1、2007年西安交通大学材料科学基础真题试卷及答案解析(总分：42.00，做题时间：90 分钟)一、画图题(总题数：5，分数：14.00)如图 25-1a所示边长为 a的立方晶胞中，ABCD 晶面及 AC晶向是晶体的一个滑移系。 （分数：6.00）(1).写出 ABCD晶面及 AC晶向的密勒指数。（分数：2.00）_(2).该晶体为何种立方结构?（分数：2.00）_(3).写出 ABCD晶面的面问距。（分数：2.00）_1.当分别在晶体的 、 （分数：2.00）_2.当 ABCD晶面及 AC晶向组成的滑移系首先开动后，下一个开动的滑移系是什么?（分数：2.00）_3.当 ABCD晶面及 AC晶向
2、组成的滑移系首先开动后，若晶体发生交滑移，写出可能的交滑移系。（分数：2.00）_4.写出图 25-1b所示六方晶胞中 MNPQM晶面、QM 晶向、MN 晶向、NP 晶向的密勒-布拉菲指数。（分数：2.00）_二、公式题(总题数：1，分数：6.00)立方形晶体中的位错环 ABCDA如图 25-2所示。AB 段和 CD段平行于 Z轴，AD 段和 BC段平行于 X轴，位错环的柏氏矢量 b平行于 Y轴，AD=d。刃位错的应力场 e 和螺位错的应力场 s 公式如下： （分数：6.00）(1).指出各段位错线是什么性质的位错(如为螺位错，指出其是左旋或右旋；如为刃位错，指出其半原子面)。（分数：2.00
3、）_(2).AB段对 CD段单位长度的作用力是多大，在什么方向?（分数：2.00）_(3).在外应力 xy 作用下，单位长度各段位错所受的力各是多大，在什么方向?（分数：2.00）_三、简答题(总题数：4，分数：8.00)5.写出平衡态 T12钢在室温时的相组成物，并计算各相组成物的质量百分数。（分数：2.00）_6.写出平衡态 T12钢在室温时的组织组成物，并计算各组织组成物的质量百分数。（分数：2.00）_7.假设将 T12钢工件在 780进行长时间加热时发生严重脱碳，工件表面碳质量分数 w C =0。试画出780时工件表面至心部的碳质量分数分布曲线示意图，并在图中标出不同区间的组成相。（
4、分数：2.00）_8.图 25-3所示为四种不同碳含量的碳钢的室温平衡组织，试估计它们各自的碳质量百分数 w C 。 （分数：2.00）_四、计算题(总题数：1，分数：8.00)A-B二元合金相图如图 25-4所示。在固相不扩散、液相完全混合条件下，水平放置的质量分数 w C =20%的 A-B二元合金熔液从左至右定向凝固成长为 L的横截面均匀的合金棒。 （分数：8.00）(1).计算棒中单相 固溶体段占棒长的分数 提示：正常凝固方程为 （分数：2.00）_(2).画出合金棒中组织沿棒长分布及合金棒中 B组元浓度沿棒长分布曲线示意图。（分数：2.00）_(3).计算合金棒中单相 固溶体段的平均
5、 B含量 （分数：2.00）_(4).该棒单相 固溶体段是否会生长成树枝晶?为什么?（分数：2.00）_五、综合分析题(总题数：1，分数：4.00)W-Cr-Ni三元合金 800等温截面图如图 25-5所示。 （分数：4.00）(1).确定图中 A合金的成分，写出它在该温度时的相组成物，在图中标出各组成相的成分点，并计算各相的质量百分数(用字母列式表示即可)。（分数：2.00）_(2).确定图中 B合金的成分，写出它在该温度时的相组成物，在图中标出各组成相的成分点，并计算各相的质量百分数(用字母列式表示即可)。（分数：2.00）_六、论述题(总题数：1，分数：2.00)9.从材料组织结构对性能
6、影响的角度，定性分析比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料在力学性能方面的差异。（分数：2.00）_2007年西安交通大学材料科学基础真题试卷答案解析(总分：42.00，做题时间：90 分钟)一、画图题(总题数：5，分数：14.00)如图 25-1a所示边长为 a的立方晶胞中，ABCD 晶面及 AC晶向是晶体的一个滑移系。 （分数：6.00）(1).写出 ABCD晶面及 AC晶向的密勒指数。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：ABCD 晶面：(101)。 AC 晶向： )解析：(2).该晶体为何种立方结构?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： 体心立方结构。)解析：(3).写出 ABC
