小题8分）

1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？ 2、请简述影响扩散的主要因素有哪些。

3、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？ 4、有哪些因素影响形成非晶态金属？为什么？ 5、合金强化途径有哪些？各有什么特点？

二、计算、作图题：（共60分，每小题12分）

1、求[111]和[201]两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来。

2、氧化镁（MgO）具有NaCl型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：

r2r

（1） 若其离子半径Mg=0.066nm，O2＝0.140nm，则其原子堆积密度

为多少？

r2r（2） 如果Mg/O2＝0.41，则原子堆积密度是否改变？

3、已知液态纯镍在1.013×105 Pa（1大气压），过冷度为319 K时发生均匀形核，设临界晶核半径为1nm，纯镍熔点为1726 K，熔化热ΔHm＝18075J/mol，摩尔体积Vs＝6.6cm3/mol，试计算纯镍的液－固界面能和临界形核功。

4、图示为Pb-Sn-Bi相图投影图。问：

（1）写出合金Q（wBi＝0.7，wSn＝0.2）凝固过程及室温组织； （2）计算合金室温下组织组成物的相对含量。

5、有一钢丝（直径为1mm）包复一层铜（总直径为2mm）。若已知钢的屈服强度σst＝280MPa，弹性模量Est＝205GPa，铜的σCu＝140MPa，弹性模量ECu＝110GPa。问：

（1）如果该复合材料受到拉力，何种材料先屈服？ （2）在不发生塑性变形的情况下，该材料能承受的最大拉伸载荷是多

少？

（3）该复合材料的弹性模量为多少？

三、综合分析题：（共50分，每小题25分）

[110]。 1、某面心立方晶体的可动滑移系为(111)、（1） 请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量；

（2） 若滑移由刃位错引起，试指出位错线的方向； （3） 请指出在（2）的情况下，位错线的运动方向；

（4） 假设在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试计算单位

刃位错线受力的大小和方向（取点阵常数为a＝0.2nm）。

2、若有，某一Cu-Ag合金（wCu＝0.075，wAg＝0.925）1Kg，请提出一种方案从该合金中提炼出100g的Ag，且要求提炼得到的Ag中的Cu含量wCu低于0.02。（假设液相线和固相线固相线均为直线）。

2005年西北工业大学硕士研究生入学

试题

一、简答题（每题8分，共40分）

1. 请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。

2. 同素异晶转变和再结晶转变都是以形核长大方式进行的，请问两者之间有何差别？

3. 两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区别？

4. 请简述扩散的微观机制有哪些？影响扩散的因素又有哪些？ 5. 请简述回复的机制及其驱动力。

二、计算、作图题：（共60分，每小题12分） 1. 在面心立方晶体中，分别画出

、

和、

，

指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？若外力方向为[001]，请问哪些滑移系可以开动？

2. 请判定下列位错反应能否进行，若能够进行，请在晶胞图上做出矢量图。 （1）

（2）

，请回答：

3. 假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为

（1） 给出滑移位错的单位位错柏氏矢量；

（2）若滑移位错为纯刃位错，请指出其位错线方向；若滑移位错为纯螺位错，其位错线方向又如何？

4. 若将一块铁由室温20℃加热至850℃，然后非常快地冷却到20℃，请计算处理前后空位数变化（设铁中形成1mol空位所需的能量为104675 J，气体常数为8.314J/mol·K）。

5. 已知三元简单共晶的投影图，见附图，

（1） 请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组成（已知TA>TD）； （2） 请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线，及各阶段相变反应。

三、综合分析题：（共50分，每小题25分）

1. 请对比分析加工硬化、细晶强化、弥散强化、复相强化和固溶强化的特点和机理。

2. 请根据所附二元共晶相图分析解答下列问题：

（1） 分析合金I、II的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；

（2） 说明室温下I、II的相和组织是什么？并计算出相和组织的相对含量； （3） 如果希望得到共晶组织和5%的β初的合金，求该合金的成分； （4）分析在快速冷却条件下，I、II两合金获得的组织有何不同。

2006年西北工业大学硕士研究生入学试

题

一、简答题（每题 10 分，共 50 分）

1. 试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。 2. 位错密度有哪几种表征方式？

3. 陶瓷晶体相可分为哪两大类？有何共同特点？

4. 冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理？

5. 扩散激活能的物理意义为何？试比较置换扩散和间隙扩散的激活能的大小。 二、作图计算题（每题 15 分，共 60 分） 1. 已知碳在 γ － Fe 中扩散时， D 0 ＝ 2.0 × 10 － 5 m 2 /s ， Q ＝ 1.4 × 10 5 J/mol 。当温度由 927 ℃上升到 1027 ℃ 时，扩散系数变化了多少倍？ ( 气体常数 R=8.314 J/(mol.K) )

2. 已知某低碳钢 σ 0 =64KPa ， K=393.7 ，若晶粒直径为 50μm ，该低碳钢的屈服强度是多少？

3. 试计算 BCC 晶体最密排面的堆积密度。 4.

