【考研类试卷】(西安理工大学)材料科学基础真题2006年及答案解析.doc

1、(西安理工大学)材料科学基础真题 2006年及答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)填空1.置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、 1、电子浓度因素和 2 有关。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_2.当过冷液体中出现一个半径为 r的晶胚时，所得的临界晶核半径大小为 1。r *变小意味着形核数目 2，晶核均匀形核依靠 3 提供 rr *的原子小集团充当晶核，依靠 4 提供相当于界面能 5 的形核功。（分数：5.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_3.固溶体合金结晶过程中遵循形核和核长大规律，但它不同于纯金属的是形核时还额外需要 1 起

2、伏，它也是在 2 过程中进行的，同时在结晶过程中还始终伴随着 3 的扩散。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_4.金属塑性变形过程中发生孪生后，孪晶面两边的晶体位向呈现 1，并且晶体是 2 切变的。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_5.冷塑变金属低温回复时，主要是 1，高温回复时，主要是发生 2。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_6.动态回复与动态再结晶是指在变形过程中 1 同时进行。（分数：1.00）填空项 1:_二、名词解释(总题数：5，分数：15.00)7.相（分数：3.00）_8.固溶体（分数：3.00）_9.反应扩散（分数：3.00）_

3、10.成分过冷（分数：3.00）_11.枝晶偏析（分数：3.00）_三、简答题(总题数：10，分数：60.00)12.下图绘出了三类材料金属、离子晶体和高分子材料之能量与距离关系曲线，试指出它们各代表何种材料？并说明三种材料所具有的基本性能与原子键之间的关系。（分数：6.00）_13.画出三种典型晶胞结构示意图，写出其表示符号，晶胞中的原子数、配位数以及致密度的具体值。（分数：6.00）_14.如图所示的晶体中，ABCD 滑移面中央有一个位错环，位错线方向为逆时针方向，其柏氏矢量 b平行于AC。(1)指出位错环各部分的位错类型。(2)在图中表示出使位错环向外运动所需施加的切应力方向。(3)该位

4、错环运动出晶体后，晶体外形如何变化？（分数：6.00）_15.简述纯金属晶体长大的机制及其与固/液界面微观结构的关系。（分数：6.00）_16.依据反应温度由高到低，依次写出 Fe-Fe3C合金系中三相平衡反应的反应式，并分别说明Fe3C 、Fe 3C 、Fe 3C 、Fe 3C 共析 和 Fe3C 共晶 的来源及形貌特征。（分数：6.00）_17.说明第一类和第二类回火脆性的异同点。（分数：6.00）_18.简述马氏体高硬度的本质原因。（分数：6.00）_19.试述影响扩散系数的主要因素？（分数：6.00）_20.试分析冷变形量对再结晶晶粒尺寸的影响。（分数：6.00）_21.根据凝固理论，

5、试述细化晶粒的基本途径与基本原理。（分数：6.00）_四、相图分析(总题数：1，分数：20.00)22.二元合金相图如图所示。1分析 5.5%Cu合金和 5.8%Cu合金在平衡结晶和快速冷却不平衡结晶时的组织特点。2Al 为 fcc结构，图中的 相为何种晶体结构？3计算出亚共晶合金在温度为 TE(共晶反应前)时的平衡分配系数。4设 X合金平衡凝固完毕时的组织为 初晶 +(+)共晶，其中 初晶占 80%，则此合金中 Cu组元的含量是多少？（分数：20.00）_计算23.有一 70MPa应力作用在 FCC晶体的001方向上，求作用在(111) 和 （分数：10.00）_论述24.分析加工硬化、细晶

