北京科技大学2003-2014材料科学基础考研试题及部分答案

北京科技大学2011年硕士学位研究生入学考试试题=============================================================================================================试题编号：814试题名称：材料科学基础（共3页）适用专业：材料科学与工程说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。=============================================================================================================一、名词解释(5分/题，共40分)1)空间点阵2)临界分切应力3)滑移系4)堆垛层错5)调幅分解6)脱溶7)上坡扩散8)再结晶温度二、分别给出下列离子晶体的布拉菲点阵类型和下面晶胞中正、负离子的个数。(下图中的点阵参数均为a=b=c，α=β=γ=90º)(15分)NaClCsClZnSCaF2CaTiO3三、写出面心立方结构和体心立方结构金属的密排面(或相对密排面)的晶面指数、画出密排面(或相对密排面)上原子的具体排列情况，并在晶胞中标出所有八面体间隙的位置。(15分)四、组元A和组元B的熔点分别为1000℃和700℃，室温时B在A的固溶体α中的固溶度是xB=0.05，A在B的固溶体β中的固溶度是xA=0.10；在700℃时有一个三相平衡，在此温度α固溶体的成分是xB=0.1，一个成分为xB=0.30的合金在稍高于700℃时存在50%α相和50%液相，在稍低于700℃时则存在液相和化合物A3B两相；在500℃时存在另一个三相平衡，液相(xB=0.65)分解为化合物A3B和β固溶体(xB=0.85)两相。试构造一个合理的A-B二元相图。(15分)五、根据下面的Al-Cr-Si体系的局部液相面投影图，写出该图中的四相不变反应式。(15分)(引自J.PhaseEquili.Diff.2009,30(5):462-479)六、按热力学参数变化特征，固态相变可以分为一级相变和二级相变两类。阐述发生一级相变和二级相变时热力学参数的变化特征及相关性质的变化特点。(10分)七、从热力学（能量）角度分析纯金属在凝固过程中均匀形核时的临界晶核形成过程。(10分)八、简述金属和合金回复与再结晶概念，并讨论在回复与再结晶过程中组织与性能的变化情况。(10分)九、讨论点缺陷与位错的交互作用及对位错运动的影响。这种交互作用在低碳钢应力-应变曲线和材料加工过程中会出现什么现象？有何防止方法？(10分)十、液体冷却时形成晶体或非晶玻璃体的内部原因和外部条件是什么？解释为什么金属材料凝固时大多形成晶体，而陶瓷材料易于形成非晶玻璃体？(10分)北京科技大学2012年硕士学位研究生入学考试试题=============================================================================================================试题编号：814试题名称：材料科学基础（共3页）适用专业：材料科学与工程材料工程(专业学位)说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。=============================================================================================================一、简答题(8分/题，共40分)1.写出七种晶系的名称及点阵参数之间的关系；2.简述临界分切应力的概念；3.给出一级相变和二级相变的分类原则和相变特征；4.分析金属或合金的结晶形态；5.给出再结晶温度的定义。二、纯Cu晶体在常温下的点阵常数为a=0.3615nm:1.指出其晶体结构类型和配位数（3分）；2.简略计算Cu原子半径、原子致密度和两类间隙半径（6分）；3.画出Cu原子在（111）晶面的分布情况，并计算其晶面间距和原子在晶面上的致密度（6分）。（共15分）三、分别画出下列离子晶体的布拉菲点阵(下图中的点阵参数均为a=b=c，α=β=γ=90º)。(10分)NaClCaF2CaTiO3四、示意画出下面的Ti-Zr体系中bcc和hcp相在1155、1139、1000和878K时的Gibbs自由焓-成分曲线。(15分)五、根据下面的Al-Zn相图,1.写出其中的三相反应式（4分）；2.画出x(Zn)=0.80合金的缓慢冷却曲线，并写出各阶段相对应的组织（8分）；3.画出上述合金缓慢冷却到室温时的组织示意图，并计算各组织组成物的相对含量(8分)。（共20分）六、根据上面的Al-Zn相图，将纯Al和Zn形成扩散偶，在600K长时间保温，示意画出扩散层中x(Zn)随扩散距离d的变化曲线及相应出现的物相。（10分）七、一个多晶体试样经变形后，在再结晶温度以上退火，请画出位错密度、晶粒（不包括亚晶）平均尺寸、强度、塑性以及电阻率随退火时间变化的示意图（把各种变化分别画一个图，注意它们的对应关系），并对其作出简单说明。(10分)八、叙述金属或合金塑性变形的主要方式，并分别写出Al和Mg合金的滑移系，同时说明每种合金经拉伸变形后的显微组织形貌特征及产生原因。(10分)九、共析转变是典型的扩散型固态转变，指出其转变的驱动力和阻力，并讨论共析成分合金转变完成后可能出现的典型组织形态。(10分)十、结合下面给出的Al-Cu合金时效硬化曲线，讨论在不同成分和热处理条件下可能出现的脱溶贯序，各阶段脱溶相的大小、形状和分布特点、与母相的界面关系及强化效果。