1、2008 年北京工业大学材料科学基础真题试卷及答案与解析一、名词解释1 金属键2 问隙固溶体3 肖脱基空位4 共晶转变5 负温度梯度6 上坡扩散7 形变织构8 惯习面9 时效10 一级相变二、填空题10 如果晶体中不同的原子面用 A、B、C、D 等字母来表示，面心立方晶体中原子的堆垛方式为(1)，密排六方晶体原子的堆垛方式为(2)。11 (1)12 (2)12 柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为(5)；在面心立方晶体中，由(6)造成的不全位错称为肖克莱不全位错；由插入或者抽去一层密排面造成的不全位错称为(7)不全位错。13 (5)14 (6)15 (7)15 固态相变形核的驱动力是(11)，阻力主
2、要是(12)和(13)。16 (11)17 (12)18 (13)19 金属多晶体塑性变形至少需(14)独立滑移系开动。19 发生在固体表面的吸附可分为(15)和(16) 两种类型。20 (15)21 (16)21 根据界面上原子排列结构不同，可把固体中的相界面分为(17)、(18)和(19)界面。22 (17)23 (18)24 (19)24 如果晶体中不同的原子面用 A、B、C、D 等字母来表示，面心立方晶体中原子的堆垛方式为(1)，密排六方晶体原子的堆垛方式为(2)。25 原子或离子的(3)是指在晶体结构中，该原子或离子的周围与它直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数。26 点缺陷的
3、平衡浓度随(4)的升高而增大。27 由一个固相同时析出成分和晶体结构均不相同的两个新固相的过程称为(8)转变。28 在合金平衡相图中，确定一定温度和合金组分下合金内存在的各相的比例时，可以通过等温连接线，利用(9)定律进行计算。29 在均一的液相中靠自身的结构起伏和能量起伏等条件形成晶核的方式称为(10)形核。30 能产生交滑移的位错必然是(20)位错。三、判断题31 与 CsCl 类似，CsBr 具有 AX 类型的体心立方晶体结构。32 在非晶态固体材料中，原子在三维空间不具备周期性的重复排列，处于完全无序状态。33 溶质和溶剂晶体结构相同，是形成连续固溶体的充分必要条件。34 亚共晶白口铸
4、铁的室温平衡组织由珠光体、变态莱氏体以及二次渗碳体组成，其中的珠光体是由初晶奥氏体共析转变形成的。35 纯金属凝固时，界面前沿液体的过冷区形态和性质取决于液体内实际温度的分布，这种过冷叫做成分过冷。36 贝氏体转变中，Fe、C 原子均不发生扩散。37 以界面能降低为晶粒长大驱动力时，晶界迁移总是向着晶界曲率中心方向。38 晶粒越细小，晶体强度、硬度越高，塑性、韧性越差。39 根据施密特定律，晶体滑移面平行于拉力轴时最容易产生滑移。40 结构简单、规整度高、对称性好的高分子容易结晶。四、计算题41 用四指数表示的密排六方结构的原子最密排面和最密排方向是什么?试证明理想密排六方晶胞的晶格常数比(轴
5、比)c/a 为 1.633。42 实验中发现，在 -Fe 中可以通过 100反应形成100位错，在 Fe 的晶胞中表示这一反应，并证明此位错反应可以发生。43 金属中空位平衡浓度随温度的变化规律遵循 NV=Nexp(-QV/RT)。某金属在被加热到 1130K 的时候，其空位的平衡浓度是其在 1000K 时的 5 倍。假设在10001130K 之间金属的密度不变，气体常数为 8.31J/(mol.K)，试计算其空位形成能 QV。五、画图题44 以圆圈表示一个原子，试画出体心立方晶体中(111)面的原子排列方式，要求至少画出十个以上的原子。44 请按图 8-1 绘制铁碳相图，完成下面问题：45
6、完成以下信息的标注：(1)液相线和固相线。(2)共晶、共析、包晶反应及其温度。(3)两条分别表示 C 在奥氏体和铁素体中溶解度的固溶线。(4)所有单相和两相区。(5)重要的成分点：0.022%C，0.77%C，2.11%C，4.3%C 以及 6.7%C。46 如果有 6kg 含碳量 wC=0.45%的奥氏体缓慢冷却到 727以下，先共析相是什么?在最终室温平衡组织中先共析相有多少千克?最终室温平衡组织中总共含有多少千克铁素体和渗碳体?47 在立方晶胞内画出(122)、 晶面，及121、 、 晶向。六、简答题48 塑性变形金属的显微组织、晶内结构发生什么变化?性能发生哪些变化?49 马氏体的强化
7、要素有哪些?请详细说明马氏体的强度和韧性与其含碳量、组织形态及亚结构的关系。50 影响晶态固体中原子扩散的因素有哪些?并加以简单说明。七、综合分析题51 已知碳在 -Fe 中的扩散常数 DO=2.010-5m2/s，扩散激活能 Q=140103J/mol，要想得到与在 927时渗碳 10h 的相同厚度，在 870渗碳需要多长时问?(忽略不同温度下碳在 -Fe 中溶解度的不同 )2008 年北京工业大学材料科学基础真题试卷答案与解析一、名词解释1 【正确答案】 金属正离子与自由电子之间相互作用构成的金属原子问的结合力称为金属键。2 【正确答案】 当溶质原子比较小时，能够进入溶剂晶格的间隙位置内，
