中科院金属所博士研究生入学考试金属物理试题.docx
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中科院金属所博士研究生入学考试金属物理试题
1997年春季中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理试题
（一）20分
写出刃型位错应力场的数学表达式及推导该式的基本步骤。
（二）15分
推导出位错线元所受作用力的一般公式
（三）15分
用位错和吕德斯带的理论来解释发生屈服现象的不同阶段。
（四）25分
⑴简要说明影响置换固溶体固溶度大小的因素。
⑵推导D＝1/6×Γa2,并说明其物理意义
（五）25分
⑴马氏体相变的基本特征是什么？
用实验现象加以说明。
⑵简要说明为什么固态相变时容易在晶界和位错上形核。
1998年春季中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理试题
（一）20分
总结一下为错的类型及刃、螺位错的特点。
（二）20分
①画图说明在f.c.c结构晶体中的Frank、shockley不全位错的形成过程及特点。
②用位错理论来说明有的材料出现明显屈服现象的本质。
（三）20分
画图叙述马氏体相变的过程及特点。
（四）20分
画图说明扩散机制的种类，叙述斐克第一、第二定律并写出数学表达式
（五）20分
解释下列名词及公式的物理意义.
①门槛值；②O点阵；③弛豫强度；④吕德斯带；
⑤理想断裂强度；⑥晶体缺陷；⑦Cottrell气团；⑧堆朵层错；
1998年秋季中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理试题
1.体缺陷的分类？
结合经历举例说明在实际中的应用？
2.晶体中（010）面上有平行于y轴的螺型位错，受到Zyx、Zyz、Zxz三种力的作用，那些力能使位错滑动？
如何滑动？
画图说明运动方式和步骤。
3.固态相变中，新相形核驱动力和阻力是什么？
分析温度对形核速度的影响？
4.合金从无序到有序态转变时，起点阵的晶体学指标是什么？
有序化的驱动力和阻力是什么？
5.什么是单晶体滑移的τc（滑移变形临界τc）单晶体滑移和孪生变形方式的差异？
6.何为韧性？
说明解理断裂的特征？
FATT是什么？
如何定义？
（FractureAppearanceTransitionTemperature）
7.对于不均匀铸造合金，什么措施会使均匀化速度加快？
为什么？
8.低碳钢有明显的屈服现象特征？
原因是什么？
如何消除？
1999年春季中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理试题
1.试说明晶体中刃型和螺型位错在结构特征，柏氏矢量，应力场特性，受外力（正应力或切应力）时的运动方式以及滑出晶体后引起的宏观变形等方面有何差异？
（15分）
2.面心立方晶体从高温快冷时，晶过饱和空位在（111）面上聚集成原子层的空位片，试述此空位片崩塌前后其周界是否时位错线？
若是位错线则指出此位错的柏氏矢量，位错类型及其可能的滑移面？
3.试举两种你认为能有力支持马氏体相变为无扩散性相变的实验事实？
（10分）
4.试述影响一次固溶体中溶质固溶度的主要因素是什么？
（10分）
5.以AL－Cu合金为例，说明时效过程中的沉淀（脱溶）序列，并说明影响此序列的主要因素？
（10分）
6.在同一温度下，铁中铁和碳原子的扩散系数是否相同，并说明原因？
（10分）
7.试述强化金属材料的可能途径？
讨论各种方法引起强化的主要原理？
（20分）
8.试述单晶体与多晶体在发生塑性变形时有何差异？
原因是什么？
（8分）
9.材料的断裂韧性指什么？
你知道通常用哪些指标来评定材料的韧性？
（7分）
1999年秋季中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理试题
1.为平衡点缺陷？
如何产生？
2.何为为错反应？
3.作图说明：
刃型为错－螺型位错，刃型为错－刃型位错，螺型为错－螺型位错，位错交割后产生的变化？
以后的运动方式，及柏氏矢量的变化？
4.扩散的机制分为几类？
有一块不均匀金属，加快其均匀化进程的措施？
5.多晶体相对单晶体有较高的屈服强度，原因是什么？
6.举出四种通过增加空位浓度来促进沉淀析出的实验证据。
7.间隙化合物何间隙相有什么异同？
8.马氏体相变本质？
何为热弹性马氏体？
9.何为固溶强化？
其机理是？
10.什么是脆性断裂何韧性断裂？
外界因素是如何提高脆性的？
2000年3月中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理试题
1.什么叫做位错，位错的滑移、攀移和交叉滑移指什么？