(10分)北京科技大学2013年硕士学位研究生入学考试试题=============================================================================================================试题编号：814试题名称：材料科学基础（共4页）适用专业：材料科学与工程说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。=============================================================================================================一、简答题(8分/题，共40分)1.超点阵；2.玻璃化转变温度；3.伪共晶；4.脱溶；5.二次再结晶。二、图1是立方ZnS结构示意图，回答以下问题（共20分）：1.Zn2+的负离子配位数是多少？2.Zn2+占据以S2-密排结构的间隙位置，写出Zn2+占有位置的坐标；3.计算ZnS结构的晶格常数(已知Zn2+和S2-的离子半径分别为0.06nm和0.18nm)；4.计算ZnS结构的致密度。图1立方ZnS结构示意图（第二题图）三、图2是在同一滑移面上三组相互平行的相距为d的直位错，它们的柏氏矢量b的模相等，箭头指向是柏氏矢量b和位错线t的方向。问每组的位错之间是相互吸引还是相互排斥，为什么？（共15分）图2三组相互平行的直位错及其柏氏矢量（第三题图）四、示意画出图3所示的A-B体系中各相在T1、T2、T3和T4温度时的Gibbs自由焓-成分曲线。(共10分)图3A-B二元合金相图（第四题图）五、图4为某三元合金系在T1和T2温度下的等温截面。若T1T2,确定此合金系中存在哪种类型的三相平衡反应？说明判断理由，并写出三相反应式。(共10分)图4A-B-C三元系等温截面（第五题图）六、由材料A和B组成双层平板，A板厚度为L，B板厚度为2L，如图5所示。扩散组元在A板一侧表面的浓度为c=c0(常数)，在B板一侧表面的浓度一直保持为c=0。假设：扩散组元不与A和B形成新相；在A和B中扩散系数均为常数，分别是D1和D2；扩散组元在A/B界面浓度保持连续；A和B相互之间不扩散。求扩散在稳态时的扩散流量。(共15分)图5A和B组成双层平板示意图（第六题图）七、什么是动态回复?什么是动态再结晶?分别画出在相同温度时高、低应变速率下动态回复和动态再结晶的真应变—真应力曲线示意图，并给出简单解释。(共10分)八、常温下单相合金塑性变形有哪些主要方式，说明拉伸变形后相应的显微组织形貌特征。(共10分)九、图6为3个不同成分（0.45%C,3.4%C,4.7%C）的铁碳合金缓冷凝固组织（硝酸酒精浸蚀样品），回答以下问题（共20分）。1.说明每个图对应的是哪个成分的合金，为什么？2.分析图6(c)中组织的凝固过程，并计算该合金中白色长条状组织的重量相对量。(a)(b)(c)图6铁碳合金缓冷凝固组织（第九题图）北京科技大学2014年硕士学位研究生入学考试试题=============================================================================================================试题编号：814试题名称：材料科学基础（共4页）适用专业：材料科学与工程说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。=============================================================================================================一、简述题30分1、再结晶温度2、相平衡条件3、上坡扩散4、空间点阵5、堆垛层错6、临界分切应力二、分别回答后述几个问题：1、指出金属相结晶时的热力学条件，它一定需要过冷吗？为什么？2、如何确定液相结晶时的临界晶核半径？在相同的过冷度下，均匀形核与非均匀形核的临界晶核半径和临界晶核形成能哪个大？为什么？3、反过来，结晶金属熔化时一定需要过热吗？为什么？4、能否用经典形核理论解释再结晶的形核？为什么？20分三、分别回答后述几个问题：1、晶体缺陷主要有哪几种？2、其中点缺陷主要有哪两种？有哪些方法或手段可以提高其数量？3、当点缺陷扩散到刃位错周围时会出现什么现象？位错的运动受到怎样的影响？4、如果点缺陷扩散到一般大角晶界上，又会出现什么现象？晶界的运动受到怎样的影响？20分四、图为由A、B原子组成的一个晶体单胞，点阵参数a=b=c,α=β=λ=90；1、如果A、B原子可以占据所有可能的位置，该晶胞对应哪种布拉菲点阵？2、如果A只在（0,0,0）位置，B只在（1/2，1/2，1/2）位置，又对应哪种布拉菲点阵？3、下列单质及化合物中哪些具有上面涉及到的晶体结构？Mg,α-Fe,γ-Fe,Cu,CuZn,Cu3Zn,CsCl4、两种情况下100的面间距各是多少，用点阵常数表示。可能的位错柏氏矢量又分别是什么？5、各结构对应的强度及塑性相对高低可能是怎样的？给出理由。20分（图为一体心立方单胞中间的原子为A，四周的为B）五、下图是低碳钢热轧板带状组织的金相和扫描电镜图片，从凝固、热加工及冷却相变等方面分析带状组织的形成原因及可能的控制方法。（图请自行脑补）20分六、根据下面所附的Fe-Ti相图【CALPHAD.38(2012)155-160】,写出该体系随着温度的降低所涉及到的三相反应；同时示意画出由大块纯铁和纯钛制作的扩散偶在1000K保持足够多长时间后，扩散层中的成分分布曲线，并标注相对应的相。20分（图自行脑补too)七、分析铝铜合金中以铝为基的过饱和α固溶体在不同温度进行退火时发生的脱溶过程。10分八、块体非晶形成能力（GFA）判据研究目前是一个非常活跃的领域，A.lnoue[ActaMater.,48(2002)279]总结的块体非晶合金成分经验规则：1）多于三种元素组成的多元合金体系2）构成合金体系的元素原子尺寸差较大，主要元素之间的尺寸差比高于12%3）三个主要组元之间的混合焓为负值等得到非晶研究者的广泛认同。从非晶形成热力学、动力学、原子结构及堆垛拓扑关系等方面