6、强化、固溶强化与第二相强化在本质上有什么异同。（分数：15.00）_25.说明金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段晶体缺陷的行为与表现以及材料相应的性能，并说明各阶段促使这些晶体缺陷运动的驱动力是什么。（分数：15.00）_(西安理工大学)材料科学基础真题 2006年答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)填空1.置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、 1、电子浓度因素和 2 有关。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：电负性因素）填空项 1:_ （正确答案：晶体结构因素）解析：2.当过冷液体中出现一个半径为 r的晶胚时，所得的临界晶核半径大小为 1。r *变小意味着形核

7、数目 2，晶核均匀形核依靠 3 提供 rr *的原子小集团充当晶核，依靠 4 提供相当于界面能 5 的形核功。（分数：5.00）填空项 1:_ （正确答案：*）填空项 1:_ （正确答案：增多）填空项 1:_ （正确答案：结构起伏）填空项 1:_ （正确答案：能量起伏）填空项 1:_ （正确答案：1/3）解析：3.固溶体合金结晶过程中遵循形核和核长大规律，但它不同于纯金属的是形核时还额外需要 1 起伏，它也是在 2 过程中进行的，同时在结晶过程中还始终伴随着 3 的扩散。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：成分）填空项 1:_ （正确答案：变温）填空项 1:_ （正确答案：异类原子）

8、解析：4.金属塑性变形过程中发生孪生后，孪晶面两边的晶体位向呈现 1，并且晶体是 2 切变的。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：对称关系）填空项 1:_ （正确答案：均匀）解析：5.冷塑变金属低温回复时，主要是 1，高温回复时，主要是发生 2。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：点缺陷的消失）填空项 1:_ （正确答案：多边形化）解析：6.动态回复与动态再结晶是指在变形过程中 1 同时进行。（分数：1.00）填空项 1:_ （正确答案：软化与形变硬化）解析：二、名词解释(总题数：5，分数：15.00)7.相（分数：3.00）_正确答案：(合金中具有同一聚集状态、同一晶体结

9、构、成分基本相同，并有明确界面与其他部分相分开的均匀组成部分。)解析：8.固溶体（分数：3.00）_正确答案：(指以合金某一组元为溶剂，在其品格中溶入其他组元原子(溶质)后所形成的一种合金相，其特征是仍保持溶剂晶格类型，结点上或间隙中含有其他组元原子。)解析：9.反应扩散（分数：3.00）_正确答案：(在固态扩散的过程中，如果渗入元素在金属中溶解度有限，随着扩散原子增多，当渗入原子的浓度超过饱和溶解度时则形成不同于原相的固溶体或中间相，从而使金属表层分为出现新相和不出现新相的两层，这种通过扩散而形成新相的过程称为反应扩散。)解析：10.成分过冷（分数：3.00）_正确答案：(固溶体合金凝固时，

10、由于液相中溶质的分布发生变化，合金熔点也发生变化，即使实际温度分布不变，固液界面前沿的过冷度也会发生变化。所以固溶体合金的过冷度是由变化着的合金的熔点与实际温度分布两个方面的因素共同决定的。这种因液相成分变化而形成的过冷称为成分过冷。)解析：11.枝晶偏析（分数：3.00）_正确答案：(是材料的一种微观偏析，即固溶体在非平衡冷却条件下，匀晶转变后新得的固溶体晶粒内部的成分是不均匀的，先结晶的内核含较多的高熔点的组元原子，后结晶的外缘含较多的低熔点的组元原子，而通常固溶体晶体以树枝晶方式长大，这样，枝干含高熔点组元较多，枝间含低熔点组元原子多，造成同一晶粒内部成分的不均匀现象。)解析：三、简答题

11、(总题数：10，分数：60.00)12.下图绘出了三类材料金属、离子晶体和高分子材料之能量与距离关系曲线，试指出它们各代表何种材料？并说明三种材料所具有的基本性能与原子键之间的关系。（分数：6.00）_正确答案：(a：高分子材料；b：金属材料：c：离子晶体。)解析：13.画出三种典型晶胞结构示意图，写出其表示符号，晶胞中的原子数、配位数以及致密度的具体值。（分数：6.00）_正确答案：(略。)解析：14.如图所示的晶体中，ABCD 滑移面中央有一个位错环，位错线方向为逆时针方向，其柏氏矢量 b平行于AC。(1)指出位错环各部分的位错类型。(2)在图中表示出使位错环向外运动所需施加的切应力方向。

