西北工业大学材料科学基础考研课程试题集

1010《材料科学根底》考试大纲一、考试内容工程材料中的原子排列原子键合，工程材料种类；金属的晶体构造，陶瓷的晶体构造。实际晶体中的位错。固体中的相构造固溶体的分类、性能及特征金属间化合物的分类、性能及特征；玻璃相性能及特征。凝固与结晶结晶的根本规律、根本条件；晶核的形成与长大；结晶理论的应用。二元相图相图的根本学问；晶转变；。固体中的集中：集中定律及其应用；集中的微观机理，影响集中的因素；集中的热力学理论；反响集中。塑性变形：单晶体的塑性变形；多晶体的塑性变形；合金的塑性变形；冷变形金属的组织与性能，超塑性。回复与与结晶：冷变形金属在加热时的变化；回复机制；再结晶及再结晶后的晶粒长大；二、参考书目〔其次版〕，刘智恩，西北工业大学出版社，20232023202319982023年西北工业大学硕士争论生入学试题一、简答题：〔408分〕1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？2、请简述影响集中的主要因素有哪些。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：〔6012分〕1、求[111]和[201两晶向所打算的晶面，并绘图表示出来。2、氧化镁〔MgO〕NaClO2-离子的面心立方构造。问：假设其离子半径r r

＝0.140nm，则其原子积存密度Mg为多少？

2假设r

＝0.41，则原子积存密度是否转变？Mg 231.013×105Pa〔1〕，319K匀形核，设临界晶核半径为1nm，纯镍熔点为1726K，熔化热ΔH＝m18075J/molV＝6.6cm3/mols界形核功。4Pb-Sn-Bi

＝0.2〕凝固过程及室温组织；Bi Sn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〕。假设钢的屈服强度σ

st st CuE＝110GPa。问：Cu假设该复合材料受到拉力，何种材料先屈服？多少？该复合材料的弹性模量为多少？三、综合分析题：〔5025分〕1、某面心立方晶体的可动滑移系为(111)[110]。请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量；假设滑移由刃位错引起，试指出位错线的方向；请指出在〔2〕的状况下，位错线的运动方向；刃位错线受力的大小和方向〔a＝0.2nm〕。

Cu Ag100gAg，AgCuw低Cu0.02。〔假设液相线和固相线固相线均为直线〕。2023年西北工业大学硕士争论生入学试题一、简答题〔840分〕请简述二元合金结晶的根本条件有哪些。差异？两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区分？请简述集中的微观机制有哪些？影响集中的因素又有哪些？请简述回复的机制及其驱动力。二、计算、作图题：〔6012分〕面心立方晶体中，分别画出，方向为[001]，请问哪些滑移系可以开动？请判定以下位错反响能否进展，假设能够进展，请在晶胞图上做出矢量图。〔1〕〔2〕假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为给出滑移位错的单位位错柏氏矢量；

，请答复：其位错线方向又如何？假设将一块铁由室温20℃加热至850℃，然后格外快地冷却到20℃，请计算处理前后空位数变化〔设铁中形成1mol空位所需的能量为104675J，气体常数为8.314J/mol·K〕。三元简洁共晶的投影图，见附图，请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组成〔TA>TD〕；X合金平衡冷却时的冷区曲线，及各阶段相变反响。三、综合分析题：〔5025分〕机理。请依据所附二元共晶相图分析解答以下问题：分析合金I、II的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；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；假设期望得到共晶组织和5%的初的合金，求该合金的成分；分析在快速冷却条件下，I、II两合金获得的组织有何不同。2023年西北工业大学硕士争论生入学试题一、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？变薄时，又应进展何种热处理？二、作图计算题〔每题15分，共60分〕1.γ－Fe中集中时，D0＝2.0×105m2/s，Q＝1.4105J/mol9271027(气R=8.314J/(mol.K))σ0=64KPaK=393.7，假设晶粒直径为50μm，该低碳钢的屈服强度是多少？试计算BCC晶体最密排面的积存密度。4.和均位于Fcc铝的(111)晶面上，因此理论上的滑移均是可能的。〔1〕画出(111)晶面及单位滑移矢量和。〔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〕试从晶界的构造特征和能量特征分析晶界的特点。影响。2023年西北工业大学硕士争论生入学试题参考答案一、简答题：〔408分〕答：一样点：小原子溶入。不同点：间隙固溶体保持溶剂〔大原子〕点阵；相构造简洁；间隙化合物构造简单。答：影响集中的主要因素：〔1〕温度；晶体构造与类型；晶体缺陷；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r的k晶核〕〔1〕r≥rk

