西北工业大学832材料科学基础硕士研究生入学考试试题文档格式.docx
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2）2刃位错引起的应力场既有正应力又有切应力。
3）3位错线可以是折线或曲线,但位错线必与滑移（矢量）方向垂直
4）4滑移面惟一
5）5位错线的移动方向与晶体滑移方向平行（一致）
6）6位错线与柏氏矢量垂直
螺型位错：
1）1上下两层原子发生错排，错排区原子依次连接呈螺旋状
2）2螺位错应力场为纯切应力场
3）3螺型位错与晶体滑移方向平行，故位错线一定是直线
4）4螺型位错的滑移面是不惟一；
5）5位错线的移动方向与晶体滑移方向相互垂直。
6）6位错线与柏氏矢量平行
七、何谓金属材料的加工硬化？
随变形量增大，强度硬度升高，塑形下降的现象。
软化方法是再结晶退火。
八、什么是离异共晶？
在共晶水平线的两个端部附近，由于共晶量少，领先相相依附在初生相上，另一相独立存在于晶界，在组织学上失去共晶体特点，称为离异共晶。
有时，也将端部以外附近的合金，在非平衡凝固时得到的少量共晶，称为离异共晶。
九、形成无限固溶体的条件是什么？
只有置换固溶体才可能形成无限固溶体。
且两组元需具有相同的晶体结构、相近的原子半径、相近的电负性、较低的电子浓度。
原因：
溶质原子取代了溶剂原子的位置，晶格畸变较小，晶格畸变越小，能量越低。
电负性相近不易形成化合物。
电子浓度低有利于溶质原子溶入。
十、两个尺寸相同、形状相同的铜镍合金铸件，一个含90%Ni，另一个含50%Ni，铸造后自然冷却，问哪个铸件的偏析严重？
50%Ni的偏析严重，因为液固相线差别大，说明液固相成分差别大，冷速较快不容易达到成分均匀化。
7、作图计算题（每题15分，共60分）
几何条件：
，满足几何条件
能量条件：
不满足能量条件，反应不能进行。
外力在（111）
上的分切应力为：
作用在位错线上的力为：
8、综合分析题（共40分）
3.经冷加工的金属微观组织变化如图a所示，随温度升高，并在某一温度下保温足够长的时间，会发生图b-d的变化，请分析四个阶段微观组织、体系能量和宏观性能变化的机理和原因。
图a：
晶粒拉长，缺陷数量增大形成位错亚结构，产生变形织构；
存储能升高；
位错缠结导致加工硬化，强度硬度升高，塑形下降，组织取向明显导致各向异性。
图b：
回复。
晶粒基本不变，位错发生滑移、攀移等，位错重排，数量略有减少，空位大量减少。
内应力得到消除。
加工硬化基本保留。
图c：
再结晶。
形成新的无畸变新晶粒。
存储能全部释放，变形产生的点阵畸变消除。
加工硬化消除，力学性能基本恢复到冷变形前的水平。
图d：
晶粒长大。
晶粒粗化。
体系能量因界面能的下降而下降。
强度下降，塑形也下降。
4.根据Ag-Cd二元相图：
3）分析Ag-95%Cd合金的平衡凝固与较快速冷却时，室温下组织组成会有什么变化，并讨论其原因。
736℃：
包晶反应，L+Ag→β
590℃：
包晶反应，L+δ→ε
440℃：
共析反应，β→Ag+γ
230℃：
共析反应，γ→β′＋δ′
2）
L
L→β
L+β→δ
β→δ
δ→β
δ+β→γ
β→γ
γ→δ′
γ→β′＋δ′
β′→δ′
δ′→β′
γ
3）Ag-95%Cd合金的平衡凝固到室温：
Cd包＋εII
较快速冷却到室温：
ε初＋Cd包＋εII，且εII相数量相对较少，尺寸相对细小。
快速冷却时，由于固态中扩散较慢，使本应该在包晶反应中消失的ε初有剩余，既产生包晶转变不完全。
另外，由于冷速快，使得εII相变得细小，析出数量减少。
4.6答题技巧总结
按题型的顺序，将知识点归到题型中讲解。
一、简单题
1、【07】请说明什么是全位错和不全位错，并请写出FCC、BCC和HCP晶体中的最短单位位错的柏氏矢量。
全位错：
柏氏矢量等于点阵矢量的整数倍；
不全位错：
柏氏矢量不等于点阵矢量的整数倍。
Fcc：
；
bcc：
hcp：
2、【07】已知原子半径与晶体结构有关，请问当配位数降低时，原子半径如何变化？
半径收缩。
若半径不变，则当配位数降低时，会引起晶体体积增大。
为了减小体积变化，原子半径将收缩。
3、【09】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。
一定角度
//