7、D晶面的面问距。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：1.当分别在晶体的 、 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：解法一：在 方向拉伸时，有 6个滑移系首先同时开动；在 方向拉伸时，有 2个滑移系首先同时开动；在123方向拉伸时，只有 1个滑移系首先开动。故在123方向的拉伸使ABCD晶面及 AC晶向组成的滑移系首先开动。 解法二：根据作用在滑移系上的分切应力 ，当或 =0 时，=0，该滑移系上无分切应力，因而不能开动。 在 方向拉伸时， .101=0，故滑移系(101) 不能开动；在 方向拉伸时， 故滑移系(101) 不能开动；在123方向拉伸时，123.1010，123
8、 0， 故滑移系(101) )解析：2.当 ABCD晶面及 AC晶向组成的滑移系首先开动后，下一个开动的滑移系是什么?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： 单晶体拉伸时，在只有一个滑移系首先开动的情况下，力轴会向滑移方向转动，从而引起双滑移。在本题中，当力轴转动到034方向时，开始发生双滑移，因此，开动的下一个滑移系是。 )解析：3.当 ABCD晶面及 AC晶向组成的滑移系首先开动后，若晶体发生交滑移，写出可能的交滑移系。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： 始滑移系可能的交滑移系是所有 12个滑移系中与始滑移系有相同滑移方向但不同滑移面的那些滑移系，由此可以得出如下结果： 和 )
9、解析：4.写出图 25-1b所示六方晶胞中 MNPQM晶面、QM 晶向、MN 晶向、NP 晶向的密勒-布拉菲指数。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：MNPQM 晶面： 。 QM 晶向： 。 MN 晶向： 。 NP 晶向： )解析：二、公式题(总题数：1，分数：6.00)立方形晶体中的位错环 ABCDA如图 25-2所示。AB 段和 CD段平行于 Z轴，AD 段和 BC段平行于 X轴，位错环的柏氏矢量 b平行于 Y轴，AD=d。刃位错的应力场 e 和螺位错的应力场 s 公式如下： （分数：6.00）(1).指出各段位错线是什么性质的位错(如为螺位错，指出其是左旋或右旋；如为刃位错，指出其
10、半原子面)。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：AB、BC、CD、DA 段均为刃位错，位错环外的平面为半原子面。)解析：(2).AB段对 CD段单位长度的作用力是多大，在什么方向?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：(3).在外应力 xy 作用下，单位长度各段位错所受的力各是多大，在什么方向?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：AB 段： b ，-y 方向。 BC 段：不受力。 CD 段： b ，y 方向。 DA 段：不受力。)解析：三、简答题(总题数：4，分数：8.00)5.写出平衡态 T12钢在室温时的相组成物，并计算各相组成物的质量百分数。（分数：2.00）_
11、正确答案：(正确答案：相组成物：+Fe 3 C。 )解析：6.写出平衡态 T12钢在室温时的组织组成物，并计算各组织组成物的质量百分数。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：组织组成物：P+Fe 3 C。 )解析：7.假设将 T12钢工件在 780进行长时间加热时发生严重脱碳，工件表面碳质量分数 w C =0。试画出780时工件表面至心部的碳质量分数分布曲线示意图，并在图中标出不同区间的组成相。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：如图 25-6所示。 )解析：8.图 25-3所示为四种不同碳含量的碳钢的室温平衡组织，试估计它们各自的碳质量百分数 w C 。 （分数：2.00）_正确答