8、这样形成的固溶体称为间隙固溶体。3 【正确答案】 离位原子迁移到外表面或内界面(如晶界等)处形成的空位称为肖脱基空位。4 【正确答案】 由一个液相同时结晶出两个不同固相的过程称为共晶转变。5 【正确答案】 结晶前沿液相中，温度由固液界面向液相内部逐渐降低的分布称为负温度梯度。6 【正确答案】 在化学位差为驱动力的条件下，原子由低浓度位置向高浓度位置进行的扩散。7 【正确答案】 随塑性变形量增加，多晶体不同晶粒某一晶体学取向趋于一致的现象。8 【正确答案】 固态相变时，新相往往沿母相特定原子面形成，这个与新相主平面平行的母相晶面称为惯习面。9 【正确答案】 过饱和固溶体后续在室温或高于室温的溶质
9、原子脱溶过程。10 【正确答案】 两相的自由焓和化学位均相等，但自由焓的一阶偏导数不相等的相变。二、填空题11 【正确答案】 ABCABCABC；12 【正确答案】 ABABAB 13 【正确答案】 全位错；14 【正确答案】 不均匀滑移；15 【正确答案】 弗兰克 16 【正确答案】 新相和母相的自由能之差；17 【正确答案】 界面能；18 【正确答案】 弹性应变能 19 【正确答案】 五个20 【正确答案】 物理吸附；21 【正确答案】 化学吸附 22 【正确答案】 共格；23 【正确答案】 非共格；24 【正确答案】 半共格25 【正确答案】 配位数26 【正确答案】 温度27 【正确答
10、案】 共析28 【正确答案】 杠杆29 【正确答案】 均匀30 【正确答案】 螺型三、判断题31 【正确答案】 B32 【正确答案】 B33 【正确答案】 B34 【正确答案】 A35 【正确答案】 B36 【正确答案】 B37 【正确答案】 A38 【正确答案】 B39 【正确答案】 B40 【正确答案】 A四、计算题41 【正确答案】 用四指数表示的密排六方结构的原子最密排面为0001，用四指数表示的密排六方结构的原子最密排方向为 。 证明：密排六方晶胞的1/3 如图 8-2 所示。考虑由JKLM 构成的四面体 由于在 J、K 和 M 处的原子相互接触，因此在 JHM 三角形中在 JKL
11、等边三角形中解出 的长度 即 将 JH 代入，得由此解出42 【正确答案】 如图 8-4 所示。 证明：因此反应可以发生。 43 【正确答案】 在 1130K 和 1000K 的空位平衡浓度分别为 NV1 和 NV2，那么这样可以求解 QV 五、画图题44 【正确答案】 如图 8-3 所示。45 【正确答案】 如图 8-5 所示。46 【正确答案】 如果有 6kg 含碳量 wC=0.45%的奥氏体缓慢冷却到 727以下，先共析相是先共析铁素体。 根据杠杆定律计算得先共析相为根据杠杆定律，最终室温平衡组织中所含铁素体和渗碳体分别为47 【正确答案】 如图 8-6 所示。六、简答题48 【正确答案
12、】 金属发生塑性变形后，显微组织形态上，原等轴晶粒沿变形方向被拉长，在大变形量时晶界甚至呈纤维状，如存在硬脆的第二相颗粒或夹杂，常沿变形方向呈带状分布。 显微结构上，缺陷(空位和位错)密度明显增大。由于变形过程中位错的增殖及运动过程中位错的交割和交互作用，形成位错缠结，异号位错相消后构成胞状结构。随变形量增加，位错胞数量增多，尺寸减小，晶体内部的储存能增大。性能上，冷变形金属将发生加工硬化，表现为强度显著提高、塑性明显下降。 49 【正确答案】 马氏体的强化要素有碳原子的间隙固溶强化作用；C 原子团簇对位错的钉扎作用；C 原子进入马氏体晶体结构的扁八面体中心，造成非对称点阵膨胀(形成畸变偶极应
13、力场) ，产生的强烈的间隙固溶强化作用；晶界、位错、孪晶的强化作用。 马氏体的强度和韧性与其含碳量、组织形态及亚结构密切相关。铁碳合金中，含碳量 wC0.3%，形成板条状马氏体，具有位错亚结构，强度较低，塑性和韧性好；w C1.0%，形成片状马氏体，具有孪晶亚结构，强度高，但塑性和韧性差；0.3%w C1.0%形成板条马氏体+ 片状马氏体的混合组织，具有位错和孪晶的混合亚结构，可获得优良的强韧性综合性能。 50 【正确答案】 (1) 温度：温度越高，扩散系数越大，扩散速率越快。(2)晶体结构及固溶体类型：致密度较小的晶体结构中扩散激活能较小，扩散易于进行；对称性较低的晶体结构，扩散系数的各向异性显著；间隙固溶体中的扩散激活能远小于置换固溶体，扩散容易进行。 (3)第三组元：根据加入的第三组元的性质不同，有的促进扩散，有的阻碍扩散；(4) 晶体缺陷：沿晶界的扩散系数远大于体扩散系数；沿位错管道扩散时扩散激活能较小，因而位错加速扩散。七、综合分析题51 【正确答案】 碳在 -Fe 中扩散的误差函数解表示为159 碳在 927与 870两种条件下分别扩散的误差函数间关系为 即 碳在 -Fe 中的扩散系数为 D=D0exp(-Q/RT) 碳在 927条件下的扩散系数为碳在 870条件下的扩散系数为计算可得则所需时间为