外加的正应力和切应力对这些运动方式有什么影响？
2.面心立方金属中主要有哪几类半（偏）位错？
半位错与全位错的结构特征，运动方式等方面有哪些差异？
3.过饱和固溶体在低温时效时，为什么首先析出亚稳相，而驱动力大的稳定相不能直接析出？
4.何为克肯达耳效应，说明它的物理意义，并说明何为扩散激活能？
5.说出三种检测有序化的方法？
并简要说明
6.示意画出低碳钢常温拉伸时工程应力－应变曲线与真应力－应变曲线？
说明曲线各阶段点的物理意义。
讨论产生缩颈现象的原因？
7.结合你自己的实际经历，举出三种提高材料塑性及韧性的方法？
并说明其原理。
2001年3月中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理考题
1.金属晶体中有哪几类常见的点缺点？
对扩散和形变再结晶有什么影响？
（10分）
如图：
2.原点处有一刃型位错，当另一个刃型位错沿Y＝L直线由最右端X＝＋∞移到X＝0处时，问该位错（第2个位错）所受外力的变化？
（20分）
3.问D*、D和（D1，D2）的定义区别？
（12分）
4.εAA为形成AA原子对的键能，εBB为形成BB原子对的键能，当εAB>1/2（εAA+εBB）时，问A、B两种元素能否形成固溶体（13分）？
5.AL－Cu合金的析出序列及其影响因素？
（15分）
6.什么叫时效强化？
其大小的影响因素？
在时效过程中的变化规律？
（20分）
7.什么叫材料的断裂韧性？
金属韧性常用指标有哪些？
（10分）
2001年秋季中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理试题
1.金属晶体中有哪几类常见的点缺陷，它们对金属中的扩散过程，变形后的再结晶过程有哪些影响？
（10分）
2.再相距为L的两个平行滑移面上，各有一个正刃型位错，它们的柏氏矢量相同均为b。
其中，位错1受阻不能移动。
问当位错2在外力作用下沿其滑移面由右向左移动，并经过位错1上方时，所需外力如何变化？
已知刃型位错的应力场形式为：
3.说明自扩散系数（D×），互扩散系数或化学扩散系数（D），偏扩散系数又称本征扩散系数（D1，D2）的定义，并说明这三种扩散系数的区别。
（12分）
4.εAA，εBB，εAB分别为AA原子对，BB原子对及AB原子对的键能，问当εAB>
（εAA+εBB）时，A，B两种元素能否形成固溶体，为什么？
（13分）
5.写出AL－Cu合金的析出序列，并说明影响沉淀序列的因素。
（15分）
6.金属和金的时效强化指什么,合金时效强化效应大小受哪些因素影响，时效过程中合金强度的基本变化规律是什么,并说明出现这种变化的可能原因。
（20分）
7.你知道有哪些判断金属材料韧性的常用指标，材料的断裂韧性（Kic）指什么？
（10分）
2002年春季中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理试题
1.在一定温度T时，晶体中平衡空位浓度的表达式是什么？
当晶体从高温T1快
速冷却到低温T2,并且在T2保温时，晶体中的空位浓度将发生什么变化？
你知道有哪些方法可以测量晶体中的空位浓度？
（10分）
2.简单立方晶体中平行于XY平面的滑移面S上有一段两端被固定的刃型位错AB，其柏氏矢量为b.当此晶体分别受外力加切应力，，作用时：
①在哪种外力作用下，此位错段会发生沿位移面S的滑动？
为什么？
②当AB位错段发生滑移时，用图说明其运动过程。
（20分）
3.A、B二元合金形成完全有序固溶体的必要条件是什么？
有序化对固溶体能与熵有什么影响？
对合金的电性与磁性各有何影响？
依据热力学原理，分析合金的有序度随温度的变化。
（15分）
4.由扩散的Fick第一定律导出Fick第二定律，并说明为什么要引入Fick第二定律。
（10分）
5.在均匀形核、成分不变的固态相变中，影响形核功的因素有哪些？
试分析各因素的作用，说明为什么只有过冷到一定温度围后，形核才能发生。
为什么形核常常要经过一段孕育期？
（15分）
6.试述纯金属单晶体滑移变形的临界分切应力定律？
你认为哪些因素会影响滑移临界分切应力的大小？
（10分）
7.试述变形晶体加热时的回复、再结晶、晶粒长大及二次再结晶现象及其基本规律。
以上各种过程的驱动力分别是什么？
（10分）
8.简述金属材料的解理断裂及韧性断裂的主要特征，产生杯维状（纤维状）断口的原因是什么？
（10分）
2002年秋季中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理试题
1.平衡空位？
2.加工变形中，晶体部的位错密度增加了，增殖机构为弗兰克源增殖？
3.固态相变中的相均匀形核、驱动力、阻力？
4.调幅分解的热力学条件是什么？
