西北工业大学材料科学基础考研08-11试题与答案

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）1.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。2.固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。3.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。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？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。5.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。6.什么是成分过冷？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）1.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｝110BCC{110}111HCP{0001}a2.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]，，晶向。答：1.已知H70黄铜在400℃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420℃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，两边取对数，并比之得t3=0.26h2.一个FCC晶体在方向在2MPa正应力下屈服，已测得开动的滑移系是，请确定使该滑移系开动的分切应力τ。答：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。答：1)L——L→γ——γ——γ→Fe3CII——γ→α+Fe3C——α→Fe3CIII相组成：α+Fe3C组织组成：P+Fe3CII（忽略Fe3CIII）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；Fe3CII的析出将收到抑制，甚至不析出。3)附图如下2.图示Cu-Cd二元相图全图及其400℃～600℃范围的局部放大：（13分）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β相成分为wcd=46.5％，400℃时γ相的成分为wcd=57％，请计算400℃时wCd＝50％合金的相组成。答：1）549℃：包晶反应，（Cu）+L→β547℃：包晶反应，β+L→γ544℃：共晶反应，L→γ+δ397℃：包晶反应，δ+L→ε314℃：共晶反应，L→ε+（Cd）2）或2009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）1.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l与柏氏矢量b、外加切应力τ与柏氏矢量b、外加切应力τ与位错线l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：2.什么是置换固溶体？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。3.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（可用公式一定角度//法线一定角度////法线//⊥//法线⊥位错线运动方向τ与lτ与bb与l表示）。一般地，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。4.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再＝（0.35～0.45）Tm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5.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。6.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）1.请比较FCC晶体中和两位错的畸变能哪个较大。答：故：b1的畸变能较小。2.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：、、、、3.在Al单晶中，（111）面上有一位错，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。位错线为（111）面与面的交线。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：1)综合分析题（每题25分，共50分）1.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。b1b2b'2b3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2.附图为Ti-Al二元合金相图：1）请分析并分别写出1285℃、1125℃和665℃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。2）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。3）请分析500℃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：1125℃时，wTi＝27%，wTi3Al＝26%，wTiAl＝35%；500℃时，wTi3Al＝23%，wTiAl＝35%）答：1）1285℃：包析反应，βTi＋TiAl→Ti1125℃：共析反应，Ti→Ti3Al＋TiAl665℃：包晶反应，L+TiAl3→Al882℃：同素异构转变，βTi→TiLL→βTiβTiβTi→TiAlβTi＋TiAl→TiβTi→TiTiTi→TiAlTi→Ti3Al＋TiAlTi3Al→TiAl相组成：Ti3Al、TiAl组织组成：TiAl、（Ti3Al＋TiAl）共二、返回察看答案返回课程网站进入讨论区本站点的版权和所有权属于王永欣有关此站点的问题请向主讲教师发邮件请用1024×768的分辨率浏览本站所有页面2335℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃2010年硕士研究生入学考试试题参考答案一、简答题（每题10分，共50分）1.请解释γ-Fe与α-Fe溶解碳原子能力差异的原因。答：α-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；γ-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。2.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。3.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。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。5.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：一次渗碳体（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。二、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：，C’F：ACH：，FGd：ACH的晶面间距：FGD’与ABCD之间的夹角：2.请判断图示中和两位错各段的类型，以及两位错所含拐折（bc、de和hi、jk）的性质？若图示滑移面为fcc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）答：ab：螺位错；bc：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bc、de为扭折，hi、jk为割阶运动后恢复为直线，上的h、i、j、k为固定点，形成位错源3.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R=8.314L/mol·K）答：所以t2＝1.96小时4.请分别绘出fcc和bcc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。答：BCC晶体中为：（1分），FCC晶体中为：故：FCC中的b2引起的畸变较小。bcc：fcc：三、综合分析题（共40分）1、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2、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