西北工业大学和北京科技大学材料科学基础历年考研真题

2005年西北工业大学硕士研究生入学试题一、简答题（每题8分，共40分）.请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。.同素异晶转变和再结晶转变都是以形核长大方式进行的，请问两者之间有何差别？.两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区别？.请简述扩散的微观机制有哪些？影响扩散的因素又有哪些？.请简述回复的机制及其驱动力。二、计算、作图题：（共60分，每小题12分）.在面心立方晶体中，分别画出（1°1）、（nD、[ho]和、（"O'【0口】，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[001],请问哪些滑移系可以开动？.请判定下列位错反应能否进行，若能够进行，请在晶胞图上做出矢量图。-[TTl]+-[lll]-^a[001]2 22 6 6.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？.若将一块铁由室温20C加热至850C,然后非常快地冷却到20C,请计算处理前后空位数变化（设铁中形成Imol空位所需的能量为104675J,气体常数为8.314J/molK）..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（已知TA>TD）；（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。C三、综合分析题：（共50分，每小题25分）.请对比分析加工硬化、细晶强化、弥散强化、复相强化和固溶强化的特点和机理。.请根据所附二元共晶相图分析解答下列问题：（1）分析合金I、n的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；（2）说明室温下I、n的相和组织是什么？并计算出相和组织的相对含量；（3）如果希望得到共晶组织和5%的。初的合金，求该合金的成分；（4）分析在快速冷却条件下，I、II两合金获得的组织有何不同。2005年西北工业大学硕士研究生入学试题参考答案一、简答题（每题8分，共40分）.请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。答：热力学条件AG<0结构条件：r>r*能量条件：A>AGmax成分条件.同素异晶转变和再结晶转变都是以形核长大方式进行的，请问两者之间有何差别？答：同素异晶转变是相变过程，该过程的某一-热力学量的倒数出现不连续；再结晶转变只是晶粒的重新形成，不是相变过程。.两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区别？答：位错的交割属于位错与位错之间的交互作用，其结果是在对方位错线上产生一个大小和方向等于其柏氏矢量的弯折，此弯折即被称为扭折或割阶。扭折是指交割后产生的弯折在原滑移面上，对位错的运动不产生影响，容易消失；割阶是不在原滑移面上的弯折，对位错的滑移有影响。

.请简述扩散的微观机制有哪些？影响扩散的因素又有哪些？答：置换机制：包括空位机制和直接换位与环形换位机制，其中空位机制是主要机制，直接换位与环形换位机制需要的激活能很高，只有在高温时才能出现。间隙机制：包括间隙机制和填隙机制，其中间隙机制是主要机制。影响扩散的主要因素有：温度（温度约高，扩散速度约快）；晶体结构与类型（包括致密度、固溶度、各向异性等）；晶体缺陷；化学成分（包括浓度、第三组元等）.请简述回复的机制及其驱动力。答：低温机制：空位的消失中温机制：对应位错的滑移（重排、消失）高温机制：对应多边化（位错的滑移+攀移）驱动力：冷变形过程中的存储能（主要是点阵畸变能）二、计算、作图题：（共60分，每小题12分）1.在面心立方晶体中，分别画出。01）、口01]、「IT）、[iio]和、（"I）'【。口】，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[001],请问哪些滑移系可以开动？（ioix[ion不能构成滑移系（TTI）、（T10]能构成滑移系不能开动画1]（ioix[ion不能构成滑移系（TTI）、（T10]能构成滑移系不能开动画1]能构成滑移系能开动2.请判定下列位错反应能否进行,若能够进行，请在晶胞图上做出矢量图。-[TTl]+-[lll]->a[001](1)2 2儿何条件:Tl]+-[lll]=-[002]=a[001]2 2 ,满足几何条件

能量条件:424-引=J(-l)2+(-1)2+f)+t4+F+fj=21=卜炉+02+好=a1满足能量条件，反应可以进行。^[110]^y[12T]+^[211](2)2 6 6几何条件：-[12T]+-[211]=-[330]=-[110]6 6 6 2,满足几何条件能量条件：(、尼丫(n丫—a+—a汇=备足+1(、尼丫(n丫—a+—a+V=f-5/l2+23+(-l)2l+f-722+l2+l2满足能量条件，反应可以进行。.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？2>=-[011]答：（1）单位位错的柏氏矢量 2（2）纯刃位错的位错线方向与b垂直，且位于滑移面上,位错的位错线与b平行，为[Oll]o.若将一块铁由室温20℃加热至850℃,然后非常快地冷却到20℃,请计算处理前后空位数变化（设铁中形成Imol空位所需的能量为104675J）。八 A-「850273) 104675人104675答：工'诲而j强=丝_ =/n»83i4555^3U=6答：工'诲而j.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（已知TA>TD）；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。答:三、综合分析题：（共50分，每小题答:三、综合分析题：（共50分，每小题25分）.请对比分析加工硬化、细晶强化、弥散强化、复相强化和固溶强化的特点和机理。答：加工硬化：是随变形使位错增殖而导致的硬化；细晶强化：是由于晶粒减小，晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。该强化机制是唯一的同时增大强度和塑性的机制。弥散强化：又称时效强化。是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制和绕过机制。

