1、西安交通大学硕士材料科学基础真题 2009年及答案解析(总分：150.02，做题时间：90 分钟)一、B一/B(总题数：5，分数：20.00)1.全位错与不全位错（分数：4.00）_2.伪共晶与离异共晶（分数：4.00）_3.时效强化与低碳钢的应变时效（分数：4.00）_4.高分子材料与陶瓷材料（分数：4.00）_5.抗磁体与铁磁体（分数：4.00）_二、B二/B(总题数：2，分数：20.00)6.写出图 27-1所示立方晶胞中 ABCDA面的晶面指数，以及 AB、BC、CD、DA 各晶向的晶向指数。（分数：10.00）_7.写出图 27-2所示六方晶胞中 EFGHIJE面的密勒一布拉菲晶面指
2、数，以及 EF、FG、GH、HI、IJ、JE 各晶向的密勒一布拉菲晶向指数。（分数：10.00）_三、B三/B(总题数：1，分数：20.00)如图 27-3所示，四方形单晶体中有一矩形位错环 ABCD，其各段分别平行于 x轴或 y轴，其柏氏矢量平行于 x轴。 （分数：20.00）(1).写出各位错段的位错类型。（分数：4.00）_(2).写出 AD段与 BC段单位长度位错线问的相互作用力的大小及方向。（分数：4.00）_(3).写出 AB段与 DC段单位长度位错线间的相互作用力的大小及方向。（分数：4.00）_(4).用应力张量符号表示图中所示的一对切应力 ，并写出该切应力作用在各位错段单位长
3、度上的力的大小及方向。（分数：4.00）_(5).分析在切应力 持续作用下该位错环在运动中的形状变化及晶体形状的变化。（分数：4.00）_四、B四/B(总题数：1，分数：20.00)如图 27-4所示一立方形体心立方单晶体，其各棱边皆属100晶向族。该晶体在图示一对压应力 的作用下开始发生滑移变形。 （分数：20.01）(1).写出该晶体中的初始滑移系。（分数：6.67）_(2).设晶体初始滑移系的临界分切应力为 c，计算晶体该方向的屈服强度。（分数：6.67）_(3).在晶体三个可见的表面内示意画出滑移线的走向。（分数：6.67）_五、B五/B(总题数：1，分数：20.00)图 27-5所示
4、为 Cu-Ag-Cd三元合金系的液相面投影。 （分数：20.01）(1).确定图中 O合金的熔点及结晶出的初生相。（分数：6.67）_(2).分别写出图中 a点成分和 b点成分的液相参与的四相平衡反应的名称、反应温度、反应式。（分数：6.67）_(3).写出该合金系中铸造性能最好的合金的成分(即各组元的含量)。（分数：6.67）_六、B六/B(总题数：3，分数：20.00)8.画出 Fe-Fe3C相图，并填写各相区。（分数：6.00）_9.写出平衡态 T12钢室温时的相组成物及组织组成物，并计算各相组成物和组织组成物的质量分数。（分数：10.00）_10.示意画出平衡态 T12钢室温时的组织，
5、指出图中各组织组成物。（分数：4.00）_七、B七/B(总题数：2，分数：30.00)11.图 27-6为 Al-Cu二元合金相图，今将含 wC=2%的合金棒在固相中无扩散、液相中完全混合、液固界面平面推进的条件下进行不平衡凝固(忽略成分变化引起的体积变化)。计算凝固始端固相的成分；确定凝固结束后共晶体占铸锭棒长的体积百分数，并示意画出合金棒中溶质(Cu)浓度分布曲线。 （分数：15.00）_12.画出示意图说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝方式成长，而纯金属则得不到树枝状晶。（分数：15.00）_西安交通大学硕士材料科学基础真题 2009年答案解析(总分：150.02，做题时
