西北工业大学材料科学基础模拟题及真题

一、简答题（每题6分，共30分）1．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？2．面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？3．立方晶系中，若位错线方向为[001]，]110[ab，试说明该位错属于什么类型。4．请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。5．试从扩散系数公式kTQDDexp0说明影响扩散的因素。6．何为过冷度？它对形核率有什么影响？二、作图计算题（每题10分，共40分）1．在面心立方晶体中，分别画出(101)、[110]和)111(、[]011，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？2．已知Al为面心立方晶体，原子半径为rA。若在Al晶体的八面体间隙中能溶入最大的小原子半径为rB，请计算rB与rA的比值是多少。3．A-B二元合金中具有共晶反应如下：)95.0()15.0()75.0(BBEBwwtwL若共晶反应刚结束时，α和β相的相对含量各占50%，试求该合金的成分。4．已知铜的临界分切应力为1Mpa，问要使)111(面上产生[101]方向的滑移，应在[001]方向上施加多大的力？三、综合分析题（每题15分，共30分）1．按下列条件绘出A-B二元相图：（1）A组元（熔点600℃）与B组元（熔点500℃）在液态时无限互溶；（2）固态时，A在B中的最大固溶度为wA=0.30，室温时为wA=0.10；而B在固态下不溶于A；（3）300℃时发生共晶反应)70.0()40.0(BBwwAL。在A-B二元相图中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室温下的相组成物及组织组成物，并计算各相组成物的相对含量。2．请绘出下列Fe-C合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图，并标注各组织。（腐蚀剂均为3%硝酸酒精）工业纯铁20钢45钢T8钢T12钢亚共晶白口铸铁一、简答题（每题6分，共30分）1．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？离子键：正负离子相互吸引；键合很强，无方向性；熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。共价键：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有方向性；熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。金属键：金属正离子于自由电子相互吸引；键合较强，无方向性；熔点、硬度有高有低，导热导电性好。分子键：分子或分子团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性差。氢键：类似分子键，但氢原子起关键作用XH-Y；键合弱，有方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性好。2．面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？晶胞原子数配位数致密度面心立方41274%体心立方2868%3．立方晶系中，若位错线方向为[001]，]110[ab，试说明该位错属于什么类型。因位错线方向垂直于柏氏矢量，所以是刃位错。4．请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。相同点：小原子溶入不同点：若小原子溶入后，大小原子数量成比例，在选取点阵时，大小原子点阵可以合并，这实际上改变了大原子的点阵结构，因此认为形成新相，称为间隙相（间隙化合物）。若小原子溶入后，分布随机，大小原子点阵不能合并，仍然保留大原子点阵，称为间隙固溶体。5．试从扩散系数公式kTQDDexp0说明影响扩散的因素。从公式表达形式可以看出扩散系数与扩散激活能Q和温度T有关。扩散激活能越低扩散系数越大，因此激活能低的扩散方式的扩散系数较大，如晶界和位错处的扩散系数较大。温度越高，原子活性越大，扩散系数越大。6．何为过冷度？它对形核率有什么影响？过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度的差值。随过冷度增大，形核率先增后减。二、作图计算题（每题10分，共40分）1.在面心立方晶体中，分别画出(101)、[110]和)111(、[]011，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？对面心立方晶体，(101)非密排面，因此它不是滑移面；[110]是密排方向，因此是滑移方向。但这二者不能构成滑移系。)111(和[]011是密排面和密排方向，因此可以构成滑移系。2.已知Al为面心立方晶体，原子半径为rA。若在Al晶体的八面体间隙中能溶入最大的小原子半径为rB，请计算rB与rA的比值是多少。414.0ABrr3.A-B二元合金中具有共晶反应如下：)95.0()15.0()75.0(BBEBwwtwL若共晶反应刚结束时，α和β相的相对含量各占50%，试求该合金的成分。设合金成分为c％，由题知：%50%10015.095.095.0%c得：c%＝0.55%(101)[110])111(]011[4.已知铜的临界切分应力为1Mpa，问要使)111(面上产生[101]方向的滑移，应在[001]方向上施加多大的力？对立方晶系，两晶向[h1k1l1]和[h2k2l2]夹角公式为：222222212121212121coslkhlkhllkkhh故滑移面的法线]111[与拉力轴方向[001]的夹角为：3110011)1(110101cos222222同理，滑移方向[101]与拉力轴方向[001]的夹角为：21cos由分切应力公式得：MPa45.2coscosc三、综合分析题（每题15分，共30分）1．按下列条件绘出A-B二元相图：1)A组元（熔点600℃）与B组元（熔点500℃）在液态时无限互溶；2)固态时，A在B中的最大固溶度为wA=0.30，室温时为wA=0.10；而B在固态下不溶于A；3)300℃时发生共晶反应)70.0()40.0(BBwwAL。