12、案：(正确答案：a)：w C 0.2% b)：w C 0.4% C)：w C 0.77% d)：w C 1.2%)解析：四、计算题(总题数：1，分数：8.00)A-B二元合金相图如图 25-4所示。在固相不扩散、液相完全混合条件下，水平放置的质量分数 w C =20%的 A-B二元合金熔液从左至右定向凝固成长为 L的横截面均匀的合金棒。 （分数：8.00）(1).计算棒中单相 固溶体段占棒长的分数 提示：正常凝固方程为 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： CS=30% CO=20% 故 )解析：(2).画出合金棒中组织沿棒长分布及合金棒中 B组元浓度沿棒长分布曲线示意图。（分数：2.0
13、0）_正确答案：(正确答案：如图 25-7所示。 )解析：(3).计算合金棒中单相 固溶体段的平均 B含量 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：解法一： 解法二： 得 解法三：应用杠杆定理，可得如图 25-8所示的杠杆。 81 得 解法四：根据溶质原子质量守恒，可得如下方程式： 得 )解析：(4).该棒单相 固溶体段是否会生长成树枝晶?为什么?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：该棒单相 固溶体段不会生长成树枝晶。该棒为定向凝固，固液界面前沿不会造成负温度梯度。在正温度梯度下，当存在成分过冷时，固溶体才会长成树枝晶。但该固溶体棒是在固相不扩散、液相完全混合条件下定向凝固的，固液界面
14、前沿液体的理论结晶温度是相同的，在正温度梯度下，不会产生成分过冷，故不会生长成树枝晶。)解析：五、综合分析题(总题数：1，分数：4.00)W-Cr-Ni三元合金 800等温截面图如图 25-5所示。 （分数：4.00）(1).确定图中 A合金的成分，写出它在该温度时的相组成物，在图中标出各组成相的成分点，并计算各相的质量百分数(用字母列式表示即可)。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：A 合金的成分：50%Ni-40%Cr-10%W。 相组成物：(Ni)+ 1 。 各相的成分：如图25-9所示，(Ni)的成分为 点； 1 的成分为 b点。 各相的质量分数： )解析：(2).确定图中 B合
15、金的成分，写出它在该温度时的相组成物，在图中标出各组成相的成分点，并计算各相的质量百分数(用字母列式表示即可)。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：B 合金的成分：20%Ni-20%Cr-150%W。 相组成物： 1 + 2 +Ni4W。 各相的成分：如图 25-9所示， 1 的成分为 e点； 2 的成分为 c点；Ni 4 W的成分为 d点。各相的质量分数：)解析：六、论述题(总题数：1，分数：2.00)9.从材料组织结构对性能影响的角度，定性分析比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料在力学性能方面的差异。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：在这三类材料中，金属材料的力学性能特点是：优
16、异的塑性和韧性，较高的强度和硬度，较大的弹性和较高的弹性模量；陶瓷材料的力学性能特点是：塑性和韧性几乎为零，极高的硬度和较低的强度(特别是抗拉强度)，极小的弹性和极大的弹性模量；高分子材料的力学性能特点是：较高的塑性和韧性，较低的硬度和强度，极大的弹性和极小的弹性模量。这三类材料在力学性能方面的上述差异，主要是由这三类材料在组织结构方面的特点不同所造成的。材料的弹性及弹性模量主要取决于材料中原子结合键的强弱。陶瓷材料为共价键和离子键，结合键力最强，因此其弹性模量最高但弹性最小；高分子材料的分子链中为很强的共价键，但分子链之间为很弱的氢键和范德华键，因此其弹性模量最低但弹性最好；金属材料为较强的
17、金属键结合，故其弹性模量和弹性居中。材料的硬度也主要取决于材料中原子结合键的强弱，所以，陶瓷材料有极高的硬度，而高分子材料的硬度很低。材料的强度既与结合键有关也与组织有关，陶瓷材料虽然有很强的结合键，但由于烧结成形中不可避免地形成气孔或微裂纹，故其强度特别是抗拉强度较低；高分子材料中很弱的氢键和范德华键使其强度也较低；金属材料中的金属键虽然不是很强，但高的致密度以及高密度的位错使其具有很高的强度。金属材料中的自由电子云和容易运动的位错以及较高的致密度，使其具有良好的塑性和韧性；陶瓷材料中的位错不易运动，加之存在气孔和微裂纹，因而陶瓷材料的塑性和韧性几乎为零；高分子材料中很弱的氢键和范德华键使分子间可以较好地相互滑动，因而有较好的塑性和韧性。)解析：