的晶胚；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？冷却速度；冷却速度越快，原子重排列时间越断，越简洁保存液态金属构造。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：〔6012分〕1、求[111]和[201]两晶向所打算的晶面，并绘图表示出来。答：设所求的晶面指数为〔hkl〕1 1 1 1 1 1h:k:l : : 则 0 1 1 2 2 0假设其离子半径r r

＝0.140nm，则其原子积存密度Mg为多少？

O2假设r 2/r ＝0.41，则原子积存密度是否转变？Mg O2a2(r

r

Mg2

O2

)4P 4积存密度f

Mg2a3

O2

0.73〔2〕积存密度会转变，由于Pf

与两异号离子半径的比值有关。Pa〔1〕，319K1nm，1726K，ΔH＝m18075J/molV＝6.6cm3/mols界形核功。r 2

G

HT

G ， B T TBrGB

B m mrHT2.53105J/cm22 2 所以 m163T2VAG m 1.61019Jv 3G2B

3H2T24Pb-Sn-Bi

＝0.2〕凝固过程及室温组织；Bi Sn计算合金室温下组织组成物的相对含量。Bi-QEE3

，随温度降低Bi增多，液相成初EE，L〔Sn＋Bi〕EE3 共 3EL〔Sn＋Bi＋β〕却不再变化。

，随后冷共共共

＋〔Sn＋Bi＋β〕〔2〕w

＝2.88；w

＝0.407；w

＝0.305共Bi共

〔Sn＋Bi〕共

〔Sn＋Bi＋β〕共5、有一钢丝〔直径为1mm〕包复一层铜〔总直径为2mm〕。假设钢的屈

＝280MPa，弹性模量E

＝205GPa，铜的σ

＝140MPa，弹性

st st Cu＝110GPa。问：Cu假设该复合材料受到拉力，何种材料先屈服？多少？答；两金属的弹性应变相等，即：(/E) (/E)st st Cu Cu st Cu

110000 Cu〔1〕Cu〔2〕

F总＝F＋F＝1401062.410－6＋2801060.8106560NCu st〔3〕

E(E) (E) 130000MPast Cu三、综合分析题：〔5025分〕1、某面心立方晶体的可动滑移系为(111)[110。请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量；假设滑移由刃位错引起，试指出位错线的方向；请指出在〔2〕的状况下，位错线的运动方向；刃位错线受力的大小和方向〔a＝0.2nm〕。b答：〔1〕柏氏矢量：

a[110]2 ；〔2〕位错线方向：[112]；〔3〕位错线运动方向平行于柏氏矢量；〔4〕Fb9.8991011MN/m

Cu Ag100gAg，AgCuw低Cu0.02。〔假设液相线和固相线固相线均为直线〕。

＝0.055；1 Cu

1 2 Cu2a

3

Cu＝0.013，3即可。

4 Cu2023年西北工业大学硕士争论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根本条件有哪些。ΔG0构造条件：r>r*AΔGmax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展的，请问两者之间有何差异？晶转变只是晶粒的重形成，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分？不在原滑移面上的弯折，对位错的滑移有影响。请简述集中的微观机制有哪些？影响集中的因素又有哪些？机制，直接换位与环形换位机制需要的激活能很高，只有在高温时才能消灭。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。〔〔包〕；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：空位的消逝中温机制：对应位错的滑移〔重排、消逝〕〔位错的滑移＋攀移〕〔主要是点阵畸变能〕二、计算、作图题：〔共60分，每题12分〕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，并就图中状况分析它们能否构成滑移系？假设外力方向为[001]，请问哪些滑移系可以开动？请判定以下位错反响能否进展，假设能够进展，请在晶胞图上做出矢量图。〔1〕几何条件：，满足几何条件能量条件：满足能量条件，反响可以进展。〔2〕几何条件：，满足几何条件能量条件：满足能量条件，反响可以进展。假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为，请答复：1)给出滑移位错的单位位错柏氏矢量；2〕假设滑移位错为纯刃位错，请指出其位错线方向；假设滑移位错为纯螺位错，其位错线方向又如何？答：〔1〕单位位错的柏氏矢量；〔2〕纯刃位错的位错线方向与b垂直，且位于滑移面上，为