复相强化：由于第二相的相对含量与基体处于同数量级是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。固溶强化：由于溶质原子对位错运动产生阻碍。包括弹性交互作用（柯氏气团）、电交互作用（玲木气团）和化学交互作用。.请根据所附二元共晶相图分析解答下列问题：1）分析合金I、II的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；2）说明室温下I、II的相和组织是什么？并计算出相和组织的相对含量；3）如果希望得到室温组织为共晶组织和5%的0初的合金，求该合金的成分；4）分析在快速冷却条件下，I、11两合金获得的组织有何不同。答：（1）(2)I：答：（1）(2)I：a初+0II0.90-0.20090-0.05x100%=82.35%0.20-0.050.90-0.05x100%=17.65%相组成与组织组成比例相同n：B初+(a+B)共+pn(忽略)0.90-0.800.90-0.50x100%=25%+广讲=町=0.80-0.500.90-0.50x100%=75%0.900.90-0.800.90-0.50x100%=25%+广讲=町=0.80-0.500.90-0.50x100%=75%0.90-0.800.90—0.05x100%=11.76%0.80-0.050.90-0.05x100%=88.24%(3)设所求合金成分为xx-0.50090-0.50x-0.50090-0.50*100%=5%x=0.05x(0.90-0,50)+0.50=52%(4)1合金在快冷条件下可能得到少量的共晶组织，且呈现离异共晶的形态,合金中的PII量会减少，甚至不出现；II合金在快冷条件下P初呈树枝状，且数量减少。共晶体组织变细小，相对量增加。2006年西北工业大学硕士研究生入学试题一、简答题(每题10分，共50分).试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。.位错密度有哪几种表征方式？.陶瓷晶体相可分为哪两大类？有何共同特点？.冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理？.扩散激活能的物理意义为何？试比较置换扩散和间隙扩散的激活能的大小。二、作图计算题(每题15分，共60分).已知碳在y-Fe中扩散时，DO=2.0x10-5m2/s,Q=1.4x105J/molo当温度由927C上升到1027℃时，扩散系数变化了多少倍？(气体常数R=8.314J/(mol.K)).已知某低碳钢o0=64KPa,K=393.7,若晶粒直径为50pm,该低碳钢的屈服强度是多少？.试计算BCC晶体最密排面的堆积密度。(1)画出(111)晶面及单位滑移矢量【01Tl和口通］。(2)比较具有此二滑移矢量的位错的能量。4.Nii］和口12均位于Fee铝的(111)晶面上，因此理论上和(111)口12］的滑移均是可能的。(1)画出(111)晶面及单位滑移矢量［°】口和口道】。(2)比较具有此二滑移矢量的位错的能量。三、综合分析题(每题20分，共40分).试从晶界的结构特征和能量特征分析晶界的特点。.试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。2006年西北工业大学硕士研究生入学试题参考答案一、简答题(每题10分，共50分).试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。答：金属材料：主要以金属键为主，大多数金属强度和硬度较高，塑性较好。陶瓷材料：以共价键和离子键为主，硬、脆，不易变形，熔点高。高分子材料：分子内部以共价键为主，分子间为分子键和氢键为主。复合材料：是以上三中基本材料的人工复合物，结合键种类繁多。性能差异很大。.位错密度有哪几种表征方式？答：有两种方式：体密度，即单位体积内的位错线长度；面密度，即垂直穿过单位面积的位错线根数。.陶瓷晶体相可分为哪两大类？有何共同特点?答：氧化物陶瓷和硅酸盐陶瓷。特点：1.结合键主要是离子键，含有一定比例的共价键；2.有确定的成分，可以用准确的分子式表达；3.具有典型的非金属性质。.冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理？答：保持较高强度则应进行低温退火，使其只发生回复，去除残余应力；要继续冷变形则应进行高温退火，使其发生再结晶，以软化组织。.扩散激活能的物理意义为何？试比较置换扩散和间隙扩散的激活能的大小。答：扩散激活能的物理意义是原子跃迁过程中必须克服周围原子对其的阻碍，即必须克服势垒。相比而言，间隙扩散的激活能较小。二、作图计算题(每题15分，共60分).已知碳在y-Fe中扩散时，DO=2.0x10—5m2/s,Q=1.4x105J/molo当温度由927C上升到1027℃时，扩散系数变化了多少倍？(R=8.314J/(mol.K))答：D=Dex2.0x10-ex/。F，篦?仍]rRTJ \8.31x(927+273))D =D.ex/.12.0x10-ex/—7t4xl0——]\RT) \8.31x(1027+273))D( -1.4x10 -1.4x10 f-1.4x10 -1.4x10D-=eX\8.31x(1027+273)-8.31x(927+273)尸叫10808.2-9976.8-exp(-12.953+14.033)=exp(l.08)=2.94.已知某低碳钢o0=64KPa,K=393.7,若晶粒直径为5011m,该低碳钢的屈服强度是多少？答：由霍尔一配奇公式得：115=1+履-1=64+393.7x5。-7=64+55.68=119.7ma.试计算BCC晶体最密排面的堆积密度。答：BCC密排面为｛110｝面，其面积为:

H=2x成2=24龙a）2=之te?{110}面上被原子占据的面积为（两个原子）： 4 8Af3（i=—=—7r=0.5888堆积密度：A16.［0近］和口12均位于Fee铝的（111）晶面上，因此理论上和。11）口12］的滑移均是可能的。（1）画出（111）晶面及单位滑移矢量〔°1口和口道］。（2）比较具有此二滑移矢量的位错的能量。答：答：（1）)b-=/in，b-=剂2两位错位于同一滑移面，因此G两位错位于同一滑移面，因此G相同，故:%1_如『_色间［1标厂3三、综合分析题（每题20分，共40分）1.试从晶界的结构特征和能量特征分析晶界的特点。答：晶界结构特征：原子排列比较混乱，含有大量缺陷。晶界能量特征：原子的能量较晶粒内部高，活动能量强。晶界特征：晶界——畸变^一•晶界能——向低能量状态转化——晶粒长大、晶界变直晶界面积减小阻碍位错运动——ob?——细晶强化位错、空位等缺陷多——晶界扩散速度高晶界能量高、结构复杂——容易满足固态相变的条件——固态相变首先发生地化学稳定性差——晶界容易受腐蚀微量元素、杂质富集2.试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。答：组织结构：（1）形成纤维组织：晶粒沿变形方向被拉长；（2）形成位错胞；（3）晶粒转动形成变形织构。力学性能：位错密度增大，位错相互缠绕，运动阻力增大，造成加工硬化。物理化学性能：其变化复杂，主要对导电，导热，化学活性，化学电位等有影响。体系能量：包括两部分：（1）因冷变形产生大量缺陷引起点阵畸变，使畸变能增大；（2）因晶粒间变形不均匀和工件各部分变形不均匀引起的微观内应力和宏观内应力。这两部分统称为存储能，其中前者为主要的。冷变形后引起的组织性能变化为合金随后的回复、再结晶作了组织和能量上的准备。2007年西北工业大学硕士研究生入学试题一、简答题（每题10分，共50分）1、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。2、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？为什么？3、均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径，非均匀形核的临界形核功也等于三分之一表面能，为什么非均匀形核比均匀形核容易？4、原子的热运动如何影响扩散?5、如何区分金属的热变形和冷变形?作图计算题（每题15分，共60分）已知某晶体在500c时，每10Kl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A=0.0539,波耳滋曼常数K=l.381X1023J/K）请计算简单立方晶体中，（111）和Qi1）的夹角。请判定在FCC晶体中下列位错反应能否进行：a—a—a—-[101]+-[121]^-[lll]2 6 3试画出立方晶体中的（123）晶面和[346]晶向。综合分析题（共40分）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16、bg'、g'd'、d'、d'h'、h'e、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、□合金的平衡冷却过程，并注明主要的相变反应；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友达式。AbCjgzgd' eB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,并解释其机理。（16分）2007年西北工业大学硕士研究生入学试题参考答案-、简答题（每题10分，共50分）1、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。答：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。-<110> -<1120>Fee：2 ；bee：2 ；hep：32、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？为什么？答：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、均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径，非均匀形核的临界形核功也等于三分之一表面能，为什么非均匀形核比均匀形核容易？答：因为非均匀形核时，用杂质或型腔充当了一部分晶核。也就是说，需要调动的原子数少。4、原子的热运动如何影响扩散？答：热运动增强将使原子的跃迁距离、跃迁几率和跃迁频率均增大，即增大扩散系数。5、如何区分金属的热变形和冷变形?

