西工大材料考研試題

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西北工業(yè)大學2011年碩士研究生入學考試試題試題名稱：材料科學基礎（A卷）試題編號：832說明：所有答題一律寫在答題紙上第1頁共2頁一、簡答題（每題10分，共50分）1.請從原子排列、彈性應力場、滑移性質(zhì)、柏氏矢量等方面對比刃位錯、螺位錯的主要特征。2.何謂金屬材料的加工硬化？如何解決加工硬化對后續(xù)冷加工帶來的困難？3.什么是離異共晶？如何形成的？4.形成無限固溶體的條件是什么？簡述原因。5.兩個尺寸相同、形狀相同的銅像合金鑄件，一個含90%Ni,另一個含50%Ni,鑄造后自然冷卻，問哪個鑄件的偏析嚴重？為什么？二、作圖計算題（每題15分，共60分）1、寫出｛112｝晶面族的等價晶面。2、請判定下列反應能否進行：^[T11]+^[111]^4001]3、已知某晶體在500C時，每10"個原子中可以形成有1個空位，請問該晶體的空位形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)a=0.0539,波耳滋曼常數(shù)K=1.381xIO、j/k）4,單晶銅拉伸，已知拉力軸的方向為[001],o=106Pa,求（111）面上柏氏矢量b=在[01]的螺位錯線上所受的力（?=036nm）

1綜合分析題（共40分）1.經(jīng)冷加工的金屬微觀組織變化如圖a所示，隨溫度升高，并在某一溫度下保溫足夠長的時間，會發(fā)生圖b-d的變化，請分析四個階段微觀組織、體系能量和宏觀性能變化的機理和原因。2.根據(jù)Ag-Cd二元相圖：1）當溫度為736℃、590C、440℃和230c時分別會發(fā)生什么樣的三相平衡反應？寫出反應式。2）分析Ag-56%Cd合金的平衡凝固過程，繪出冷卻曲線，標明各階段的相變反應。3）分析Ag-95%Cd合金的平衡凝固與較快速冷卻時，室溫組織會有什么差別，并討論其原因。

2西北工業(yè)大學2010年碩士研究生入學考試試題（A）簡答題（每題10分，共50分）1.請解釋y-Fe與a-Fe溶解碳原子能力差異的原因。2.請簡述位向差與晶界能的關(guān)系，并解釋原因？3.請簡述在固態(tài)條件下，晶體缺陷、固溶體類型對溶質(zhì)原子擴散的影響。4.請分析、解釋在正溫度梯度下凝固，為什么純金屬以平面狀生長，而固溶體合金卻往往以樹枝狀長大？5.鐵碳合金中可能出現(xiàn)的滲碳體有哪兒種？它們的成分有何不同？平衡結(jié)晶后是什么樣的形態(tài)？作圖計算題（每題15分，共60分）1.寫出附圖的簡單立方晶體中ED、CT的晶向指數(shù)和ACH、FGD，的晶面指數(shù)，并求ACH晶面的晶面間距，以及FGD，與兩晶面之間的夾角。（注：G、H點為二等分點，F(xiàn)點為三等分點）2.請判斷圖示中瓦和區(qū)兩位錯各段的類型，以及兩位錯所含拐折（be、de和hi、jk）的性質(zhì)？若圖示滑移面為fee晶體的（111）面，在切應力r的作用下，兩位錯將如何運動？（繪圖表示）

3a1.某合金的再結(jié)晶激活能為250KJ/mol,該合金在400C完成再結(jié)晶需要1小時，請問在390C下完成再結(jié)晶需要多長時間。（氣體常數(shù)/?=8.314L/mol-K）2.請分別繪出fee和bee晶體中的最短單位位錯，并比較二者哪一個引起的畸變較大。三、綜合分析題（共40分）1、請分析對工業(yè)純鋁、Fe-0.2%C合金、Al-5%Cu合金可以采用的強化機制，并闡述機理。（15分）2、請根據(jù)Cu-Zn相圖回答下列問題：（25分）1）若在500C下，將一純銅試樣長期置于鋅液中，請繪出擴散后從表面至內(nèi)部沿深度方向的相分布和對應的濃度分布曲線。2）請分析902C、834℃、700℃、598C、558c各水平線的相變反應類型，及其反應式。3）請繪出Cu-75%Zn合金的平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并標明各階段的相變反應或相組成。4）請計算Cu-75%Zn合金平衡結(jié)晶至200℃時的相組成含量。

4西北工業(yè)大學2009年碩士研究生入學考試試題（B）一、簡答題（每題10分，共60分）1.在位錯發(fā)生滑移時，請分析刃位錯、螺位錯和混合位錯的位錯線/與柏氏矢量b、外加切應力r與柏氏矢量6、外加切應力r與位錯線/之間的夾角關(guān)系，及位錯線運動方向。（請繪表格作答，答案務必寫在答題冊上）類型■與】富與，r與，位借線運動方向刃位借2.什么是置換固溶體？影響置換固溶體溶解度的因素有哪些？形成無限固溶體的條件是什么？3.置換擴散與間隙擴散的擴散系數(shù)有何不同？在擴散偶中，如果是間隙擴散，是否會發(fā)生柯肯達爾效應？為什么？4.在室溫下對鐵板（其熔點為1538℃）和錫板（其熔點為232℃）,分別進行來回彎折，隨著彎折的進行，各會發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？5.何為固溶強化？請簡述其強化機制。6.請比較二元共晶轉(zhuǎn)變與包晶轉(zhuǎn)變的異同。二、作圖計算題（每題10分，共40分）1.請比較FCC晶體中/?1=|［111］和4=。［100］兩位錯的畸變能哪個較大。2?面心立方晶體沿［001］方向拉伸，可能有幾個滑移系開動？請寫出各滑移系指數(shù)，并分別繪圖示之。

53.在Al單晶中，（111）面上有一位錯仇,（ui）面上另一位錯。2=][011]。若兩位錯發(fā)生反應，請繪出新位錯，并判斷其性質(zhì)。4.請分別寫出立方晶系中｛110｝和｛100｝晶面族包括的晶面。三、綜合分析題（每題25分，共50分）1.請分析影響回復和再結(jié)晶的因素各有哪些，以及影響因素的異同，并請分析其原因。2.附圖為Ti-Al二元合金相圖：1）請分析并分別寫出1285℃、1125℃和665℃三個恒溫轉(zhuǎn)變的類型和反應式,以及882c時發(fā)生兩相恒溫轉(zhuǎn)變的類型和反應式。2）請繪出卬=31%合金平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并注明各階段的主要相變反應。3）請分析500c時，卬=31%的合金平衡結(jié)晶的相組成物和組織組成物，并計算其質(zhì)量分數(shù)。（注：1125c時，WaTi=27%,WTi3Al=26%,WTiAI=35%；500c時，VVTi3Al=23%,wTiAi=35%）

6綜合模擬試題一一、簡答題（每題6分，共30分）1.原子的結(jié)合鍵有哪幾種？各有什么特點？2.面心立方晶體和體心立方晶體的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少？3.立方晶系中，若位錯線方向為［001］,S=a［110］,試說明該位錯屬于什么類型。4.請說明間隙化合物與間隙固溶體的異同。5.試從擴散系數(shù)公式O=O°exp卜母）說明影響擴散的因素。6.何為過冷度？它對形核率有什么影響？二、作圖計算題（每題10分，共40分）1.在面心立方晶體中，分別畫出（101）、［iio］和（iii）、［lio］,指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？2.已知A1為面心立方晶體，原子半徑為〃。若在A1晶體的八面體間隙中能溶入最大的小原子半徑為打，請計算外與，的比值是多少。3.A-B二元合金中具有共晶反應如下：自。（叼-0」5）+4%,-0.95）若共晶反應剛結(jié)束時，。和￡相的相對含量各占50%,試求該合金的成分。4.已知銅的臨界分切應力為IMpa,問要使（ill）面上產(chǎn)生［101］方向的滑移，應在［001］方向上施加多大的力？三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.按下列條件繪出A-B二元相圖：（1）A組元（熔點600C）與B組元（熔點500C）在液態(tài)時無限互溶；（2）固態(tài)時，A在B中的最大固溶度為療0.30,室溫時為*0.10；而B在固態(tài)下不溶于A；（3）300c時發(fā)生共晶反應。%。硼oA+Aw.w。）。在A-B二元相圖中，分析斷0.6的合金平衡凝固后，在室溫下的相組成物及組織組成物，并計算各相組成物的相對含量。2.請繪出下列Fe-C合金極緩慢冷卻到室溫后的金相組織示意圖，并標注各組織。（腐蝕劑均為3%硝酸酒精）