法线
⊥
位错线运动方向
τ与l
τ与b
b与l
4、【09】何为固溶强化？
请简述其强化机制。
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。
5、【09】请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。
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。
6、【10】请分析解释在正温度梯度下凝固，为什么纯金属以平面状方式生长，而固溶体合金却往往以树枝晶方式长大？
正温度梯度下，纯金属的液固界面是等温的，小突起处的过冷度小，生长受到抑制，因此液固界面保持平直，以平面状生长。
固溶体合金由于溶质原子再分配，产生成分过冷，液固界面处的小突起将获得更大过冷度，因此以树枝状生长。
7、【10】铁碳合金中可能出现的渗碳体有哪几种？
它们的成分有何不同？
平衡结晶后是什么样的形态？
一次渗碳体（规则的、粗大条状）、共晶渗碳体（莱氏体的连续基体）、二次渗碳体（沿奥氏体晶界分布，量多时为连续网状，量少时是不连续网状）、共析渗碳体（层片状）、三次渗碳体（铁素体晶界处）。
它们成分没有区别。
简答题，通过对题目的分析思考，寻找题目对应的知识点，按照对号入座的方式把相关知识点写出来，并可适当拓展相关知识或引用实际工程应用问题，要求学生要对基本概念有充分的理解，解答此类习题时多写并不扣分。
二、作图计算题
1、【07】试画出立方晶体中的（123）晶面和
晶向。
解：
2、【10】写出附图的简单立方晶体中ED、C’F的晶向指数和ACH、FGD’的晶面指数，并求ACH晶面的晶面间距，以及FGD’与ABCD两晶面之间的夹角。
（注：
G、H点为二等分点，F点为三等分点）
ED：
，C’F：
ACH：
，FGd：
ACH的晶面间距：
FGD’与ABCD之间的夹角：
3、【07】请判定在fcc中下列位错反应能否进行：
满足几何条件和能量条件，反应可以进行。
4、【08】
已知H70黄铜在400℃时完成再结晶需要1小时，而在390℃下完成再结晶需2小时，请计算在420℃下完成再结晶需要多长时间？
在两个不同的恒定温度产生相同程度的再结晶时，
两边取对数，并比之得
t3=0.26h
5、【08】一个FCC晶体在
方向在2MPa正应力下屈服，已测得开动的滑移系是
，请确定使该滑移系开动的分切应力τ。
6、【10】请判断图示中
和
两位错各段的类型，以及两位错所含拐折（bc、de和hi、jk）的性质？
若图示滑移面为fcc晶体的（111）面，在切应力
的作用下，两位错将如何运动？
（绘图表示）
ab：
螺位错；
bc：
刃位错；
cd：
de：
ef：
螺位错
gh：
hi：
ij：
jk：
kl：
bc、de为扭折，hi、jk为割阶
运动后
恢复为直线，
上的h、i、j、k为固定点，形成位错源
记住上面的公式，则可以方便快速的计算
【分析】对于原子规则排列中的晶向指数和晶面指数两个知识点这一类习题，首先需要画出立体图，然后按照晶面或晶向指数的确定方法逆向绘出晶面和晶向，复习的时候主要注意数据之间的计算和方向的确立。
这一类习题历年都会考到，都不复杂，是该门专业课中最基本的题型之一。
作图计算题难度略有增加，在基础知识点的熟练掌握情况下侧重于对知识的灵活运用。
作图题很简单，主要考查范围有晶面晶向（位错）和相图；
计算题则是知道公式就会解答，计算题考查的公式主要包括点缺陷的平衡浓度公式、推导临界行核及其相关公式、相图中的杠杆原理公式、菲克第一定律、比较位错大小、临界分切应力、霍尔配奇公式、回复动力学公式和再结晶动力学公式。
三、综合分析
1、【09】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。
回复
再结晶
原因
温度（升）
促进
促进原子扩散
冷变形量（增）
提供驱动力
溶质原子
阻碍
阻碍位错和晶界的运动
第二相粒子
促进或阻碍
即可能提高驱动力，同时阻碍位错和晶界运动
原始晶粒（细小）
增大再结晶驱动力
晶粒位向
无影响
热蚀沟
一般无影响
尚未形成热蚀沟
2、【10】请分析对工业纯铝、Fe-0.2%C合金、Al-5%Cu合金可以采用的强化机制，并解释机理。
（15分）
工业纯铝：