和

均位于 Fcc 铝的 (111) 晶面上，因此理论上

和

的滑移均是可能的。

（ 1 ）画出 (111) 晶面及单位滑移矢量

和

。

（ 2 ）比较具有此二滑移矢量的位错的能量。 三、综合分析题（每题 20 分，共 40 分）

1. 试从晶界的结构特征和能量特征分析晶界的特点。

2. 试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。

2004年西北工业大学硕士研究生入学试

题 参考答案

一、简答题：（共40分，每小题8分）

1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？

答：相同点：小原子溶入。

不同点：间隙固溶体保持溶剂（大原子）点阵；

间隙相、间隙化合物改变了大原子点阵，形成新点阵。间隙相结构简单；间隙化合物结构复杂。

2、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 答：影响扩散的主要因素：（1）温度；

（2）晶体结构与类型； （3）晶体缺陷； （4）化学成分。

3、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？

答：临界晶核的物理意义：可以自发长大的最小晶胚（或，半径等于rk的

晶核）

形成临界晶核的充分条件：（1）形成r≥rk的晶胚；

（2）获得A≥A*（临界形核功）的形核功。

4、有哪些因素影响形成非晶态金属？为什么？

答：液态金属的粘度：粘度越大原子扩散越困难，易于保留液态金属结构。

冷却速度；冷却速度越快，原子重新排列时间越断，越容易保留液态金

属结构。

5、合金强化途径有哪些？各有什么特点？

答：细晶强化、固溶强化、复相强化、弥散强化（时效强化）加工硬化。 二、计算、作图题：（共60分，每小题12分）

1、求[111]和[201]两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来。

答：设所求的晶面指数为（h k l）

111111h:k:l::(112)011220则

2、氧化镁（MgO）具有NaCl型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：

r2r（1） 若其离子半径Mg=0.066nm，O2＝0.140nm，则其原子堆积密度

为多少？

r2r（2） 如果Mg/O2＝0.41，则原子堆积密度是否改变？

a2(rMg2rO2)0.412nm答：（1）点阵常数

3(rMg2rO2)4Pf40.733a堆积密度

（2）堆积密度会改变，因为Pf与两异号离子半径的比值有关。

3、已知液态纯镍在1.013×105 Pa（1大气压），过冷度为319 K时发生均匀形核，设临界晶核半径为1nm，纯镍熔点为1726 K，熔化热ΔHm＝18075J/mol，摩尔体积Vs＝6.6cm3/mol，试计算纯镍的液－固界面能和临界形核功。

2LHHTrGBTTmGmB，答：因为

所以

rGBrHT2.53105J/cm222Tm

2163163TmVAGv1.61019J2223HT3GB

4、图示为Pb-Sn-Bi相图投影图。问：

（1）写出合金Q（wBi＝0.7，wSn＝0.2）凝固过程及室温组织； （2）计算合金室温下组织组成物的相对含量。

答：（1）冷却至液相面析出Bi：LBi初，随温度降低Bi增多，液相成分延Bi-Q的延长线向E3E移动；

液相成分达到E3E后发生共晶反应，L（Sn＋Bi）共，液相成分延E3E向E移动；

液相成分达到E后，发生三元共晶反应L（Sn＋Bi＋β）共，随后冷却不再变化。

室温组织为：Bi初＋（Sn＋Bi）共＋（Sn＋Bi＋β）共

（2）wBi初＝2.88；w（Sn＋Bi）共＝0.407；w（Sn＋Bi＋β）共＝0.305

5、有一钢丝（直径为1mm）包复一层铜（总直径为2mm）。若已知钢的屈服强度σst＝280MPa，弹性模量Est＝205GPa，铜的σCu＝140MPa，弹性模量ECu＝110GPa。问：

（1）如果该复合材料受到拉力，何种材料先屈服？ （2）在不发生塑性变形的情况下，该材料能承受的最大拉伸载荷是多

少？

（3）该复合材料的弹性模量为多少？ 答；两金属的弹性应变相等，即：

(/E)ststCu(/E)Cu2050001.86Cu110000

（1） Cu先屈服；

6－666F总＝F＋F＝140102.410＋280100.810560N Cust（2）

stCuMPa （3） E(E)st(E)Cu130000三、综合分析题：（共50分，每小题25分）

[110]。 1、某面心立方晶体的可动滑移系为(111)、（1） 请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量； （2） 若滑移由刃位错引起，试指出位错线的方向； （3） 请指出在（2）的情况下，位错线的运动方向；

（4） 假设在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试计算单位

刃位错线受力的大小和方向（取点阵常数为a＝0.2nm）。

ab[110]2答：（1）柏氏矢量：；

（2） 位错线方向：[112]；

（3） 位错线运动方向平行于柏氏矢量；

11（4） Fb9.89910MN/m

2、若有，某一Cu-Ag合金（wCu＝0.075，wAg＝0.925）1Kg，请提出一种方案从该合金中提炼出100g的Ag，且要求提炼得到的Ag中的Cu含量wCu低于0.02。（假设液相线和固相线固相线均为直线）。

答：1. 将1Kg合金加热至900℃以上熔化，缓慢冷却至850℃，倒去剩余液体，所得固体a1约780g，wCu＝0.055；

2. 将a1熔化，缓慢冷却至900℃，倒去剩余液体，得a2约380g，wCu＝0.03； 3. 将a2熔化，缓慢冷却至920℃，倒去剩余液体，得a3约260g，wCu＝0.02； 4. 将a3熔化，缓慢冷却至935℃，倒去剩余液体，得a4约180g，wCu＝0.013，即可。