答：变形温度与再结晶温度的高低关系。高于再结晶温度的为热变形，反之为冷变形。二、作图计算题（每题15分，共60分）已知某晶体在500C时，每1（T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A=0.0539,波耳滋曼常数K=1.381XIO'J/K）c=Jexp（--J-）KIC „ io-10^Ev=-A：nn—=-[1,381X10-23x（500+273）]In——/ 0.0539解.=1.068x10-2°x17.8=1.9x10-19J请计算简单立方晶体中，（111）和（iii）的夹角。hyhj+kik14- 1—1+11cosa-•/ ——苫——― -=I =-解：/nr如+片6/?3a=70°32'-[101]+-[121]^-[111]请判定在fee中下列位错反应能否进行：2LJ6LJ3L」解：几何条件：,,,（i n 2.（ i,n i ,i, i *bi+b）= \ciH-b+H-k?=_a+_b—c=_1111）2（2 6） 6l 26） 3 3 3 3、 ，（6分）能量条件：2 2-V2+-V62 2-V2+-V6=a1a1 1 2 62a2a23 3（6分）满足儿何条件和能量条件，反应可以进行。（3分）试画出面心立方晶体中的（123）晶面和1A61晶向解:综合分析题（共40分）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'、力'e、"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、□合金的平衡冷却过程，并注明主要的相变反应；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。解：1）水平线攵/为包晶反应:4+瓦一%（2分）水平线gh为共晶反应:4+4（2分）Ab：a （1分）bg'：a+Bu（1分）g'd：a+（a+B）共+Bn（1分）d'： （a+B）大（1分）d'h'： B+（a+B）共+au（1分）h'e：3+a|| （1分）eB：B （1分）

3）合金I（53）合金I（5分）（3分）'xlOO%；W"=^xlOO%4）合金I相组成： be °be（2分）4）合金II组织组成:W（a+-=-7X100%;Wg=1初共晶前析出量x片析出比例=己x粤•x100%；" gabewa=a初共晶前析出量-为析出量=纪、100%-Wfgd （3分）2. 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）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、塑性下降西北工业大学2008年硕士研究生入学考试试题试题编号:832

第1试题编号:832

第1页共3说明：所有答题一律写在答题纸上页一、简答题（每题10分，共60分）.固态下，无相变的金属，如果不重熔，能否细化晶粒？如何实现?.固体中有哪些常见的相结构？.何谓平衡结晶？何谓非平衡结晶？4,扩散第一定律的应用条件是什么？对于浓度梯度随时间变化的情况，能否应用扩散第一定律？.何为织构？包括哪几类？.什么是成分过冷？如何影响固溶体生长形态？二、作图计算题（每题15分，共60分）.请分别写出FCC、BCC和HCP晶体的密排面、密排方向，并计算密排面间距和密排方向上原子间距。.请绘出面心立方点阵晶胞，并在晶胞中绘出（110）晶面：再以（110）晶面平行于纸面,绘出（110）晶面原子剖面图，并在其上标出[001],[112],[11.1]晶向。.已知H70黄铜在400C时完成再结晶需要1小时，而在390C下完成再结晶需2小时，请计算在420C下完成再结晶需要多长时间？.一个FCC晶体在口23]方向在2MPa正应力下屈服，已测得开动的滑移系是（m）[Toi],请确定使该滑移系开动的分切应力ro三、综合分析题（30分）1.请根据Fe-Fe3c相图分析回答下列问题：（17分）1）请分析2.0wt.%C合金平衡状态下的结晶过程，并说明室温下的相组成和组织组成。2）请分析2.0wt.%C合金在较快冷却，即不平衡状态下，可能发生的结晶过程，并说明室温下组织会发生什么变化。3）假设将一无限长纯铁棒置于930℃渗碳气氛下长期保温，碳原子仅由棒顶端渗入（如图所示），试分析并标出930℃和缓冷至室温时的组织分布情况。（绘制在答题纸±）防C原子 930-C防护2.图示Cu-Cd二元相图全图及其400℃〜600℃范围的局部放大：（13分）

2.*cd(%)CwCd二元相图的局部放大1）请根据相图写出549℃、547℃、544℃、397℃和314℃五条水平线的三相平衡反应类型及其反应式；2）已知p相成分为wd=46.5%,400℃时丫相的成分为=57%,请计算400℃时wCd=50%合金的相组成。2008年西北工业大学硕士研究生入学试题.参考答案一、简答题（每题10分，共60分）.固态下，无相变的金属，如果不重熔，能否细化晶粒？如何实现?答：可以。.通过进行适当冷变形，而后在适当温度再结晶的方法获得细晶（应主意避开临界变形度和避免异常长大）。或进行热加工，使之发生动态再结晶。.周体中有哪些常见的相结构？答：固体中常见的相结构有：固溶体（单质）、化合物、陶瓷晶体相、非晶相、分子相。.何谓平衡结晶？何谓非平衡结晶？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度比较快，扩散不充分的情况下的结晶。.扩散第一定律的应用条件是什么？对于浓度梯度随时间变化的情况，能否应用扩散第一定律？答：扩散第一定律的应用条件是稳态扩散，即与时间无关的扩散。对于非稳态扩散的情况也可以应用扩散第一定律，但必须对其进行修正。.何为织构？包括哪几类？答：织构是晶体中晶面、晶向趋于一致现象。织构包括再结晶织构和变形织构。其中变形织构又包括丝织构和板织构。.什么是成分过冷？如何影响固溶体生长形态？答：凝固过程中，随液固界面的推进，液固界面附近液相一侧产生溶质原子富集，导致液相的熔点发生变化，由此产生的过冷现象称为成分过冷。无成分过冷时，固溶体以平面状生长,形成等轴晶；有较小过冷度时，形成胞状组织；有较大成分过冷时，形成树枝晶。二、作图计算题（每题15分，共60分）.请分别写出FCC、BCC和HCP晶体的密排面、密排方向，并计算密排面间距和密排方向上原子间距。答：晶体结构密排面密排方向密排面间距密排方向原子间距FCC{111}<110>Ta—a2BCC{110}<111>>7Ta我TaHCP{0001}<1120>12Ca.请绘出面心立方点阵晶胞，并在晶胞中绘出（110）晶面；再以（110）晶面平行于纸面,绘出（110）晶面原子剖面图，并在其上标出[001],[112],[Ill]晶向。.已知H70黄铜在400C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420C下完成再结晶需要多长时间？答：在两个不同的恒定温度产生相同程度的再结晶时,’2两边取对数，并比之得’2两边取对数，并比之得In—1In—12In人h=0.26J L] ]72T]=400+273-390+273'J 1__ ] ]7\~7\ 400+273-420+273h8.一个FCC晶体在[i23]方向在2MPa正应力下屈服，已测得开动的滑移系是（lll）[T01],请确定使该滑移系开动的分切应力心答：cos0=-1+2+3答：cos0=-1+2+3V14V3=0.617M粤粤=-=0.756|[123][101]|V14V2r=2x0.617x0.756=0.933A^t/三、综合分析题（30分）.请根据Fe-Fe3c相图分析回答下列问题：（17分）4）请分析2.0wt.%C合金平衡状态下的结晶过程，并说明室温下的相组成和组织组成。5）请分析2.0wt.%C合金在较快冷却，即不平衡状态下可能发生的结晶过程，并说明室温下组织会发生什么变化。6）假设将一无限长纯铁棒置于930℃渗碳气氛下长期保温，碳原子仅由棒顶端渗入（如图所示），试分析并标出930℃和缓冷至室温时的组织分布情况。L L-*,Y Y YfFe3cli 丫fa+Fe3c afFe3c川相组成：a+Fe3c组织组成：P+Fe3cli(忽略FesGu)2）根据冷速不同，可能出现共晶反应，得到Ld；得到的P层片细小；Fe3cli的析出将收到抑制，甚至不析出。3)附图如下C原子

