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1、北京科技大学攻读研究生学位研究生入学考试试题包括答案哦考试科目：金属学合用专业：材料学、材料科学与工程、材料加工工程说 明：统考生做一至九题；单考生做一至六和十至十二题一、晶体结构(20分)1什么是晶面族111晶面族包括哪些晶面?2面心立方结构金属的100和正111晶向间的夹角是多少?100面间距是多少?3面心立方结构和密排六方结构金属中的原子堆垛方式和致密度是否有差异?请加以阐明。二、合金相(15分)1解释间隙固溶体和间隙相的含义，并加以比较。2为何固溶体的强度常比纯金属高?三、晶体缺陷(15分)1晶体内若有较多的线缺陷(位错)或面缺陷(晶界、孪晶界等)，其强度会明显升高，这些现象称为何?强
2、度提升的原因是什么?2上述的两类缺陷是怎样进入晶体的?举例阐明怎样提升这些缺陷的数目?四、相图热力学(10分)利用图10-1的自由能-成份曲线阐明，公切线将成份范围提成三个区域，各区域内哪些相稳定?为何?五、凝固(20分)1相同过冷度下比较均匀形核与非均匀形核的临界半径、临界形核功、临界晶核体积，哪个大?2合金凝固时的液固界面前沿一般比纯金属液固界面前沿更轻易出现过冷?为何?3经典的金属(如铁)和经典的非金属(如硅，石墨)在液相中单独生长时的形貌差异是什么?六、扩散(20分)1菲克第二定律的解之一是误差函数解，C=A+Berf(x/2(Dt)1/2)，它可用于纯铁的渗碳过程。若温度固定，不一样
3、时间碳的浓度分布则如图10-2。已知渗碳1 小时后达成某一特定浓度的渗碳层厚度为05mm，问再继续渗碳8小时后，相同浓度的渗层厚度是多少?2图10-3为测出的钍在不一样温度及以不一样方式扩散时扩散系数与温度的关系，从该试验数据图中能得出哪些信息?七、形变(20分)1常温下金属塑性变形有哪些重要机制? 它们间的重要差异是什么?2面心立方金属铜在三种不一样条件下的真应力-应变曲线如图10-4。阐明它们也许是在怎样的温度和应变速率下形成的?为何有这么的形状?3什么是上、下屈服点效应(在纯铁或低碳钢中)?原因是什么?八、再结晶(20分)1给出金属发生再结晶的基本条件(驱动力)。2指出再结晶、结晶、固态
4、相变之间的重要区分。3. 图10-5示意画出一个常见的再结晶形核机制，请解释该地点优先形核的原因和形核过程。4再结晶动力学公式为X=1-e(-ktn)，各参数表示的含义是什么?以Xt的关系作图，曲线的形状大体是怎样的?怎样处理可得一条直线?处理成直线有何用途?九、固态相变(10分)图10-6为两组铝铜合金的时效强化曲线；讨论成份变化及时效温度对力学性能(这里是硬度值)的影响，分析也许的原因。十、固态相变(15分)1简述时效(强化)处理的工艺路线及原理。2同素异晶转变、马氏体相变、脱溶转变有何重要区分?十一、形变(15分)简述单向压缩条件下，形变量、形变温度对金属组织及性能的影响(包括晶粒形状和
5、位错亚结构的变化)?可用示意图表示。十二、铁碳相图(20分)1图10-7a为铁碳相图，图10-7b、c、d分别为3个不一样成份(设为045C、34C、47C)的铁碳合金缓冷凝固组织(包括随即的固态相变、硝酸酒精浸蚀)。阐明它们各是哪个成份的合金，为何?2分析图10-7d组织的凝固过程，并计算该合金中白色长条状组织的重量相对量(Fe3C含669C)。参考答案1晶体中原子或分子排列相同的晶面的组合称为晶面族。因对称关系，这些面往往不止一个。立方系111晶面族包括(111)、(111)、(111)、(111）四个。2晶面间夹角cos=13；=547。面间距d=a/2(a为点阵常数)。3FCC按ABC
6、ABC方式堆垛，而HCP按ABABAB堆垛；致密度无差异，都是074。二、1前者为固溶体，保持溶剂的晶体结构，且溶解度很低；后者是中间相(尺寸原因化合物)，且A、B原子数成百分比。性能上有很大差异，前者韧、塑性好；后者硬，塑性差。共性是二者中的合金组元都在间隙位置，自身尺寸很小。2因合金中两类原子尺寸不一样，引起点阵畸变，妨碍位错运动，导致固溶强化。三、1称形变强化和晶界强化(或细晶强化)。原因是两类缺陷的增多都明显妨碍位错的运动，从而提升强度。2位错的增多重要靠形变，通过萌生与增殖在晶粒内不停产生位错；晶粒细化可通过凝固时加非均匀形核剂或高的冷却速度取得，也可通过大形变，或再结晶，或相变的措