2005年西北工业大学硕士研究生入学试

题 参考答案

一、简答题（每题 8 分，共 40 分）

1. 请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 答：热力学条件 ΔG < 0 结构条件： r > r*

能量条件： A > ΔG max 成分条件

2. 同素异晶转变和再结晶转变都是以形核长大方式进行的，请问两者之间有何差别？

答：同素异晶转变是相变过程，该过程的某一热力学量的倒数出现不连续；再结晶转变只是晶粒的重新形成，不是相变过程。

3. 两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区别？ 答：位错的交割属于位错与位错之间的交互作用，其结果是在对方位错线上产生一个大小和方向等于其柏氏矢量的弯折，此弯折即被称为扭折或割阶。扭折是指交割后产生的弯折在原滑移面上，对位错的运动不产生影响，容易消失；割阶是不在原滑移面上的弯折，对位错的滑移有影响。

4. 请简述扩散的微观机制有哪些？影响扩散的因素又有哪些？

答：置换机制：包括空位机制和直接换位与环形换位机制，其中空位机制是主要机制，直接换位与环形换位机制需要的激活能很高，只有在高温时才能出现。 间隙机制：包括间隙机制和填隙机制，其中间隙机制是主要机制。 影响扩散的主要因素有：温度（温度约高，扩散速度约快）；晶体结构与类型（包括致密度、固溶度、各向异性等）；晶体缺陷；化学成分（包括浓度、第三组元等）

5. 请简述回复的机制及其驱动力。 答：低温机制：空位的消失

中温机制：对应位错的滑移（重排、消失） 高温机制：对应多边化（位错的滑移＋攀移）

驱动力：冷变形过程中的存储能（主要是点阵畸变能） 二、计算、作图题：（共 60 分，每小题 12 分） 1. 在面心立方晶体中，分别画出

、

和、

，

指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？若外力方向为 [001] ，请问哪些滑移系可以开动？

2. 请判定下列位错反应能否进行，若能够进行，请在晶胞图上做出矢量图。 （ 1 ） 几何条件：

，满足几何条件

能量条件：

满足能量条件，反应可以进行。 （ 2 ） 几何条件：

，满足几何条件

能量条件：

满足能量条件，反应可以进行。

3. 假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为

，请回答：

1) 给出滑移位错的单位位错柏氏矢量；

2）若滑移位错为纯刃位错，请指出其位错线方向；若滑移位错为纯螺位错，其位错线方向又如何？

答：（ 1 ）单位位错的柏氏矢量

；

；纯螺

（ 2 ）纯刃位错的位错线方向与 b 垂直，且位于滑移面上， 为

位错的位错线与 b 平行，为 [011]。

4. 若将一块铁由室温 20 ℃ 加热至 850 ℃ ，然后非常快地冷却到 20 ℃ ，请计算处理前后空位数变化（设铁中形成 1mol 空位所需的能量为 104675 J ）。

答：

5. 已知三元简单共晶的投影图，见附图，

1) 请画出 AD 代表的垂直截面图及各区的相组成（已知 T A >T D ）； 2) 请画出 X 合金平衡冷却时的冷区曲线，及各阶段相变反应。

答：

三、综合分析题：（共 50 分，每小题 25 分）

1. 请对比分析加工硬化、细晶强化、弥散强化、复相强化和固溶强化的特点和机理。

答：加工硬化：是随变形使位错增殖而导致的硬化；

细晶强化：是由于晶粒减小，晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。该强化机制是唯一的同时增大强度和塑性的机制。 弥散强化：又称时效强化。是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制和绕过机制。 复相强化：由于第二相的相对含量与基体处于同数量级是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。

固溶强化：由于溶质原子对位错运动产生阻碍。包括弹性交互作用（柯氏气团）、电交互作用（玲木气团）和化学交互作用。

2. 请根据所附二元共晶相图分析解答下列问题：

1）分析合金 I 、 II 的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；

2） 说明室温下 I 、 II 的相和组织是什么？并计算出相和组织的相对含量； 3）如果希望得到室温组织为共晶组织和 5% 的 β 初 的合金，求该合金的成分；

4）分析在快速冷却条件下， I 、 II 两合金获得的组织有何不同。

答：（ 1 ）

（ 2 ） I ： α 初 ＋ β II

，相组成与组织组成比例相同

II ： β 初 ＋（ α ＋ β ） 共 ＋ β II （忽略）

（ 3 ）设所求合金成分为 x

（ 4 ） I 合金在快冷条件下可能得到少量的共晶组织，且呈现离异共晶的形态，合金中的 β II 量会减少，甚至不出现；

II 合金在快冷条件下 β 初呈树枝状，且数量减少。共晶体组织变细小，相对量增加。

2006年西北工业大学硕士研究生入学试

题 参考答案

一、简答题（每题 10 分，共 50 分）

1. 试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。

答：金属材料：主要以金属键为主，大多数金属强度和硬度较高，塑性较好。 陶瓷材料：以共价键和离子键为主，硬、脆，不易变形，熔点高。 高分子材料：分子内部以共价键为主，分子间为分子键和氢键为主。

