大学年度研究生材料科学基础专业考试试题文档格式.docx

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若有2kg 

P 

4kg 

R

7kg 

S混合，求混合后该合金的成分？

3、已知碳在γ-Fe中扩散时，D0=2.0×

10-5m2/s，Q=1.4×

105J/mol。

当温度在927℃时，求其扩散系数为多少？

（已知摩尔气体常数R=8.314J/mol·

K）

4、纯锆在553℃和627℃等温退火至完成再结晶分别需要40h和1h。

试求此材料的再结晶激活能。

5、画出40钢经退火后室温下的显微组织示意图，并注明组织、放大倍数、腐蚀剂等。

三、综合分析题：

（共50分，每小题25分）

1、图3—1是铜-铝合金相图的近铜部分。

（1）、写出ωAl=0.08的Al-Cu合金，平衡凝固后的室温组织，并述其形成过程？

（2）、若该合金在铸造条件下，将会是什么组织？

（3）、若该合金中Al含量改变时（当ωAl<

0.05或ωAl>

0.08时），其机械性能将如何变化？

2、已知位错环ABCD的柏氏矢量为b，外应力为τ和σ，如图3—2所示。

（1）、位错环的各边分别是什么类型的位错？

（2）、在足够大切应力τ作用下，位错环将如何运动？

（3）、在足够大的拉应力σ作用下，位错环将如何运动？

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？

1、求和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：

（1） 

若其离子半径=0.066nm，＝0.140nm，则其原子堆积密度为多少？

（2） 

如果/＝0.41，则原子堆积密度是否改变？

3、已知液态纯镍在1.013×

105Pa（1大气压），过冷度为319K时发生均匀形核，设临界晶核半径为1nm，纯镍熔点为1726K，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。

（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。

（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？

1、某面心立方晶体的可动滑移系为。

请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量；

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）。

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。

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。

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。

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。

细晶强化、固溶强化、复相强化、弥散强化（时效强化）加工硬化。

设所求的晶面指数为（hkl）

则

（1）点阵常数

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。

因为，

所以

（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

答；

两金属的弹性应变相等，即：

Cu先屈服；

（1）柏氏矢量：

；

位错线方向：

[112]；

位错线运动方向平行于柏氏矢量；

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。

1． 

对fcc结构的晶体（点阵常数为a）

分别计算原子在[100]，[110]和[111]晶向上的原子密度，并说明哪个晶向是密排方向：

计算原子在（100），（110）和（111）晶面上的原子密度和三个面的面间距，并指出面间距最大的晶面。

2． 

在fcc，晶体中存在两个位错d1和d2，若d1的位错线方向l1//[]，柏氏矢量b1=，d2的分别为l2//[111]，b2=

判断哪个位错为纯刃型位错，并求出其半原子面指数及滑移面指数；

该刃型位错如果发生分解形成扩展位错，试写出可能的位错反应并图示；

另外一个位错柏氏矢量的刃型和螺型分量模各为多少?

3． 

对某简单立方单晶体，其拉伸应力方向如附图1.2所示。

该晶

体的滑移系为<

100>

｛100｝。

求出每个滑移系的分切应力；

判定哪几组滑移系最容易开动。

4． 

有一合金试样其晶界能为0.5J/m2，在退火前原始晶粒直径为2.16×

10-3cm，屈服强度为108MPa。

对该合金在700℃退火2h处理后其屈服强度降低为82MPa。

在退火过程中保温1h时测得该合金放出热量为0.021J/cm3，继续保温1h测得该合金又放出热量0.014J/cm3。

求如果该合金只在700℃保温1h后的屈服强度。

（已知合金单位体积内界面面积Sv与晶粒直径d之间的关系为Sv＝2/d，且放出的热量完全由于晶粒长大、晶界总面积减少所致。

）

5． 

Fe-Si合金（wsi＝0.03，bcc结构）的点阵常数d＝0.3nm，经形变后研究其回复再结晶机制。

回复退火时材料发生多边化过程，观察到三个亚晶交于点O（见附图1.3）。

经蚀坑法测得三段亚晶界（OA，OB和OC，其长度均为0.2nm）的刃型位错总数为1.198×

104，设它们均匀分布构成亚晶界（α＝120°

，β＝80°

）。

求相邻亚晶间的位向差θ；

若经再结晶后这些亚晶界在原来位置转变为大角度晶界，且测得OA的晶界能为0.8J/m2，求其他两个晶界的晶界能。

6． 

渗碳可提高钢的表面硬度。

若在1000℃对γ-Fe渗碳，已知在距表面1～2mm之间，碳浓度从5％（摩尔分数）降到4％。

估算碳进入该区域的扩散通量J（摩尔／m2·

s）。

已知γ-Fe在1000℃时的密度为7.63g/cm3，扩散常数D0＝2×

10-5m2/s，激活能Q＝142kJ/mol，Fe的