西北工业大学材料科学基础04-11年真题及答案

12004年西北工业大学硕士研究生入学试题一、简答题：（共40分，每小题8分）1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？2、请简述影响扩散的主要因素有哪些。3、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？4、有哪些因素影响形成非晶态金属？为什么？5、合金强化途径有哪些？各有什么特点？二、计算、作图题：（共60分，每小题12分）1、求]111[和]120[两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来。2、氧化镁（MgO）具有NaCl型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：（1）若其离子半径2Mgr=0.066nm，2Or＝0.140nm，则其原子堆积密度为多少？（2）如果2Mgr/2Or＝0.41，则原子堆积密度是否改变？3、已知液态纯镍在1.013×105Pa（1大气压），过冷度为319K时发生均匀形核，设临界晶核半径为1nm，纯镍熔点为1726K，熔化热ΔHm＝18075J/mol，摩尔体积Vs＝6.6cm3/mol，试计算纯镍的液－固界面能和临界形核功。4、图示为Pb-Sn-Bi相图投影图。问：（1）写出合金Q（wBi＝0.7，wSn＝0.2）凝固过程及室温组织；（2）计算合金室温下组织组成物的相对含量。5、有一钢丝（直径为1mm）包复一层铜（总直径为2mm）。若已知钢的屈服强度σst＝280MPa，弹性模量Est＝205GPa，铜的σCu＝140MPa，弹性模量ECu＝110GPa。问：（1）如果该复合材料受到拉力，何种材料先屈服？（2）在不发生塑性变形的情况下，该材料能承受的最大拉伸载荷是多少？2（3）该复合材料的弹性模量为多少？三、综合分析题：（共50分，每小题25分）1、某面心立方晶体的可动滑移系为]101[)111(、。（1）请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量；（2）若滑移由刃位错引起，试指出位错线的方向；（3）请指出在（2）的情况下，位错线的运动方向；（4）假设在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试计算单位刃位错线受力的大小和方向（取点阵常数为a＝0.2nm）。2、若有，某一Cu-Ag合金（wCu＝0.075，wAg＝0.925）1Kg，请提出一种方案从该合金中提炼出100g的Ag，且要求提炼得到的Ag中的Cu含量wCu低于0.02。（假设液相线和固相线固相线均为直线）。2004年西北工业大学硕士研究生入学试题参考答案一、简答题：（共40分，每小题8分）1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？答：相同点：小原子溶入。不同点：间隙固溶体保持溶剂（大原子）点阵；间隙相、间隙化合物改变了大原子点阵，形成新点阵。间隙相结构简单；间隙化合物结构复杂。2、请简述影响扩散的主要因素有哪些。答：影响扩散的主要因素：（1）温度；（2）晶体结构与类型；（3）晶体缺陷；（4）化学成分。3、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？答：临界晶核的物理意义：可以自发长大的最小晶胚（或，半径等于rk的晶核）形成临界晶核的充分条件：（1）形成r≥rk的晶胚；（2）获得A≥A*（临界形核功）的形核功。34、有哪些因素影响形成非晶态金属？为什么？答：液态金属的粘度：粘度越大原子扩散越困难，易于保留液态金属结构。冷却速度；冷却速度越快，原子重新排列时间越断，越容易保留液态金属结构。5、合金强化途径有哪些？各有什么特点？答：细晶强化、固溶强化、复相强化、弥散强化（时效强化）加工硬化。二、计算、作图题：（共60分，每小题12分）1、求]111[和]120[两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来。答：设所求的晶面指数为（hkl）则)112(0211:2111:1011::lkh2、氧化镁（MgO）具有NaCl型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：（1）若其离子半径2Mgr=0.066nm，2Or＝0.140nm，则其原子堆积密度为多少？