；纯螺位错的位错线与b平行，为[011]。假设将一块铁由室温2085020〔1mol104675J。答：三元简洁共晶的投影图，见附图，AD代表的垂直截面图及各区的相组成〔TA>TD〕；请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线，及各阶段相变反响。答：三、综合分析题：〔共50分，每题25分〕请比照分析加工硬化、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；制和绕过机制。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。请依据所附二元共晶相图分析解答以下问题：分析合金III的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；III的相和组织是什么？并计算出相和组织的相对含量；假设期望得到室温组织为共晶组织和5%β分；分析在快速冷却条件下，III两合金获得的组织有何不同。答：〔1〕〔2〕I：α初＋βII，相组成与组织组成比例一样II：β初＋〔α＋β〕共＋βII〔无视〕〔3〕x〔4〕IβII量会削减，甚至不消灭；II合金在快冷条件下β初呈树枝状，且数量削减。共晶体组织变细小，相对量2023年西北工业大学硕士争论生入学试题参考答案一、简答题〔1050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：是以上三中根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？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？1.结合键主要是离子键，含有肯定比例2.3.具有典型的非金属性质。冷轧纯铜板，假设要求保持较高强度，应进展何种热处理？假设需要连续冷轧变薄时，又应进展何种热处理？冷变形则应进展高温退火，使其发生再结晶，以软化组织。集中激活能的物理意义为何？试比较置换集中和间隙集中的激活能的大小。必需抑制势垒。相比而言，间隙集中的激活能较小。二、作图计算题〔1560分〕1. 碳在γ－Fe中集中时，D0＝2.0×10－5m2/s，Q＝1.4×105J/mol。当温度由927℃上升到1027〔R＝8.314J/(mol.K)〕答：某低碳钢σ0=64KPaK=393.7，假设晶粒直径为50μm，该低碳钢的屈服强度是多少？答：由霍尔－配奇公式得：BCC晶体最密排面的积存密度。答：BCC密排面为｛110｝面，其面积为：｛110〔两个原子：积存密度：和 均位于Fcc铝的(111)晶面上，因此理论上 的滑移均是可能的。〔1〕画出(111)晶面及单位滑移矢量和。〔2〕比较具有此二滑移矢量的位错的能量。答：〔1〕〔2〕两位错位于同一滑移面，因此G一样，故：三、综合分析题〔2040分〕试从晶界的构造特征和能量特征分析晶界的特点。晶界特征：——畸变——晶界能——向低能量状态转化————晶界面积减小阻碍位错运动σb细晶强化位错、空位等缺陷多——晶界集中速度高——简洁满足固态相变的条件——固态相变首先发生地化学稳定性差——晶界简洁受腐蚀微量元素、杂质富集试分析冷塑性变形对合金组织构造、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。答：组织构造：〔1〕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。响。体系能量：包括两局部：〔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局部变形不均匀引起的微观内应力和宏观内应力。这两局部统称为存储能，其中前者为主要的。。一、简答题〔每题6分，共30分〕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？立方晶系中，假设位错线方向为[001]，b型。

a[110]，试说明该位错属于什么类请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。DDexpQ0 kT试从集中系数公式

说明影响集中的因素。何为过冷度？它对形核率有什么影响？二、作图计算题〔1040分〕1．在面心立方晶体中，分别画出(101)、[110]和(111)、[110]，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中状况分析它们能否构成滑移系？Al为面心立方晶体，原子半径为r。假设在Al晶体的八面体间隙中能溶Arrr的比值是多少。B B AtL E tA-BwB