7工業(yè)純鐵20鋼45鋼綜合槿擬施二一、簡答題（每題6分，共30分）1.工程材料分為哪幾類？它們的結(jié)合鍵如何？2.根據(jù)凝固理論，請分析細化鑄錠晶粒的途徑及原理3.固溶體非平衡凝固時，形成微觀偏析和宏觀偏析的原因有何區(qū)別？4.請為置換固溶體、間隙固溶體、間隙化合物、正常價化合物、電子化合物和間隙化合物各舉一具體例子。5.為什么細晶強化可以同時提高合金強度、硬度、塑性和韌性？二、作圖計算題（每題10分，共40分）1.鈦的晶胞（密排六方）體積在20c時為〃./〃6/次‘，其c/a=1.59,求：（1）c、a的值；（2）鈦原子半徑。2.已知鑰為體心立方結(jié)構(gòu)，請回答：（1）畫出其晶胞示意圖；（2）在圖中畫出一個可能的滑移系，并標明滑移面和滑移方向的指數(shù)。3.?碳鋼在平衡冷卻條件下，室溫組織為珠光體+二次滲碳體，其中珠光體含量為90%。請確定該碳鋼的含碳量，并畫出組織示意圖。4.假設某面心立方晶體可以開動的滑移系為（111）、[011],請回答：

8（1）給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量；（2）若滑移位錯為純?nèi)形诲e，請指出其位錯線方向；若滑移位錯為純螺位錯，其位錯線方向又如何？三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.根據(jù)下列已知條件繪出A-B二元共晶相圖：1.tA>tB（tA^tB為A、B的熔點）；ii.共口目反成為入他-0.60）0。他_0.10）+^（WB-0.95）5iii.B在A中的固溶度隨溫度的下降而減小，室溫時為%=0.03；A在B中的固溶度不隨溫度變化，并請回答：（1）分析％=0.85的合金平衡結(jié)晶過程；（2）計算該合金室溫下的相組成物及組織組成物。（忽略二次相）8.一楔型純銅鑄錠，經(jīng)間距恒定的軋輻軋制（如圖）；（1）請畫出軋制后，錠子的晶粒示意圖。（2）畫出將該錠子進行再結(jié)晶退火后，晶粒示意圖。并分析原因。綜合樟似抽三一、簡答題（每題5分，共30分）1.何為空間點陣？它與晶體結(jié)構(gòu)有何異、同？2.請簡述晶界有哪些特征？

91.何為固溶強化？置換固溶體與間隙固溶體相比，哪個的固溶強化效果強？請簡述影響固溶度的因素。2.請簡述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。3.什么是反應擴散？請簡述其特點。4.簡述在什么情況下會發(fā)生單滑移、多滑移和交滑移，它們的滑移線形貌特征是什么。二、作圖計算題（每題10分，共40分）1.請計算簡單立方和體心立方晶體的（100）、（110）和（111）晶面的面間距（假設兩種點陣的點陣常數(shù)都是a）。2.在面心立方晶體中，分別畫出（loi）、[loi]（市）、[iio]和（Ui）、[oil],指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向為<001>,請問哪些滑移系可以開動？3.請判定下列反應能否進行，若能夠進行，則在簡單立方晶胞內(nèi)繪出參加反應位錯的柏氏矢量。^[110]->^[12T]+^[211]1）266削2]+凱2）3624.已知三元簡單共晶的投影圖，見附圖，1）請畫出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成；2）請畫出X合金平衡冷卻時的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應。

10三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.已知Mg-Ni合金系中一個共晶反應：^23.5%JV

11西北工業(yè)大學2008年碩士研究生入學考試試題（A）一、簡答題（每題10分，共60分）1.固態(tài)下，無相變的金屬，如果不重熔，能否細化晶粒？如何實現(xiàn)？2.固體中有哪些常見的相結(jié)構(gòu)？3.何謂平衡結(jié)晶？何謂非平衡結(jié)晶？4.擴散第一定律的應用條件是什么？對于濃度梯度隨時間變化的情況，能否應用擴散第一定律？5.何為織構(gòu)？包括哪兒類？6.什么是成分過冷？如何影響固溶體生長形態(tài)？二、作圖計算題（每題15分，共60分）1.請分別寫出FCC、BCC和HCP晶體的密排面、密排方向，并計算密排面間距和密排方向上原子間距。2.請繪出面心立方點陣晶胞，并在晶胞中繪出（110）晶面；再以（110）晶面平行于紙面，繪出（110）晶面原子剖面圖，并在其上標出[001],[112],口1￡]晶向。3.已知H70黃銅在400C時完成再結(jié)晶需要1小時，而在390℃下完成再結(jié)晶需2小時，請計算由420C下完成再結(jié)晶需要多長時間？4.?個FCC晶體在口23]方向在2MPa正應力下屈服，已測得開動的滑移系是（lll）[T01],請確定使該滑移系開動的分切應力r0三、綜合分析題（30分）1.請根據(jù)Fe-Fe3c相圖分析回答下列問題：（17分）1）請分析2.0wt.%C合金平衡狀態(tài)下的結(jié)晶過程，并說明室溫下的相組成和組織組成。2）請分析2.0wt.%C合金在較快冷卻，即不平衡狀態(tài)下，可能發(fā)生的結(jié)晶過程，并說明室溫下組織會發(fā)生什么變化。3）假設將-無限長純鐵棒置于930℃滲碳氣氛下長期保溫，碳原子僅由棒頂端滲入（如圖所示），試分析并標出930c和緩冷至室溫時的組織分布情況。（繪制在答題紙上）C原子93CTC防護室溫

121.圖示Cu-Cd二元相圖全圖及其400c?600C范圍的局部放大：（13分）1054S7y（%）c，cd二元相同的局部收大1）請根據(jù)相圖寫出549℃、547℃>544℃、397℃和314c五條水平線的三相平衡反應類型及其反應式；2）已知0相成分為w”=46.5%,400c時y相的成分為wcd=57%,請計算400℃時Wcd=50%合金的相組成。一、簡答題（每題10分，共50分）

131、請說明什么是全位錯和不全位錯，并請寫出FCC、BCC和HCP晶體中的最短單位位錯的柏氏矢量。2、已知原子半徑與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，請問當配位數(shù)降低時，原子半徑如何變化？為什么？3、均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，非均勻形核的臨界形核功也等于三分之?表面能，為什么非均勻形核比均勻形核容易？4、原子的熱運動如何影響擴散？5、如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變形？一、作圖計算題（每題15分，共60分）1.已知某晶體在500C時，每10'°個原子中可以形成有1個空位，請問該晶體的空位形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)A=0.0539,波耳滋曼常數(shù)K=l.381X102J/K）2.請計算簡單立方晶體中，（111）和（山）的夾角。3.請判定在FCC晶體中下列位錯反應能否進行：a（1—-[101]+-[121]->-[111]2634.試畫出立方晶體中的（123）晶面和[3謳]晶向。二、綜合分析題（共40分）1.如附圖所示，請分析：（24分）1）兩水平線的反應類型，并寫出反應式；2）分析Ab、bg，、g，d，、d，、d'h'、力'e、七個區(qū)域室溫下的組織組成物（J.點成分小于g點成分）；3）分析I、□合金的平衡冷卻過程，并注明主要的相變反應；4）寫出合金I平衡冷卻到室溫后相組成物相對含量的表達式及合金II平衡冷卻到室溫后組織組成物相對含量的表達式。2.請對比分析回復、再結(jié)晶、正常長大、異常長大的驅(qū)動力及力學性能變化,并解釋其機理。（16分）