复合材料：是以上三中基本材料的人工复合物，结合键种类繁多。性能差异很大。

2. 位错密度有哪几种表征方式？

答：有两种方式：体密度，即单位体积内的位错线长度；面密度，即垂直穿过单位面积的位错线根数。

3. 陶瓷晶体相可分为哪两大类？有何共同特点？

答：氧化物陶瓷和硅酸盐陶瓷。特点： 1. 结合键主要是离子键，含有一定比例的共价键； 2. 有确定的成分，可以用准确的分子式表达； 3. 具有典型的非金属性质。

4. 冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理？

答：保持较高强度则应进行低温退火，使其只发生回复，去除残余应力；要继续冷变形则应进行高温退火，使其发生再结晶，以软化组织。

5. 扩散激活能的物理意义为何？试比较置换扩散和间隙扩散的激活能的大小。 答：扩散激活能的物理意义是原子跃迁过程中必须克服周围原子对其的阻碍，即必须克服势垒。相比而言，间隙扩散的激活能较小。 二、作图计算题（每题 15 分，共 60 分） 1. 已知碳在 γ － Fe 中扩散时， D 0 ＝ 2.0 × 10 － 5 m 2 /s ， Q ＝ 1.4 × 10 5 J/mol 。当温度由 927 ℃上升到 1027 ℃ 时，扩散系数变化了多少倍？（ R ＝ 8.314 J/(mol.K) ） 答：

2. 已知某低碳钢 σ 0 =64KPa ， K=393.7 ，若晶粒直径为 50μm ，该低碳钢的屈服强度是多少？

答：由霍尔－配奇公式得：

3. 试计算 BCC 晶体最密排面的堆积密度。 答： BCC 密排面为｛ 110 ｝面，其面积为：

｛ 110 ｝面上被原子占据的面积为（两个原子）：

堆积密度：

4. 和 均位于 Fcc 铝的 (111) 晶面上，因此理论上 和

的滑移均是可能的。

（ 1 ）画出 (111) 晶面及单位滑移矢量

和

。

（ 2 ）比较具有此二滑移矢量的位错的能量。

答：（ 1 ） （ 2 ）

两位错位于同一滑移面，因此 G 相同，故：

三、综合分析题（每题 20 分，共 40 分）

1. 试从晶界的结构特征和能量特征分析晶界的特点。 答：晶界结构特征：原子排列比较混乱，含有大量缺陷。 晶界能量特征：原子的能量较晶粒内部高，活动能量强。 晶界特征：

• 晶界——畸变——晶界能——向低能量状态转化——晶粒长大、晶界变直——晶界面积减小

• 阻碍位错运动—— σ b ↑ ——细晶强化 • 位错、空位等缺陷多——晶界扩散速度高 • 晶界能量高、结构复杂——容易满足固态相变的条件——固态相变首先发生地 • 化学稳定性差——晶界容易受腐蚀 • 微量元素、杂质富集

2. 试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。 答：

• 组织结构：（ 1 ）形成纤维组织：晶粒沿变形方向被拉长；（ 2 ）形成位错胞；（ 3 ）晶粒转动形成变形织构。

• 力学性能：位错密度增大，位错相互缠绕，运动阻力增大，造成加工硬化。 • 物理化学性能：其变化复杂，主要对导电，导热，化学活性，化学电位等有影响。

• 体系能量：包括两部分：（ 1 ）因冷变形产生大量缺陷引起点阵畸变，使畸变能增大；（ 2 ）因晶粒间变形不均匀和工件各部分变形不均匀引起的微观内应力和宏观内应力。这两部分统称为存储能，其中前者为主要的。 冷变形后引起的组织性能变化为合金随后的回复、再结晶作了组织和能量上的准备。

一、简答题（每题6分，共30分）

1．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？

2．面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？

3．立方晶系中，若位错线方向为[001]，ba[110]，试说明该位错属于什么类型。

4．请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。

QDD0expkT说明影响扩散的因素。 5．试从扩散系数公式

6．何为过冷度？它对形核率有什么影响？

二、作图计算题（每题10分，共40分）

1． 在面心立方晶体中，分别画出(101)、[110]和(111)、[110]，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？

2． 已知Al为面心立方晶体，原子半径为rA。若在Al晶体的八面体间隙中能溶

入最大的小原子半径为rB，请计算rB与rA的比值是多少。

L(wB0.15)(wB0.95)3． A-B二元合金中具有共晶反应如下：(wB0.75)若共晶反应

刚结束时，α和β相的相对含量各占50%，试求该合金的成分。 4． 已知铜的临界分切应力为1Mpa，问要使(111)面上产生[101]方向的滑移，应在[001]方向上施加多大的力？

三、综合分析题（每题15分，共30分） 1．按下列条件绘出A-B二元相图：

（1）A组元（熔点600℃）与B组元（熔点500℃）在液态时无限互溶； （2）固态时，A在B中的最大固溶度为wA=0.30，室温时为wA=0.10；而B在

固态下不溶于A； （3）300℃时发生共晶反应

tEL(wB0.40)A(wB0.70)。在A-B二元相图中，分析

wB=0.6的合金平衡凝固后，在室温下的相组成物及组织组成物，并计算

各相组成物的相对含量。

2．请绘出下列Fe-C合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图，并标注各组织。（腐蚀剂均为3%硝酸酒精）