D防护3)附图如下C原子

D防护防护.图示Cu-Cd二元相图全图及其400℃〜600℃范围的局部放大：（13分）3）请根据相图写出549℃、547C、544℃、397c和314c五条水平线的三相平衡反应类型及其反应式；4）已知。相成分为w“=46.5%,400C时y相的成分为w〃=57%,请计算400℃时=50%合金的相组成。答：549'C：包晶反应，（Cu）+L-*p547°C：包晶反应，P+L-y544℃：共晶反应，L-y+8397℃：包晶反应，6+Lf£314C：共晶反应，L-£+（Cd）57-50 50-465B0/o=- -x100%=66.7% 或/%= -x100%=33.3%57-46.5 57-46.5西北工业大学2009年硕士研究生入学考试试题T简答题（每题10分，共60分）.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/与柏氏矢量h,外加切应力r与柏氏矢量外加切应力「与位错线/之间的夹角关系，及位错线运动方向。（请绘表格作答，答案务必写在答题册上）Sb与/~r与b TWl~位错线运动方向刃位错螺位错混合位错.仲么足置换固洵体？题响置换固海伴箱解度IW悚什那屿？形成无限固溶体的条件是什么？.置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同？在扩散偶中，如果是间隙扩散，是否会发生柯肯达尔效应？为什么？.在室温下对铁板（其熔点为1538℃）和锡板（其熔点为232℃）,分别进行来回弯折，随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么？.何为固溶强化？请简述其强化机制。.请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。二、作图计算题（每题10分，共40分）.请比较FCC晶体中外=夕11月和坛=a［100］两位错的畸变能哪个较大。.面心立方晶体沿［001］方向拉伸，可能有几个滑移系开动？请写出各滑移系指数，并分别绘图示之。.在A1单晶中，（111）面上有一位错加=3101］,（ill）面上另一位错若两位错发生反应，请绘出新位错，并判断其性质。4.请分别写出立方晶系中｛110｝和｛100｝晶面族包括的晶面。1）综合分析题（每题25分，共50分）.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，并请分析其居 xA）（%）.附图为Ti-Al二元合金相图：5）请分析并分别写出1285C、1125c和665c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。6）请绘出卬=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。7）请分析500C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。（注：1125c时，WaTi=27%,WTi3Al=26%,WTiAl=35%;500℃时，WTi3Al=23%，WTiAi=35%）2009年西北工业大学硕士研究生入学试题参考答案二、简答题（每题10分，共60分）.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/与柏氏矢量方、外加切应力r与柏氏矢量〃、外加切应力r与位错线/之间的夹角关系，及位错线运动方向。（请绘表格作答，答案务必写在答题册上）答：b与/T与〃T与1位错线运动方向//±法线IIIIII法线一定角度II一定角度法线.什么是置换固溶体？影响置换固溶体溶解度的因素有哪些？形成无限固溶体的条件是什么？答：溶质原子取代溶剂原子，并保持溶剂结构的合金相称为置换固溶体。影响因素有：1）原子尺寸；2）晶体结构；3）电负性；4）电子浓度两组元晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件。.置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同？在扩散偶中，如果是间隙扩散，是否会发生柯肯达尔效应？为什么？答：间隙扩散系数与空位浓度无关，而置换扩散系数与空位浓度有关（可用公式表示）。•般地，间隙扩散系数大于置换扩散系数。不会发生。因为间隙扩散中考虑间隙原子定向流动，未考虑置换互溶式扩散。.在室温下对铁板（其熔点为1538℃）和锡板（其熔点为232℃）,分别进行来回弯折，随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么？答：根据T,产（0.35~0.45）%可知Fe在室温下加工为冷加工，Sn在室温下加工为热加工因此随着弯曲的进行，铁板发生加工硬化，继续变形，导致铁板断裂Sn板属于热加工，产生动态再结晶，弯曲可不断进行下去.何为固溶强化？请简述其强化机制。答：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。.请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。答：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。二、作图计算题（每题10分，共40分）%=-[111]12.请比较FCC晶体中孰=丑ITT] 2 和4=a[100]/=a[100]两位错的畸变能哪个较大。炭• 1>>Ia vTl^il= +1+1=ya答：|t1|=|vl+l+l= 2 2

|b2|=aVl+0+0=a\b2\=ayfl+0+0=a'故：仇的畸变能较小。.面心立方晶体沿[001]方向拉伸，可能有几个滑移系开动？请写出各滑移系指数，并分别绘图示之。答：共12个滑移系，其中可能开动的有8个。分别是：[Oil]>(111)[101] (Ill)[011]>(111)[101].在A1单晶中，(111)面上有一位错儿(111)面上另一位错若两位错发生反应，请绘出新位错，并判断其性质。答：新位错为%=,[110]。位错线为(111)面与(11D面的交线[Ii0]o两者垂直，因此是刃型位错。4.请分别写出立方晶系中｛110｝和｛100｝晶面族包括的晶面。答：(110)(101)(011)(110)(101)(011)｛100卜(100)(010)(001)(001)(010)(100)4)综合分析题(每题25分，共50分)