在A-B二元相图中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室温下的相组成物及组织组成物，并计算各相组成物的相对含量。相组成：A＋β组织组成：A＋β＋AII%7.66%3.331%%3.33%1000906090%A2．请绘出下列Fe-C合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图，并标注各组织。（腐蚀剂均为3%硝酸酒精）工业纯铁：F20钢：F+P45钢：F+PT8钢：PT12钢：P+Fe3C网状亚共晶白口铸铁：P+Ld’AB一、简答题（每题6分，共30分）1．工程材料分为哪几类？它们的结合键如何？2．根据凝固理论，请分析细化铸锭晶粒的途径及原理3．固溶体非平衡凝固时，形成微观偏析和宏观偏析的原因有何区别？4．请为置换固溶体、间隙固溶体、间隙化合物、正常价化合物、电子化合物和间隙化合物各举一具体例子。5．为什么细晶强化可以同时提高合金强度、硬度、塑性和韧性？二、作图计算题（每题10分，共40分）1．钛的晶胞（密排六方）体积在20℃时为0.106nm3，其c/a＝1.59，求：（1）c、a的值；（2）钛原子半径。2．已知钼为体心立方结构，请回答：（1）画出其晶胞示意图；（2）在图中画出一个可能的滑移系，并标明滑移面和滑移方向的指数。3．一碳钢在平衡冷却条件下，室温组织为珠光体＋二次渗碳体，其中珠光体含量为90%。请确定该碳钢的含碳量，并画出组织示意图。4．假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为]011[)111(、，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？三、综合分析题（每题15分，共30分）1．根据下列已知条件绘出A-B二元共晶相图：i.tAtB（tA、tB为A、B的熔点）；ii.共晶反应为)95.0()10.0()60.0(BBEBwwtwL；iii.B在A中的固溶度随温度的下降而减小，室温时为wB＝0.03；A在B中的固溶度不随温度变化，并请回答：（1）分析wB=0.85的合金平衡结晶过程；（2）计算该合金室温下的相组成物及组织组成物。（忽略二次相）8.一楔型纯铜铸锭，经间距恒定的轧辊轧制（如图）；（1）请画出轧制后，锭子的晶粒示意图。（2）画出将该锭子进行再结晶退火后，晶粒示意图。并分析原因。一、简答题（每题5分，共30分）1．何为空间点阵？它与晶体结构有何异、同？2．请简述晶界有哪些特征？3．何为固溶强化？置换固溶体与间隙固溶体相比,哪个的固溶强化效果强？请简述影响固溶度的因素。4．请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。5．什么是反应扩散？请简述其特点。6．简述在什么情况下会发生单滑移、多滑移和交滑移，它们的滑移线形貌特征是什么二、作图计算题（每题10分，共40分）1．请计算简单立方和体心立方晶体的（100）、（110）和（111）晶面的面间距（假设两种点阵的点阵常数都是a）。2．在面心立方晶体中，分别画出]110[)101(、、]101[)111(、和、]110[)111(、，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？3．请判定下列反应能否进行，若能够进行，则在简单立方晶胞内绘出参加反应位错的柏氏矢量。1)]211[6]112[6]110[2aaa2)]111[2]111[6]112[3aaa4．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；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。三、综合分析题（每题15分，共30分）1．已知Mg-Ni合金系中一个共晶反应：L23.5%Ni纯Mg+Mg2Ni54.6%Ni设有C1和C2两种合金，C1为亚共晶，C2为过共晶。这两种合金的初生相质量分数相等，但室温时C1中(即Mg)的总量是C2中总量的2.5倍，请确定C1和C2的成分。eABCXD2.某工厂对一大型零件进行淬火处理，经过1100℃加热后，用冷拉钢丝绳吊挂，由起重吊车送往淬火水槽，行至途中钢丝突然发生断裂。该钢丝是新的，且没有瑕疵，是分析该钢丝绳断裂的原因。综合模拟测试一、简答题（每题6分，共30分）1.请简述刃型位错、螺型位错的主要特征。2.相互垂直的位错运动后发生交割，原位错可能会发生什么变化？在后续的位错运动中可能会有什么影响？3.什么是离异共晶？如何发生的？4.简述平衡结晶与非平衡结晶的不同之处。5.形成无限固溶体的条件是什么？简述原因。6.在固态下晶体的线缺陷对溶质原子的扩散有何影响二、作图计算题（共40分）1.在A滑移面上有一环形位错，所受切应力如图所示，试分析在平面位错环上各段属于哪种类型的位错？作图表示位错运动的方向？（俯视观看）（8分）2.根据Fe-Fe3C相图画出含碳0.65％的铁碳合金的冷却曲线。指出平衡冷却室温下相组成物、组织组成物是什么？并计算其相对含量。（12分）3、下图为Cu-Zn相图，图中有多少三相平衡，写出它们的反应式。（8分）Ａb4、已知单晶铜的｛111｝101滑移系的临界分切应力τk为1MPa，请问：①要使111面上产生101方向的滑移，则在001方向上应施加多大的应力？②假设在单晶铜中只开动101111滑移系，那么随着滑移的进行，拉伸试样中111面会产生什么现象？它对随后的进一步变形有何影响？（12分）三、综合分析题（每题15分，共30分）1.为了细化纯铝板晶粒，采用冷变性的方法将其变形3％～5％，之后采用620℃退火1ｈ，组织反而粗化，增大冷变形至80％以上，再于620℃退火1ｈ，组织仍然粗大。分析其原因，指出上述工艺不合理之处并拟定一种合理的晶粒细化工艺。（Ｔ再＝0.4Ｔ溶纯铝熔点为660℃）2.简述60#钢（含碳0.6%）平衡结晶（假设为均匀形核）需要满足的条件。综合模拟测试参考答案一简答题（每题6分，共30分）1.请简述刃型位错、螺型位错的主要特征答：刃型位错：晶体中有一个额外原子面，形如刀刃插入晶体刃型位错周围的点阵发生了弹性畸变位错线可以是折线或曲线,但位错线必与滑移（矢量）方向垂直只有一个确定的滑移面位错线的移动方向与晶体滑移方向平行（一致）位错线与柏氏矢量垂直螺型位错：上下两层原子发生错排，错排区原子依次连接呈螺旋状位错线周围点阵产生了弹性畸变；螺型位错与晶体滑移方向平