1、西安工业大学硕士材料科学基础真题 2008年及答案解析(总分：149.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：10，分数：20.00)1.配位数（分数：2.00）_2.伪共晶（分数：2.00）_3.成分过冷（分数：2.00）_4.固溶体（分数：2.00）_5.稳态扩散（分数：2.00）_6.位错（分数：2.00）_7.回复（分数：2.00）_8.滑移（分数：2.00）_9.非均匀形核（分数：2.00）_10.平衡分配系数（分数：2.00）_二、完成下列各题(总题数：3，分数：30.00)11.试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。（分数：10.00）_12.说明合金强化的主要机制。（
2、分数：10.00）_13.说明冷变形金属加热时回复、再结晶及晶粒长大的过程和特点。（分数：10.00）_三、计算题(总题数：4，分数：60.00)14.已知纯铜的熔化潜热为 1.88109J/m2，熔点为 1089，点阵常数为 3.4167 （分数：15.00）_15.拉伸铜单晶体时，若力轴的方向为001，=10 6Pa，求(111)面上柏氏矢量 b=a/2101的螺型位错线上所受的力(a Cu=0.36nm)。（分数：15.00）_16.画出常见的金属晶体结构面心立方、体心立方和密排六方的晶胞示意图，并分别计算它们的晶胞原子数、原子半径(用晶格常数表示)、配位数和致密度。（分数：15.00）
3、_17.Al-Cu合金相图如图 20-1所示，设分配系数 k和液相线斜率均为常数，测得铸铁的凝固速度 R=310-4cm/s，温度梯度 G=30/cm，求扩散系数 D=310-5cm2/s时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。 （分数：15.00）_四、完成下列各题(总题数：3，分数：30.00)18.画出 Fe-Fe3C相图全图，标注各相区及特征点、线的成分及温度。（分数：10.00）_19.分析 wC=3.6%合金的平衡结晶过程，求出室温下的组织组成物和相组成物的相对量。（分数：10.00）_20.将 wC=0.2%的碳钢零件置于含 1.2%碳势的渗碳气氛中加热至 930，经 10h保
4、温后随炉冷却至室温，试分析在 930和室温时零件从表层到心部成分和组织的变化规律，并画出示意图。（分数：10.00）_五A、B、C 三组元固态完全不互溶，图 20-2为其三元相图投影图。已知合金 O的成分为wA=80%，w B=10%，w C=10%，a 点的成分为 wA=60%，w B=20%，w C=20%，E 点的成分为wA=50%，w B=10%，w C=40%。 （分数：9.00）(1).写出图中合金 I和 P的室温平衡组织。（分数：3.00）_(2).简要写出合金 O的结晶过程和室温平衡组织。（分数：3.00）_(3).计算室温下合金 O的组织组成物的相对含量。（分数：3.00）_
5、西安工业大学硕士材料科学基础真题 2008年答案解析(总分：149.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：10，分数：20.00)1.配位数（分数：2.00）_正确答案：(在晶体结构中，和任意原子邻近且距离相等的原子数。)解析：2.伪共晶（分数：2.00）_正确答案：(由非共晶成分的合金所获得的共晶组织称为伪共晶。)解析：3.成分过冷（分数：2.00）_正确答案：(合金溶液在凝固时，理论凝固温度不变，过冷度完全取决于溶质成分的分布，这样的过冷称为成分过冷。)解析：4.固溶体（分数：2.00）_正确答案：(溶质原子溶入到溶剂中所形成的均一的相，其晶体结构仍然保持溶剂的结构，但由于溶质
6、原子的溶人，会产生晶格畸变。)解析：5.稳态扩散（分数：2.00）_正确答案：(质量浓度不随时间而变化的扩散。)解析：6.位错（分数：2.00）_正确答案：(晶体中的一维缺陷或线状缺陷，称为位错。)解析：7.回复（分数：2.00）_正确答案：(回复是指经冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前(即在再结晶晶粒形成前)所产生的某些结构和性能的变化过程。)解析：8.滑移（分数：2.00）_正确答案：(位错线沿着滑移面的运动称为位错的滑移。)解析：9.非均匀形核（分数：2.00）_正确答案：(晶核在液态金属中依靠外来物质表面(型壁或杂质)或在温度不均匀处择优形成。)解析：10.平衡分配系数
7、（分数：2.00）_正确答案：(一定温度下，两相平衡时固液两相成分之比，即 k0=CS/CL。)解析：二、完成下列各题(总题数：3，分数：30.00)11.试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。（分数：10.00）_正确答案：(将退火低碳钢进行少量的塑性变形后卸载，然后立即加载，屈服现象不再出现。但是如果卸载后，将试样在室温下放置较长时间或者稍微加热后，再进行拉伸就又可以观察到屈服现象，不过此时的屈服强度会有所提高，这种现象称为应变时效。 低碳钢的应变时效可以用溶质原子与位错交互作用的柯垂尔(Cottrell)气团理论作出很好的解释。一般认为，在固溶体中，溶质或杂质原子在晶体中造成点阵畸变，溶
8、质原子的应力场和位错应力场会发生交互作用，作用的结果是溶质原子将聚集在位错线附近，形成能量更低的溶质原子气团，即所谓的柯垂尔气团。 将低碳钢试验拉伸产生少量预塑性变形，此时试样在外加应力的作用下使位错摆脱碳原子的钉扎，表现为屈服。若卸载后马上重新加载，短时间内碳原子来不及重新聚集在位错周围，所以继续加载时不会出现屈服现象；当卸载后经历较长时间或短时加热后，碳原子又会通过扩散重新聚集到位错线附近而形成气团，所以继续进行拉伸时，又会出现屈服现象，并使强度和硬度升高，这就是应变时效产生的原因。)解析：12.说明合金强化的主要机制。（分数：10.00）_正确答案：(1) 细晶强化：通过增加晶粒数目，提