6、间：90 分钟)一、B一/B(总题数：5，分数：20.00)1.全位错与不全位错（分数：4.00）_正确答案：()解析：柏氏矢量等于晶体点阵矢量的位错称为全位错；柏氏矢量不等于晶体点阵矢量的位错称为不全位错。2.伪共晶与离异共晶（分数：4.00）_正确答案：()解析：不平衡凝固过程中所形成的平均成分不等于合金平衡相图中共晶成分的共晶体称为伪共晶；当合金中先共晶体的量很多而共晶体的量很少时，共晶体中与先共晶体相同的相依附于先共晶体生长，而将共晶体中的另一相孤立在先共晶体的晶界处，这种失去了两相混合形貌的共晶体称为离异共晶。3.时效强化与低碳钢的应变时效（分数：4.00）_正确答案：()解析：将具
7、有饱和溶解度的固溶体加热到饱和溶解度线以上温度后快冷，得到过饱和固溶体。再将该过饱和固溶体在室温下长时间放置，或在低于饱和溶解度线以下的温度长时间保温，则过饱和固溶体发生脱溶分解，在固溶体晶粒内部析出弥散分布的细小的第二相颗粒，从而使合金的强度明显提高。这种强化称为时效强化。 退火态低碳钢具有屈服降落特性。将退火态低碳钢预拉伸发生少量塑性变形后，若立即再拉伸时，屈服降落现象消失；若将其在室温下放置一较长时间或在低温经过短时加热再进行拉伸，则屈服降落现象又出现，且屈服应力提高。这种现象称为低碳钢的应变时效。4.高分子材料与陶瓷材料（分数：4.00）_正确答案：()解析：通常将相对分子质量大于 5
8、000的化合物称为高分子化合物，而以有机高分子化合物为主要组分的材料称为高分子材料。 将天然的或人工合成的一些氧化物、碳化物、氮化物等特殊的化合物粉末，通过成形和高温烧结而制成的多晶固体材料称为陶瓷材料。5.抗磁体与铁磁体（分数：4.00）_正确答案：()解析：内部的磁矩能削弱外部磁场的材料称为抗磁体；内部的磁矩能极大地增强外部磁场的材料称为铁磁体。二、B二/B(总题数：2，分数：20.00)6.写出图 27-1所示立方晶胞中 ABCDA面的晶面指数，以及 AB、BC、CD、DA 各晶向的晶向指数。（分数：10.00）_正确答案：()解析：ABCDA 面： AB 晶向： BC 晶向： CD 晶
9、向：021 DA 晶向：7.写出图 27-2所示六方晶胞中 EFGHIJE面的密勒一布拉菲晶面指数，以及 EF、FG、GH、HI、IJ、JE 各晶向的密勒一布拉菲晶向指数。（分数：10.00）_正确答案：()解析：EFGHIJE 面： EF 晶向： FG 晶向： GH 晶向： HI 晶向： IJ 晶向： JE 晶向：三、B三/B(总题数：1，分数：20.00)如图 27-3所示，四方形单晶体中有一矩形位错环 ABCD，其各段分别平行于 x轴或 y轴，其柏氏矢量平行于 x轴。 （分数：20.00）(1).写出各位错段的位错类型。（分数：4.00）_正确答案：()解析：AB：正刃型位错 BC：左螺
10、型位错 CD：负刃型位错 DA：右螺型位错(2).写出 AD段与 BC段单位长度位错线问的相互作用力的大小及方向。（分数：4.00）_正确答案：()解析：相互吸引。(3).写出 AB段与 DC段单位长度位错线间的相互作用力的大小及方向。（分数：4.00）_正确答案：()解析：相互吸引。(4).用应力张量符号表示图中所示的一对切应力 ，并写出该切应力作用在各位错段单位长度上的力的大小及方向。（分数：4.00）_正确答案：()解析：- yx AB：无作用力 BC：b，-z 方向 CD：无作用力 DA：b，z 方向(5).分析在切应力 持续作用下该位错环在运动中的形状变化及晶体形状的变化。（分数：4
11、.00）_正确答案：()解析：由于 BC段受力向下运动，而 B、C 点不动，故 BC段在运动中发生弯曲，成为一个位错增殖源。同时，由于 DA段受力向上运动，而 D、A 点不动，故 DA段在运动中也发生弯曲，成为一个位错增殖源，如图 27-7a所示。 弯曲的 BC段和 DA段位错继续运动时会增殖出位错环，位错环不断扩大并运动出晶体，并使其扫过的区域两侧的晶体发生相对位移，位移的方向和大小与位错柏氏矢量相同，从而使晶体发生塑性变形，并在晶体表面形成台阶，即滑移线，如图 27-7b所示。四、B四/B(总题数：1，分数：20.00)如图 27-4所示一立方形体心立方单晶体，其各棱边皆属100晶向族。该
