1、2009年清华大学材料科学基础真题试卷及答案与解析 一、综合分析题 1 分别写出图 3-1所示 5种晶体结构所属的布拉维点阵类型。1 在图 3-2所示的应力一应变曲线中，分别指出 (标出对应的纵坐标或横坐标的位置即可 )： 2 弹性极限 (elastic limit)。 3 条件屈服强度 (offset yield strength or yield strength) 0.2。 4 抗张强度 (tensile strength)。 5 破坏强度 (breaking strength)。 6 断裂延伸率 (elongation to failure)。 7 弹性模量 (modulus of e
2、lasticifv)。 8 在晶胞图中给出下列晶向上的单位向量长度 (即最短原子问距，用点阵常数表示 )： FCC晶体中： 110_； _。 BCC晶体中： 111_；_。 HCP晶体中： 1010_； _。 8 有一 BCC单晶试棒，棒轴为 ，滑移面为 110，现沿棒轴方向拉伸，请分析： 9 初始滑移系统。 10 双滑移系统。 11 开始双滑移时的切变量 。 12 滑移过程中的转动规律和转轴。 13 试棒的最终取向 (假定试棒在达到稳定取向前不断裂 )。 14 分析图 3-3位错环 的性质，在切应力下的作用下，位错及晶体将分别如何运动 ?(画出位错环运动过程中位错环及晶体形状的变化 ) 14
3、 假设将纯铁工件在 800 进行渗碳，且工件表面碳的质量分数为 6.69%。 15 示意画出工件表面至心部的碳质量分数分布曲线，在所画曲线图中填写出相应的相组成物。 16 说明碳质量分数按照上述曲线分布的原因。 17 冷加工金 属的微观组织 (见图 3-4a)，随温度升高 (在某一温度下保温足够长时间 )会发生从图 3.4a d的变化，试从微观组织 (包括驱动力和过程 )和宏观性能两个方面，依次对上述变化加以解释。17 请根据图 3-5所示二元共晶相图分析和解答下列问题：18 分析合金 、 的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线。 19 说明室温下 、 的相和组织是什么，并计算出相和组织的相对含量。
4、20 如果希望得到共晶组织和 5%的 初的合金，求该合金的成分。 21 分析在快速冷却条件下， 、 合金获得的组织有何不同。 2009年清华大学材料科学基础真题试卷答案与解析 一、综合分析题 1 【正确答案】 a)面心立方； b)简单立方点阵； c)简单立方点阵； d) (简单 )六方点阵； e)面心立方点阵。 2 【正确答案】 A点对应的纵坐标为弹性极限 (elastic limit)。 3 【正确答案】 B点对应的纵坐标为条件屈服强度 0.2 (offset yield strength or yield strength)。 4 【正确答案】 C点 (应力一应变曲线最高点 )对应的纵坐标
5、为抗张强度 (tensile strength)。 5 【正确答案】 D点对应的纵坐标为破坏强度 (breaking strength)。 6 【正确答案】 E点或 E对应的横坐标为断裂延伸率 (elongation to failure)。 7 【正确答案】 =弹性模量 (modulus of elasticity)。 8 【正确答案】 如图 3-7所示。9 【正确答案】 棒轴 位于 取向三角形中，BCC的滑移系统为 。 初始滑移系统： 10 【正确答案】 双滑移系统： 14 11 【正确答案】 利用 L=l+(l.n)b 得双滑移开始时，有得：所以，开始双滑移时的 12 【正确答案】 单滑
6、移时转轴为 双滑移时转轴为 100。 13 【正确答案】 试棒的最终取向为 14 【正确答案】 AB为正刃型， CD为负刃型； BC为右螺型， DA为左螺型。位错环的运动及晶体形状的变化如图 3-9所示。15 【正确答案】 如图 3-10所示。 16 【正确答案】 二元合金扩散时会发生反应扩散，且扩散层中不会存在两相共存区。在扩散中，一旦达到相图相分解线成分，便发生相变，浓度发生突变。即在二元系扩散系统中，只存在彼此相 连的单相区，单相区的浓度按抛物线规律下降，而不存在平衡共存的两相区。 17 【正确答案】 1图 3-4a所对应的为加工组织，其特点为： (1) 存在变形储能和内应力，大量非平衡
7、点缺陷，高位错密度。 (2) 拉长的晶粒和晶界。 (3) 变形织构。 (4) 高强度，高硬度，较低的延展性。 2图 3-4b所对应的为回复过程，其特点为： (1) 回复的驱动力为变形储能。 (2) 回复过程中变形引起的宏观 (一类 )内应力全部消除，微观 (二类 )内应力大部分消除。 (3) 回复过程组织不发生变化，仍保持变形状态伸 长的晶粒；但空位浓度下降至平衡浓度，电阻率下降，晶体密度增加；同一滑移面异号位错相互抵消造成位错密度略有下降。 (4) 高温回复阶段刃型位错通过滑移、攀移运动发生多边形过程，造成加工硬化现象保留，强度、硬度略有下降，塑性稍有提高。 3图 3-4c所对应的为再结晶过
8、程，其特点为： (1) 变形储能全部释放，点阵畸变 (三类内应力 )消除。 (2) 组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒。 (3) 伴随再结晶过程原子的重新排列，位错密度大大降低，变形过程所产生的复杂位错交互作用消失，加工硬化现象消失。 (4) 力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前状态。 4图 3-4d所对应的为晶粒长大过程，其特点为： (1) 晶粒长大的驱动力是界面能的降低。 (2) 晶粒长大是大晶粒吞并小晶粒的过程。 (3) 引起一些性能变化，如强度、塑性、韧性下降。 (4) 伴随晶粒长大，还发生其他结构上的变化，如再结晶结构等。 18 【正确答案】 合金 、 的平衡结晶过程及冷却曲线分别如图 3-11a和 b所示。 19 【正确答案】 ： 初 + ，相组成与组织组成比例相同 ： 初 + (+) 共 ，20 【正确答案】 设所求合金成分为 x 21 【正确答案】 合金在快冷条件下可能得到少量的共晶组织，且呈现离异共晶的形态，合金中的 量会减少，甚至不出现； 合金在快冷条件下 初 呈树枝状，且数量减少。共晶体组织变细小，相对量增加。
