1、(清华大学)材料科学基础真题 2002 年及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、论述题(总题数：10，分数：100.00)1.已知面心立方合金 -黄铜的轧制织构为 110112。1解释这种织构所表达的意义。2用立方晶体 001 标准投影图说明其形成原因。（分数：10.00）_2.证明：对立方晶系，有hkl(hkl)。（分数：5.00）_3.二维点阵共有几种？指出其类型并用图表示。（分数：5.00）_4.以 BaTiO3为例，画出钙钛矿的晶体结构，并解释这类结构材料的介电常数较高和可能具有超导性的原因。（分数：10.00）_5.面心立方金属单晶体沿001拉伸可有几个等效滑移系
2、同时启动？沿111拉伸可有几个等效滑移系同时启动？并具体写出各滑移系的指数。（分数：10.00）_6.按下列 5 条汇总 FCC 晶体中的主要位错：位错名称；柏式矢量；位错性质(刃型、螺型、混合位错等)；位错形成方式；运动状态(滑移、攀移、还是不动等)。（分数：15.00）_7.何谓合金扩散过程中的克根达耳效应(Kirkendall effect)，克根达耳实验结果给人们哪些启示？指出其在实践中的意义。（分数：10.00）_8.解释冷变形金属加热时回复、再结晶及晶粒长大的过程及特点。2已知 Cu-30%Zn 合金的再结晶激活能为 250kJ/mol，此合金在 400的恒温下完成再结晶需要 1
3、小时，试求此合金在 390的恒温下完成再结晶需要多少小时。（分数：15.00）_9.合金由基体 和第二相 组成，若 相分布在晶界， 和 相不共格，试分析因界面能 的不同， 相可能的组织形态。（分数：10.00）_10.画出 Cu-Al 合金在时效处理过程中硬度随时间的变化曲线，并用位错理论加以解释。（分数：10.00）_(清华大学)材料科学基础真题 2002 年答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、论述题(总题数：10，分数：100.00)1.已知面心立方合金 -黄铜的轧制织构为 110112。1解释这种织构所表达的意义。2用立方晶体 001 标准投影图说明其形成原因。（分数
4、：10.00）_正确答案：(1为板织构。110112织构表示110轧面，112轧向。2-黄铜为 FCC 结构，滑移系统为111101。沿轧向受到拉力的作用，晶体滑移转动。如图所示，在晶体学坐标系中，设拉力轴 T1位于 001-101-111 取向三角形中，则始滑移系为 011，拉力轴转向011方向，使拉力轴与滑移方向的夹角 减小。当力轴到达两个取向三角形的公共边，即 T2时，开始发生双滑移，滑移系 101也启动，拉力轴既转向011方向，又转向101方向，结果沿公共边转动。到达112方向时，由于101、112、011位于同一个大圆上，两个 角同时减小到最小值，故112为最终稳定位置，从而使112
5、方向趋向于轧向；在轧面上受到压力作用，设压力轴 Pl 位于取向三角形中，则始滑移系为 101，压力轴转向 面，使压力轴与滑移面的夹角减小。当力轴到达两个取向三角形的公共边，即 P2时，开始发生双滑移，滑移系 也启动，压力轴既转向 面，又转向 面，结果沿公共边转动。到达 面时，由于 、 、位于同一大圆上，两个 角同时减小到最小值，故 为最终稳定位置，从而使 面趋于平行于轧面。其结果，110轧面，112轧向。)解析：2.证明：对立方晶系，有hkl(hkl)。（分数：5.00）_正确答案：(根据晶面指数的确定规则并参照下图，(hkl)晶面 ABC 在 a、b、c 坐标轴上的截距分别是根据晶向指数的确
6、定规则，hkl晶向 L=ha+kb+lc。利用立方晶系中 a=b=c，=90的特点，有由于 L 与 ABC 面上相交的两条直线垂直，所以 L 垂直于 ABC 面，从而在立方晶系中有hkl上(hkl)。)解析：3.二维点阵共有几种？指出其类型并用图表示。（分数：5.00）_正确答案：(二维点阵有 5 种，分别是斜方、六角、长方、体心长方、正方，如下表所示。)解析：4.以 BaTiO3为例，画出钙钛矿的晶体结构，并解释这类结构材料的介电常数较高和可能具有超导性的原因。（分数：10.00）_正确答案：(钙钛矿(BaTiO 3)的晶体结构如图所示。)解析：5.面心立方金属单晶体沿001拉伸可有几个等效
