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1、共 4 页1二 O 一二年招收硕士研究生入学考试试题 考试科目及代码： 材料科学基础 810 可使用的常用工具： （计算器、尺和量角器） 答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。 考试时间3 小时，总分值150 分。 姓名：报考学科、专业：准考证号码：密封线内不要写题一、名词解释， 24 分（材加专业任选 6 题，每题 4 分，其他专业任选8 题，每题 3 分）1、晶格2、配位数3、成分过冷4、离异共晶5、位错密度6、枝晶偏析7、柏氏矢量8、取向因子9、再结晶温度10、加工硬化11、动态回复12、间隙扩散二、填空题20 分（每空1 分，任选 20 空）1、布拉菲
2、点阵共有种，归纳为个晶系。面心立方晶体的晶格常数为a，则一个晶胞中原子数为，原子半径为。2、晶体中常见的点缺陷有和，它们的平衡浓度主要受影响。3、金属结晶时在固相在液相中生长界面，其按微观结构可以分为界面和界面。4、 三元合金无限缓慢冷却达到四相平衡时，此时不仅合金的保持不变，而且合金中也保持不变，自由度为。5、 体心立方的滑移面为，滑移方向为。6、 在外力作用下运动位错遇到第二相质点时，会以机制或机制通过。7、 原子在晶体中扩散驱动力为_。形变金属在高温发生再结晶的驱动力为_ ，随之晶粒长大驱动力为_ _ 。8、螺型位错的柏氏矢量与位错线相互，位错线不能像刃型位错样形成环，只能是线。9、合金
3、铸锭的典型宏观组织包括外壳的、中间的和心部的。10、 相律是分析相图的重要工具， 当系统的压力为常数时， 相律的表达式为。三、画图题（材加专业44 分，其他专业 40 分）1、绘出金属材料中常见的三种晶体的晶胞，并标注出其中的最密排面和最密排方向。 （12 分）2、在简单立方晶体的晶胞中画出晶面（101）和（110） ，并在（ 101）上画出 010 和101-晶向。 （8 分）3、Fe-Fe3C 相图（ 24 分）（1）绘出 Fe-Fe3C 相图（ 5 分） ；共 4 页2（2）标出三条 Fe3C 析出线，写出在这些线上重要点的温度、成分（9 分） 。（3）标出三条水平线， 写出三个等温平衡
4、反应式和这些线上各点的温度、成分，并说明三相点的意义。（材控专业 12 分，其他专业 6 分） 。四、计算题（材加专业36 分，其他专业 34 分）1、利用 Pb-Sn相图，分析含 50%Sn的合金的平衡凝固过程，画出示意图；指出室温下的相，并计算相的相对含量；指出室温下的组织并求出组织的相对含量；（室温下， 相的固溶度为 2%，相的固溶度为 99%） ，这种合金在铸造时可采用哪两种方法能有效地提高其强度？（18 分）2、计算简单立方晶体中（ 110）和（121）的面间距。（材控专业 10 分，其他专业 8 分）3、已知纯铝（ fcc）c=0.79Mpa，使()111面产生 101方向的滑移，
5、需在 001方向上施加多大的力？（ 8 分）五、问答题（材加专业做 1 、2和 3 题，共 26 分；其他专业只有2 题不做，共 32 分）1、什么是单滑移、 多滑移和交滑移？滑移在抛光金属表面留下线，滑移线中相邻晶体错动留下台阶是怎样形成？（10 分）2、如右图一楔型纯铜铸锭，经连轧机组轧制成板材后，其压下率左边为 0，右边为 60%。然后将板带进行再结晶退火后，画出最终晶粒示意图，并分析退火对板带的加工性能和力学性能带来的变化？（ 6 分）3、叙述细晶强化和固溶强化的特点和机理，那种强化方式好？（10 分）4、 为什么钢的渗碳在奥氏体中进行而不在铁素体中进行？在同一温度下碳在铁素体中扩散快
6、还是在奥氏体快？铁与碳各自扩散机理？（6 分）5、A、B 和 C组成三元相图，它们在固态有限互溶，在液态纯组元A的凝固点最高，B 次之，C 最低，A-B 、A-C 和 B-C 组成的二元系均为有限固溶的共晶系，请画出三元相图液相面和液相面的投影图（6分）共 4 页3二 O一二年招收硕士研究生入学考试试题参考答案 考试科目及代码： 材料科学基础 810 适用专业：材料学、材料加工学、等离子物理和材料物理与化学 一、名词解释， 24 分（材料加工学任选6 题，每题 4 分，其他专业任选 8 题，每题 3 分）1、晶格：晶体中原子（或离子、分子、原子集团）在三维空间有规律的周期性的重复排列，若假想用
7、三组平行直线将它们几何中心连接，这些直线所形成的空间格子。2、配位数：晶体结构中，与任一原子最近邻并且等距离的原子数。3、成分过冷：由于溶液中溶质分布的变化，改变了熔点，从而产生的过冷称为成分过冷。4、离异共晶：当合金成分偏离共晶成分很远时，在不平衡凝固时会形成两相分离的共晶组织，称为离异共晶。5、位错密度：单位体积晶体中位错线的总长度。6、枝晶偏析：金属与合金凝固时固相以枝晶方式生长，使晶内高次枝晶与低次枝晶部成分不均匀的现象。7、柏氏矢量：代表位错畸变总量和方向的矢量8、取向因子：当晶体受到外力时，如果外力轴与滑移面法线夹角为 ，与滑移方向夹角为 ，则 cos cos称为取向因子。9、再结