工业纯铁

20钢

45钢

T8钢

T12钢

亚共晶白口

铸铁

一、简答题（每题6分，共30分）

1．工程材料分为哪几类？它们的结合键如何？

2．根据凝固理论，请分析细化铸锭晶粒的途径及原理

3．固溶体非平衡凝固时，形成微观偏析和宏观偏析的原因有何区别？

4．请为置换固溶体、间隙固溶体、间隙化合物、正常价化合物、电子化合物和间隙化合物各举一具体例子。

5．为什么细晶强化可以同时提高合金强度、硬度、塑性和韧性？

二、作图计算题（每题10分，共40分）

1． 钛的晶胞（密排六方）体积在20℃时为0.106nm3，其c/a＝1.59，求：

（1）c、a的值； （2）钛原子半径。

2． 已知钼为体心立方结构，请回答：

（1） 画出其晶胞示意图；

（2） 在图中画出一个可能的滑移系，并标明滑移面和滑移方向的指数。 3． 一碳钢在平衡冷却条件下，室温组织为珠光体＋二次渗碳体，其中珠光体

含量为90%。请确定该碳钢的含碳量，并画出组织示意图。

[011]，请回答： 4． 假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为(111)、（1） 给出滑移位错的单位位错柏氏矢量；

（2） 若滑移位错为纯刃位错，请指出其位错线方向；若滑移位错为纯螺位

错，其位错线方向又如何？

三、综合分析题（每题15分，共30分）

1．根据下列已知条件绘出A-B二元共晶相图： i. tA > tB（tA 、tB为A、B的熔点）；

L(wB0.10)(wB0.95) ii. 共晶反应为(wB0.60)；

iii. B在A中的固溶度随温度的下降而减小，室温时为wB＝0.03；A在B

中的固溶度不随温度变化，

并请回答：

（1）分析wB=0.85的合金平衡结晶过程；

（2）计算该合金室温下的相组成物及组织组成物。（忽略二次相）

8. 一楔型纯铜铸锭，经间距恒定的轧辊轧制（如图）； （1） 请画出轧制后，锭子的晶粒示意图。

（2） 画出将该锭子进行再结晶退火后，晶粒示意图。并分析原因。

tE

一、简答题（每题5分，共30分）

1．何为空间点阵？它与晶体结构有何异、同？ 2．请简述晶界有哪些特征？ 3．何为固溶强化？置换固溶体与间隙固溶体相比,哪个的固溶强化效果强？请简述影响固溶度的因素。

4．请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 5．什么是反应扩散？请简述其特点。

6．简述在什么情况下会发生单滑移、多滑移和交滑移，它们的滑移线形貌特征是什么。

二、作图计算题（每题10分，共40分）

1． 请计算简单立方和体心立方晶体的（100）、（110）和（111）晶面的面间

距（假设两种点阵的点阵常数都是a）。

)、 [101] 、(111)、 [110]和、(111)、 [011]，2． 在面心立方晶体中，分别画出(101指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？若

外力方向为<001>，请问哪些滑移系可以开动？

3． 请判定下列反应能否进行，若能够进行，则在简单立方晶胞内绘出参加反应

位错的柏氏矢量。

1)

aaa[110][121][211]266

aaa[112][111][111]362

2)

4． 已知三元简单共晶的投影图，见附图，

1) 请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组成；

2) 请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线，及各阶段相变反应。

A X e D B

C

三、综合分析题（每题15分，共30分）

1．已知Mg-Ni合金系中一个共晶反应：

L23.5%Ni纯Mg+Mg2Ni54.6%Ni

设有C1和C2两种合金，C1为亚共晶，C2为过共晶。这两种合金的初生相质量分数相等，但室温时C1中(即Mg)的总量是C2中总量的2.5倍，请确定C1和C2的成分。

2. 某工厂对一大型零件进行淬火处理，经过1100℃加热后，用冷拉钢丝绳吊挂，由起重吊车送往淬火水槽，行至途中钢丝突然发生断裂。该钢丝是新的，且没有瑕疵，是分析该钢丝绳断裂的原因。

一、简答题（每题6分，共30分）

1．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？

离子键：正负离子相互吸引；键合很强，无方向性；熔点、硬度高，固态不

导电，导热性差。

共价键：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有方向性；熔点、硬度高，

不导电，导热性有好有差。

金属键：金属正离子于自由电子相互吸引；键合较强，无方向性；熔点、硬

度有高有低，导热导电性好。

分子键：分子或分子团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、

硬度低，不导电，导热性差。

氢 键：类似分子键，但氢原子起关键作用XH-Y；键合弱，有方向性；

熔点、硬度低，不导电，导热性好。

2．面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？

晶胞原子数 配位数 致密度 面心立方 4 12 74% 体心立方 2 8 68%

b3．立方晶系中，若位错线方向为[001]，a[110]，试说明该位错属于什么类型。

因位错线方向垂直于柏氏矢量，所以是刃位错。

4．请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。

相同点：小原子溶入

不同点：若小原子溶入后，大小原子数量成比例，在选取点阵时，大小原子

点阵可以合并，这实际上改变了大原子的点阵结构，因此认为形成新相，称为间隙相（间隙化合物）。

若小原子溶入后，分布随机，大小原子点阵不能合并，仍然保留大原子点阵，称为间隙固溶体。

QDD0expkT说明影响扩散的因素。 5．试从扩散系数公式

从公式表达形式可以看出扩散系数与扩散激活能Q和温度T有关。扩散激活能越低扩散系数越大，因此激活能低的扩散方式的扩散系数较大，如晶界和位错处的扩散系数较大。温度越高，原子活性越大，扩散系数越大。

