武汉科技大学考研试题材料科学基础A卷和参考答案.docx
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武汉科技大学考研试题材料科学基础A卷和参考答案
二O一三年招收硕士研究生入学考试试题
考试科目代码及科目名称：
材料科学基础810
可使用的常用工具：
计算器、绘图工具
S
答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。
:
考试时间3小时，总分值150分。
一、填空题（每空1分，共20分）
1、晶体中有种空间点阵，它们归属于个晶系。
面心立方结构中密排面的堆垛顺
序是。
2、下图为一立方晶胞，A、B、C为顶点，D为棱边中点，AB的晶向指数为［1，OCD
码号证考准
的晶面指数为（）。
3、铁碳合金相中的奥氏体为相，F^C属于金属间化合物中相。
业专考报
4、钢中的硫会引起钢发生脆，磷会使钢发生脆。
5、回复和再结晶的驱动力是。
6、热变形或热加工指金属材料在再结晶温度以上的加工变形。
热加工过程中，在金属内部同
时进行着与两个相反的过程。
7、固态金属中原子扩散的驱动力是，其扩散方向是向着的方向进行，其扩散
机制主要有和；前者是原子通过进行迁移，后者是原子通过进
行迁移，因此前者的扩散激活能比后者，扩散系数比后者。
二、单选题（每题2分，共20分）
1、实际金属材料的性能在不同方向并不存在差异，这是因为。
A晶体不同发现性能相同
B晶体的各向异性现在测量不出来
C金属材料结构不是晶体
D大量晶粒随机取向掩盖了各向异性
2、一根弯曲的位错线，。
A具有唯一的位错类型
B具有唯一的柏氏矢量
C位错类型和柏氏矢量处处相同
3、形核功与过冷度。
A成正比B成反比C的平方成反比
4、关于离异共晶，错误的说法是。
A略小于极限溶解度的合金，在快冷条件下，将会出现离异共晶
B离共晶点很远的亚共晶合金，在慢冷条件下，将会出现离异共晶
C在先共晶相数量甚少而共晶组织较多的情况下，容易出现离异共晶
5、二元合金中，强度较高而塑性变形能力也较好的合金，通常应选在相图处在成
分点。
A发生匀晶转变B发生共晶转变C发生包晶转变D形成化合物转变
6、在二元合金相图中，稳定化合物为。
A一条垂直线B一条曲线C一个区域
7、根据二元相图相区接触规则，
A两个单相之间必定有一个单相区隔开
B两个两相区必须以单相区或三相共存水平线隔开
C三相水平线必须和四个两相区相邻
&能使单晶体金属产生塑性变形的应力为。
A压应力B切应力C张应力
9、假定材料的成分相同，圆饼再加工成齿轮，得到的效果较为理想。
A由厚钢板切出的B由粗钢棒切下的C由圆棒热镦成的D由砂模铸造的
10、高温回复阶段，金属中亚结构发生变化时，。
A位错发生塞积B形成位错缠结C刃型位错通过攀移和滑移构成亚晶界
三、
（1）画出Fe-Fe3C相图，并标注各点温度和成分。
（080501材料物理与化学、080502材
料学方向10分，080503材料加工工程15分）
（2）在Fe-C系中有几种类型的渗碳体？
分析它们的形成条件（温度范围和成分范围）及组织形貌。
（15分）
四、请根据下图所示二元共晶相图（080501材料物理与化学、080502材料学方向回答
（1）
（2）（3）（4），共22分；080503材料加工工程方向回答
（1）
（2）（3），共17分）
（1）分析合金I、II的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；（6分）
（2）说明室温下合金I、II的相和组织是什么？
（8分）
（3）如果希望得到室温组织为共晶组织和5%的B初的合金，求该合金的成分；（3分）
（4）合金I、II在快冷不平衡状态下结晶，组织有何不同。
（5分）
五、问答题（080501材料物理与化学和080502材料学选做1、2、3、6、7小题，共50分，080503材料加工工程选做1、2、3、4、5小题，共50分）
1、金属晶体为什么倾向于密堆？
（10分）
2、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？
（8分）
3、如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：
（12分）
（1）金属模浇注与砂模浇注；
（2）高温浇注与低温浇注；
（3）铸成薄件与铸成厚铸件；
（4）浇注时采用振动与不采用振动。
4、为细化某纯铝板晶粒，将其冷变形5%后于620C退火1h,组织反而粗化，增大冷变形量至80%,再于620C退火1h,仍然得到粗大晶粒。
试分析其原因，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。
（10分）
5、从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶？
（10分）
6、某面心立方晶体的可动滑移系为（111）[110]。
（10分）
（1）指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量；
（2）如果滑移是由纯刃型位错引起的，试指出位错线的方向；
（3）如果滑移是由纯螺型位错引起的，试指出位错线的方向；
（4）指出在上述⑵、（3）两种情况下滑移时位错线的滑移方向；
7、将一批齿轮进行渗碳，每炉装500件。
已知Q=32900cal/mol,R=1.987cal/molK,・1cal=4.1868J,若在900C渗10h可以达到规定的深度，计算1000C渗碳需要多少时间？
假定在900C渗碳每炉每小时生产成本为1000元，而在1000C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=4.1868J）（10分）
六、已知三元简单共晶的投影图如图所示。
（1）请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组
13分）
成（已知Ta（2）请画出X合金平衡冷却的冷却曲线，及各阶段的相变反应（
二O一三年招收硕士研究生入学考试试题
考试科目代码及科目名称：
材料科学基础810
可使用的常用工具：
计算器、绘图工具
S
答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。
:
考试时间3小时，总分值150分。
、填空题（每空1分，共20分）
码号证考准
业专考报
题写要不内线封密
1、14;7;ABCABC-
2、[111];（112）
3、间隙固溶体；间隙
4、热；冷
5、形变储存能
6、加工硬化；动态再结晶
7、化学位梯度；化学位降低；空位机制；间隙机制；空位换位；晶格间隙；大；小二、单选题（每题2分，共20分）
1、D
2、B
3、B
4、C
5、A
6、A
7、B
8、B
9、C
10、C
三、
解：
（1）（080501材料物理与化学、080502材料学方向10分，080503材料加工工程15分）
Fe\234566.6?