142006年西北工業(yè)大學碩士研究生入學試題一、簡答題（每題10分，共50分）1.試從結(jié)合鍵的角度，分析工程材料的分類及其特點。2.位錯密度有哪幾種表征方式？3.陶瓷晶體相可分為哪兩大類？有何共同特點？4.冷軋純銅板，如果要求保持較高強度，應進行何種熱處理？若需要繼續(xù)冷軋變薄時，又應進行何種熱處理？5.擴散激活能的物理意義為何？試比較置換擴散和間隙擴散的激活能的大小。二、作圖計算題（每題15分,共60分）1.已知碳在V-Fe中擴散時，D0=2.0x10-5m2/s,Q=1.4x105J/molo當溫度由927℃上升到1027C時，擴散系數(shù)變化了多少倍？（氣體常數(shù)R=8.314J/（mol.K））2.已知某低碳鋼oO=64KPa,K=393.7,若晶粒直徑為50tlm,該低碳鋼的屈服強度是多少？3.試計算BCC晶體最密排面的堆積密度。4.［01T］和［112］均位于Fee鋁的（111）晶面上，因此理論上和。1譏112］的滑移均是可能的。（1）畫出（ill）晶面及單位滑移矢量〔⑺1】和〔"Wo（2）比較具有此二滑移矢量的位錯的能量。三、綜合分析題（每題20分，共40分）1.試從晶界的結(jié)構(gòu)特征和能量特征分析晶界的特點。2.試分析冷塑性變形對合金組織結(jié)構(gòu)、力學性能、物理化學性能、體系能量的影響。

152005年西北工業(yè)大學碩士研究生入學試題一、簡答題（每題8分，共40分）i.請簡述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。2.同素異晶轉(zhuǎn)變和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變都是以形核長大方式進行的，請問兩者之間有何差別？3.兩位錯發(fā)生交割時產(chǎn)生的扭折和割階有何區(qū)別？4.請簡述擴散的微觀機制有哪些？影響擴散的因素乂有哪些?5.請簡述回復的機制及其驅(qū)動力。二、計算、作圖題：（共60分，每小題12分）1.在面心立方晶體中，分別畫出（1°1）、"°1］、和、（“O'〔oh）,指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向為［001］，請問哪些滑移系可以開動？2.請判定下列位錯反應能否進行，若能夠進行，請在晶胞圖上做出矢量圖。-[TTl]+-[lll]-^a[001](1)22^[110]-?^[12T]+^[211](2)2663.假設某面心立方晶體可以開動的滑移系為請回答：（1）給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量；（2）若滑移位錯為純?nèi)形诲e，請指出其位錯線方向；若滑移位錯為純螺位錯,其位錯線方向又如何？5.若將一塊鐵由室溫20℃加熱至850C,然后非?？斓乩鋮s到20C,請計算處理前后空位數(shù)變化（設鐵中形成Imol空位所需的能量為104675J,氣體常數(shù)為8.314J/molK）.5.已知三元簡單共晶的投影圖，見附圖，（1）請畫出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成（已知TA>TD）；（2）請畫出X合金平衡冷卻時的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應。

16二、綜合分析題：（共50分，每小題25分）1.請對比分析加工硬化、細晶強化、彌散強化、復相強化和固溶強化的特點和機理。2.請根據(jù)所附二元共晶相圖分析解答下列問題：（1）分析合金I、H的平衡結(jié)晶過程，并繪出冷卻曲線；（2）說明室溫下I、II的相和組織是什么？并計算出相和組織的相對含量；（3）如果希望得到共晶組織和5%的。初的合金，求該合金的成分；（4）分析在快速冷卻條件下，I、II兩合金獲得的組織有何不同。往年真題參考一、簡答題（每題6分，共30分）1.原子的結(jié)合鍵有哪幾種？各有什么特點？2.面心立方晶體和體心立方晶體的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少？3.立方晶系中，若位錯線方向為[001],,試說明該位錯屬于什么類型。4.請說明間隙化合物與間隙固溶體的異同。5.試從擴散系數(shù)公式說明影響擴散的因素。6.何為過冷度？它對形核率有什么影響？二、作圖計算題（每題10分，共40分）

171.在面心立方晶體中，分別畫出（101）、［110］和、［,指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？2.已知A1為面心立方晶體，原子半徑為rAo若在A1晶體的八面體間隙中能溶入最大的小原子半徑為rB,請計算rB與rA的比值是多少。3.A-B二元合金中具有共晶反應如下：若共晶反應剛結(jié)束時，a和B相的相對含量各占50%,試求該合金的成分。4.已知銅的臨界分切應力為IMpa,問要使面上產(chǎn)生［101］方向的滑移，應在［001］方向上施加多大的力？三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.按下列條件繪出A-B二元相圖：（1）A組元（熔點600C）與B組元（熔點500C）在液態(tài)時無限互溶；（2）固態(tài)時，A在B中的最大固溶度為wA=0.30,室溫時為wA=0.10；而B在固態(tài)下不溶于A；（3）300C時發(fā)生共晶反應。在A-B二元相圖中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室溫下的相組成物及組織組成物，并計算各相組成物的相對含量。2.請繪出下列Fe-C合金極緩慢冷卻到室溫后的金相組織示意圖，并標注各組織。（腐蝕劑均為3%硝酸酒精）一、簡答題（每題6分，共30分）1.工程材料分為哪幾類？它們的結(jié)合鍵如何？2.根據(jù)凝固理論，請分析細化鑄錠晶粒的途徑及原理3.固溶體非平衡凝固時，形成微觀偏析和宏觀偏析的原因有何區(qū)別？4.請為置換固溶體、間隙固溶體、間隙化合物、正常價化合物、電子化合物和間隙化合物各舉一具體例子。5.為什么細晶強化可以同時提高合金強度、硬度、塑性和韌性？二、作圖計算題（每題10分，共40分）1.鈦的晶胞（密排六方）體積在20℃時為0.106nm3,其c/a=1.59,求：11）c、a的值；（2）鈦原子半徑。2.已知鋁為體心立方結(jié)構(gòu)，請回答：（1）畫出其晶胞示意圖；（2）在圖中畫出一個可能的滑移系，并標明滑移面和滑移方向的指數(shù)。3.?碳鋼在平衡冷卻條件下，室溫組織為珠光體+二次滲碳體，其中珠光體含量為90機請確定該碳鋼的含碳量，并畫出組織示意圖。4.假設某面心立方晶體可以開動的滑移系為，請回答：（1）給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量；（2）若滑移位錯為純?nèi)形诲e，請指出其位錯線方向；若滑移位錯為純螺位錯，其位錯線方向又如何？三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.根據(jù)下列已知條件繪出A-B二元共晶相圖：i.tA>tB（tA、tB為A、B的熔點）；ii.共晶反應為：iii.B在A中的固溶度隨溫度的下降而減小，室溫時為wB=0.03；A在B中的固溶度不隨溫度化，并請回答：