（2）如果2Mgr/2Or＝0.41，则原子堆积密度是否改变？答：（1）点阵常数nmrraOMg412.0)(222堆积密度73.04)(43322arrPOMgf（2）堆积密度会改变，因为Pf与两异号离子半径的比值有关。3、已知液态纯镍在1.013×105Pa（1大气压），过冷度为319K时发生均匀形核，设临界晶核半径为1nm，纯镍熔点为1726K，熔化热ΔHm＝18075J/mol，摩尔体积Vs＝6.6cm3/mol，试计算纯镍的液－固界面能和临界形核功。答：因为BGr2，mmBTTHTHLG所以25/1053.222cmJTTHrGrmBJTHVTGGAmBv9106.131631612223234、图示为Pb-Sn-Bi相图投影图。问：（1）写出合金Q（wBi＝0.7，wSn＝0.2）凝固过程及室温组织；（2）计算合金室温下组织组成物的相对含量。答：（1）冷却至液相面析出Bi：LBi初，随温度降低Bi增多，液相成分延Bi-Q的延长线向E3E移动；液相成分达到E3E后发生共晶反应，L（Sn＋Bi）共，液相成分延E3E向E移动；液相成分达到E后，发生三元共晶反应L（Sn＋Bi＋β）共，随后冷却不再变化。室温组织为：Bi初＋（Sn＋Bi）共＋（Sn＋Bi＋β）共（2）wBi初＝2.88；w（Sn＋Bi）共＝0.407；w（Sn＋Bi＋β）共＝0.3055、有一钢丝（直径为1mm）包复一层铜（总直径为2mm）。若已知钢的屈服强度σst＝280MPa，弹性模量Est＝205GPa，铜的σCu＝140MPa，弹性模量ECu＝110GPa。问：4（1）如果该复合材料受到拉力，何种材料先屈服？（2）在不发生塑性变形的情况下，该材料能承受的最大拉伸载荷是多少？（3）该复合材料的弹性模量为多少？答；两金属的弹性应变相等，即：CuCustCuCuststEE86.1110000205000)/()/(（1）Cu先屈服；（2）NF560108.010280102.410140FF6666stCu＋＝＋总＝－（3）MPaEEECust130000)()(三、综合分析题：（共50分，每小题25分）1、某面心立方晶体的可动滑移系为]101[)111(、。（1）请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量；（2）若滑移由刃位错引起，试指出位错线的方向；（3）请指出在（2）的情况下，位错线的运动方向；（4）假设在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试计算单位刃位错线受力的大小和方向（取点阵常数为a＝0.2nm）。答：（1）柏氏矢量：]101[2ab；（2）位错线方向：[112]；（3）位错线运动方向平行于柏氏矢量；（4）mMNbF/10899.9112、若有，某一Cu-Ag合金（wCu＝0.075，wAg＝0.925）1Kg，请提出一种方案从该合金中提炼出100g的Ag，且要求提炼得到的Ag中的Cu含量wCu低于0.02。（假设液相线和固相线固相线均为直线）。答：1.将1Kg合金加热至900℃以上熔化，缓慢冷却至850℃，倒去剩余液体，所得固体a1约780g，wCu＝0.055；2.将a1熔化，缓慢冷却至900℃，倒去剩余液体，得a2约380g，wCu＝0.03；3.将a2熔化，缓慢冷却至920℃，倒去剩余液体，得a3约260g，wCu＝0.02；4.将a3熔化，缓慢冷却至935℃，倒去剩余液体，得a4约180g，wCu＝0.013，即可。52005年西北工业大学硕士研究生入学试题一、简答题（每题8分，共40分）1.请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。2.同素异晶转变和再结晶转变都是以形核长大方式进行的，请问两者之间有何差别？3.两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区别？4.请简述扩散的微观机制有哪些？影响扩散的因素又有哪些？5.请简述回复的机制及其驱动力。二、计算、作图题：（共60分，每小题12分）1.在面心立方晶体中，分别画出、和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？