1、2008 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 某著作中给出六方点阵 MoSi2 的错误晶胞如图 2-1 所示。指出其错误所在，画出一个正确的六方晶胞，并给出 a、c 点阵常数的数值。2 某刊物发表的论文中有这样的论述：“正方点阵 Nd2Fe14B(410)晶面和(411)晶面的衍射峰突出，因此晶体生长沿410和411晶向生长较快”。指出其错误所在。3 由 600降温到 300时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级。试计算锗晶体中的空位形成能(玻尔兹曼常数 k=1.3810-23J/K)。4 分别解释柯氏气团(Cottrell atmosphere) 和铃木气团 (S
2、uzuki atmosphere)在强化金属中的作用。5 什么是时效? 试说明 A1-4.5%Cu 合金中时效强化的原因。6 欧盟于 2006 年 7 月 1 日开始正式执行的 RoHS 指令(现已成为法令)要求禁止哪些有害物质? 其最高允许含量分别是多少 ?替代有铅钎料的主要钎料系统有哪些 ?6 沿铌单晶(BCC)的棒轴 方向拉伸，使其发生塑性形变，设铌单晶的滑移面为110，请确定：7 初始滑移系统。8 双滑移系统。9 双滑移开始时的切变量 。10 滑移过程中的转动规律和转轴。11 试棒的最终取向(假定试棒在达到稳定取向前不发生断裂)。11 有如图 2-2a 所示的位错线 ABC 及柏氏矢量
3、 b，其中 AB 是极轴位错(不动)，MNPQ 为位错 BC 段的滑移面。请分析在切应力 的作用下：12 在图 2-2a、b、c 、d 四种情况下，位错 BC、BC 、BC“、BC“的受力及运动情况。13 达到动态平衡时，位错线 ABC 会变成什么形状?14 位错线在扫动时对晶体的塑性变形会产生什么影响? 15 欲将一批齿轮进行渗碳，每炉装 500 件。在 900渗 10h 可以达到规定的深度。假定在 900渗碳每炉每小时生产成本为 1000 元，而在 1000渗碳为 1500 元。问在哪一温度渗碳成本较低?(已知Q=32900cal/mol，R=1.987cal/molK，1cal=4.18
4、68J)16 画出 Fe-Fe3C 相图。17 分析碳含量 wC=1.1%的铁碳合金从液相平衡凝固到室温时的转变过程，画出组织转变示意图，并计算出室温时各组织的相对含量。2008 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】 图 2-1 中钼原子与硅原子所示位置为非等同点，不符合节点选取的规则。图 2-3 中虚线所示为正确的六方晶胞的(001)面。 其中2 【正确答案】 hkl (hkl)的关系，只有立方点阵中才成立，不能推广到其他点阵。在题目所给的正方(四方) 点阵中，410 (410)只是特例， 411不垂直于(411)才是一般情况。即使对于立方晶系来说，(410
5、)晶面和(411)晶面的衍射峰突出，只能说明多晶体中发生(410) 晶面和(411) 晶面的择优取向。按 Wulff 定理，这与晶体生长沿410和411晶向生长较快并无因果关系。3 【正确答案】 Schottky 缺陷的平衡浓度公式为 因此有4 【正确答案】 柯氏气团：BCC 晶体(如碳钢)中，C、N 等小尺寸原子优先分布于刃型位错的拉应力区，对位错产生钉扎作用。要使位错运动，必须从钉扎作用下撕脱出，需要增加额外的应力，从而提高了材料的强度。铃木气团：FCC 晶体(如不锈钢)中， Ni、Cr 等合金元素优先分布于层错区，降低层错能，使扩展位错区扩大，要使该扩展位错运动，需要增加额外的应力，从而
6、提高了材料的强度。5 【正确答案】 时效是指过饱和固溶体在室温或较高温度保留一段时间，有第二相从基体中析出的过程。时效析出过程受溶质扩散控制，在沉淀过程中可能形成一系列亚稳相(过渡相) 。时效析出的原因：一是当析出盘状亚稳相与母相有一定取向关系时，会在基体中产生较大弹性应变，可使合金明显强化；二是在合金承受变形时，由于弥散颗粒与位错的交互作用，使合金得到强化。如果沉淀相颗粒可以变形，位错切过时增加颗粒的表面能需要做功，增大了位错运动的阻力而使合金得到强化。如果沉淀相颗粒强度高且与基体共格，则位错线难以切过颗粒，在外加应力的作用下将绕过颗粒，留下位错环。合金要继续变形，需要克服颗粒对位错线绕过时
7、施加的应力，因此需要进一步增大外加应力，即合金获得了时效强化。6 【正确答案】 禁用铅(Pb，0.1%)、汞(Hg，0.1%)、镉(Cd，0.01%)、六价铬(Cr+6，0.1%)、多溴联苯(PPB，Polybrominated，0.1%)、多溴二苯醚(PBDE，Polybrominated Diphenyl Ether，0.1%)。替代有铅钎料的主要有：Sn-Ag-Cu、Sn-Zn 、Sn-Bi 、Sn-In 系统。7 【正确答案】 铌单晶为 BCC 结构 ，位于取向三角形中，所以初始滑移系统为8 【正确答案】 双滑移系统为 。9 【正确答案】 利用 L=l+(l.n)b，设 L=uOw，得
8、。由此可知 u=3，w=4， ，所以晶体取向为304 ，切变量为 。10 【正确答案】 双滑移时，试样轴一方面转向111，转轴 n1=304111=，另一方面也转向 ；转轴 ；合成转轴为020 即010 ，所以双滑移后 F 点沿001-101边移动。11 【正确答案】 设稳定时取向为uOw，要使 n=000，需有uOw(111+)=000，即 u=w，故稳定时最终取向为101。12 【正确答案】 如图 2-4 所示，图中 v 代表位错线 BC 运动方向，也是受力方向。13 【正确答案】 如图 2-5 所示。14 【正确答案】 如图 2-6 所示。15 【正确答案】 900=1173K，1000
9、=1273K 由 D1273t1273=D1173t1173 可得t1273=D1173t1173/D1273 =10exp-32900/(1.9871173)/exp -32900/(1.9871273)h=10exp(-14.1156)/exp(-13.0068)h =10exp(-1.1088)h =3.299h 900渗碳，一炉齿轮需要 1000 元/h10h=10000 元。 1000渗碳，一炉齿轮需要1500 元/h3.299h=4948.5 元。因此，在 1000渗碳成本较低。 16 【正确答案】 如图 2-7 所示。17 【正确答案】 w C=1.1%的钢由液相冷却时先进入 L+奥氏体两相区，形成枝晶状或等轴状 奥氏体，然后进入奥氏体单相区；继续冷却到大约 760，沿晶界析出二次渗碳体，在 727剩余的奥氏体转变为珠光体，最后的组织是珠光体+网状渗碳体(见图 2-8)。 珠光体相对含量为 网状渗碳体相对含量为.