18（1）分析wB=O.85的合金平衡結(jié)晶過程；（2）計算該合金室溫下的相組成物及組織組成物。（忽略二次相）8.一楔型純銅鑄錠，經(jīng)間距恒定的軋輻軋制（如圖）；（1）請畫出軋制后，錠子的晶粒示意圖。（2）畫出將該錠子進行再結(jié)晶退火后，晶粒示意圖。并分析原因。一、簡答題（每題5分，共30分）1.何為空間點陣？它與晶體結(jié)構(gòu)有何異、同？2.請簡述晶界有哪些特征？3.何為固溶強化？置換固溶體與間隙固溶體相比，哪個的固溶強化效果強？請簡述影響固溶度的因素。4.請簡述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。5.什么是反應擴散？請簡述其特點。6.簡述在什么情況下會發(fā)生單滑移、多滑移和交滑移，它們的滑移線形貌特征是什么。二、作圖計算題（每題10分，共40分）1.請計算簡單立方和體心立方晶體的（100）、（110）和（111）晶面的面間距（假設兩種點陣的點陣常數(shù)都是a）o2.在面心立方晶體中，分別畫出、和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向為<001>,請問哪些滑移系可以開動？3.請判定下列反應能否進行，若能夠進行，則在簡單立方晶胞內(nèi)繪出參加反應位錯的柏氏矢量。1）2）4.已知三元簡單共晶的投影圖，見附圖，1）請畫出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成；2）請畫出X合金平衡冷卻時的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應。三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.已知Mg-Ni合金系中一個共晶反應：L23.5%Nioa純Mg+Mg2Ni54.6%Ni設有Cl和C2兩種合金，C1為亞共晶，C2為過共晶。這兩種合金的初生相質(zhì)量分數(shù)相等，但室溫時C1中a（即Mg）的總量是C2中a總量的2.5倍，請確定C1和C2的成分。2.某工廠對一大型零件進行淬火處理，經(jīng)過1100C加熱后，用冷拉鋼絲繩吊掛，由起重吊車送往淬火水槽，行至途中鋼絲突然發(fā)生斷裂。該鋼絲是新的，且沒有瑕疵，是分析該鋼絲繩斷裂的原因。2011年碩士研究生入學考試試題參考答案一、簡答題(每題10分，共50分)1.請從原子排列、彈性應力場、滑移性質(zhì)、柏氏矢量等方面對比刃位錯、螺位錯的主要特征。答：刃型位錯：1)1晶體中有一個額外原子面，形如刀刃插入晶體2)2刃位錯引起的應力場既有正應力又有切應力。3)3位錯線可以是折線或曲線，但位錯線必與滑移(矢量)方向垂直4)4滑移面惟一5)5位錯線的移動方向與晶體滑移方向平行(一致)6)6位錯線與柏氏矢量垂直

19螺型位錯：1)1上下兩層原子發(fā)生錯排，錯排區(qū)原子依次連接呈螺旋狀2)2螺位錯應力場為純切應力場3)3螺型位錯與晶體滑移方向平行，故位錯線一定是直線4)4螺型位錯的滑移面是不惟-；5)5位錯線的移動方向與晶體滑移方向相互垂直。6)6位錯線與柏氏矢量平行2.何謂金屬材料的加工硬化？如何解決加工硬化對后續(xù)冷加工帶來的困難？答：隨變形量增大，強度硬度升高，塑形下降的現(xiàn)象。軟化方法是再結(jié)晶退火。3.什么是離異共晶？如何形成的？答：在共晶水平線的兩個端部附近，由于共晶量少，領(lǐng)先相相依附在初生相上，另一相獨立存在于晶界，在組織學上失去共晶體特點，稱為離異共晶。有時，也將端部以外附近的合金，在非平衡凝固時得到的少量共晶，稱為離異共晶。4.形成無限固溶體的條件是什么？簡述原因。答：只有置換固溶體才可能形成無限固溶體。旦兩組元需具有相同的晶體結(jié)構(gòu)、相近的原子半徑、相近的電負性、較低的電子濃度。原因：溶質(zhì)原子取代了溶劑原子的位置，晶格畸變較小，晶格畸變越小，能量越低。電負性相近不易形成化合物。電子濃度低有利于溶質(zhì)原子溶入。5.兩個尺寸相同、形狀相同的銅鍥合金鑄件，一個含90%Ni,另一個含50%Ni,鑄造后自然冷卻，問哪個鑄件的偏析嚴重？為什么？答：50%Ni的偏析嚴重，因為液固相線差別大，說明液固相成分差別大，冷速較快不容易達到成分均勻化。四、作圖計算題(每題15分，共60分)1.寫出｛112｝晶面族的等價晶面。答｛112｝=(112)+(712)+(112)+(112)+(121)+(721)+(121)+(127)+(211)+(211)+(211)+(21T)2請判定下列反應能否進行：^[111]+^[111]^?[001]答：幾何條件：-[111]+-[111]=-[002]=fl[001],滿足幾何條件能量條件:by={a>Jo2+02+12)-=a2不滿足能量條件，反應不能進行。3已知某晶體在500℃時，每IOI。個原子中可以形成有1個空位，請問該晶體的空位形成能是多少？(已知該晶體的常數(shù)A=0.0539,波耳滋曼常數(shù)K=1.381x10-23"k).,AEV.c=Aexp(_-^)K1cin-10答：AE；=-^Tln-^=-[1.381x1023x(500+273)]In——=1.068xl0-2°x17.8=1.9xlO-19J4.單晶銅拉伸，己知拉力軸的方向為[001],o=106Pa,求(111)面上柏氏矢量b=§區(qū)01]的

20螺位錯線上所受的力(ag=036nm)答：外力在上的分切應力為：11cqs

21Cd/%6np3）Ag-95%Cd合金的平衡凝固到室溫：CcU+印較快速冷卻到室溫：^初+Cd包+山，且HI相數(shù)量相對較少，尺寸相對細小。原因：快速冷卻時，山于固態(tài)中擴散較慢，使本應該在包晶反應中消失的￡初有剩余，既產(chǎn)生包晶轉(zhuǎn)變不完全。另外，由于冷速快，使得￡11相變得細小，析出數(shù)量減少。2010年碩士研究生入學考試試題參考答案一、簡答題（每題10分，共50分）1.請解釋y-Fe與a-Fe溶解碳原子能力差異的原因。答：a-Fe為體心立方晶體，其八面體間隙為扁八面體，相比而言四面體間隙較大；「Fe為面心立方，其八面體間隙大。體心立方的四面體間隙比面心立方的八面體間隙小很多,因此溶解小原子的能力小很多。2.請簡述位向差與晶界能的關(guān)系，并解釋原因？

22答：位向差越大晶界能越高；隨位向差增大，晶界能先快速增大，后逐漸趨于穩(wěn)定。原因：位向差越大，缺陷越多（小角晶界位錯密度越大），畸變越嚴重，因此能量越高。1.請簡述在固態(tài)條件下，晶體缺陷、固溶體類型對溶質(zhì)原子擴散的影響。答：晶體缺陷處的原子具有較高能量，且原子排列比較雜亂，有利于擴散。間隙原子擴散激活能比置換原子擴散激活能低，因此間隙原子擴散速度高。2.請分析解釋在正溫度梯度下凝固，為什么純金屬以平面狀方式生長，而固溶體合金卻往往以樹枝晶方式長大？答：正溫度梯度下，純金屬的液固界面是等溫的，小突起處的過冷度小，生長受到抑制，因此液固界面保持平直，以平面狀生長。固溶體合金由于溶質(zhì)原子再分配，產(chǎn)生成分過冷，液固界面處的小突起將獲得更大過冷度，因此以樹枝狀生長。3.鐵碳合金中可能出現(xiàn)的滲碳體有哪兒種？它們的成分有何不同？平衡結(jié)晶后是什么樣的形態(tài)？答：一次滲碳體（規(guī)則的、粗大條狀）、共晶滲碳體（萊氏體的連續(xù)基體）、二次滲碳體（沿奧氏體晶界分布，量多時為連續(xù)網(wǎng)狀，量少時是不連續(xù)網(wǎng)狀）、共析滲碳體（層片狀）、三次滲碳體（鐵素體晶界處）。它們成分沒有區(qū)別。二、作圖計算題（每題15分，共60分）1.寫出附圖的簡單立方晶體中ED、CF的晶向指數(shù)和ACH、FGD，的晶面指數(shù)，并求ACH晶面的晶面間距，以及FGD，與ABCD兩晶面之間的夾角。（注：G、H點為二等分點，F(xiàn)點為三等分點）答：ED：國引，CF：口如ACH：口道＞,FGd：的3）ACH的晶面間距:FGD"jABCD之間的夾角:皇?崢?以工屆訴年審不反2.請判斷圖示中片和片兩位錯各段的類型，以及兩位錯所含拐折（be,de和hi、jk）的性質(zhì)？若圖示滑移面為fbc晶體的（111）面，在切應力亍的作用下，兩位錯將如何運動？（繪圖表示）答：ab：螺位錯；be：刃位錯：cd：螺位錯：de：刃位錯：ef：螺位錯gh：螺位錯：hi：刃位錯；ij：螺位錯；jk：刃位錯；kl：螺位錯be、de'扭折，hi、jk為割階運動后:恢復為直線，扇上的人3人k為固定點，形成位錯源3.某合金的再結(jié)晶激活能為250KJ/mol,該合金在400℃完成再結(jié)晶需要1小時，請問在390℃下完成再結(jié)晶需要多長時間。（氣體常數(shù)R=8.314L/mol?K）答：k所以”=L96小時