6．何为过冷度？它对形核率有什么影响？

过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度的差值。 随过冷度增大，形核率先增后减。

二、作图计算题（每题10分，共40分）

1. 在面心立方晶体中，分别画出(101)、[110]和(111)、[110]，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？

[110] [110](101) (111) 对面心立方晶体，(101)非密排面，因此它不是滑移面；[110]是密排方向，因此是滑移方向。但这二者不能构成滑移系。

(111)和[110]是密排面和密排方向，因此可以构成滑移系。

2. 已知Al为面心立方晶体，原子半径为rA。若在Al晶体的八面体间隙中能溶入最大的小原子半径为rB，请计算rB与rA的比值是多少。

rB0.414rA

L(wB0.15)(wB0.95)3. A-B二元合金中具有共晶反应如下：(wB0.75)若共晶反应刚结束时，α和β相的相对含量各占50%，试求该合金的成分。

设合金成分为c％，由题知：

tE%0.95c100%50%0.950.15

得：c %＝0.55%

4. 已知铜的临界切分应力为1Mpa，问要使(111)面上产生[101]方向的滑移，应在[001]方向上施加多大的力？

对立方晶系，两晶向[h1k1l1]和[h2k2l2]夹角公式为：

cosh1h2k1k2l1l2h1k1l1222h2k2l2

222故滑移面的法线[111]与拉力轴方向[001]的夹角为：

cos101011(1)2121202021213

cos12

同理，滑移方向[101]与拉力轴方向[001]的夹角为：由分切应力公式得：

c2.45MPacoscos

三、综合分析题（每题15分，共30分） 1．按下列条件绘出A-B二元相图：

1) A组元（熔点600℃）与B组元（熔点500℃）在液态时无限互溶； 2) 固态时，A在B中的最大固溶度为wA=0.30，室温时为wA=0.10；而B

在固态下不溶于A；

3) 300℃时发生共晶反应

L(wB0.40)A(wB0.70)。

在A-B二元相图中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室温下的相组成物及组织组成物，并计算各相组成物的相对含量。

A B

相组成：A＋β 组织组成：A＋β＋AII

9060100%33.3%900 %133.3%66.7%

A%2．请绘出下列Fe-C合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图，并标注各组织。（腐蚀剂均为3%硝酸酒精）

工业纯铁： F 20钢： F+P 45钢： F+P T8钢： P

T12钢： P+Fe3C网状 亚共晶白口铸铁：P+Ld’

考生注意：本试卷共四大题，满分150分。考试时间为3小时；所有答案均写

在答题纸上，在此答题无效。

一. 填空题（本题共15分,每空1分） (1) 结合键是包括 和 两大类，其中 金刚石是典型的 (指键类型)化合物,氯化钠是典型的 化合物。 (2) 金属晶体的典型结构包括 、 、

(3) 镁是密排六方金属结构,其单位晶胞中包含的原子数为 ,每个原子的配位数为. 致密度为 (4) 铁素体的机械性能特点是 . (5) CaF2结构是以Ca2+做面心立方堆积,F-填充 空隙. (6) 淬火后碳钢发生马氏体转变是典型的 相变。 二. 简答题(本题共5小题, 每小题8分, 满分40分) (1) 试述影响形成置换型固溶体的因素.

(2) 简述陶瓷材料脆性产生的原因及改善脆性的途径.

(3) 惰性气体和甲烷气体都是在很低的温度下才能凝聚，为什么？组成它们的原子之间作用力相同吗？为什么？

(4) 为什么铜银金等金属材料具有较好的延展性？ (5) 离子晶体点缺陷主要有哪些类型?它们各自有何特点?. 三. 论述题(本题共2小题,每题15分,满分30分)

(1) 扩散是固体材料中原子或分子的主要迁移方式,试述影响扩散的主要因素; (2) 从热力学定律的角度阐述均匀形核的条件,并讨论形核率与温度及过冷度的相互关系.

四. 计算题(本题共6小题,1题8分，2、3、4题每题9分,5、6题每题15分,满分65分)

(1) 画出金刚石晶体结构的平面投影图，标注质点的投影坐标。计算金刚石晶体结构的致密度。

(2) 氧化钡具有氯化钠型结构,钡的离子半径为1.34Å,氧的离子半径为1.32Å.已知钡(Ba)的原子量为137.33,氧(O)的原子量为16.试求氧化钡(BaO)的致密度及密度值.

