西工大材料学考研模拟题8套《材料科学基础》.docx

1、西工大材料学考研模拟题8套材料科学基础一、简答题（每题6分，共30分）1原子的结合键有哪几种？各有什么特点？2面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？3立方晶系中，若位错线方向为001，试说明该位错属于什么类型。4请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。5试从扩散系数公式说明影响扩散的因素。6何为过冷度？它对形核率有什么影响？二、作图计算题（每题10分，共40分）1在面心立方晶体中，分别画出(101)、110和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？2已知Al为面心立方晶体，原子半径为rA。若在Al晶体的八面体间隙中能溶入最大的小原子半径为rB，

2、请计算rB与rA的比值是多少。3A-B二元合金中具有共晶反应如下：若共晶反应刚结束时，和相的相对含量各占50%，试求该合金的成分。4已知铜的临界分切应力为1Mpa，问要使面上产生101方向的滑移，应在001方向上施加多大的力？三、综合分析题（每题15分，共30分）1按下列条件绘出A-B二元相图：（1）A组元（熔点600）与B组元（熔点500）在液态时无限互溶；（2）固态时，A在B中的最大固溶度为wA=0.30，室温时为wA=0.10；而B在固态下不溶于A；（3）300时发生共晶反应。在A-B二元相图中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室温下的相组成物及组织组成物，并计算各相组成物的相对含量

3、。2请绘出下列Fe-C合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图，并标注各组织。（腐蚀剂均为3%硝酸酒精）一、简答题（每题6分，共30分）1原子的结合键有哪几种？各有什么特点？离子键：正负离子相互吸引；键合很强，无方向性；熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。共价键：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有方向性；熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。金属键：金属正离子于自由电子相互吸引；键合较强，无方向性；熔点、硬度有高有低，导热导电性好。分子键：分子或分子团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性差。氢 键：类似分子键，但氢原子起关键作用XH-Y；键合弱，有方向性；熔点

4、、硬度低，不导电，导热性好。2面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？晶胞原子数配位数致密度面心立方41274%体心立方2868%3立方晶系中，若位错线方向为001，试说明该位错属于什么类型。因位错线方向垂直于柏氏矢量，所以是刃位错。4请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。相同点：小原子溶入不同点：若小原子溶入后，大小原子数量成比例，在选取点阵时，大小原子点阵可以合并，这实际上改变了大原子的点阵结构，因此认为形成新相，称为间隙相（间隙化合物）。若小原子溶入后，分布随机，大小原子点阵不能合并，仍然保留大原子点阵，称为间隙固溶体。5试从扩散系数公式说明影响扩散的因素。从公式表

5、达形式可以看出扩散系数与扩散激活能Q和温度T有关。扩散激活能越低扩散系数越大，因此激活能低的扩散方式的扩散系数较大，如晶界和位错处的扩散系数较大。温度越高，原子活性越大，扩散系数越大。6何为过冷度？它对形核率有什么影响？过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度的差值。随过冷度增大，形核率先增后减。二、作图计算题（每题10分，共40分）1.在面心立方晶体中，分别画出(101)、110和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？对面心立方晶体，(101)非密排面，因此它不是滑移面；110是密排方向，因此是滑移方向。但这二者不能构成滑移系。和是密排面和密排方向，因此可以构成滑移系

6、。2.已知Al为面心立方晶体，原子半径为rA。若在Al晶体的八面体间隙中能溶入最大的小原子半径为rB，请计算rB与rA的比值是多少。3.A-B二元合金中具有共晶反应如下：若共晶反应刚结束时，和相的相对含量各占50%，试求该合金的成分。设合金成分为c，由题知：得：c%0.55%4.已知铜的临界切分应力为1Mpa，问要使面上产生101方向的滑移，应在001方向上施加多大的力？对立方晶系，两晶向h1k1l1和h2k2l2夹角公式为：故滑移面的法线与拉力轴方向001的夹角为：同理，滑移方向101与拉力轴方向001的夹角为：由分切应力公式得：三、综合分析题（每题15分，共30分）1按下列条件绘出A-B二