12、(3)该位错环运动出晶体后，晶体外形如何变化？（分数：6.00）_正确答案：(1)如图 a所示，C点为负刃位错，A点为正刃位错，B点为左螺位错，D点为右螺位错。其他各点处为混合型位错。(2)如图 a所示，在晶体的上下底面施加一对平行于柏氏矢量的切应力，且下底面内的切应力与柏氏矢量同向平行。(3)如图 b所示，滑移面下部晶体相对于上部晶体产生与柏氏矢量相同的滑移，并在晶体侧表面形成相应台阶。)解析：15.简述纯金属晶体长大的机制及其与固/液界面微观结构的关系。（分数：6.00）_正确答案：(纯金属晶体的液固界面一般为粗糙界面，因此对于纯金属晶体，在长大过程中，往往是按照粗糙界面的垂直长大方式长大

13、，由于界面上有近 50%的位置是空缺的，液相原子的添加不受位置的限制，因此有利于原子连续的填充，从而使得液固界面沿法线方向迅速长大。)解析：16.依据反应温度由高到低，依次写出 Fe-Fe3C合金系中三相平衡反应的反应式，并分别说明Fe3C 、Fe 3C 、Fe 3C 、Fe 3C 共析 和 Fe3C 共晶 的来源及形貌特征。（分数：6.00）_正确答案：()解析：17.说明第一类和第二类回火脆性的异同点。（分数：6.00）_正确答案：(在 250400间回火时出现的脆性叫低温回火脆性，也称第一类回火脆性；在 450650间回火时出现的脆性称高温回火脆性，也称第二类回火脆性。第一类回火脆性为不

14、可逆的回火脆性；第二类回火脆性为可逆的。第一类回火脆性是由于马氏体分解时沿马氏体条或片的界面析出断续的薄壳状碳化物，降低了晶界的断裂强度，使之成为裂纹扩展的路径，因而导致脆性断裂；第二类回火脆性产生的原因是Sb、Sn、P、As 等杂质元素在回火处理时向原奥氏体晶界偏聚，减弱了奥氏体晶界上原子间的结合力，降低晶界断裂强度，是产生第二类回火脆性的主要原因。)解析：18.简述马氏体高硬度的本质原因。（分数：6.00）_正确答案：(马氏体高强度、高硬度的原因是多方面的：马氏体的晶体结构为体心正方，不具备位错易动的密排滑移面，因而位错不易滑移。铁素体通常只含 0.03%的碳原子，而马氏体中的含碳量和材料

15、本身的含碳量相同，因此马氏体中有大量过饱和的碳原子，固溶强化是马氏体硬度高的主要机制之一。不论是板条状马氏体的板条还是片状马氏体的条片都很细小，晶界强化机制也起很大作用。马氏体转变时，在晶体内部造成品格缺陷密度很高的亚结构，板条状马氏体的高密度位错网、片状马氏体的微细孪晶都将阻碍位错运动，从而通过相变引起强化。马氏体形成后，碳及合金元素的原子向位错或其他晶体缺陷处扩散偏聚或析出，钉扎位错，使位错难以运动，通过时效强化提高马氏体的硬度、强度。)解析：19.试述影响扩散系数的主要因素？（分数：6.00）_正确答案：(温度的影响。温度越高，扩散越快。晶体结构的影响。结构不同，扩散系数不同。固溶体类型