234.請分別繪出fee和bee晶體中的最短單位位錯，并比較二者哪一個引起的畸變較大。^="[1111^=*[110]答：BCC晶體中為：（1分），F(xiàn)CC晶體中為：

241611=1vl+l+l=4a1%I=p1i+l+O=、a故：FCC中的b2引起的畸變較小。c??bcc：fee：三、綜合分析題（共40分）1、請分析對工業(yè)純鋁、Fe-0.2%C合金、Al-5%Cu合金可以采用的強化機制，并解釋機理。（15分）答：工業(yè)純鋁：細晶強化——利用晶界和位向差對位錯運動的阻礙作用進行強化；加工硬化——利用冷變形后纏結(jié)位錯之間的相互作用進行強化。Fe-0.2%C：固溶強化——利用碳原子引起鐵的晶格畸變對位錯運動的阻礙作用進行強化。加工硬化同上細晶強化——同上沉淀強化——利用碳化物對位錯運動的阻礙作用進行強化。Al-5%Cu：沉淀強化（時效強化）——利用沉淀相對位錯運動的阻礙作用進行強化。加工硬化——同上細晶強化同上2、請根據(jù)Cu-Zn相圖回答下列問題：（25分）1）若在500C下，將一純銅試樣長期置于鋅液中，請繪出擴散后從銅棒表面至內(nèi)部沿深度方向的相分布和對應的濃度分布曲線。2）請分析902℃、834℃、700℃,598℃、558℃的相變反應類型，并寫出反應式。3）請繪出Cu-75%Zn合金的平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并標明各階段的相變反應或相組成。4）請計算Cu-75%Zn合金平衡結(jié)晶至200℃時的相組成含量。

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26700℃：包晶——L+7-3598℃：包晶——L+5-eY%=7。-X100%=2a6%T—032009年西北工業(yè)大學碩士研究生入學試題參考答案一、簡答題（每題10分，共60分）1.在位錯發(fā)生滑移時，請分析刃位錯、螺位錯和混合位錯的位錯線1與柏氏矢量反外加切應力T與柏氏矢量6、外加切應力T與位錯線/之間的夾角關(guān)系，及位錯線運動方向。（請繪表格作答，答案務必寫在答題冊上）b與/t與bT與1位錯線運動方向±//1法線//////法線?定角度//一定角度法線2.什么是置換周溶體？影響置換固溶體溶解度的因素有哪些？形成無限固溶體的條件是什么？答：溶質(zhì)原子取代溶劑原子，并保持溶劑結(jié)構(gòu)的合金相稱為置換固溶體。影響因素有：1）原子尺寸：2）晶體結(jié)構(gòu)；3）電負性；4）電子濃度兩組元晶體結(jié)構(gòu)相同是形成無限固溶體的必要條件。

271.置換擴散與間隙擴散的擴散系數(shù)有何不同？在擴散偶中，如果是間隙擴散，是否會發(fā)生柯肯達爾效應？為什么？答：間隙擴散系數(shù)與空位濃度無關(guān)，而置換擴散系數(shù)與空位濃度有關(guān)（可用公式表示）。-般地，間隙擴散系數(shù)大于置換擴散系數(shù)。不會發(fā)生。因為間隙擴散中考慮間隙原子定向流動，未考慮置換互溶式擴散。2.在室溫下對鐵板（其熔點為1538℃）和錫板（其熔點為232℃）,分別進行來回彎折，隨著彎折的進行，各會發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？答:根據(jù)T.=（0.35?0.45）T.可知Fe在室溫下加工為冷加工，Sn在室溫下加工為熱加工因此隨著彎曲的進行，鐵板發(fā)生加工硬化，繼續(xù)變形，導致鐵板斷裂Sn板屬于熱加工，產(chǎn)生動態(tài)再結(jié)晶，彎曲可不斷進行下去3.何為固溶強化？請簡述其強化機制。答：固溶強化就是溶質(zhì)原子阻礙位錯運動，從而使合金強度提高的現(xiàn)象。主要機制包括：1）柯氏氣團，即溶質(zhì)原子的彈性應力場阻礙位錯運動；2）玲木氣團，即溶質(zhì)原子降低基體層錯能，使位錯分解為擴展位錯，阻礙位錯交滑移或攀移；3）電交互作用，即帶電溶質(zhì)原子與位錯形成靜電交互作用，阻礙位錯運動。4.請比較二元共晶轉(zhuǎn)變與包晶轉(zhuǎn)變的異同。答：相同點：恒溫、恒成分轉(zhuǎn)變；相圖上均為水平線。不同點：共晶為分解型反應，包晶為合成型反應；共晶線全是固相線，包晶線只有部分是固相線；共晶三角在水平線上，包晶三角在水平線下。二、作圖計算題（每題10分，共40分）=-[111]5.請比較FCC晶體中用用2和與=a[100]%=a[100]兩位錯的畸變能哪個較大。j歷/=i+1+i=~a答：IM=久1+1+1=21224?風|=aV1+0+0=a|fr2|=av1+0+0=a'故：》的畸變能較小。6.面心立方晶體沿[001]方向拉伸，可能有幾個滑移系開動？請寫出各滑移系指數(shù)，并分別繪圖示之。答：共12個滑移系，其中可能開動的有8個。分別是：（111）[Oil],（111）[101]（Ill）[Oil],（Ill）[101]

285.在Al單晶中，（111）面上有一位錯電=氣101］,（111）面上另一位錯。工=融。11］。it▲若兩位錯發(fā)生反應，請繪出新位錯，并判斷其性質(zhì)。答：新位錯為％=在110］。位錯線為（111）面與（11M）面的交線［110］。兩者垂直，因此是刃型位錯。4.請分別寫出立方晶系中（110｝和｛100｝晶面族包括的晶面。答：(110)：(110)(101)(011)(110)(101)(011)(100)：(100)(010)(001)(001)(010)(100)1）綜合分析題（每題25分，共50分）1.請分析影響回復和再結(jié)晶的因素各有哪些，以及影響因素的異同，并請分析其原因?；貜驮俳Y(jié)晶原因溫度（升）促進促進促進原子擴散冷變形量（增）促進促進提供驅(qū)動力溶質(zhì)原子阻礙阻礙阻礙位錯和晶界的運動第二相粒子促進促進或阻礙即可能提高驅(qū)動力，同時阻礙位錯和晶界運動原始晶粒（細小）促進促進增大再結(jié)晶驅(qū)動力晶粒位向無影響無影響熱蝕溝無影響一般無影響尚未形成熱蝕溝2.附圖為Ti-Al二元合金相圖：3）請分析并分別寫出1285C、1125c和665℃三個恒溫轉(zhuǎn)變的類型和反應式，以及882℃時發(fā)生兩相恒溫轉(zhuǎn)變的類型和反應式。4）請繪出「31%合金平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并注明各階段的主要相變反應。5）請分析500℃時，臚=31%的合金平衡結(jié)晶的相組成物和組織組成物，并計算其質(zhì)量分數(shù)。（注：1125c時，%n=27%,抑i3Al=26%,用聞=35%；500℃時，所俐1=23%,%m=35%）答：1）1285℃：包析反應，PTi+TiAl-*aTi1125℃：共析反應，aTi-TiaAl+TiAl665℃：包晶反應，L+TiA13fAi882℃：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，BTi-aTi