7、元相图：1)A组元（熔点600）与B组元（熔点500）在液态时无限互溶；2)固态时，A在B中的最大固溶度为wA=0.30，室温时为wA=0.10；而B在固态下不溶于A；3)300时发生共晶反应。在A-B二元相图中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室温下的相组成物及组织组成物，并计算各相组成物的相对含量。 相组成：A 组织组成：AAII2请绘出下列Fe-C合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图，并标注各组织。（腐蚀剂均为3%硝酸酒精）工业纯铁： F20钢： F+P45钢： F+PT8钢： PT12钢： P+Fe3C网状亚共晶白口铸铁：P+Ld一、简答题（每题6分，共30分）1工程材料分为哪几

8、类？它们的结合键如何？2根据凝固理论，请分析细化铸锭晶粒的途径及原理3固溶体非平衡凝固时，形成微观偏析和宏观偏析的原因有何区别？4请为置换固溶体、间隙固溶体、间隙化合物、正常价化合物、电子化合物和间隙化合物各举一具体例子。5为什么细晶强化可以同时提高合金强度、硬度、塑性和韧性？二、作图计算题（每题10分，共40分）1钛的晶胞（密排六方）体积在20时为0.106nm3，其c/a1.59，求：（1）c、a的值；（2）钛原子半径。2已知钼为体心立方结构，请回答：（1）画出其晶胞示意图；（2）在图中画出一个可能的滑移系，并标明滑移面和滑移方向的指数。3一碳钢在平衡冷却条件下，室温组织为珠光体二次渗碳体

9、，其中珠光体含量为90%。请确定该碳钢的含碳量，并画出组织示意图。4假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为，请回答：（1）给出滑移位错的单位位错柏氏矢量；（2）若滑移位错为纯刃位错，请指出其位错线方向；若滑移位错为纯螺位错，其位错线方向又如何？三、综合分析题（每题15分，共30分）1根据下列已知条件绘出A-B二元共晶相图：i.tA tB（tA、tB为A、B的熔点）；ii.共晶反应为；iii.B在A中的固溶度随温度的下降而减小，室温时为wB0.03；A在B中的固溶度不随温度变化， 并请回答：（1）分析wB=0.85的合金平衡结晶过程；（2）计算该合金室温下的相组成物及组织组成物。（忽略二次相）8.

10、一楔型纯铜铸锭，经间距恒定的轧辊轧制（如图）；（1）请画出轧制后，锭子的晶粒示意图。（2）画出将该锭子进行再结晶退火后，晶粒示意图。并分析原因。一、简答题（每题5分，共30分）1何为空间点阵？它与晶体结构有何异、同？2请简述晶界有哪些特征？3何为固溶强化？置换固溶体与间隙固溶体相比,哪个的固溶强化效果强？请简述影响固溶度的因素。4请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。5什么是反应扩散？请简述其特点。6简述在什么情况下会发生单滑移、多滑移和交滑移，它们的滑移线形貌特征是什么。二、作图计算题（每题10分，共40分）1请计算简单立方和体心立方晶体的（100）、（110）和（111）晶面的面间距（假设两

11、种点阵的点阵常数都是a）。2在面心立方晶体中，分别画出、和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？若外力方向为，请问哪些滑移系可以开动？3请判定下列反应能否进行，若能够进行，则在简单立方晶胞绘出参加反应位错的柏氏矢量。1)2)4已知三元简单共晶的投影图，见附图，1)请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组成；2)请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线，及各阶段相变反应。三、综合分析题（每题15分，共30分）1已知Mg-Ni合金系中一个共晶反应：L23.5%Ni 纯Mg+Mg2Ni54.6%Ni设有C1和C2两种合金，C1为亚共晶，C2为过共晶。这两种合金的初生相质量分数相等