.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）促进促进促进原子扩散冷变形量（增）促进促进提供驱动力溶质原子阻碍阻碍阻碍位错和晶界的运动第二相粒子促进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）促进促进增大再结晶驱动力晶粒位向无影响无影响热蚀沟无影响一般无影响尚未形成热蚀沟.附图为Ti-Al二元合金相图：8）请分析并分别写出1285C、1125c和665c三个恒温转变的类型和反应式，以及882c时发生两相恒温转变的类型和反应式。9）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。请分析500C时，卬=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。（注：1125C时，WaTi=27%,WTi3Al=26%,WTiAl=35%;500c时，WTi3Al=23%,WTiAl=35%）答：1）1285℃：包析反应，pTi+TiAl-aTi1125℃：共析反应，aTi-Ti3Al+TiAl665℃：包晶反应，L+TiA^fAl882℃：同素异构转变，pTi-aTi相组成：Ti3ALTiAl35—31TlaAl%=———X100%=33.3骚35—23T1A1%=1-T13A1%=66.7踊组织组成：TiAk(Ti3Al+TiAl)共TIA峪=1L-7-x100%=50购(T13A1+TLA1);的=T-T1A1%=50%35-271800010203040xA,(%))0 7080 90 100I I170016001500140013001200M1800010203040xA,(%))0 7080 90 100I I170016001500140013001200M110010009008001670PATlcTi/in700Tihr600Ti1A一一T一sUJIHal3mlisgLLLYmadnsT10 20 30 40 50 60%(%)一TiAb J6601c-apAb,(Al)70 8090100Al2010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页简答题（每题10分，共50分）.请解释y-Fe与a-Fe溶解碳原子能力差异的原因。.请简述位向差与晶界能的关系，并解释原因？.请简述在固态条件下，晶体缺陷、固溶体类型对溶质原子扩散的影响。4,请分析、解释在正温度梯度下凝固，为什么纯金属以平面状生长，而固溶体合金却往往以树枝状长大？.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？作图计算题（每题15分，共60分）1.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，与两晶面之间的夹角。（注：G、H点为二等分点，F点为三等分点）.请判断图示中小环口片两位错各段的类型，以及两位错所含拐折（be、de和hi、jk）的性质？若图示滑移面为fee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）.某合金的再结晶激活能为250KJ/mol,该合金在400'C完成再结晶需要1小时，请问在390℃下完成再结晶需要多长时间。（气体常数R=8.314L/mol•K）.请分别绘出fee和bee晶体中的最短单位位错,并比较二者哪一个引起的畸变较大。三、综合分析题（共40分）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，并阐述机理。（15分）请根据Cu-Zn相图回答下列问题：（25分）1）若在500C下，将一纯铜试样长期置于锌液中，请绘出扩散后从表面至内部沿深度方向的相分布和对应的浓度分布曲线。2）请分析902℃、834℃、700℃、598℃、558℃各水平线的相变反应类型，及其反应式。3）请绘出Cu-75%Zn合金的平衡结晶的冷却曲线，并标明各阶段的相变反应或相组成。4）请计算Cu-75%Zn合金平衡结晶至200℃时的相组成含量。102010年硕士研究生入学考试试题参考答案简答题（每题10分，共50分）.请解释y-Fe与a-Fe溶解碳原子能力差异的原因。答：a-Fe为体心立方晶体，其八面体间隙为扁八面体，相比而言四面体间隙较大；Y-Fe为面心立方，其八面体间隙大。体心立方的四面体间隙比面心立方的八面体间隙小很多，因此溶解小原子的能力小很多。.请简述位向差与晶界能的关系，并解释原因？答：位向差越大晶界能越高；随位向差增大，晶界能先快速增大，后逐渐趋于稳定。原因：位向差越大，缺陷越多（小角晶界位错密度越大），畸变越严重，因此能量越高。.请简述在固态条件下，晶体缺陷、固溶体类型对溶质原子扩散的影响。答：晶体缺陷处的原子具有较高能量，且原子排列比较杂乱，有利于扩散。间隙原子扩散激活能比置换原子扩散激活能低，因此间隙原子扩散速度高。.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？答：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。掂3词良HzF.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？答：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。作图计算题（每题15分，共60分）.写出附图的简单立方晶体中ED、CT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）答：ED：口切，CT：心知ACH：。曲，FGd：（243）4=e=♦ACH的晶面间距：—品FGD，与ABCD之间的夹角：.请判断图示中占坏1%两位错各段的类型，以及两位错所含拐折（be、de和hi、jk）的性质？若图示滑移面为fbc晶体的（ill）面，在切应力后的作用下，两位错将如何运动？（绘图表示）答：ab：螺位错；be：刃位错；cd：螺位错；de：刃位错；ef：螺位错gh：螺位错；hi：刃位错；ij：螺位错；jk：刃位错；kl：螺位错be、de为扭折,hi、jk为割阶运动后区恢复为直线，瓦上的〃、八八人为固定点，形成位错源.某合金的再结晶激活能为250KJ/moL该合金在400℃完成再结晶需要1小时，请问在390℃下完成再结晶需要多长时间。（气体常数7?=8.314L/mol•K）IS14=。,5管IS14所以上=L96小时.请分别绘出fee和bee晶体中的最短单位位错，并比较二者哪一个引起的畸变较大。*1=；[1U] =7（110]答：BCC晶体中为： （1分），FCC晶体中为：1^11=IvT+r+T=*a3> S1%I=；+!>+。=(a故：FCC中的必引起的畸变较小。瓦&2=1[110]

£ C Qbcc： fee：综合分析题（共40分）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）答：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 同上请根据Cu-Zn相图回答下列问题：（25分）1）若在500℃下，将一纯铜试样长期置于锌液中，请绘出扩散后从铜棒表面至内部沿深度方向的相分布和对应的浓度分布曲线。2）请分析902℃、834℃、700℃、598℃、558℃的相变反应类型，并写出反应式。3）请绘出Cu-75%Zn合金的平衡结晶的冷却曲线，并标明各阶段的相变反应或相组成。4）请计算Cu-75%Zn合金平衡结晶至200℃时的相组成含量。902℃：包晶——L+a—p834℃：包晶——L+p-y700℃：包晶——L+y-6598℃：包晶——L+3-S558℃：共析——6-丫+£L-<75-6579-65X1QO%=71.4%79-7579-65x100%=28.6%2004年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：金属学适用专业：材料学、材料科学与工程、材料加工工程说明：统考生做一至十一题；单考生做一至八和十二至十四题一、简述题（4分/小题，共40分）1.滑移临界分切应力 2.金属键.中间相 4.布喇菲（Bravais）点阵.再结晶温度 6.滑移系.位错 8.二次再结晶9.偏析 10.马氏体相变二、单相金属或合金各晶粒间的界面一般称之为晶界，通常晶界又分为小角度晶界和大角度晶界两大类，试问：划分为两类晶界的依据是什么？并讨论构成小角度晶界的结构模型。（10分）三、分别画出立方晶系晶胞内的晶胞）、（112）晶面和晶向。（10分）四、讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。（10分）五、什么是固溶体？讨论影响固溶体溶解度的主要因素。（10分）六、分析和讨论冷加工金属或合金塑性变形后回复再结晶过程中组织和性能的变化特征。（10分）七、画出FwFe3c相图，分析含碳量为l.lwt%（重量百分比）的铁碳合金从液相平衡凝固到室温时的转变过程，画出组织转变示意图，并计算出室温时各组织的相对含量。（20分）八、分析和讨论影响金属或合金中原子扩散的主要因素。（10分）九、以Ab4.5%Cu合金为例，分析过饱和固溶体的脱溶分解过程（脱溶贯序），并讨论脱溶温度对脱溶贯序的影响。（10分）十、金属的固态相变与金属的结晶过程基本一样，大多也包括形核和生长两个基本阶段，但在固态相变过程中新、旧两相的比容不同，使系统额外增加了应变能以及由相界面上的原子不匹配而引起的弹性应变能，因此固态相变在许多方面与结晶过程有着显著的差异。试分析固态相变的一般特点。（10分）2004年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：金属学适用专业：材料学、材料科学与工程、材料加工工程说明：统考生做一至十一题；单考生做一至八和十二至十四题一、简述题（4分/小题，共40分）1.滑移临界分切应力 2.金属键.中间相 4.布喇菲（Bravais）点阵.再结晶温度 6.滑移系.位错 8.二次再结晶9.偏析 10.马氏体相变二、单相金属或合金各晶粒间的界面一般称之为晶界，通常晶界又分为小角度晶界和大角度晶界两大类，试问：划分为两类晶界的依据是什么？并讨论构成小角度晶界的结构模型。（10分）三、分别画出立方晶系晶胞内的（110）、（112）晶面和晶向。（10分）四、讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。（10分）五、什么是固溶体？讨论影响固溶体溶解度的主要因素。（10分）六、分析和讨论冷加工金属或合金塑性变形后回复再结晶过程中组织和性能的变化特征。（10分）七、画出FeFejC相图，分析含碳量为l.lwt%（重量百分比）的铁碳合金从液相平衡凝固到室温时的转变过程，画出组织转变示意图，并计算出室温时各组织的相对含量。（20分）八、分析和讨论影响金属或合金中原子扩散的主要因素。（10分）九、以Al~4.5%Cu合金为例，分析过饱和固溶体的脱溶分解过程（脱溶贯序），并讨论脱溶温度对脱溶贯序的影响。（10分）十、金属的固态相变与金属的结晶过程基本一样，大多也包括形核和生长两个基本阶段，但在固态相变过程中新、旧两相的比容不同，使系统额外增加了应变能以及由相界面上的原子不匹配而引起的弹性应变能，因此固态相变在许多方面与结晶过程有着显著的差异。试分析固态相变的一般特点。（10分）十一、写出所附Au-Hf体系相图（图9-1）中的三相反应，并划出虚线框内部分的相平衡关系局部扩大示意图。（10分）十二、分析固态相变和回复再结晶过程的驱动力。（10分）'0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.6 0.7 0.8 0.9 1.0Au Hfw"）图9-1第十一题图十三、叙述钢锭中常见的宏观组织缺陷，消除或改善方法。（10分）十四、叙述常见的金属晶体中的内外界面。（10分）参考答案】•滑移临界分切应力：滑移系开动所需的最小分切应力；它是一个定值，与材料本身性质有关，与外力取向无关。.金属键：自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。.中间相：合金中组元之间形成的、与纯组元结构不同的相。在相图的中间区域。.布喇菲点阵：除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵（或:除考虑旋转对称性外，还考虑平移对称性，经有心化后构成的全部阵点）。.再结晶温度：形变金属在一定时间（一般lh）内刚好完成再结晶的最低温度。.滑移系：晶体中一个可滑移面及该面上一个可滑移晶向合称一个滑移系。.位错：是晶体内的一种线缺陷，其特点是沿一条线方向原子有规律地发