(3) 铁(Fe)的密度实测值为7.87g/㎝3.已知体心立方铁的晶胞参数为2.866Å.试求在纯铁中的空位所占的比率.(已知铁的原子量为55.85)

(4) 一厚壁铁管内径为3㎝,内部有一厚为0.001㎝的铁膜.铁膜一边为浓度0.5×1020个/㎝3氮原子,另一边为浓度1×1018个/㎝3氮原子.试求在700℃下每秒钟通过此铁膜的氮原子总数(700℃氮在铁中的扩散系数为4×10-7㎝2/S) (5) 根据CaTiO3晶胞图（见右图）回答下列问题：

(a)晶面BCGF、DEG的晶面指 数；晶向DF、HA的晶向指数。

(b)结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；

(c)晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙？

(6) 如图所示二元共晶相图

（a）分析合金Ⅰ，Ⅱ的结晶过程，并画出冷却曲线。

（b）说明室温下合金Ⅰ，Ⅱ的相和组织是什么？用杠杆定律计算出相和组织的量。

（c）如希望得到共晶组织加上5％初生β，求合金的成分。

长安大学2007年硕士研究生入学考试试题B

试题代码：819 试题名称：材料科学基础

一、解释以下概念与术语（每小题10分，共50分）

1．沉淀硬化、变形硬化 2．热脆、冷脆 3．滑移、攀移 4．直线法则、共轭连线

5．过冷度、动态过冷度

二、何谓重心法则，试证明之。（10分）

三、在一个面心立方晶胞中画出下列晶面和晶向（012），（123），[012]，[123]

（10分）

四、试推导菲克第二定律。（15分）

五、用柯氏气团理论解释低碳钢的屈服平台现象。（15分）

六、（共20分）

图1中表示两个纯螺型位错，一个含弯折，一个含割阶。以图中所示箭头方向为位错的正方向，而弯折部分和割阶部分都是纯刃型位错。试问:

图1

A) 假定图1中所示的滑移面P为面心立方晶体的(111)面，问这一对位错线中哪一根比较容易通过它们自身的滑动而去除？请解释。 B) 解释含有割阶的螺型位错在滑动时是怎样形成空位的。

七、（共30分）

1．默写Fe-Fe3C相图。（7分）

2．分析0.4%C铁碳合金的结晶过程。（8分）

3．计算0.4%C铁碳合金室温下，平衡组织组成的相对质量和相组成的相对重量。（10分）

4．绘出0.4%C铁碳合金室温下的平衡组织。（5分）

东北大学材料科学基础2009年考研试题

一， 名词解释 晶带 schmid因子 层错 过冷度 伪共析转变 非均匀行核30分

二， Fcc晶体晶胞内1画出一个滑移面4分；2画出该面上的所有滑移方向8分；3计算面间距4分；4计算面密度4分

三， 析出硬化型合金能否在一定温度下淬火软化，为什么？什么合金易产生时效？泠变形对过饱和固溶体的时效影响。（表述有点出入，大体相同）15分 四， 晶界对多晶体塑性变形的作用及原理15分 五， 什么是强度？合金的强化方式有哪些10分 六， 分析脱溶析出和调幅分解的主要区别15分

七， 三元共晶相图，分析o点结晶15分（只画了一个三角形，然后随便画了一点） 八， Ti-Ni相图，分析恒温转变类型。Ti-30%Ni合金结晶路线，计算平衡相成分。30分

西北工业大学

2009年硕士研究生入学考试试题

试题名称：材料科学基础（B卷） 试题编号：832 说 明：所有答题一律写在答题纸上 第 1 页 共 3

页

1. 简答题（每题10分，共60分）

1. 在位错发生滑移时，请分析刃位错、螺位错和混合位错的位错线l与柏氏矢量b、外加切应力τ与柏氏矢量b、外加切应力τ与位错线l之间的夹角关系，及位错线运动方向。（请绘表格作答，答案务必写在答题册上）

类型

刃位错

螺位错

混合位错

b 与 l

τ 与 b

τ与 l

位错线运动方向

2. 什么是置换固溶体？影响置换固溶体溶解度的因素有哪些？形成无限固溶体的条件是什么？

3. 置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同？在扩散偶中，如果是间隙扩散，是否会发生柯肯达尔效应？为什么？

4. 在室温下对铁板（其熔点为 1538℃ ）和锡板（其熔点为 232℃ ），分别进行来回弯折，随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么？