7、施。四、左侧ANB范围是相稳定，因它的自由能最低；右侧NBB范围是相稳定，也因其自由能最低；两公切点之间范围是+两相共存稳定，因任意一个单相存在时的自由能都不如它分解为成份为公切点处的+时两相自由能的加权值（在公切线直线上）低。五 1临界半径相同；临界形核功是均匀形核时高；临界晶核体积也是均匀形核时大。2合金界面前沿会出现组成过冷，即界面前溶质的富集提升了局部区域的熔点，因此更易出现过冷。3因二者分别是粗糙型(铁)和光滑型界面(硅等)，前者是外形均匀的等轴晶或枝晶，后者为规则多边形、有棱角的形状。六、1因浓度C、扩散系数D都不变，有X1/X2=（t1/t2），代人对应值得：X2=3X1=1.5
8、mm。2随温度升高，扩散速度加快；表面扩散最快，晶内扩散最慢。扩散系数D与温度T是指数关系，即该图是D=D0exp(-QRT)对数处理的成果；利用直线关系可求常数D0和激活能Q0。七、1重要形变机制是滑移和孪生；滑移产生的切变量是原子间距的整数倍，孪生产生的切变量是原子间距的一个分数；由此产生一系列其他方面的差异。答其他方面差异的也酌情赋分。2有明显加工硬化的是在低温(或高应变速率)下变形；出现硬化、软化抗衡(动态回复)的是在中温(或中等应变速率)下变形；有一明显软化阶段(动态再结晶)的是在高温(或低应变速率)下变形。3含C、N间隙原子的低碳钢形变时，滑移开启时的抗力较大(上屈服点)，滑移进行
9、时的抗力较小(下屈服点)，在应力应变曲线上可明显看出。原因是间隙原子聚集在位错上(柯氏气团)钉扎了位错，出现上屈服点，位错一旦挣脱钉扎后便不受影响(对应下屈服点)。八、1要有一定的形变储存能，一定的温度。2再结晶只是一个组织变化，没有结构变化，驱动力是形变储存能；结晶是从非晶态的液相、气相或固态非晶体中形成晶体的过程；固态相变是固固相的结构变化。后二者的驱动力都是化学自由能差。3这是应变诱导晶界迁移机制；晶界两侧应变量不一样，位错密度不一样，形变储存能不一样，导致高应变能的一侧被低应变能的一侧吃掉；形成新晶粒。4X是再结晶分数，t是时间，k、n都是常数，k重要与形核率和长大速度有关，n重要和形
10、核机制、地点和新相形状有关。以Xt的关系作图，曲线的形状是S或形状，50转变量时转变速度最快。对数处理可得一条直线；处理成直线可通过测不一样时间的再结晶量求出、n值，了解更多的微观信息。九、随铝中含铜量提升，过饱和度加大，脱溶驱动力加大，析出速度加快，硬度值增加。时效温度越高，扩散速度力口快，析出加快，但过饱和度减小，脱溶驱动力也减小，GP区或亚稳相也许不出现。时效强化重要靠GP区和相，因二者很细小弥散，有共格或半共格界面，强化效果好。十、 1经高温加热及迅速冷却的固溶处理得到过饱和单相组织，然后在一定温度和时间内时效到最高硬度强度，得到弥散、共格析出的强化相。2同素异晶转变重要是纯组元固态下
11、出现的相变，没有成份变化，短程扩散过程控制；马氏体相变是无扩散、切变型相变，在纯金属及合金中都会出现，是界面过程控制的。脱溶出目前合金中，有成份变化，重要是长程扩散控制的。十一、从侧面观测，随形变量加大，晶粒由等轴状变为长条形，晶粒内部位错增多，形成位错缠结、亚晶界或新的大角晶界；强度、硬度提升，塑性下降。形变温度提升，晶粒变成长条状的速度变慢，因热激活作用增强，亚晶界加速形成，亚晶尺寸趋于稳定，甚至出现动态再结晶组织。强度提升和塑性下降的速度都变慢。十二、1图10-7b组织为045C合金，即亚共析钢，因其由等轴铁素体(白色)和珠光体(黑色)组成。图10-7c组织为34C合金，即亚共晶白口铸铁，因其有枝晶状珠光体(黑色，原奥氏体晶粒形状)和变态莱氏体组成。图10-7d组织为47C合金，即过共晶白口铸铁，因其由板条状白色一次渗碳体和变态莱氏体组成。2液相冷却时，先形成板条状一次渗碳体，再形成共晶莱氏体，冷至室温后莱氏体变为变态莱氏体。一次渗碳体的相对量为：(4743)(66943)=167。/
