西北工业大学2004年材料科学基础硕士研究生入学考试试题

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]111[和]120[两晶向所决定的晶面，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2Mgr=0.066nm，2Or＝0.140nm，则其原子堆积密度为多少？（2）如果2Mgr/2Or＝0.41，则原子堆积密度是否改变？3、已知液态纯镍在1.013×105Pa（1大气压），过冷度为319K时发生均匀形核，设临界晶核半径为1nm，纯镍熔点为1726K，熔化热ΔHm＝18075J/mol，摩尔体积Vs＝6.6cm3/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（wBi＝0.7，wSn＝0.2）凝固过程及室温组织；（2）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）。若已知钢的屈服强度σst＝280MPa，弹性模量Est＝205GPa，铜的σCu＝140MPa，弹性模量ECu＝110GPa。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]101[)111(、。（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a＝0.2nm）。2、若有，某一Cu-Ag合金（wCu＝0.075，wAg＝0.925）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）。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r≥rk的晶胚；（2）获得A≥A*（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]111[和]120[两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来。答：设所求的晶面指数为（hkl）则)112(0211:2111:1011::lkh2、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2Mgr=0.066nm，2Or＝0.140nm，则其原子堆积密度为多少？（2）如果2Mgr/2Or＝0.41，则原子堆积密度是否改变？答：（1）点阵常数nmrraOMg412.0)(222堆积密度73.04)(43322arrPOMgf（2）堆积密度会改变，因为Pf与两异号离子半径的比值有关。3、已知液态纯镍在1.013×105Pa（1大气压），过冷度为319K时发生均匀形核，设临界晶核半径为1nm，纯镍熔点为1726K，熔化热ΔHm＝18075J/mol，摩尔体积Vs＝6.6cm3/mol，试计算纯镍的液－固界面能和临界形核功。答：因为BGr2，mmBTTHTHLG所以25/1053.222cmJTTHrGrmBJTHVTGGAmBv9106.131631612223234、图示为Pb-Sn-Bi相图投影图。问：（1）写出合金Q（wBi＝0.7，wSn＝0.2）凝固过程及室温组织；（2）计算合金室温下组织组成物的相对含量。答：（1）冷却至液相面析出Bi：LBi初，随温度降低Bi增多，液相成分延Bi-Q的延长线向E3E移动；液相成分达到E3E后发生共晶反应，L（Sn＋Bi）共，液相成分延E3E向E移动；液相成分达到E后，发生三元共晶反应L（Sn＋Bi＋β）共，随后冷却不再变化。室温组织为：Bi初＋（Sn＋Bi）共＋（Sn＋Bi＋β）共（2）wBi初＝2.88；w（Sn＋Bi）共＝0.407；w（Sn＋Bi＋β）共＝0.3055、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σst＝280MPa，弹性模量Est＝205GPa，铜的σCu＝140MPa，弹性模量ECu＝110GPa。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？答；两金属的弹性应变相等，即：CuCustCuCuststEE86.1110000205000)/()/(（1）Cu先屈服；（2）NF560108.010280102.410140FF6666stCu＋＝＋总＝－（3）MPaEEECust130000)()(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]101[)111(、。（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a＝0.2nm）。答：（1）柏氏矢量：]101[2ab；（2）位错线方向：[112]；（3）位错线运动方向平行于柏氏矢量；（4）mMNbF/10899.9112、若有，某一Cu-Ag合金（wCu＝0.075，wAg＝0.925）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）。答：1.将1Kg合金加热至900℃以上熔化，缓慢冷却至850℃，倒去剩余液体，所得固体a1约780g，wCu＝0.055；2.将a1熔化，缓慢冷却至900℃，倒去剩余液体，得a2约380g，wCu＝0.03；3.将a2熔化，缓慢冷却至920℃，倒去剩余液体，得a3约260g，wCu＝0.02；4.将a3熔化，缓慢冷却至935℃，倒去剩余液体，得a4约180g，wCu＝0.013，即可。