12、晶体在图示一对压应力 的作用下开始发生滑移变形。 （分数：20.01）(1).写出该晶体中的初始滑移系。（分数：6.67）_正确答案：()解析：体心立方晶体共有 12个可能的滑移系。根据作用在滑移系上的分切应力，施密特因子最大的滑移系为始滑移系。 结果如下：(2).设晶体初始滑移系的临界分切应力为 c，计算晶体该方向的屈服强度。（分数：6.67）_正确答案：()解析：根据施密特定律计算如下：(3).在晶体三个可见的表面内示意画出滑移线的走向。（分数：6.67）_正确答案：()解析：晶体的滑移面与晶体外表面的交线是可能的滑移线，其中，与晶体的滑移方向不平行的那些交线便是滑移线。结果如图 27-8
13、所示。五、B五/B(总题数：1，分数：20.00)图 27-5所示为 Cu-Ag-Cd三元合金系的液相面投影。 （分数：20.01）(1).确定图中 O合金的熔点及结晶出的初生相。（分数：6.67）_正确答案：()解析：熔点：840； 初生相：(Cu)。(2).分别写出图中 a点成分和 b点成分的液相参与的四相平衡反应的名称、反应温度、反应式。（分数：6.67）_正确答案：()解析：a 点：共晶反应 反应温度 540 反应式 L(Cu)+ b 点：包共晶反应 反应温度 640 反应式 L+(Ag)(Cu)+(3).写出该合金系中铸造性能最好的合金的成分(即各组元的含量)。（分数：6.67）_正
14、确答案：()解析：在有共晶反应的合金系中，共晶点成分的合金具有最好的铸造性能。该合金系中 a点为共晶点，其成分为：25%Cu-22%Ag-53%Cd。六、B六/B(总题数：3，分数：20.00)8.画出 Fe-Fe3C相图，并填写各相区。（分数：6.00）_正确答案：()解析：略。9.写出平衡态 T12钢室温时的相组成物及组织组成物，并计算各相组成物和组织组成物的质量分数。（分数：10.00）_正确答案：()解析：相组成物：+Fe 3C。 组织组成物：10.示意画出平衡态 T12钢室温时的组织，指出图中各组织组成物。（分数：4.00）_正确答案：()解析：如图 27-9所示。七、B七/B(总题
15、数：2，分数：30.00)11.图 27-6为 Al-Cu二元合金相图，今将含 wC=2%的合金棒在固相中无扩散、液相中完全混合、液固界面平面推进的条件下进行不平衡凝固(忽略成分变化引起的体积变化)。计算凝固始端固相的成分；确定凝固结束后共晶体占铸锭棒长的体积百分数，并示意画出合金棒中溶质(Cu)浓度分布曲线。 （分数：15.00）_正确答案：()解析：根据正常凝固方程 凝固始端固相的成分 凝固结束后共晶体占铸锭棒长的体积百分数为 合金棒中溶质(Cu)浓度分布曲线如图 27-10所示。12.画出示意图说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝方式成长，而纯金属则得不到树枝状晶。（分数：
16、15.00）_正确答案：()解析：只有当固液界面前沿液体中的过冷度随至界面的距离增大而增大时，界面上的凸起才会向前方的液体中生长，从而长成树枝状。 如图 27-11a所示，纯金属结晶过程中，液体中的成分处处相同，其理论结晶温度也处处相同。在正温度梯度下，仅仅固液界面处的液体处于动态过冷状态，而界面前沿的温度都高于液体的理论结晶温度。界面上的任何凸起都会由于其温度高于理沦结晶温度而熔化，故只能保持平直状界面而不会成为树枝状。 如图 27-11b所示，固溶体合金不平衡凝固时，溶质要进行再分配，排进固液界面前沿液体中的溶质原子由于冷却速度较快不能充分混合而在界面前沿液体中产生富集，从而导致液体的理论结晶温度随距离增大而升高。这使得界面前沿的部分液体在正温度梯度下处于成分过冷状态，且过冷度随距离增大而增大。故界面上的局部凸起将向过冷度更大的前方液体中伸展，从而形成树枝晶。