29相組成：Ti3AkTiAl,35-31TLAL%=X100%=33.3%a35-23T1A1物=1-T%A1驪=66.7%組織組成：TiAl、(TiaAl+TiAl)共T閭物=31~；7X的0%=50%：T13Al-*-T!Al?六如=1-T1A1%=50%35-27,綜合模擬一參考答案一、簡答題（每題6分，共30分）1.原子的結(jié)合鍵有哪幾種？各有什么特點？離子鍵：正負離子相互吸引；鍵合很強，無方向性；熔點、硬度高，固態(tài)不導電，導熱性差。共價鍵：相鄰原子通過共用電子對結(jié)合；鍵合強，有方向性；熔點、硬度高，不導電，導熱性有好有差。金屬鍵：金屬正離子于自由電子相互吸引；鍵合較強，無方向性；熔點、硬度有高有低，導熱導電性好。分子鍵：分子或分子團顯弱電性，相互吸引；鍵合很弱，無方向性；熔點、硬度低，不導電，導熱性差。氫鍵：類似分子鍵，但氫原子起關(guān)鍵作用XH-Y；鍵合弱，有方向性；熔點、硬度低，不導電，導熱性好。2.面心立方晶體和體心立方晶體的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少？晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度面心立方41274%體心立方2868%3.立方晶系中，若位錯線方向為［001］,苫=&110］，試說明該位錯屬于什么類型。因位錯線方向垂直于柏氏矢量，所以是刃位錯。

301.請說明間隙化合物與間隙固溶體的異同。相同點：小原子溶入不同點：若小原子溶入后，大小原子數(shù)量成比例，在選取點陣時，大小原子點陣可以合并,這實際上改變了大原子的點陣結(jié)構(gòu)，因此認為形成新相，稱為間隙相（間隙化合物）；若小原子溶入后，分布隨機，大小原子點陣不能合并，仍然保留大原子點陣，稱為間隙固溶體。2.試從擴散系數(shù)公式I切說明影響擴散的因素。從公式表達形式可以看出擴散系數(shù)與擴散激活能Q和溫度T有關(guān)。擴散激活能越低擴散系數(shù)越大，因此激活能低的擴散方式的擴散系數(shù)較大，如晶界和位錯處的擴散系數(shù)較大。溫度越高，原子活性越大，擴散系數(shù)越大。3.何為過冷度？它對形核率有什么影響？過冷度：實際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度的差值。隨過冷度增大，形核率先增后減。二、作圖計算題（每題10分，共40分）1.在面心立方晶體中，分別畫出（io。、口10］和a,D、［,T0L指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？對面心立方晶體，（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。但這二者不能構(gòu)成滑移系。（市）和［可是密排面和密排方向，因此可以構(gòu)成滑移系。2.已知A1為面心立方晶體，原子半徑為rA。若在A1晶體的八面體間隙中能溶入最大的小原子半徑為rB,請計算rB與rA的比值是多少。生=0.4143.A-B二元合金中具有共晶反應如下：公卬）0%>"|十4》”曰若共晶反應剛結(jié)束時,a和P相的相對含量各占50%,試求該合金的成分。設合金成分為c%,由題知：a】。得：c%=0.55%面上產(chǎn)生［101］方向的滑移，應在［001］方4.已知銅的臨界切分應力為IMpa,問要使向上施加多大的力？

31對立方晶系，兩晶向［hlklll］和［h2k212］夾角公式為：舊―收+RW收田田故滑移面的法線［11”與拉力軸方向［001］的夾角為：_-bcQ+lxO+lxl10.一?-展+-+3布+0'+1"K,1cosa=/—同理，滑移方向［101］與拉力軸方向［001］的夾角為：.由分切應力公式得：=245MPa三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.按下列條件繪出A-B二元相圖：1）A組元（熔點600℃）與B組元（熔點500℃）在液態(tài)時無限互溶；2）固態(tài)時，A在B中的最大固溶度為wA=0.30,室溫時為wA=0.10；而B在固態(tài)下不溶于A；3）300c時發(fā)生共晶反應41?）0A+An5,在A-B二元相圖中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室溫下的相組成物及組織組成物,并計算各相組成物的相對含量。相組成：A+B"京『必=33*組織組成：A+B+AH儂=1-33.3%=66.7%2.請繪出下列Fe-C合金極緩慢冷卻到室溫后的金相組織示意圖，并標注各組織。（腐蝕劑均為3%硝酸酒精）工業(yè)純鐵：F；20鋼：F+P；；45鋼：F+P；T8鋼：PT12鋼：P+Fe3c網(wǎng)狀亞共晶白□鑄鐵：P+Ld'2008年西北工業(yè)大學碩士研究生入學試題參考答案六、簡答題（每題10分，共60分）1.固態(tài)下，無相變的金屬，如果不重熔，能否細化晶粒？如何實現(xiàn)？

32答：可以。.通過進行適當冷變形，而后在適當溫度再結(jié)晶的方法獲得細晶（應主意避開臨界變形度和避免異常長大）?；蜻M行熱加工，使之發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。1.固體中有哪些常見的相結(jié)構(gòu)？答：固體中常見的相結(jié)構(gòu)有：固溶體（單質(zhì)）、化合物、陶瓷晶體相、非晶相、分子相。2.何謂平衡結(jié)晶？何謂非平衡結(jié)晶？答：平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度非常緩慢，液相和固相中擴散均很充分的情況下的結(jié)晶。非平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度比較快，擴散不充分的情況下的結(jié)晶。3.擴散第一定律的應用條件是什么？對于濃度梯度隨時間變化的情況，能否應用擴散第一定律？答：擴散第一定律的應用條件是穩(wěn)態(tài)擴散，即與時間無關(guān)的擴散。對于非穩(wěn)態(tài)擴散的情況也可以應用擴散第一定律，但必須對其進行修正。4.何為織構(gòu)？包括哪幾類？答：織構(gòu)是晶體中晶面、晶向趨于一致現(xiàn)象?？棙?gòu)包括再結(jié)晶織構(gòu)和變形織構(gòu)。其中變形織構(gòu)又包括絲織構(gòu)和板織構(gòu)。5.什么是成分過冷？如何影響固溶體生長形態(tài)？答：凝固過程中，隨液固界面的推進，液固界面附近液相一側(cè)產(chǎn)生溶質(zhì)原子富集，導致液相的熔點發(fā)生變化，由此產(chǎn)生的過冷現(xiàn)象稱為成分過冷。無成分過冷時，固溶體以平面狀生長，形成等軸晶；有較小過冷度時，形成胞狀組織；有較大成分過冷時，形成樹枝晶。二、作圖計算題（每題15分，共60分）8.請分別寫出FCC、BCC和HCP晶體的密排面、密排方向，并計算密排面間距和密排方向上原子間距。答：晶體結(jié)構(gòu)密排面密排方向密排面間距密排方向原子間距FCC{111}<110>TaTaBCC{110}<111>.二TaTaHCP{0001}<1120>12Ca9.請繪出面心立方點陣晶胞，并在晶胞中繪出（110）晶面；再以（110）晶面平行于紙面,繪出（110）晶面原子剖面圖，并在其上標出[001],[112],可晶向。答：10.已知H70黃銅在400c時完成再結(jié)晶需要1小時，而在390c下完成再結(jié)晶需2小時,請計算在420℃下完成再結(jié)晶需要多長時間？答：在兩個不同的恒定溫度產(chǎn)生相同程度的再結(jié)晶時，