细晶强化——利用晶界和位向差对位错运动的阻碍作用进行强化；
加工硬化——利用冷变形后缠结位错之间的相互作用进行强化。
Fe-0.2%C：
固溶强化——利用碳原子引起铁的晶格畸变对位错运动的阻碍作用进行强化。
加工硬化——同上细晶强化——同上
沉淀强化——利用碳化物对位错运动的阻碍作用进行强化。
Al-5%Cu：
沉淀强化（时效强化）——利用沉淀相对位错运动的阻碍作用进行强化。
加工硬化——同上细晶强化——同上
3、【11】经冷加工的金属微观组织变化如图a所示，随温度升高，并在某一温度下保温足够长的时间，会发生图b-d的变化，请分析四个阶段微观组织、体系能量和宏观性能变化的机理和原因。
4、【07】请对比分析回复、再结晶、正常长大、异常长大的驱动力及力学性能变化。
（16分）
回复
再结晶
正常长大
异常长大
驱动力
存储能
（主要是点阵畸变能）
总界面能
总界面能和表面能
力学性能变化
基本保持变形后性能
恢复到冷变形前的水平
基本保持再结晶后的水平
性能恶化
强度、塑性下降
5、【07】如附图所示，请分析：
（24分）
1）
两水平线的反应类型，并写出反应式；
2）
分析Ab、bg′、g′d′、d′、d′h′、h′e、eB七个区域室温下的组织组成物（j点成分小于g点成分）；
3）分析I、II合金的平衡冷却过程，并注明主要的相变反应；
t/℃
knj
gidh
Abc1g¢
c2d¢
h¢
eB
δ
α
β
I
II
4）
写出合金I平衡冷却到室温后相组成物相对含量的表达式及合金II平衡冷却到室温后组织组成物相对含量的表达式。
水平线kj为包晶反应：
（2分）
水平线gh为共晶反应：
Ab：
α（1分）
bg′：
α+βII（1分）
g′d：
α+（α+β）共+βII（1分）
d'
：
（α+β）共（1分）
d′h′：
β+（α+β）共+αII（1分）
h′e：
β+αII（1分）
eB：
β（1分）
L→α
α→βII
L→α+β
L→δ
L+δ→α
3）
合金I（5分）合金II（3分）
合金I相组成：
合金II组织组成：
（3分）
6、【09】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。
23
35
℃
1125℃时，waTi＝27%，wTi3Al＝26%，wTiAl＝35%；
500℃时，wTi3Al＝23%，wTiAl＝35%）
1）1285℃：
包析反应，βTi＋TiAl→aTi
1125℃：
共析反应，aTi→Ti3Al＋TiAl
665℃：
包晶反应，L+TiAl3→Al
882℃：
同素异构转变，βTi→aTi
L→βTi
βTi
βTi→TiAl
βTi＋TiAl→aTi
βTi→aTi
aTi
aTi→TiAl
aTi→Ti3Al＋TiAl
Ti3Al→TiAl
相组成：
Ti3Al、TiAl
组织组成：
TiAl、（Ti3Al＋TiAl）共
【分析】综合分析题的一部分是对各个知识点的详细分析比较，考查较为灵活，对于这一类型的知识，务必要求牢记各个知识点，尤其是常考的那些。
以回复和再结晶为例，包括的知识点有回复、再结晶和晶粒长大三大知识点，一般主要考查回复、再结晶、正常长大、异常长大的微观机构变化机制和动力学机理，复习的时候应该注意显微组织变化的不同时期各有不同的变化机制，要注意其本质区别。
这一类习题引申性较广，要求熟练掌握不同的变化机制。
相图，特别是二元物系常见冶金学和金属学所讨论的领域之中。
相图是表示材料系统中相的状态与温度及成分之间关系的一种图形，与材料的性能有一定的关系，如果掌握了有关相图的知识，就可以通过相图预测材料的某些性能。
对于此类习题，同学们需要做的就是熟练掌握三大基本相图，同时应注意相组成物和组织组成物的区别。
相图这一块考察铁碳相图的居多，也包括匀晶相图、共晶相图和包晶相图三大知识点。
铁碳相图比较复杂，但围绕三条水平线可将相图分解为3各基本相图，在了解一些重要的点和线的意义后分析起来就容易多了。
同时应注意相组成物和组织组成物的区别。
综合分析题在整套试题中难度是最难的，从各个小问题的角度来看可以看成是简答题和作图计算题的综合，解答这类习题课参考上述两种解题方法。
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