12、，但室温时C1中 (即Mg)的总量是C2中 总量的2.5倍，请确定C1和C2的成分。2.某工厂对一大型零件进行淬火处理，经过1100加热后，用冷拉钢丝绳吊挂，由起重吊车送往淬火水槽，行至途中钢丝突然发生断裂。该钢丝是新的，且没有瑕疵，是分析该钢丝绳断裂的原因。综合模拟测试一、简答题（每题6分，共30分）1.请简述刃型位错、螺型位错的主要特征。2.相互垂直的位错运动后发生交割，原位错可能会发生什么变化？在后续的位错运动中可能会有什么影响？3.什么是离异共晶？如何发生的？4.简述平衡结晶与非平衡结晶的不同之处。5.形成无限固溶体的条件是什么？简述原因。6.在固态下晶体的线缺陷对溶质原子的扩散有何影

13、响？二、作图计算题（共40分）1.在A滑移面上有一环形位错，所受切应力如图所示，试分析在平面位错环上各段属于哪种类型的位错？作图表示位错运动的方向？（俯视观看）（8分）b2.根据Fe-Fe3C相图画出含碳0.65的铁碳合金的冷却曲线。指出平衡冷却室温下相组成物、组织组成物是什么？并计算其相对含量。（12分）3、下图为Cu-Zn相图，图中有多少三相平衡，写出它们的反应式。（8分）4、已知单晶铜的111滑移系的临界分切应力k为1MPa，请问：要使面上产生方向的滑移，则在方向上应施加多大的应力？假设在单晶铜中只开动滑移系，那么随着滑移的进行，拉伸试样中面会产生什么现象？它对随后的进一步变形有何影响？

14、（12分）三、综合分析题（每题15分，共30分）1.为了细化纯铝板晶粒，采用冷变性的方法将其变形35，之后采用620退火1，组织反而粗化，增大冷变形至80以上，再于620退火1，组织仍然粗大。分析其原因，指出上述工艺不合理之处并拟定一种合理的晶粒细化工艺。（再0.4溶纯铝熔点为660）2.简述60#钢（含碳0.6%）平衡结晶（假设为均匀形核）需要满足的条件。综合模拟测试参考答案一简答题（每题6分，共30分）1.请简述刃型位错、螺型位错的主要特征答：刃型位错： 晶体中有一个额外原子面，形如刀刃插入晶体 刃型位错周围的点阵发生了弹性畸变 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 只

15、有一个确定的滑移面 位错线的移动方向与晶体滑移方向平行（一致） 位错线与柏氏矢量垂直螺型位错： 上下两层原子发生错排，错排区原子依次连接呈螺旋状 位错线周围点阵产生了弹性畸变； 螺型位错与晶体滑移方向平行，故位错线一定是直线 螺型位错的滑移面是不确定的，凡是包含螺型位错的平面均可作为它的滑移面； 位错线的移动方向与晶体滑移方向相互垂直。 位错线与柏氏矢量平行2.相互垂直的位错运动后发生交割，原位错可能会发生什么变化？在后续的位错运动中可能会有什么影响？答：交割后在原位错线上留下对方柏氏矢量大小、方向的扭转或割接，但是该位错线仍是原柏氏矢量。所有的割阶都是刃型位错，而扭折可以是刃位错也可以是螺位

16、错在后续位错运动中，由于：扭折与原位错同一滑移面，可随主位错线一起运动，几乎不产生阻力，并在线力的作用下易消失割阶与原位错线不在同一滑移面，故除非割阶产生攀移，否则割阶就不能跟随主滑移线一起运动，成为位错运动的障碍，称为割阶硬化3.什么是离异共晶？如何发生的？答：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。4.简述平衡结晶与非平衡结晶的不同之处。答：平衡结晶是指结晶速度非常缓慢，液相和固相中扩散均很充分的情况下的结晶。非平衡结晶是指结晶速