若外力方向为[001]，请问哪些滑移系可以开动？2.请判定下列位错反应能否进行，若能够进行，请在晶胞图上做出矢量图。（1）（2）3.假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为，请回答：（1）给出滑移位错的单位位错柏氏矢量；（2）若滑移位错为纯刃位错，请指出其位错线方向；若滑移位错为纯螺位错，其位错线方向又如何？4.若将一块铁由室温20℃加热至850℃，然后非常快地冷却到20℃，请计算处理前后空位数变化（设铁中形成1mol空位所需的能量为104675J，气体常数为8.314J/mol·K）。5.已知三元简单共晶的投影图，见附图，（1）请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组成（已知TATD）；（2）请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线，及各阶段相变反应。6三、综合分析题：（共50分，每小题25分）1.请对比分析加工硬化、细晶强化、弥散强化、复相强化和固溶强化的特点和机理。2.请根据所附二元共晶相图分析解答下列问题：（1）分析合金I、II的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；（2）说明室温下I、II的相和组织是什么？并计算出相和组织的相对含量；（3）如果希望得到共晶组织和5%的β初的合金，求该合金的成分；（4）分析在快速冷却条件下，I、II两合金获得的组织有何不同。2005年西北工业大学硕士研究生入学试题参考答案一、简答题（每题8分，共40分）1.请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。答：热力学条件ΔG0结构条件：rr*能量条件：AΔGmax成分条件2.同素异晶转变和再结晶转变都是以形核长大方式进行的，请问两者之间有何差别？答：同素异晶转变是相变过程，该过程的某一热力学量的倒数出现不连续；再结晶转变只是晶粒的重新形成，不是相变过程。3.两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区别？答：位错的交割属于位错与位错之间的交互作用，其结果是在对方位错线上产生一个大小和方向等于其柏氏矢量的弯折，此弯折即被称为扭折或割阶。扭折是指交割后产生的弯折在原滑移面上，对位错的运动不产生影响，容易消失；割阶是不在原滑移面上的弯折，对位错的滑移有影响。74.请简述扩散的微观机制有哪些？影响扩散的因素又有哪些？答：置换机制：包括空位机制和直接换位与环形换位机制，其中空位机制是主要机制，直接换位与环形换位机制需要的激活能很高，只有在高温时才能出现。间隙机制：包括间隙机制和填隙机制，其中间隙机制是主要机制。影响扩散的主要因素有：温度（温度约高，扩散速度约快）；晶体结构与类型（包括致密度、固溶度、各向异性等）；晶体缺陷；化学成分（包括浓度、第三组元等）5.请简述回复的机制及其驱动力。答：低温机制：空位的消失中温机制：对应位错的滑移（重排、消失）高温机制：对应多边化（位错的滑移＋攀移）驱动力：冷变形过程中的存储能（主要是点阵畸变能）二、计算、作图题：（共60分，每小题12分）1.在面心立方晶体中，分别画出、和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？若外力方向为[001]，请问哪些滑移系可以开动？2.请判定下列位错反应能否进行，若能够进行，请在晶胞图上做出矢量图。（1）几何条件：，满足几何条件能量条件：8满足能量条件，反应可以进行。（2）几何条件：，满足几何条件能量条件：满足能量条件，反应可以进行。3.假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为，请回答：1)给出滑移位错的单位位错柏氏矢量；2）若滑移位错为纯刃位错，请指出其位错线方向；若滑移位错为纯螺位错，其位错线方向又如何？答：（1）单位位错的柏氏矢量；（2）纯刃位错的位错线方向与b垂直，且位于滑移面上，为；纯螺位错的位错线与b平行，为[011]。4.若将一块铁由室温20℃加热至850℃，然后非常快地冷却到20℃，请计算处理前后空位数变化（设铁中形成1mol空位所需的能量为104675J）。9答：5.已知三元简单共晶的投影图，见附图，1)请画出AD代表的垂直截面图及各区的