0.75)

(w0.15)B

w0.95)假设共晶反响B刚完毕时，αβ50%，试求该合金的成分。铜的临界分切应力为1Mpa，问要使(111)面上产生[101]在[001]方向上施加多大的力？〕1．A-B〔600℃〕B〔500℃〕在液态时无限互溶；〔2〕固态时，ABw=0.30，w=0.10BA；((B

AA0.40) (wB

A0.70)。在A-B二元相图中，分析w=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B各相组成物的相对含量。织。〔3%硝酸酒精〕 工业纯铁 20钢 45钢T8钢 T12钢 亚共晶白口铸铁一、简答题〔630分〕工程材料分为哪几类？它们的结合键如何？依据凝固理论，请分析细化铸锭晶粒的途径及原理固溶体非平衡凝固时，形成微观偏析和宏观偏析的缘由有何区分？间隙化合物各举一具体例子。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1040分〕1．〔密排六方〕20℃c、a的值；钛原子半径。钼为体心立方构造，请答复：画出其晶胞示意图；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。90%。请确定该碳钢的含碳量，并画出组织示意图。假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为(111)[011]，请答复：给出滑移位错的单位位错柏氏矢量； 错，其位错线方向又如何？三、综合分析题〔每题1530分〕依据以下条件绘出A-B二元共晶相图：

>t〔t、tA、B〕；A B A BtBL E tBB((B共晶反响为(wB((B

0.60)

w0.10)

w0.95)；BB并请答复：分析w=0.85的合金平衡结晶过程；B计算该合金室温下的相组成物及组织组成物。〔无视二次相〕一楔型纯铜铸锭，经间距恒定的轧辊轧制〔如图〕；请画出轧制后，锭子的晶粒示意图。画出将该锭子进展再结晶退火后，晶粒示意图。并分析缘由。一、简答题〔530分〕何为空间点阵？它与晶体构造有何异、同？请简述晶界有哪些特征？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。请简述二元合金结晶的根本条件有哪些。什么是反响集中？请简述其特点。是什么。二、作图计算题〔每题1040分〕1〔100〕、〔110〕和〔111〕晶面的面间距〔a〕。2．在面心立方晶体中分别画出(101)[101] 、(111)[110]和、(111)[011]，外力方向为<001>，请问哪些滑移系可以开动？位错的柏氏矢量。a a a[121] [211]1) 2 6 6a a a[111] [111]2) 3 6 2三元简洁共晶的投影图，见附图，请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组成；请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线，及各阶段相变反响。XeXeDC三、综合分析题〔每题1530分〕Mg-Ni合金系中一个共晶反响：L +MgNi23.5%Ni 纯Mg 2 54.6%Ni1 2 1 2分数相等，但室温时C1中(即Mg)的总量是C2

中总量的2.5倍，请确定C1C21100℃由起重吊车送往淬火水槽，行至途中钢丝突然发生断裂。该钢丝是的，且没有瑕疵，是分析该钢丝绳断裂的缘由。一、简答题〔630〕原子的结合键有哪几种？各有什么特点？导电，导热性差。不导电，导热性有好有差。度有高有低，导热导电性好。硬度低，不导电，导热性差。氢 用XH-Y；键合弱，有方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性好。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%立方晶系中，假设位错线方向为[001]，b型。

a[110]，试说明该位错属于什么类因位错线方向垂直于柏氏矢量，所以是刃位错。请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。一样点：小原子溶入不同点：假设小原子溶入后，大小原子数量成比例，在选取点阵时，大小原子相，称为间隙相〔间隙化合物〕。原子点阵，称为间隙固溶体。DDexpQ0 kT试从集中系数公式

说明影响集中的因素。QT活能越低集中系数越大，因此激活能低的集中方式的集中系数较大，如晶界和位错处的集中系数较大。温度越高，原子活性越大，集中系数越大。何为过冷度？它对形核率有什么影响？随过冷度增大，形核领先增后减。二、作图计算题〔每题1040〕[110](101)10](111)1. 在面心立方晶体中，分