生错排；这种缺陷用一线方向和一个柏氏矢量共同描述。.二次再结晶：再结晶结束后，正常长大过程被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。.偏析：合金中化学成分的不均匀性".马氏体相变：其过程遵循无扩散、切变方式的相转变。二、依据是按界面两侧晶粒间的取向差，＜15。的称小角度晶界，＞15。的称大角度晶界。小角度晶界的结构模型是位错模型，比如对称倾转晶界用一组平行的刃位错来描述。三、见图9-2。图9-2第三题解答图图9-2第三题解答图空间点阵只有14种，基元可以是无穷多种，因而构成的具体的晶体结构也是无穷多种。五、溶质原子以原子态溶入溶剂点阵中而组成的单一均匀固体；溶剂的点阵类型被保留。影响固溶度的因素有：①原子尺寸因素。当溶剂、溶质原子直径尺寸相对差小于±15%时，有利于大的代位固溶体溶解度;当两组元的直径相对差大于41%时，有利于高的间隙固溶体溶解度。②负电性因素。溶剂、溶质的负电性差越小溶解度越大，一般小于0.4~0.5会有较大溶解度。③电子浓度因素。有两方面的含义：一是原子价效应，即同一溶剂金属中，溶质的原子价越高，溶解度越小；二是相对价效应，即高价溶质溶入低价溶剂时的溶解度高于相反的情况。六、随退火温度的升高或时间延长，出现亚晶合并长大，再结晶形核及长大，无（或低密度）位错的等轴再结晶晶粒取代长条状高位错密度的形变晶粒,然后是晶粒正常长大。储存能逐渐被释放，特别是再结晶阶段释放的最显著；硬度及强度下降，伸长率上升；电阻降低，密度提高。再结晶时各种性能变化都比回复时强烈得多。七、铁碳相图略。1.1%C的钢由液相冷却时先进入L+y奥氏体两相区，形成枝晶或等轴状y奥氏体，然后进入奥氏体单相区；继续冷却到~7602，沿晶界析出二次渗碳体,在727霓剩余的奥氏体转变为珠光体，最后的组织是珠光体+网状二次渗碳体，如图9-3所示。珠光体相对含量为：x100%=94.4%网状渗碳体相对含量为：皋二?3X100%=5.6%0.0/-U.//图9-3第七题解答图八、影响扩散的因素有：温度：满足0=Z)oe-Q/w的关系，温度升高，扩散加快。界面、表面及位错：它们是扩散的快速通道。第三组元：可对二元扩散有不同影响，如Mo、W降低C在芥Fe中的扩散系数；Co、Si加速C的扩散；Mn、Ni的影响不大。晶体结构：低对称性的晶体结构中，存在扩散系数的各向异性，如六方结构晶体，平行与垂直于基面(0001)的扩散系数不同。熔点：同一合金系中，同一温度下熔点高的合金中扩散慢，熔点低的扩散快。九、Ab4.5%Cu合金固溶处理后，在最佳时效温度=150霓时效，会出现脱溶贯序：过饱和固溶体fGP区—俨8'f8。其中GP区是铜原子富集区；&是四方结构亚稳相，圆盘状，沿基体的11001面析出，具有共格/半共格界面，与基体存在特定的取向关系；8是四方结构稳定相，不规则形状。提高时效温度，脱溶加快，但过饱和度减少，相变驱动力减少，可能导致直接析出平衡相仇时效强化能力减弱;时效温度过低则情况相反,达到最佳性能的时间过长。十、①相变阻力中多了应变能一项。②形核方面:非均匀形核为主;具有特定的取向关系;相界面常为共格或半共格的。③生长方面：具有惯习现象，有特定的组织形态，如片状、针状。④有亚稳相。H--、L+AusHf-FCC(Au)