17、度比较快，扩散不充分的情况下的结晶。5.形成无限固溶体的条件是什么？简述原因。答：形成固溶体时，溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变，使体系自由能升高。间隙固溶体中溶质原子溶入溶剂间隙中引起的点阵畸变较大，故不能形成无限互溶；置换固溶体中溶质原子取代了溶剂原子的位置，晶格畸变较小。当溶质、溶剂尺寸相差越小，晶格畸变越小，能量越低，溶解度越大；两组元具有相同的晶体结构可形成无限互溶。6.在固态下晶体的线缺陷对溶质原子的扩散有何影响？答：管道机制陷阱机制二作图计算题（共30分）1、根据Fe-Fe3C相图画出含碳0.65的铁碳合金的冷却曲线。指出平衡冷却，室温下相组成物、组织组成物是什么？并计算其

18、相对含量。（12分）参考答案：相组成： + Fe3C组织组成：F + P + Fe3CIII（少量、忽略）室温下，相的相对含量：室温下，组织相对含量：忽略2、在A滑移面上有一环形位错，所受切应力如图所示，试分析在平面位错环上各段属于哪种类型的位错？作图表示位错运动的方向？（俯视观看）（8分）答：3、下图为Cu-Zn相图，图中有多少三相平衡，写出它们的反应式。（8分）答：包晶反应+ L;包晶反应+ L;包晶反应+ L;包晶反应+ L;包晶反应+ L;共析反应r +;4、已知单晶铜的111滑移系的临界分切应力k为1MPa，请问：要使面上产生方向的滑移，则在方向上应施加多大的应力？假设在单晶铜中只开

19、动滑移系，那么随着滑移的进行，拉伸试样中面会产生什么现象？它对随后的进一步变形有何影响？（10分）答：（1）滑移面的法线方向和拉力轴的夹角与拉力轴的夹角需要施加的力（2）（111）面会发生转动。晶面转动使晶体位相发生改变，使滑移面和滑移方向逐渐趋于平行拉伸轴线方向，从而使后续塑性变形所需外力进一步增大。三综合题（每题15分，共30分）1、为了细化纯铝板晶粒，采用冷变性的方法将其变形35，之后采用620退火1，组织反而粗化，增大冷变形至80以上，再于620退火1，组织仍然粗大。分析其原因，指出上述工艺不合理之处并拟定一种合理的晶粒细化工艺。（再0.4溶纯铝熔点为660）答：前一种为临界变形度下变

20、形，高温退火再结晶驱动力小，形核少，晶粒粗大；后种工艺，在大变形下，根据再0.4溶计算，T再100，故再结晶温度不得大于200为宜，由于采用了620高温退火，晶粒异常长大（二次再结晶），造成晶粒粗大。正确工艺：70%以上冷变形，之后150退火1h2、简述60#钢（含碳0.6%）平衡结晶（假设为均匀形核）需要满足的条件答：综合模拟测试一、简答题（每题6分，共30分）1.请简述工程材料的分类。2.请简述滑移和孪生变形的特点？3.若将一位错线的正方向定义为原来的反向，此位错的柏氏矢量是否改变？位错的类型是否改变？4.动态再结晶与静态再结晶后的组织有何差别？力学性能有何差别？5.请简述金属间化合物的一

21、般特性。二、作图计算题（每题10分，共40分）1.设有一条径为30mm的厚壁管道，被壁厚0.1mm的铁膜隔开。由管子一端通入氮气，保持铁膜一侧活性氮原子浓度为1200 mol/m3，另一侧为100 mol/m3。如果在700下测得通过管道的氮气流量为2.810-4mol/s，求此时氮原子在铁中的扩散系数。2.请在立方晶胞中绘出和两晶面，并计算其夹角。共析钢过共晶白口铸铁Al-5.0wt%CuAl-13%Si3.请分别绘出室温下，共析钢、过共晶白口铸铁平衡组织；Al-5.0wt%Cu合金平衡组织；Al-13%Si合金平衡组织。4.已知简单三元共晶的投影图，且A-B共晶温度最高，B-C共晶温度稍低