3311\Q11h.=eRGnII=J下不水’2h兩邊取對數(shù)，并比之得In—^―12In乙JL__L]”2Ti_400+27311~11-T,400+273]390+2731420+273t3=0.26h8.一個FCC晶體在［123］方向在2MPa正應力下屈服，已測得開動的滑移系是（111）［101］,答:—1+2+3V14V3=0.617請確定使該滑移系開動的分切應力r。cosgd嗎01]將2=0756|[123][101]|V14V2r=2x0.617x0.756=0.933MPa三、綜合分析題(30分)1:答：1)L-*YYfFe3GlY—a+Fe3CafFe3c川2)3)相組成：a+Fe3c組織組成：P+Fe3a（忽略Fe3G“根據(jù)冷速不同，可能出現(xiàn)共晶反應，得到Ld；得到的P層片細??；Fe3C”的析出將收到抑制，甚至不析出。附圖如下防護C原子DDLZ">防護3.圖示Cu-Cd二元相圖全圖及其400℃?600C范圍的局部放大：（13分）6）請根據(jù)相圖寫出549℃、547℃、544℃、397℃和314℃五條水平線的三相平衡反應類型及其反應式；7）已知P相成分為wm=46.5%,400℃時丫相的成分為w“=57%,請計算400℃時wcd=50%合金的相組成。答：1）549℃：包晶反應，（Cu）+L-P547℃：包晶反應，P+L-Y544℃：共晶反應，Lf丫+6397℃：包晶反應，6+L-E314℃：共晶反應，L-e+（Cd）57-5050-4652）B%=x100%=66.7%或7%=一2x100%=33.3%57-46.557-46.52007年西北工業(yè)大學碩士研究生入學試題參考答案

34一、簡答題（每題10分，共50分）1、請說明什么是全位錯和不全位錯，并請寫出FCC、BCC和HCP晶體中的最短單位位錯的柏氏矢量。答：全位錯：柏氏矢量等于點陣矢量的整數(shù)倍；不全位錯：柏氏矢量不等于點陣矢量的整數(shù)倍?！?110>—<111>—<1120>Fee：2；bee：2；hep：32、已知原子半徑與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，請問當配位數(shù)降低時，原子半徑如何變化？為什么？答：半徑收縮。若半徑不變，則當配位數(shù)降低時，會引起晶體體積增大。為了減小體積變化，原子半徑將收縮。3、均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一表面能，為什么非均勻形核比均勻形核容易？答：因為非均勻形核時，用雜質(zhì)或型腔充當了一部分晶核。也就是說，需要調(diào)動的原子數(shù)少。4、原子的熱運動如何影響擴散？答：熱運動增強將使原子的躍遷距離、躍遷幾率和躍遷頻率均增大，即增大擴散系數(shù)。5,如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變形？答：變形溫度與再結(jié)晶溫度的高低關(guān)系。高于再結(jié)晶溫度的為熱變形，反之為冷變形。二、作圖計算題（每題15分，共60分）1.已知某晶體在500c時，每10nl個原子中可以形成有1個空位，請問該晶體的空位形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)A=0.0539,波耳滋曼常數(shù)K=l.381X10-3j/k）1Q-'00.0539c=Aexp（一空AEV=-kTIn—=-[1.381xIO-23x(500+273)]InA解.=1.068x10-20x17.8=1.9x1O-19J2.請計算簡單立方晶體中，(in)和Qi1)的夾角。hyhy+k}k74-/i/71—1+11cosa=-/言—~=-礎,ylh^+k^+l^h^+k^+l^7^/33/or?a=70-32r-[10T]+-[T21]-?-[llT]3.請判定在fee中下列位錯反應能否進行：263解：幾何條件：,,riH2,r1n11,1b[+%=a+—6+——+—\c=-a-^-b——c=-(11L（6分）能量條件:（6分）（3分）~V26J6126j3滿足幾何條件和能量條件，反應可以進行。4.試畫出面心立方晶體中的（123）晶面和晶向

35三、綜合分析題（共40分）1.如附圖所示，請分析：（24分）1）兩水平線的反應類型，并寫出反應式；2）分析用、bg'、g'd'、d'、d'h'、h'e、eb七個區(qū)域室溫下的組織組成物（/占成分小于q點成分）?3）分/I、II合金的,平衡冷而過程，并注明主要的相變反應；4）寫出合金I平衡冷卻到室溫后相組成物相對含量的表達式及合金II平衡冷卻到室溫后組織組成物相對含量的表達式。解：1）水平線外為包晶反應：4+6*-%%分）水平線的為共晶反應：卻-%+分（2分）2）Ab：a（1分）bg，：a+Pii（1分）g，d：a+（a+B）共+Bii（1分）d'：（a+B）犬（1分）d'h'：B+（a+B）共+Qn（1分）h'e：P+an（1分）eB：B（1分）3）合金I（5分）合金H（3分）%=上—100%；4）合金I相組成：be合金II組織組成:?+以=方、1°0%；w0=<7初共晶前析出量X為析出比例=史~X組■X100%；gdbe（3分）%=a初共晶前析出量-自析出量=區(qū)X100%-卬為gd2.請對比分析回復、再結(jié)晶、正常長大、異常長大的驅(qū)動力及力學性能變化。

36（16分）回復再結(jié)晶正常長大異常長大驅(qū)動力力學性能變化存儲能(主要是點陣畸變能)基本保持變形后性能存儲能(主要是點陣畸變能)恢復到冷變形前的水平總界面能基本保持再結(jié)晶后的水平總界面能和表面能性能惡化強度、塑性F降2006年西北工業(yè)大學碩士研究生入學試題參考答案一、簡答題(每題10分，共50分)1.試從結(jié)合鍵的角度，分析工程材料的分類及其特點。答：金屬材料：主要以金屬鍵為主，大多數(shù)金屬強度和硬度較高，塑性較好。陶瓷材料：以共價鍵和離子鍵為主，硬、脆，不易變形，熔點高。高分子材料：分子內(nèi)部以共價鍵為主，分子間為分子鍵和氫鍵為主。復合材料：是以上三中基本材料的人工復合物，結(jié)合鍵種類繁多。性能差異很大。2.位錯密度有哪幾種表征方式？答：有兩種方式：體密度，即單位體枳內(nèi)的位錯線長度；面密度，即垂直穿過單位面枳的位錯線根數(shù)。3.陶瓷晶體相可分為哪兩大類？有何共同特點？答：氧化物陶瓷和硅酸鹽陶瓷。特點：1.結(jié)合鍵主要是離子鍵，含有一定比例的共價鍵;2.有確定的成分，可以用準確的分子式表達；3.具有典型的非金屬性質(zhì)。4.冷軋純銅板，如果要求保持較高強度，應進行何種熱處理？若需要繼續(xù)冷軋變薄時，又應進行何種熱處理？答：保持較高強度則應進行低溫退火，使其只發(fā)生回復，去除殘余應力；要繼續(xù)冷變形則應進行高溫退火，使其發(fā)生再結(jié)晶，以軟化組織。5.擴散激活能的物理意義為何？試比較置換擴散和間隙擴散的激活能的大小。答：擴散激活能的物理意義是原子躍遷過程中必須克服周圍原子對其的阻礙，即必須克服勢壘。相比而言，間隙擴散的激活能較小。二、作圖計算題(每題15分，共60分)1.已知碳在v-Fe中擴散時，D0=2.0x10—5m2/s,Q=1.4xl05J/mol.當溫度由927C上升到1027C時，擴散系數(shù)變化了多少倍？(R=8.314J/(mol.K))答：d=，脩＞2.0、lbexQp就邠)D=Dexj闔=20x10-ex工―衛(wèi)型——)丁RTj\831x(1027+273))D(-1.4x10-1.4x10f-1.4x10-1.4x10D-=eXI\8.31x(1027+273)-8.31x(927+273)廣訓、10808.2-9976.8=exp(-12.953+14.033)=exp(l.08)=2.94

