某大学年研究生材料科学基础专业考试试题Word文件下载.docx
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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。
(已知摩尔气体常数R=8.314J/mol·
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?
、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?
、计算、作图题:
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:
r2r
(1)若其离子半径Mg2=0.066nm,rO2=0.140nm,则其原子堆积密度为多少?
(2)如果rMg2/rO2=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(111)、[110]。
(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)。
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。
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。
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
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(hkl)
1
11:
11
12:
20
h:
k:
l
则
(112)
(1)若其离子半径rMg2=0.066nm,rO2=0.140nm,则其原子堆积密度为多少?
a2(r2r2)0.412nm
(1)点阵常数Mg2O2
3
(rMg2rO2)4
Pf430.73
堆积密度fa3
2)堆积密度会改变,因为Pf与两异号离子半径的比值有关。
r
因为
2
GB,
GB
LH
Tm
HT
所以
rGB
rHT
2Tm
52
2.53105J/cm2
Gv
16
3GB2
163Tm2V
3H2T2
1.61019J
(1)冷却至液相面析出Bi:
LBi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
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。
答;
两金属的弹性应变相等,即:
(/E)ststCu(/E)Cu
st
Cu
110000
205000
1)Cu先屈服;
2)
F总=FCu+Fst=140106
2.410-6+280106
0.8106
560N
3)E(E)st(E)Cu130000MPa
ab[110]答:
(1)柏氏矢量:
2;
(2)位错线方向:
[112];
(3)位错线运动方向平行于柏氏矢量;
(4)Fb9.8991011MN/m
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
3.将a2熔化,缓慢冷却至
4.将a3熔化,缓慢冷却至
900℃,倒去剩余液体,得
920℃,倒去剩余液体,得
935℃,倒去剩余液体,得
a2约380g,wCu=0.03;
a3约260g,wCu=0.02;
a4约180g,wCu=0.013,即可。
1.对fcc结构的晶体(点阵常数为a)
(1)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:
(2)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。
a[110]
2.在fcc,晶体中存在两个位错d1和d2,若d1的位错线方向l1//[112],柏氏矢量b1=2,d2的分
别为l2//[111],b2=2
(1)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;
(2)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;
(3)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}。