某大学年研究生材料科学基础专业考试试题.docx

1、某大学年研究生材料科学基础专业考试试题一、简答题：（共 40 分，每小题 8 分）1、简单立方晶体中，若位错线方向为 11 2 ，b=a 110 ，试判断此位错的类型？若为刃型位错， 试求出半原子面的晶面指数及插入方向的晶向指数。2、根据溶质原子在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为几类？固溶体在材料中有何意义？3、固溶体合金非平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在？4、应变硬化在生产中有何意义？作为一种强化方法，它有什么局限性？5、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么？二、计算、作图题：（共 60 分，每小题 12分）1、绘出面心立方点阵中（ 110）晶面的原子平面

2、图。在该图中标出 111晶向和（ 110）晶面（指晶 面在（ 110）晶面上的垂直投影线）。2、在图 22 所示浓度三角形中，确定 P、R、S 三点的成分。若有 2kg P 4kg R7kg S 混合，求混合后该合金的成分？3、已知碳在 -Fe 中扩散时， D0 =2.0 10-5 m2/s ，Q=1.4105J/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 K）5、画出 40 钢经退火后室

3、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 31 是铜-铝合金相图的近铜部分。（ 1）、写出 Al=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 Al0.08 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，外应力为和，如图 32 所示1）、位错环的各边分别是什么类型的位错？2）、在足够大切应力作用下，位错环将如何运动？3）、在足够大的拉应力作用下，位错环将如何运动？、简答题：（共 40 分，每小

4、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：（共 60 分，每小题 12分）1、求 11 1和 20 1两晶向所决定的晶面，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：r 2 r（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

5、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 Hm18075J/mol ，摩尔体积 Vs6.6cm3/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（wBi0.7 ，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 st 280MPa，弹性模 量 Est 205GPa，铜的 Cu140MPa，弹性

6、模量 ECu110GPa。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）1、某面心立方晶体的可动滑移系为 （11 1）、1 10 。（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 a0.2nm）。2、若有，某一 Cu-Ag合金（ wCu

7、0.075 ，wAg0.925 ）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） 。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？

8、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 r k的晶核）形成临界晶核的充分条件：（ 1）形成 r r k 的晶胚；（ 2）获得 AA*（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 20 1两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来

9、答：设所求的晶面指数为（ h k l ）111 1 :11011 2 :20h:k:l则(112)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 rMg2 =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？a 2（r 2 r 2 ） 0.412nm答：（ 1）点阵常数 Mg2 O23（rMg 2 rO2 ） 4Pf 4 3 0.73堆积密度 f a32）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

10、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 Hm18075J/mol ，摩尔体积 Vs6.6cm3/mol ，试计算纯 镍的液固界面能和临界形核功。r因为2GB ，GBLHTmHTTm所以r GB2rHT2Tm522.53 10 5J /cm2Gv163 GB216 3Tm2V3 H 2 T21.6 10 19J4、图示为 Pb-Sn-Bi 相图投影图。问：（1）写出合金 Q（wBi0.7 ，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，

11、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 （SnBi）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 （SnBi ） 共，随后冷却不再变化。室温组织为： Bi 初（ SnBi）共（SnBi） 共（ 2） wBi 初 2.88 ； w（SnBi）共 0.407 ； w（SnBi ）共 0.3055、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 st 280MPa， 弹性模量 Est 205GPa，铜的 Cu140MPa，弹性模量 ECu110GPa。问：（1）如果

12、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） CustCuCu1100002050001） Cu先屈服；2）F总 FCuFst140 1062.4 106280 1060.8 10 6560N3) E ( E)st ( E)Cu 130000MPa三、综合分析题：（共 50 分，每小题 25 分）1、某面心立方晶体的可动滑移系为 （11 1）、1 10 。（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

13、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 a0.2nm）。a b 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；11（4） F b 9.899 10 11MN /m2、若有，某一 Cu-Ag合金（ wCu0.075 ，wAg0.925 ）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） 。

14、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。a1102 在 fcc ，晶体中存在两个位错 d1和 d2，若 d1的位错线方向 l 1/ 112 ，柏氏矢量 b1=2 ，d2的分a110别为 l 2/111 ，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。