1、2007年西安交通大学材料科学基础真题试卷及答案与解析 一、画图题 0 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。 1 写出 ABCD晶面及 AC晶向的密勒指数。 2 该晶体为何种立方结构 ? 3 写出 ABCD晶面的面问距。 4 当分别在晶体的 、 、 123方向拉伸时，其中哪一个方向的拉应力能使 ABCD晶面及 AC晶向组成的滑移系首先开动 ? 5 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 ? 6 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。 7 写出图 25-
2、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。 二、公式题 7 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：8 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 )。 9 AB段对 CD段 单位长度的作用力是多大，在什么方向 ? 10 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 ? 三、简答题 11 写出平衡态 T12
3、钢在室温时的相组成物，并计算各相组成物的质量百分数。 12 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。 13 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 wC=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。 14 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 wC。 68 四、计算题 14 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 wC=20%的 A-B二元合金熔液从左至右定向凝固成长为
4、L的横截面均匀的合金棒。 15 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16 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。 17 计算合金棒中单相 固溶体段的平均 B含量 。 18 该棒单相 固溶体段是否会生长成树枝晶 ?为什 么 ? 五、综合分析题 18 W-Cr-Ni三元合金 800 等温截面图如图 25-5所示。19 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 )。 20 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
5、量百分数 (用字母列式表示即可 )。 六、论述题 21 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。 2007年西安交通大 学材料科学基础真题试卷答案与解析 一、画图题 1 【正确答案】 ABCD晶面： (101)。 AC晶向： 。 2 【正确答案】 体心立方结构。 3 【正确答案】 . 4 【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
6、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 0，故滑移系 (101) 首先开动。 5 【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。 6 【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
7、：和 7 【正确答案】 MNPQM晶面： 。 QM晶向： 。 MN晶向：。 NP晶向： 。 二、公式题 8 【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。 9 【正确答案】 方向。 10 【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。 三、简答题 11 【正确答案】 相组成物 ： +Fe3C。12 【正确答案】 组织组成物： P+Fe3C 。13 【正确答案】 如图 25-6所示。 14 【正确答案】 a)： wC0.2% b)： wC0.4% C)： wC0.77% d)： wC1.2% 四、计算题
8、15 【正确答案】 CS=30% CO=20% 故 。 16 【正确答案】 如图 25-7所示。17 【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 18 【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。 五、综合分析题 19 【正确答案】
9、 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：20 【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；Ni4W的成分为 d点。各相的质量分数：六、论述题 21 【正确答案】 在这三类材料中，金属材料的力学性能特点是：优异的塑性和韧性，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 (
10、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。
