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1、西北工业大学2011年硕士研究生入学考试试题 试题名称：材料科学基础（A卷） 试题编号：832说 明：所有答题一律写在答题纸上 第1 页 共2 页 一、 简答题（每题10分，共50分）1. 请从原子排列、弹性应力场、滑移性质、柏氏矢量等方面对比刃位错、螺位错的主要特征。2. 何谓金属材料的加工硬化？如何解决加工硬化对后续冷加工带来的困难？3. 什么是离异共晶？如何形成的？4. 形成无限固溶体的条件是什么？简述原因。5. 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？为什么？ 二、 作图计算题（每题15分，共60分）1、写出11
2、2晶面族的等价晶面。2、请判定下列反应能否进行： 3、已知某晶体在500时，每1010个原子中可以形成有1个空位，请问该晶体的空位形成能是多少？（已知该晶体的常数a0.0539，波耳滋曼常数K1.38110-23J / K）4、单晶铜拉伸，已知拉力轴的方向为001，=106 Pa，求(111)面上柏氏矢量的螺位错线上所受的力（） 三、 综合分析题（共40分）1. 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。1. 根据Ag-Cd二元相图：1) 当温度为736、590、440和2
3、30时分别会发生什么样的三相平衡反应？写出反应式。2) 分析Ag-56%Cd合金的平衡凝固过程，绘出冷却曲线，标明各阶段的相变反应。3) 分析Ag-95%Cd合金的平衡凝固与较快速冷却时，室温组织会有什么差别，并讨论其原因。 西北工业大学2011年硕士研究生入学考试试题参考答案 试题名称：材料科学基础（A卷） 试题编号：832说 明：所有答题一律写在答题纸上 第1 页 共7 页 一、 简答题（每题10分，共50分）1. 请从原子排列、弹性应力场、滑移性质、柏氏矢量等方面对比刃位错、螺位错的主要特征。答：刃型位错：1) 1晶体中有一个额外原子面，形如刀刃插入晶体2) 2刃位错引起的应力场既有正应
4、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 2. 何谓金属材料的加工硬化？如何解决加工硬化对后续冷加工带来的困难？答：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。 3. 什么是离异共晶
5、？如何形成的？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. 形成无限固溶体的条件是什么？简述原因。答：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。 5. 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
6、后自然冷却，问哪个铸件的偏析严重？为什么？答：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。 二、 作图计算题（每题15分，共60分）1、写出112晶面族的等价晶面。答： 2、请判定下列反应能否进行：答：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。 3、已知某晶体在500时，每1010个原子中可以形成有1个空位，请问该晶体的空位形成能是多少？（已知该晶体的常数A0.0539，波耳滋曼常数K1.38110-23J / K）答： 4、单晶铜拉伸，已知拉力轴的方向为001，=106 Pa，求(111)面上柏氏矢量的螺位错线上所受
7、的力（）答：外力在(111)上的分切应力为：作用在位错线上的力为： 三、 综合分析题（共40分）1. 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。答：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
8、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。 2. 根据Ag-Cd二元相图：1) 当温度为736、590、440和230时分别会发生什么样的三相平衡反应？写出反应式。2) 分析Ag-56%Cd合金的平衡凝固过程，绘出冷却曲线，标明各阶段的相变反应。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。答：736：包晶反应，L+Ag 590：包晶反应，L+ 440：共析反应，Ag+ 230：共析反应， 2）L L L+ + 3）Ag-95%Cd合金的平衡凝固到室温
9、：Cd包II较快速冷却到室温：初Cd包II，且II相数量相对较少，尺寸相对细小。原因：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初有剩余，既产生包晶转变不完全。另外，由于冷速快，使得II相变得细小，析出数量减少。 2004年西北工业大学硕士研究生入学试题一、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？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？二、计算、作图题：（共60分，每小题12分）1、求和两晶向所决定的晶
10、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1.013105 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，wSn0.2）凝固过程及室温组织；（2）计算合金室温下组织组成物的
11、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st280MPa，弹性模量Est205GPa，铜的Cu140MPa，弹性模量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。（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
12、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（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）。2004年西北工业大学硕士研究生入学试题 参考答案一、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
13、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？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rk的晶核）形成临界晶核的充分条件：（1）形成rrk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、求和两晶向所决定的晶