L+AujHH-AujHfL+Au3gAiuHfL+A^Hf+A^HfLr-AgHf+小AuHfAu2Hf+p-AuHF-AuioHf,0-AuHffAuioHf；+a-AuHfL-*p-AulIf+AuHf2 .B-AuHf+AuHf2-*a-AuHfL-AuHf2+BCC(Hf)BCC(Hf)-AuHfz+HCP(Hf)虚线框内部分可能的相平衡关系局部扩大示意于图9-40图%4第十一题解答图十二、固态相变的驱动力是新、旧两相间的自由能差，回复再结晶的驱动力是形变储存能。十三、宏观缺陷有：宏观偏析（如正常偏析、反常偏析、比重偏析）和带状组织以及缩孔、疏松、气泡等。严格讲，也包括三晶区的组织不均匀性。宏观缺陷（化学不均匀性、物理不均匀性和组织不均匀性）往往是相互联系的，一般希望尽可能多而细的中心等轴晶，可采用加孕育剂、加大冷速、加强液体运动（如电磁搅拌、机械搅拌）等方法，细化晶粒，消除柱状晶，这样，与柱状晶/枝状晶区相伴随的宏观偏析和缩孔、气泡也就明显改善了。十四、它们包括晶界、相界、表面、李晶界、层错。晶界是同种晶粒之间的交界面；相界是结构、成分不同的相间的交界面；表面是晶体与大气或外界接触的界面；李晶界是发生李生后产生的新界面，是特殊的大角晶界，可是共格的或半共格的；低能层错是单相晶体内因堆垛顺序反常变化后出现的新界面，也是低能界面，与李晶界能量相近。2005年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：金属学适用专业：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？11111晶面族包含哪些晶面？2•面心立方结构金属的［100］和［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？请加以说明。二、合金相（15分）.解释间隙固溶体和间隙相的含义，并加以比较。.为什么固溶体的强度常比纯金属高？三、晶体缺陷（15分）.晶体内若有较多的线缺陷（位错）或面缺陷（晶界、李晶界等），其强度会明显升高，这些现象称为什么？强度提高的原因是什么？.上述的两类缺陷是怎样进入晶体的？举例说明如何提高这些缺陷的数目？四、相图热力学（10分）利用图104的自由能-成分曲线说明，公切线将成分范围分成三个区域，各区域内哪些相稳定？为什么？五、凝固（20分）】•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？.合金凝固时的液/固界面前沿通常比纯金属液/周界面前沿更容易出现过冷？为什么？.典型的金属（如铁）和典型的非金属（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）X rrc（1/7）X104图10-3第六题第2小题图X rrc（1/7）X104图10-3第六题第2小题图102IO-1O-图02第六题第1小题图mm,问再继续渗碳8mm,问再继续渗碳8小时后，相同图104第七题第2小题图.菲克第二定律的解之一是误差函数解，，=4+及”（5为），它可用于纯铁的渗碳过程。若温度固定，不同时间碳的浓度分布则如图10-2o已知渗碳1小时后达到某一特定浓度的渗碳层厚度为0.5浓度的渗层厚度是多少？.图10-3为测出的处在不同温度及以不同方式扩散时扩散系数与温度的关系，从该实验数据图中能得出哪些信息？七、形变（20分）.常温下金属塑性变形有哪些主要机制？它们间的主要差异是什么？.面心立方金属铜在三种不同条件下的真应力-应变曲线如图10-4o说明它们可能是在怎样的温度和应变速率下形成的？为何有

这样的形状？.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）.给出金属发生再结晶的基本条件（驱动力）。.指出再结晶、结晶、固态相变之间的主要区别。.图05示意画出一种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a） b）图ld5第八题第3个小题图a)0.01a） b）图ld5第八题第3个小题图a)0.01 0.1FT10 100时效时间/db)时效温度190℃图1（X6第九题图4.再结晶动力学公式为X=l-e-〃，各参数表示的含义是什么？以上，的关系作图，曲线的形状大致是怎样的？如何处理可得一条直线？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；讨论成分变化及时效温度对力学性能（这里是硬度值）的影响，分析可能的原因。十、固态相变（15分）1538噌°）液体+3铁*--b495,(2723)液体28002600珠光体+1铁素体I I -0.0218%^0.77%一铁索体(a锭)2.08%2.11%液体-奥氏体固态线奥氏体/0.68%912<1674)液态线2400(2541)1珠光体+Fe3c1154GW1148

(2098)液体+Fe3c二」\4.26%/'4.30%铁-Fe3c线|（计算）奥氏体+Fe3c1538噌°）液体+3铁*--b495,(2723)液体28002600珠光体+1铁素体I I -0.0218%^0.77%一铁索体(a锭)2.08%2.11%液体-奥氏体固态线奥氏体/0.68%912<1674)液态线2400(2541)1珠光体+Fe3c1154GW1148

(2098)液体+Fe3c二」\4.26%/'4.30%铁-Fe3c线|（计算）奥氏体+Fe3c(1360)22000020)08o

601727(1341))02——铁石墨平衡 铁-Fe3c平衡I-，一]a)c)b)d)图10-7第十二题图.简述时效（强化）处理的工艺路线及原理。.同素异晶转变、马氏体相变、脱溶转变有何主要区别？H■一、形变（15分）简述单向压缩条件F,形变星、形变温度对金属组织及性能的影响（包括晶粒形状和位错亚结构的变化）？可用示意图表示。十二、铁碳相图（20分）.图10*7a为铁碳相图，图10-7b、c、d分别为3个不同成分（设为0.45%C、3.4%C、4.7%C）的铁碳合金缓冷凝固组织（包括随后的固态相变、硝酸酒精浸蚀）。说明它们各是哪个成分的合金，为什么？.分析图Id7d组织的凝固过程，并计算该合金中白色长条状组织的重址相对量（Fe3c含6.69%C）。参考答案.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，这些面往往不止一种。立方系11111晶面族包括（111）、（111）、（111）、（1日）四个。.晶面间夹角coscp=l/43;（p=54.7°o面间距d=a/2（a为点阵常数）。.FCC按方式堆垛，而HCP按ABABAB堆垛；致密度无差异,都是0.74c—、.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（尺寸因索化合物），且A、B原子数成比例。性能上有很大差异，前者韧、塑性好；后者硬，塑性差。共性是两者中的合金组元都在间隙位置，本身尺寸很小。.因合金中两类原子尺寸不同，引起点阵畸变，阻碍位错运动，造成固溶强化。.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阻碍位错的运动，从而提高强度。.位错的增多主要靠形变，通过萌生与增殖在晶粒内不断产生位借；晶粒细化可通过凝固时加非均匀形核剂或高的冷却速度获得，也可通过大形变，或再结晶，或相变的方法。、左侧4 范围是a相稳定，因它的自由能最低；右侧范围是B相稳定，也因其自由能最低；两公切点之间N方~N£范围是a+B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分为公切点处的a+（3时两相自由能的加权值（在公切线直线上）低。五、.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。.合金界面前沿会出现组成过冷，即界面前溶质的富集提高了局部区域的熔点，所以更易出现过冷。.因两者分别是粗糙型（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、.因浓度C、扩散系数。都不变，有至=修，代入相应值得：＞2=3%=1.5mm0.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。与温度7是指数关系，即该图是0=00exp（-Q/R7）对数处理的结果；利用直线关系可求常数Do和激活能Q。七、.主要形变机制是滑移和李生；滑移产生的切变量是原子间距的整数倍,挛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。.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。.含C、N间隙原子的低碳钢形变时，滑移启动时的抗力较大（上屈服点），滑移进行时的抗力较小（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，位错一旦摆脱钉扎后便不受影响（对应下屈服点）。八、.要有一定的形变储存能，一定的温度。.再结晶只是一种组织变化，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。后两者的驱动力都是化学自由能差。.这是应变诱导晶界迁移机制；晶界两侧应变量不同，位错密度不同，形变储存能不同，造成高应变能的一侧被低应变能的一侧吃掉，形成新晶粒。.X是再结晶分数，，是时间，k、，都是常数，A主要与形核率和长大速度有关，n主要和形核机制、地点和新相形状有关。以X-t的关系作图，曲线的形状是5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同时间的再结晶量求出A、〃值，了解更多的微观信息。九、随铝中含铜量提高，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，扩散速度加快，析出加快，但过饱和度减小，脱溶驱动力也减小，GP区或亚稳相可能不出现。时效强化主要靠GP区和他相，因两者很细小弥散，有共格或半共格界面，强化效果好。十、.经高温加热及快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。.同素异晶转变主要是纯组元固态下出现的相变，没有成分变化，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。脱溶出现在合金中，有成分变化，主要是长程扩散控制的。十一、从侧面观察，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、硬度提高，塑性下降。形变温度提高，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。强度提高和塑性下降的速度都变慢。十二、.图O7b组织为0.45%C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3.4%C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Id7d组织为4.7%C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。.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：（4.7-4.3）/（6.69-4.3）=16.7%。2006年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：金属学适用专业：材料加工工程、材料学、材料科学与工程说明：统考生做一至八题；单考生做二、三、四（2）、五、六、七（1）、八至-卜一题一、晶体结构（20分）.（以面心立方晶胞为例）描述晶体结构（晶胞）特征的常用参数有哪些？.在体心立方晶胞中画出一个最密排方向并标明晶向指数；再画出过该方向的两个不同的低指数（简单）晶面，写出对应的晶面指数。这两个面和与其平行的密排方向构成什么关系？、合金相（20分）.（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么？.纯金属中溶入另一组元后（假设不会产生新相）会带来哪些微观结构上的变化？这些变化如何引起性能上的变化？三、晶体缺陷（20分）1•点缺陷（如间隙原子或代位原子）和线缺陷（如位错）为何会发生交互作用？这种交互作用如何影响力学性能？2.举例或画图说明什么是小角晶界的位错模型？描述大角晶界有何模型？其含义是什么？四、相图及凝固（30分）・.图11-1为铁碳相图和一个含3.5%C的铁碳合金缓冷凝固组织。说明或示意画出此合金由液相缓冷到共析温度以下的组织变化过程，并说明图U-lb的最终组织；计算图U-lb中箭头所指的树枝状组织的重量百分量；再分别计算共析转变后合金中铁索体和全部的珠光体组织重量百分量（Fe3c含6.69%C）。.图11-2为一连铸坯低倍组织照片，说明各品区的名称及成因；若想得到更多的等轴晶粒，可采用哪些方法或措施？