7、滑移系同时启动？沿111拉伸可有几个等效滑移系同时启动？并具体写出各滑移系的指数。（分数：10.00）_正确答案：(根据“映象规则”，利用立方晶体的 001 标准投影，可知当 FCC 结构的晶体沿001轴拉伸时，其等效滑移系共有 8 个，分别是：(111) 、(111) 、 、 101、 101、011、 、 011。当 FCC 结构的晶体沿111方向拉伸时，其等效滑移系有 6 个，分别是： 011、 110、 011、 101、 101、 )解析：6.按下列 5 条汇总 FCC 晶体中的主要位错：位错名称；柏式矢量；位错性质(刃型、螺型、混合位错等)；位错形成方式；运动状态(滑移、攀移、还是
8、不动等)。（分数：15.00）_正确答案：(见下表。)解析：7.何谓合金扩散过程中的克根达耳效应(Kirkendall effect)，克根达耳实验结果给人们哪些启示？指出其在实践中的意义。（分数：10.00）_正确答案：(克根达耳效应：如图所示，在 FCC 结构的 -黄铜(Cu+30%Zn)棒上敷上很细的钼丝作为标记，再在黄铜上镀铜，将钼丝包在黄铜与铜之间，在一定温度下进行扩散。其中钼丝仅作为标志物，在整个实验过程中不参加扩散。扩散组元是铜和锌，二者构成置换式固溶体。在置换式固溶体的扩散过程中，放置在原始界面上的标志物朝着低熔点元素的方向移动，移动距离与时间呈抛物线关系。造成这种现象的原因是
9、：低熔点组元扩散快，高熔点组元扩散慢。这种不等量的原子交换造成克根达耳效应。)解析：8.解释冷变形金属加热时回复、再结晶及晶粒长大的过程及特点。2已知 Cu-30%Zn 合金的再结晶激活能为 250kJ/mol，此合金在 400的恒温下完成再结晶需要 1 小时，试求此合金在 390的恒温下完成再结晶需要多少小时。（分数：15.00）_正确答案：(1冷变形金属加热时，先后发生回复、再结晶、晶粒长大三个过程，各自特点如下：(1)回复过程的特征回复过程组织不发生变化，仍保持变形状态伸长的晶粒。回复过程使变形引起的宏观(一类)应力全部消除，微观(二类)应力大部消除。回复过程中一般力学性能变化不大，硬度
10、、强度仅稍有降低，塑性稍有提高，某些物理性能有较大变化，电阻率显著降低，密度增大。变形储能在回复阶段部分释放。(2)再结晶过程的特征组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒。力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前的状态。变形储能在再结晶过程中全部释放，点阵畸变(三类应力)清除，位错密度降低。(3)晶粒长大过程的特征晶粒长大。引起一些性能变化，如强度、塑性、韧性下降。伴随晶粒长大，还发生其他结构上的变化，如再结晶织构。2由公式有)解析：9.合金由基体 和第二相 组成，若 相分布在晶界， 和 相不共格，试分析因界面能 的不同， 相可能的组织形态。（分数：10.00
11、）_正确答案：(合金由基体 和第二相 组成，若 相分布在晶界， 和 相不共格，其形貌取决于两个 a 晶粒间的夹角(两面角、接触角)，在界面张力间存在图 a 所示的平衡关系，即：式中， 为 相的界面张力； 为两相间的界面张力； 为两面角，决定于界而张力的比值 / 。(1)当 = ，=120，第二相形状如图 b 所示。(2)当 ，=180，第二相形状如图 c 所示。(3)当 ，=0，第二相形状如图 d 所示。)解析：10.画出 Cu-Al 合金在时效处理过程中硬度随时间的变化曲线，并用位错理论加以解释。（分数：10.00）_正确答案：(Cu-Al 合金在时效处理过程中硬度随时间的变化曲线如图所示。)解析：