22、，A-C共晶温度最低。请绘出介于B-C和A-C共晶温度之间的等温截面，以及AE垂直截面图，并标注各区域的相组成。eABCE三、综合分析题（每题15分，共30分）1.请以层片状共晶组织为例，论述二元共晶时如何满足成分条件。2.根据Al-Zr二元相图回答：1)写出1490、1250、975、940的相变反应，并判断反应类型。2)画出x50.0合金平衡结晶的冷却曲线，并标明各阶段的相变反应。3)计算x30.0合金平衡结晶到室温下的相组成。综合模拟测试参考答案一、简答题（每题6分，共30分）1.请简述工程材料的分类。答：金属材料，瓷材料，高分子材料，复合材料。2.请简述滑移和孪生变形的特点？答：滑移变

23、形特点：1）平移滑动：相对滑动的两部分位向关系不变2）滑移线与应力轴呈一定角度3）滑移不均匀性：滑移集中在某些晶面上4）滑移线先于滑移带出现：由滑移线构成滑移带5）特定晶面，特定晶向孪生变形特点：1)部分晶体发生均匀切变2)变形与未变形部分呈镜面对称关系，晶体位向发生变化3)临界切分应力大4)孪生对塑变贡献小于滑移5)产生表面浮凸3.若将一位错线的正方向定义为原来的反向，此位错的柏氏矢量是否改变？位错的类型是否改变？答：柏氏矢量反向。位错类型不变，符号改变。4.动态再结晶与静态再结晶后的组织有何差别？力学性能有何差别？答：动态再结晶后获得中心有畸变的等轴晶，晶粒部有被缠结位错分割的亚晶。静态再

24、结晶后获得低位错密度的等轴晶。一般，动态再结晶后的强度、硬度比静态再结晶的高。5.请简述金属间化合物的一般特性。答：金属间化合物种类繁多，机构复杂，一般具有极高的硬度，较高的熔点，塑形差。往往具有特殊的物理化学性质。二、作图计算题（每题10分，共40分）1.设有一条径为30mm的厚壁管道，被壁厚0.1mm的铁膜隔开。由管子一端通入氮气，保持铁膜一侧活性氮原子浓度为1200 mol/m3，另一侧为100 mol/m3。如果在700下测得通过管道的氮气流量为2.810-4mol/s，求此时氮原子在铁中的扩散系数。答：满足扩散第一定律应用条件，得：活性氮原子通量为：铁膜中活性氮原子浓度梯度为：由扩散

25、第一定律：2.请在立方晶胞中绘出和两晶面，并计算其夹角。答：=19.13.请分别绘出室温下，共析钢、过共晶白口铸铁平衡组织；Al-5.0wt%Cu合金平衡组织；Al-13%Si合金平衡组织。答：略4.已知简单三元共晶的投影图，且A-B共晶温度最高，B-C共晶温度稍低，A-C共晶温度最低。请绘出介于B-C和A-C共晶温度之间的等温截面，以及AE垂直截面图，并标注各区域的相组成。eABCE答：ABCLL+A+BL+AL+BL+B+CL+CEALL+AL+CL+B+CA+B+CL+A+C三、综合分析题（每题15分，共30分）1.请以层片状共晶组织为例，论述二元共晶时如何满足成分条件。答：首先通过成分

26、起伏获得某一组元的富集并形成共晶中的某一相（领先相），此时会在其周围形成另一组元的富集，比较容易满足另一相的形成条件，从而形成共晶中的另一相。如此反复，满足成分条件，交替形核，而形成共晶。形核后，两相与液相的界面处均会形成溶质原子的富集，溶质原子通过横向扩散，满足两相生长所需的成分条件，实现液固界面的推进。2.根据Al-Zr二元相图回答：1)写出1490、1250、975、940的相变反应，并判断反应类型。2)画出x50.0合金平衡结晶的冷却曲线，并标明各阶段的相变反应。3)计算x30.0合金平衡结晶到室温下的相组成。答：1)1490：L Al3Zr + Al2Zr共晶反应1250：Al3Zr4+ Al3Zr2 AlZr包析反应975：-Zr + AlZr2 AlZr3包析反应940：-Zr + AlZr3 -Zr包析反应2)LLAl3Zr2Al3Zr2+ Al3Zr4Al3Zr4+ Al3Zr2 AlZrAlZrL Al3Zr2+ Al3Zr43)