9、高晶界对移动位错的阻碍作用，从而达到强化的效果。(2) 固溶强化：即将溶质原子溶入基体金属中，使基体金属产生点阵畸变，从而抑制位错源的活动以提高基体金属的强度。(3) 形变强化：即当晶体经过形变之后，使晶体内部的位错发生塞积或缠结，难以运动，从而达到强化基体的目的。 (4) 第二相强化：即通过第二相粒子均匀弥散分布在基体上，阻止位错的运动或增加位错运动的阻力，提高合金的强度。)解析：13.说明冷变形金属加热时回复、再结晶及晶粒长大的过程和特点。（分数：10.00）_正确答案：(1) 回复过程 1) 组织不发生变化，仍保持变形伸长的晶粒形态。 2) 变形引起的宏观(一类)应力全部消除，微观(二类
10、)应力大部分消除。 3) 一般力学性能变化不大，硬度、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。 (2) 再结晶过程 1) 组织发生变化，变形伸长的晶粒变为新的等轴晶粒。 2) 力学性能发生急剧变化，硬度、强度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前的状态。 3) 变形储存能全部释放，点阵畸变(三类应力)全部消除，位错密度降低。 (3) 晶粒长大过程 1) 晶粒长大。 2) 性能变化，如强度、塑性、韧性下降。 3) 还可能出现再结晶织构等现象。)解析：三、计算题(总题数：4，分数：60.00)14.已知纯铜的熔化潜热为 1.88109J/m2，熔点为 1089，点
11、阵常数为 3.4167 （分数：15.00）_正确答案：(临界晶核半径 临界晶核体积 铜为面心立方结构，每个晶胞含有 4个铜原子。晶胞体积 V2=a3=(3.416710-10)3m3 故临界晶核中所含的铜原子数 )解析：15.拉伸铜单晶体时，若力轴的方向为001，=10 6Pa，求(111)面上柏氏矢量 b=a/2101的螺型位错线上所受的力(a Cu=0.36nm)。（分数：15.00）_正确答案：(设外力拉应力在(111)滑移面上沿 晶向的分切应力为 式中， 为001与111的夹角， 为001与 的夹角。 则 若螺型位错受力为 Fd，则 )解析：16.画出常见的金属晶体结构面心立方、体心
12、立方和密排六方的晶胞示意图，并分别计算它们的晶胞原子数、原子半径(用晶格常数表示)、配位数和致密度。（分数：15.00）_正确答案：(面心立方、体心立方和密排六方的晶胞示意图如图 20-3所示。计算得它们的晶胞原子数、原子半径(用晶格常数表示)、配位数和致密度列于表 20-1。 )解析：17.Al-Cu合金相图如图 20-1所示，设分配系数 k和液相线斜率均为常数，测得铸铁的凝固速度 R=310-4cm/s，温度梯度 G=30/cm，求扩散系数 D=310-5cm2/s时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。 （分数：15.00）_正确答案：(成分无过冷的临界点公式： )解析：四、完成下列各
13、题(总题数：3，分数：30.00)18.画出 Fe-Fe3C相图全图，标注各相区及特征点、线的成分及温度。（分数：10.00）_正确答案：(Fe-Fe 3C布目图如图 20-4所示。 )解析：19.分析 wC=3.6%合金的平衡结晶过程，求出室温下的组织组成物和相组成物的相对量。（分数：10.00）_正确答案：(结晶过程：液相在 1点开始析出奥氏体，到 2点，液相开始共晶转变，产物为莱氏体。继续冷却，奥氏体开始析出二次渗碳体，温度降到 727，奥氏体转变为珠光体，室温组织组成物为：珠光体+二次渗碳体+莱氏体。 组织组成物相对量计算：相组成物相对量计算： )解析：20.将 wC=0.2%的碳钢零
14、件置于含 1.2%碳势的渗碳气氛中加热至 930，经 10h保温后随炉冷却至室温，试分析在 930和室温时零件从表层到心部成分和组织的变化规律，并画出示意图。（分数：10.00）_正确答案：(如图 20-5所示。 )解析：五A、B、C 三组元固态完全不互溶，图 20-2为其三元相图投影图。已知合金 O的成分为wA=80%，w B=10%，w C=10%，a 点的成分为 wA=60%，w B=20%，w C=20%，E 点的成分为wA=50%，w B=10%，w C=40%。 （分数：9.00）(1).写出图中合金 I和 P的室温平衡组织。（分数：3.00）_正确答案：(I：B+(A+B+C)
15、P：(B+C)+(A+B+C)解析：(2).简要写出合金 O的结晶过程和室温平衡组织。（分数：3.00）_正确答案：(合金 O加热到液相面温度以上后，缓慢降温，首先遇到液相面 Ae1Ee3A，开始结晶出初晶 A，这时液相的成分等于合金成分，两相平衡相连接线的投影是 AO线。继续冷却时，不断析出初晶 A，液相中 A组元的含量不断减少，B、C 组元的含量不断增加，液相成分沿 AO的延长线变化。当液相成分到达 a点时，开始发生三相共晶转变，LA+B。此后在温度继续下降时，液相中不断凝固出两相共晶(A+B)，液相成分沿 aE线变化，直到 E点发生四相共晶转变 LA+B+C。在略低于 E点温度凝固完毕，不再发生其他转变。故合金在室温下的平衡组织为 A+(A+B)+(A+B+C)。)解析：(3).计算室温下合金 O的组织组成物的相对含量。（分数：3.00）_正确答案：(作 aDBC，OFBC，aMAB，ENAB，延长 Ea交 AB于 q。 )解析：