8、晶温度：通常把再结晶温度定义为经过严重冷变形的金属（ 70%） ，加热 1小时，再结晶体积占到总体积的95%的温度。10、加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时，由于晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，使金属的强度和硬度升高，塑性和韧性降低的现象。11、动态回复：热加工时由于温度很高，金属在变形的同时发生回复，同时发生加工硬化和软化两个相反的过程。这种在热变形时由于温度和外力联合作用下发生的回复过程称为 “ 动态回复 ” 。12、间隙扩散：扩散原子在点阵的间隙位置之间跳迁而导致的扩散。间隙固溶体中溶质原子半径较小，间隙位置数目较多，易发生间隙扩散。二、填空题（ 120
9、 20 分）1、14，7， 4, 24a2、空位，间隙原子，温度3、粗糙，光滑4、温度，成分，0 5、110 ，12 6、切过，绕过7、 化学位梯度，冷变形产生的储存能的释放，晶粒长大前后的界面能差8、平行，直线9、激冷细小等轴晶区，柱状晶区，粗大等轴晶区10、f=C-P+1 三、画图题（材料加工44分，其他专业 40 分）共 4 页41、12 分fcc: 110, ; bcc: 111, ; hcp: 0001, 2、8 分 在简单立方晶体的晶胞中画出晶面（101） 和（110） ，并在（101） 上画出 010 和101-晶向。共 4 页第 5 页 共 7 页3、Fe-Fe3C 相图（ 2
10、4 分） （1）5 分（2） 9 分图中 DC 线是一次渗碳体、 ES线是二次渗碳体和PQ线是三次渗碳体析出线，D 点 1227和 6.69%wt 的碳， C1148和 4.3%，S1148和 2.11%，E727和 0.77%，P727和 0.0218% ，Q300 和0%（3） （材控专业 12 分，其他专业 6 分）（2）HJB 水平线：JHB+L；ECF 水平线：CFeLEc3+；PSK 水平线：CFeps3+。B、H 和 J1495,0.09%、0.17%和 0.53%，其中 H 为包晶点；E、 C 和 F1148， 2.11%、 4.3%和 6.69%， 其中 E 共晶点；P、 S
11、 和 K727，0.0218%、0.77%和 6.69%，S 点共析点。四、计算题（材控专业36 分，其他专业 34 分）1、18分 解：含 50%Sn的合金平衡凝固后的相为：相和 相；组织为： + 共晶相和先共晶 相相的相对含量：组织的相对含量：（110）(101) 共 4 页第 6 页 共 7 页502%49.5%992%1%50.5%-=-=-=61.950%27.3%61.9 18.3%1%72.7% -=-+= -=（）采用提高过冷度和变质处理2、 （材控专业 10 分，其他专业 8 分）（110）aa22011d=+=（121）6d6141aa=+3、8 分79.0cosAFcos
12、0c=?cos =cos（001,101 ）= 2/2 cos =cos（001,101）= 3/3 21A0=代入得，c=F 6/3，F=0.968mPa 五、问答题（材控专业做1 、2 和 3 题，26 分；其他专业不做2 题，共 32 分）1、10 分单滑移：对于有多组滑移系的晶体，当其余外力轴取向不同时，处于软位向的一滑移系首先开动，这便是单滑移多滑移：若两组或机组滑移系处在同等有利的位向，在滑移时，各滑移系同时开动，或由于滑移过程中晶体的转动使两个或多个滑移系交替滑移叫多滑移交滑移：交滑移时指两个或多个滑移面沿同一个滑移方向滑移。单滑移的痕迹是平行的，多滑移和交滑移是交叉的台阶：是大
13、量位错逸出晶体造成两部分互相错动而成。2、6 分共 4 页第 7 页 共 7 页板带头部冷变形量少，退火未再结晶，加工和力学性能变化可忽略；中部冷变形处于临界量，退火后晶粒尺寸长大，加工和力学性能比冷变形前差，比冷变形后好；其他由于发生再结晶，强度和硬度降低，塑性与韧性变好，冷变形能力恢复。3、10 分固溶强化指金属中由于溶质原子的存在，使得其强度提高。固溶强化的根本原因在于溶质原子与位错的交互作用，这种交互作用又分为溶质沿位错聚集并钉扎位错的弹性交互作用和化学交互作用两类。细晶强化是指多晶体的屈服强度随晶粒尺寸的减小而增加。可以用Hall-Petch 关系表示：120sKd-=+。式中 0为常数，反映晶内变形阻力，相当于单晶体金属的屈服强度；K 为常数，表征晶界对强度的影响，与晶界结构有关；d 为多晶体中各晶粒的平均直径。细晶强化的原因是晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。细晶强化有尺寸限制。细晶强化既提高材料的强度，也提高材料的塑韧性，该方法最好。4、 6 分奥氏体中碳的最大溶解度为2.11%， 而在铁素体中的最大溶解度仅为0.02%， 在 -Fe中可以获得更大的浓度梯度。 -Fe 的致密度 0.74，而. -Fe的 0.68，后者原子间距大，所以间隙扩散快。 Fe原子是自扩散，原子与空位交换位置而进行；C 是间隙扩散。5、6 分A B C A C B