16、对扩散的影响。不同的固溶体，原子的扩散和机制不同。固溶体浓度对扩散的影响。浓度越大，扩散越容易。晶体缺陷的影响。晶界、位错、空位都会对扩散产生影响。化学成分对扩散的影响。加入化学元素对扩散会产生阻碍。)解析：20.试分析冷变形量对再结晶晶粒尺寸的影响。（分数：6.00）_正确答案：(当冷变形度小于临界变形度时，再结晶后晶粒基本保持冷变形前的状态，因储存能很少，实际上再结晶并没有进行，因此冷变形量与再结晶晶粒的尺寸无关；当冷变形度增大至临界变形度时，冷变形储存能足以驱动再结晶的进行，但因整体变形度小且不均匀，只有少数变形度大的地方能够形成晶核并长大，此时因 G，仅有少数晶核形成又迅速长大，故再结

17、晶后晶粒达到最大；超过临界变形度后，冷变形量与再结晶晶粒的尺寸成反比，当变形度达到一定的数量时，晶粒尺寸基本不变。)解析：21.根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径与基本原理。（分数：6.00）_正确答案：(1)提高过冷度。晶粒大小取决于形核率和核长大速度的相对关系。当过冷度很大时，会出现形核率的增长速度大于核长大的速度，因此提高过冷度使 NG，并使两者差距增大，晶粒才会被细化。(2)变质处理。即在浇注前向金属液中添加变质剂，以促进非均匀形核增加晶核数量来细化晶粒。(3)振动、搅拌。振动和搅拌能向液体中输入额外能量以提供形核功，促进形核，另一方面能使已结晶的晶体在液流冲击下而碎化，增加核心的数

18、量。)解析：四、相图分析(总题数：1，分数：20.00)22.二元合金相图如图所示。1分析 5.5%Cu合金和 5.8%Cu合金在平衡结晶和快速冷却不平衡结晶时的组织特点。2Al 为 fcc结构，图中的 相为何种晶体结构？3计算出亚共晶合金在温度为 TE(共晶反应前)时的平衡分配系数。4设 X合金平衡凝固完毕时的组织为 初晶 +(+)共晶，其中 初晶占 80%，则此合金中 Cu组元的含量是多少？（分数：20.00）_正确答案：(15.5%Cu 合金，平衡结晶时为 + ，非平衡时除此外还出现共晶相 +；5.8%Cu 合金，平衡结晶时为 +(+)，非平衡时出现明显的离异共晶特点：+。2FCC 结构

19、。34 )解析：计算23.有一 70MPa应力作用在 FCC晶体的001方向上，求作用在(111) 和 （分数：10.00）_正确答案：(代入公式计算：=coscos其中(其中，abc 分别为外力的晶向指数值)对于 110滑移系，由于 cos=0，所以该滑移系在应力作用下不滑移。对于(111) 滑移系，代入数值，则所以(111) )解析：论述24.分析加工硬化、细晶强化、固溶强化与第二相强化在本质上有什么异同。（分数：15.00）_正确答案：(相同点：都是位错运动受阻，增加了位错滑动的阻力，使得材料得到强化。不同点：加工硬化：位错塞积、林位错阻力和形成割阶消耗外力所做的功为其可能机制；细晶强化

20、：增加了晶界，增加了位错塞积的范围；固溶强化：溶质原子沿位错聚集并钉扎位错；第二相强化：分散的强化相颗粒迫使位错切过或绕过强化相颗粒而额外做功都是分散相强化的位错机制。)解析：25.说明金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段晶体缺陷的行为与表现以及材料相应的性能，并说明各阶段促使这些晶体缺陷运动的驱动力是什么。（分数：15.00）_正确答案：(1)冷变形：晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷均大量增加，出现加工硬化现象、物化性能相应变活泼；驱动力为外界所加的分切应力。(2)回复：线缺陷基本不变，点缺陷明显减少，力学性能不变，相应改变物化性能；驱动力为储存能。(3)再结晶：线缺陷明显变少，材料出现软化现象；驱动力为储存能。(4)晶粒长大：面缺陷明显变少；驱动力为总界面自由能。)解析：