a)图11-1第四题第1小题图a)图11-1第四题第1小题图图11-2第四题第2小题图五、扩散（10分）扩散的微观机制有哪些？，般情况下，哪种机制扩散快•些？一个经凝固而有微观非平衡偏析的合金，采用哪些措施可加速扩散使合金均匀化？描述该过程应用哪种扩散第二定律的解？六、形变（20分）.写出面心立方金属的一个具体的滑移系；多晶体变形时，在一定的形变量下，为何有的晶粒内是单系滑移而另一些晶粒内是多系滑移？为何有的晶粒内滑移量大而另一些晶粒内滑移量小？.什么是形变织构？有哪几类？如何表示？七、再结晶（20分）.简述回复再结晶退火时材料组织和性能变化的规律；为何实际生产中常需要再结晶退火？.再结晶形核地点有什么特点或特征？哪些地点可能是优先的形核地点？八、固态相变（10分）什么是连续脱溶？若一个过饱和固溶体在不同时效条件下分别得到如图11-3所示的规则形状和不规则形状析出物，该现象说明什么？形成两种组织的大致条件（或工艺）各是什么？图n-3第八题图九、晶体结构（20分）.（以体心立方晶胞为例）描述晶体结构（晶胞）几何特征的常用参数有哪些？.在面心立方晶体结构晶胞中画出一个最密排方向并标明晶向指数；再画出过该方向的两个不同的低指数（简单）晶面，写出对应的晶面指数。这两个面和与其平行的密排方向构成什么关系？十、相图及凝固（20分）参照图11-la（第四题）提供的铁碳相图，说明并示意画出含碳1.3%的铁碳合金由液相缓冷到共析温度以下的组织变化过程；计算该合金二次渗碳体的最大重量百分量；再分别计算共析转变后合金中铁素体和珠光体组织重量百分量。十一、再结晶（10分）再结晶完成后的晶粒长大过程中，晶粒的平衡形貌（二维条件下）是直的六边形；多于六边的晶粒将吞并少于六边的晶粒而长大。解释原因。

参考答案.FCC晶胞中的原子个数4,密排面|111|及密排方向<110>,配位数12,原子半径及a/4;间隙位置（八面体间隙在体心及等效位置）及个数4,堆垛顺序4BC4BC,致密度0.74。.如图11-4,构成晶带关系.图114第一题第2小题解答图—、.固溶体保持纯金属的晶体结构，中间相的结构一般与两组元的结构都不同；固溶体原子间以金属键为主，中间相以共价键及离子键为主；固溶体塑、韧性好，中间相的强度高，韧性较差。.引起点阵畸变，点阵常数会改变；会产生局部偏聚或有序，甚至出现超结构。因固溶强化使强度提高，塑性降低；电阻一般增大。—、.点缺陷产生畸变，使局部能量提高，附近有弹性应变场；位错也是如此,但位错周围不同位置应力场状态不同，有的为压应力，有的为拉应力；点缺陷会聚集到位错上使应变能降低，使系统的能量下降，吸附溶质的位错是一种稳定组态；此时位错被钉扎而难以运动，使强度提高，会产生上下屈服点效应。.小角晶界可看成是由大量的、两侧原子完全对应/匹配的好区和一组平行或相互垂直的位错组成，取向差完全是靠位错产生的；晶界能是位错能量的加和。大角度晶界模型有非晶模型、小岛模型、重合位置点阵模型，后者的含义是特殊的大角晶界内一部分原子同属界面两侧点阵，重合点本身构成-超点阵，品界过其密排面时能量较低。四、.液相冷却时，先形成先共晶奥氏体枝晶，剩余的液相进行共晶形成莱氏体，凝固完毕。继续冷却时奥氏体枝晶周围析出二次渗破体，到共析温度后，奥氏体转变为珠光体，最后得到枝晶状分布的珠光体和变态莱氏体。箭头所指的是枝晶状珠光体，它是由奥氏体枝晶转变来的，其相对最为：“奥氏体=(4・3-3.5)/(4.3-2.1)x100%=36.36%严格计算时还应扣除二次渗碳体，即：卬奥氏体-卬奥氏体x(2.1-0.77)/(6.69-0.77)=36.36%-8.17%=28.19%卬铁素体=(6.69-3.5)/(6.69-0.0218)x100%=47.84%卬珠光体=(669