371.已知某低碳鋼。0=64KPa,K=393.7,若晶粒直徑為50Hm,該低碳鋼的屈服強度是多少？答：由霍爾一配奇公式得：1_15=5+履-5=64+393.7x50.=64+55.68=119.7狂a3.試計算BCC晶體最密排面的堆積密度。答：BCC密排面為｛110｝面，其面積為：H==4=2X成2=2tf（—a）2=-7B2｛no｝面上被原子占據(jù)的面積為（兩個原子）：48ft!3^=—=—7F=0.5888堆積密度：A16三、綜合分析題（每題20分，共40分）1.試從晶界的結(jié)構(gòu)特征和能量特征分析晶界的特點。答：晶界結(jié)構(gòu)特征：原子排列比較混亂，含有大量缺陷。晶界能量特征：原子的能量較晶粒內(nèi)部高，活動能量強。晶界特征：,晶界畸變晶界能向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化晶粒長大、晶界變直晶界面積減小?阻礙位錯運動一一ob個一一細晶強化?位錯、空位等缺陷多一一晶界擴散速度高?晶界能量高、結(jié)構(gòu)復雜一一容易滿足固態(tài)相變的條件一一固態(tài)相變首先發(fā)生地?化學穩(wěn)定性差一一晶界容易受腐蝕?微量元素、雜質(zhì)富集2.試分析冷塑性變形對合金組織結(jié)構(gòu)、力學性能、物理化學性能、體系能量的影響。答：?組織結(jié)構(gòu)：（1）形成纖維組織：晶粒沿變形方向被拉長；（2）形成位錯胞；（3）晶粒轉(zhuǎn)動形成變形織構(gòu)。?力學性能：位錯密度增大，位錯相互纏繞，運動阻力增大，造成加工硬化。?物理化學性能：其變化復雜，主要對導電，導熱，化學活性，化學電位等有影響。?體系能量：包括兩部分：（1）因冷變形產(chǎn)生大量缺陷引起點陣畸變，使畸變能增大;

38（2）因晶粒間變形不均勻和工件各部分變形不均勻引起的微觀內(nèi)應力和宏觀內(nèi)應力。這兩部分統(tǒng)稱為存儲能，其中前者為主要的。冷變形后引起的組織性能變化為合金隨后的回復、再結(jié)晶作了組織和能量上的準備。2005年西北工業(yè)大學碩士研究生入學試題參考答案一、簡答題（每題8分，共40分）1.請簡述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。答：熱力學條件AGvO結(jié)構(gòu)條件：r>r*能量條件：A>AGmax成分條件2.同素異晶轉(zhuǎn)變和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變都是以形核長大方式進行的，請問兩者之間有何差別？答：同素異晶轉(zhuǎn)變是相變過程，該過程的某一熱力學量的倒數(shù)出現(xiàn)不連續(xù)；再結(jié)晶轉(zhuǎn)變只是晶粒的重新形成，不是相變過程。3.兩位錯發(fā)生交割時產(chǎn)生的扭折和割階有何區(qū)別？答：位錯的交割屬于位錯與位錯之間的交互作用，其結(jié)果是在對方位錯線上產(chǎn)生一個大小和方向等于其柏氏矢量的彎折，此彎折即被稱為扭折或割階。扭折是指交割后產(chǎn)生的彎折在原滑移面匕對位錯的運動不產(chǎn)生影響，容易消失；割階是不在原滑移面上的彎折，對位錯的滑移有影響。4.請簡述擴散的微觀機制有哪些？影響擴散的因素又有哪些？答：置換機制：包括空位機制和直接換位與環(huán)形換位機制，其中空位機制是主要機制，直接換位與環(huán)形換位機制需要的激活能很高，只有在高溫時才能出現(xiàn)。間隙機制：包括間隙機制和填隙機制，其中間隙機制是主要機制。影響擴散的主要因素有：溫度（溫度約高，擴散速度約快）；晶體結(jié)構(gòu)與類型（包括致密度、固溶度、各向異性等）；晶體缺陷；化學成分（包括濃度、第三組元等）5.請簡述回復的機制及其驅(qū)動力。答：低溫機制：空位的消失中溫機制：對應位錯的滑移（重排、消失）高溫機制：對應多邊化（位錯的滑移+攀移）驅(qū)動力：冷變形過程中的存儲能（主要是點陣畸變能）二、計算、作圖題：（共60分，每小題12分）1.在面心立方晶體中，分別畫出"01］、"ID、Ui。】和、QU）、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向為［001］,請問哪些滑移系可以開動？

39(TTT\[T10]能恂成滑移系不能開動(111).PI1]能構(gòu)成滑移系能開動(101).DOT]不能構(gòu)成滑移系1.請判定下列位錯反應能否進行，若能夠進行，請在晶胞圖上做出矢量圖。-[TTl]+-[lll]-?a[001](1)22幾何條件：-[TT1]+-[111]=-[002]=a[001]222,滿足幾何條件；能量條件：bl+^=(I"J(-l[+(-1尸+『)+4+?+?)+。2+埒=a2滿足能量條件，反應可以進行。(2)266幾何條件：-[121]+-[211]=-[330]=-[110]6662,滿足幾何條件;能量條件：.2+42=J]2+2?+(_])2)+(.J2?+尸+仔)=與a滿足能量條件，反應可以進行。2.答：6=-[011](1)單位位錯的柏氏矢量2；

40HU；純螺位錯的位錯線（2）純?nèi)形诲e的位錯線方向與b垂直，且位于滑移面上，為與b平行，為[011]?4.答：

41三、綜合分析題：（共50分，每小題25分）1.請對比分析加工硬化、細晶強化、彌散強化、復相強化和固溶強化的特點和機理。答：加工硬化：是隨變形使位錯增殖而導致的硬化：細晶強化：是由于晶粒減小，晶粒數(shù)量增多，尺寸減小，增大了位錯連續(xù)滑移的阻力導致的強化：同時由于滑移分散,也使塑性增大。該強化機制是唯一的同時增大強度和塑性的機制。彌散強化：又稱時效強化。是由于細小彌散的第二相阻礙位錯運動產(chǎn)生的強化。包括切過機制和繞過機制。復相強化：由于第二相的相對含量與基體處于同數(shù)量級是產(chǎn)生的強化機制。其強化程度取決于第二相的數(shù)量、尺寸、分布、形態(tài)等，且如果第二相強度低于基體則不一定能夠起到強化作用。固溶強化：由于溶質(zhì)原子對位錯運動產(chǎn)生阻礙。包括彈性交互作用（柯氏氣團）、電交互作用（玲木氣團）和化學交互作用。2.請根據(jù)所附二元共晶相圖分析解答下列問題：1）分析合金I、II的平衡結(jié)晶過程，并繪出冷卻曲線；2）說明室溫下I、II的相和組織是什么？并計算出相和組織的相對含量；3）如果希望得到室溫組織為共晶組織和5%的p初的合金，求該合金的成分：4）分析在快速冷卻條件下，I、II兩合金獲得的組織有何不同。

42(2)I：a初+pII叱.=%=090020x100%=82.35%0.90-0.050.20-0.05xl0Q%=1765%0.90-0.05相組成與組織組成比例相同II：B初+(a+B)共+PII(忽略)=x100%=25%川0.90-0.50W=%=08°-050xl00%=75%〈…講”0.90-0.50'l9'-''；-：l'xlOO%=11.76%0.90-0.05°8°一005xl00%=88.24%0.90-0.05(3)設所求合金成分為xx-0.500.90-0.50x100%=5%x=0.05x(0.90-0,50)+0.50=52%(4)1合金在快冷條件下可能得到少量的共晶組織，且呈現(xiàn)離異共晶的形態(tài)，合金中的pH量會減少，甚至不出現(xiàn)；II合金在快冷條件下p初呈樹枝狀，且數(shù)量減少。共晶體組織變細小，相對量增加。