5. 何为固溶强化？请简述其强化机制。

6. 请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。

二、作图计算题（每题10分，共40分） 1. 请比较FCC晶体中

2. 面心立方晶体沿[001]方向拉伸，可能有几个滑移系开动？请写出各滑移系指数，并分别绘图示之。

和 两位错的畸变能哪个较大。

3. 在Al单晶中，（111）面上有一位错

，

面上另一位错

。若两位错发生反应，请绘出新位错，并判断其性质。

4. 请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。

1) 综合分析题（每题25分，共50分）

1. 请分析影响回复和再结晶的因素各有哪些，以及影响因素的异同，并请分析其原因。

℃

℃

℃

℃

℃

℃

23

35

2. 附图为Ti-Al二元合金相图：

1） 请分析并分别写出1285℃、1125℃和665℃三个恒温转变的类型和反应

式，以及882℃时发生两相恒温转变的类型和反应式。

2） 请绘出w＝31%合金平衡结晶的冷却曲线，并注明各阶段的主要相变反

应。

3） 请分析500℃时，w＝31%的合金平衡结晶的相组成物和组织组成物，并

计算其质量分数。

（注：1125℃时，wTi＝27%，w Ti3Al＝26%，w TiAl＝35%；

500℃时，w Ti3Al＝23%，w TiAl＝35%）

2009年西北工业大学硕士研究生入学试题参

考答案

一、 简答题（每题10分，共60分）

1. 在位错发生滑移时，请分析刃位错、螺位错和混合位错的位错线l与柏氏矢量b、外加切应力τ与柏氏矢量b、外加切应力τ与位错线l之间的夹角关系，及位错线运动方向。（请绘表格作答，答案务必写在答题册上） 答：

b 与 l

⊥

//

τ 与 b

//

//

τ与 l

⊥ //

位错线运动方向

法线

法线

2. 什么是置换固溶体？影响置换固溶体溶解度的因素有哪些？形成无限固溶体的条件是什么？

答：溶质原子取代溶剂原子，并保持溶剂结构的合金相称为置换固溶体。 影响因素有：1）原子尺寸；2）晶体结构；3）电负性；4）电子浓度 两组元晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件。

3. 置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同？在扩散偶中，如果是间隙扩散，是否会发生柯肯达尔效应？为什么？

答：间隙扩散系数与空位浓度无关，而置换扩散系数与空位浓度有关（可用公式表示）。一般地，间隙扩散系数大于置换扩散系数。

不会发生。因为间隙扩散中考虑间隙原子定向流动，未考虑置换互溶式扩散。 4. 在室温下对铁板（其熔点为 1538℃ ）和锡板（其熔点为 232℃ ），分别进行来回弯折，随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么？ 答：根据T再＝（0.35～0.45）Tm可知

Fe在室温下加工为冷加工，Sn在室温下加工为热加工

因此随着弯曲的进行，铁板发生加工硬化，继续变形，导致铁板断裂 Sn板属于热加工，产生动态再结晶，弯曲可不断进行下去 5. 何为固溶强化？请简述其强化机制。

答：固溶强化就是溶质原子阻碍位错运动，从而使合金强度提高的现象。 主要机制包括：1）柯氏气团，即溶质原子的弹性应力场阻碍位错运动；2）玲木气团，即溶质原子降低基体层错能，使位错分解为扩展位错，阻碍位错交滑移或攀移；3）电交互作用，即带电溶质原子与位错形成静电交互作用，阻碍位错运动。

6. 请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。

答：相同点：恒温、恒成分转变；相图上均为水平线。

不同点：共晶为分解型反应，包晶为合成型反应；共晶线全是固相线，包晶线只有部分是固相线；共晶三角在水平线上，包晶三角在水平线下。 二、作图计算题（每题10分，共40分）

5. 请比较FCC晶体中

错的畸变能哪个较大。

和

两位

答：

故：b1的畸变能较小。

6. 面心立方晶体沿[001]方向拉伸，可能有几个滑移系开动？请写出各滑移系指数，并分别绘图示之。 答：共12个滑移系，其中可能开动的有8个。分别是：

、

、

，

、

面上另一位错

、

7. 在Al单晶中，（111）面上有一位错

。若两位错发生反应，请绘出新位错，并判断其性质。

答：新位错为 位错线为（111）面与

。

面的交线

。

b1 b3 b'2 b2 两者垂直，因此是刃型位错。

4. 请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。

答：

1) 综合分析题（每题25分，共50分）

1. 请分析影响回复和再结晶的因素各有哪些，以及影响因素的异同，并请分析其原因。 温度（升） 溶质原子 第二相粒子 回复 促进 阻碍 促进 再结晶 促进 促进 阻碍 原因 促进原子扩散 提供驱动力 阻碍位错和晶界的运动 冷变形量（增） 促进 促进或阻碍 即可能提高驱动力，同时阻碍位错和晶界运动 促进 无影响 增大再结晶驱动力 原始晶粒（细小） 促进 晶粒位向 热蚀沟 无影响 无影响 一般无影响 尚未形成热蚀沟 2. 附图为Ti-Al二元合金相图：

4） 请分析并分别写出1285℃、1125℃和665℃三个恒温转变的类型和反应

式，以及882℃时发生两相恒温转变的类型和反应式。

5） 请绘出w＝31%合金平衡结晶的冷却曲线，并注明各阶段的主要相变反

应。

6） 请分析500℃时，w＝31%的合金平衡结晶的相组成物和组织组成物，并

计算其质量分数。

（注：1125℃时，wTi＝27%，w Ti3Al＝26%，w TiAl＝35%；500℃时，w Ti3Al＝23%，w TiAl＝35%） 答：

1）1285℃：包析反应，βTi＋TiAl→Ti 1125℃：共析反应，Ti→Ti3Al＋TiAl 665℃： 包晶反应，L+TiAl3→Al 882℃： 同素异构转变，βTi→Ti

L L→βTi

βTi

相组成：Ti3Al、TiAl

组织组成：TiAl、（Ti3Al＋TiAl）共

二、

℃

℃

℃

℃

℃

℃

23 35