C
C含凤/%
/聞收徳顾11001000900晰
（2）（15分）
铁碳合金中主要存在五种类型的渗碳体，包括一次渗碳体、二次（先共析）渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳体，它们的晶体结构虽然相同，但形成条件和组织形貌不同。
Fe3Ci:
成分在4.3%〜6.69%C的合金冷却到液相线CD以下，由液体结晶出的渗碳体，呈现很长的板条状。
Fe3Cii:
成分在0.77%〜6.69%C的合金在冷却到1148〜727C时，由过饱和奥氏体析出的渗碳体。
对于过共析钢，二次渗碳体沿原奥氏体晶界析出，当钢的含碳量较高时，形成网状渗碳体；对白口铁，在树枝状奥氏体基体上析出，形成颗粒状渗碳体。
Fe3Ciii:
成分在0〜6.69%C的合金在冷却到共析温度以下时，由过饱和铁素体析出的渗碳体，一般沿原奥氏体晶界呈小片状析出，由于量很少，只有在工业纯铁中才清晰可见。
共晶Fe3C:
成分为2.11%〜6.69%C的合金冷却到共晶温度时转变的莱氏体的组成部分，作为莱氏体组织的基底。
共析Fe3C:
成分为0.0218%〜6.69%C的合金冷却到共析温度时转变的珠光体的组成部分，在层片状珠光体中，呈片状；在球状珠光体中，呈球状或粒状弥散分布。
四、（080501材料物理与化学、080502材料学方向回答
（1）
（2）（3）（4）,共22分；080503材料加工工程方向回答
（1）
（2）（3）,共17分）
答:
（1）合金I、II的平衡结晶过程及冷却曲线如下图所示，（6分）
（2）（8分）
a初+卩1
B初+（a+3）共
a+3
I合金室温组织：
II合金室温组织：
I合金和II合金室温下的相均为
（3）（3分）
设所求合金成分为x
（4）（5分）
I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3i量会减
少，甚至不出现；II合金在快冷条件下3初呈树枝状，且数量减少。
共晶体组织变细小，相对量增加。
五、问答题（080501材料物理与化学和080502材料学选做1、2、3、6、7小题，共50分，080503材料加工工程选做1、2、3、4、5小题，共50分）
1、（10分）
答：
金属晶体的结合键以金属键为主导，金属键的特征在于没有明显的方向性和饱和性。
金属原子可以看作互相吸引的刚球，价电子为整个金属晶体共有，相互作用能最低的条件，使得每个原子倾向于与尽可能多的其它为邻，形成密堆结构。
2、（8分）
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汛的晶胚；
（2）获得A>A*（临界形核功）的形核功。
3、（12分）
答：
（1）金属模浇注晶粒较细，砂模浇注晶粒较粗。
（2）高温浇注晶粒较粗，柱状晶发达，低温浇注晶粒较细，等轴晶较多。
（3）铸成薄件晶粒较细，铸成厚铸件晶粒较粗。
（4）浇注时采用振动晶粒较细，不采用振动晶粒较粗。
4、（10分）
答：
前种工艺，由于铝件变形处于临界变形度下，故退火时可形成个别再结晶核心，最终晶
核极为粗大；而后种工艺是由于进行再结晶退火时的温度选择不合理，若按T再=0.4T熔计算,
则T熔=100C，故再结晶温度不超过200C为宜。
由于采用620C退火1h,处于再结晶图上
的晶粒异常长大区，故晶粒仍然粗大。
正确工艺：
150C退火处理1h。
5、（10分）
答：
从显微组织上观察，静态回复时可以看到清晰的亚晶界，静态再结晶形成等轴晶粒；而动态回复时形成胞状亚结构，动态再结晶时，晶粒是等轴的，大小不均匀，晶界呈锯齿状，等轴晶内存在被缠结位错所分割成的亚晶粒，其组织比静态再结晶要细。
6、（10分）
a-
解：
（1）引起滑移的单位位错的柏氏矢量为b[110]，即沿滑移方向上相邻两个原子间
2
的连线所表示的矢量。
（2）设位错线方向为[uvw]。
因刃位错线与其柏氏矢量垂直，同时也垂直于滑移面法线，即
[uvw][111][110][112]
（3）因螺位错与其柏氏矢量平行，故[uvw][110]。
（4）在
（2）时，位错线运动方向平行于b；在（3）时，位错线的运动方向垂直于b。
7、（10分）
解：
900C=1173K,1000C=1273K
由D1273t1273=D1173t1173
可得
t1273=D1173t1173/D1273=10exp[-32900心.9871178）]/exp[-32900/（1.9871273笊
=10>exp（-14.1156）/exp（-13.0068）h
=10>exp（-1.1088）h=3.299h
900C渗碳，一炉齿轮需要1000元/hX0h=10000元
1000C渗碳，一炉齿轮需要1500元/h3.299h=4948.5。
因此，在1000C渗碳成本较低。
六、（13分）
答：
（1）见下图a。
（2）见下图b。
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