5.扩散的微观机制？
D＝1/6α2γ的各项物理意义？
及α、γ的决定因素。
6.晶粒大小对力学性能的影响？
近代晶界结构的看法？
7.从事过哪些科研工作？
从金属物理基本容出发对此课题作简单分析。
8.解理断裂、韧性断裂的特征？
KIC的意义？
2003年春季中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理试题
1.常见的晶体缺陷有那几类？
分别说明。
2.简要说明位错交割现象。
3.合金冷却时，讨论说明其形成有序固溶体的形成条件。
4.影响固溶体中溶质扩散的因素有哪些？
5.新相形核、长大阶段的区别。
6.AL－Cu低温时效时，为什么亚稳相先析出？
当时间增加时，亚稳相被稳定相所代替，为什么？
7.C钢变形时，明显的屈服现象？
说明原因及使用时的问题？
如何减轻？
8.单晶体与多晶体塑性变形的差异？
原因是什么？
2004年春季中科院金属所博士研究生入学考试－金属物理试题
1.什么是平衡空位？
金属晶体在绝对温度为T时的平衡浓度表达式是什么？
该式中各项的物理意义式什么？
测定金属中空位浓度的常用方法是什么？
（10分）
2.滑移面S上有一条A、B两点固定的螺形位错，其柏氏矢量为b，试问当晶体收到什么方向的切应力τ时，AB段位错会在S面上以F－R源方式放出新的位错。
请分步画出放出新位错的动作过程，并标出位错线上各主要点的受力大小和方向。
（20分）
3.以二元合金为例，说明固溶体与金属化合物在结构和组成上的差异。
（5分）
4.A、B两原子形成完全有序固溶体，若A原子占据面心立方单胞的面心位置，B原子占据顶角位置，试计算该固溶体中A和B的原子数比例；若A的原子量为64，B的原子量为197，试求该固溶体中A和B的质量比。
（10分）
5.以面心立方结构的铁单晶为溶剂可以形成铁碳和铁碳铌两种固溶体，固溶体中碳为间隙固溶，铌为置换固溶，铌为强碳化物形成元素。
若外界条件相同，并且两种固溶体中碳的浓度分布相同，试分析比较碳在以上两种固溶体中的扩散系数大小。
当温度降低，两种固溶体发生面心立方→体心立方相变时，试分析比较它们的转变速度大小。
（是否为相变速度呢）（15分）
6.spinodal（调幅）分解的热力学条件是什么？
若析出相与基体的晶格常数相差很大，试分析它能否通过spinodal分解的方式形成。
（10分）
7.试述多晶体材料性变形的特点，各晶粒的取向和晶粒间界对性变形有哪些影响？
你知道目前对晶界结果有那些主要理论？
举出两个模型，并做简要说明。
（15分）
8.什么是金属材料的韧性，提高金属材料韧性的主要方法是什么？
请举出两个你所知道的改进金属韧性的例子。
（15分）
一什么是非平衡空位?
说出三种产生非平衡空位的方法。
二单晶铜在拉伸作用下位错会在表面产生，为什么金属体的位错却增加了，试解释原因。
三什么是混合能？
若两原子的混合能大于零，则混合前和混合后的能如何变化？
熵的变化？
以及能否形成固溶体？
能否形成有序固溶体？
2． 有序固熔体，其中各组元原子分别占据各自的布拉菲点阵——称为分点阵，整个固熔体就是由各组元的分点阵组成的复杂点阵，也叫超点阵或超结构。
这种排列和原子之间的结合能（键）有关。
结合能愈大，原子愈不容易结合。
如果异类原子间结合能小于同类原子间结合能，即EAB<（EAA十EBB）/2，则熔质原子呈部分有序或完全有序排列。
有序化的推动力是混合能参量（εm＝εAB－1/2（EAA+EBB））εm<0，而有序化的阻力则是组态熵；升温使后者对于自由能的贡献（-TS）增加，达到某个临界温度以后，则紊乱无序的固熔体更为稳定，有序固熔体消失，而变成无序固熔体。
四什么是Kerkendall效应？
试用Kerkendall效应解释其扩散机制？
并用Kerkendall效应说明Fick定律的应用围？
Zn的原子尺寸比Cu大，为什么Zn的扩散系数比Cu的扩散系数大？
五解释出现明显屈服现象的原因，并说出一种降低明显屈服现象的方法。
六在过饱和固溶体的时效析出过程中，为什么某些亚稳相常常能优先析出，为什么在长时间等温的条件下最终又会被稳定相取代。
七说明为何间隙式溶质原子的固溶效率一般比置换式溶质原子的好。
八画草图说明有些金属出现韧脆转变温度的现象，并说出两种降低韧脆转变温度的方法。
活度是指为使理想溶液（或极稀溶液）的热力学公式适用于真实溶液，用来代替浓度的一种物理量，活度的概念首先是由G.N.路易斯提出的。
对理想液体混合物符合拉乌尔定律pB／＝xB，非理想液体混合物拉乌尔定律修正为pB／＝fBxB＝aB，因此fB表示非理想的与理想的液体混合物偏差程度，实际上就是对拉乌尔定律的偏差系数。
对于理想液体混合物aB＝xB，fB＝1，而对于非理想的aB≠xB，fB可大于小于1，因此活度是与组成x有关的无量纲量。
活度系数：
例如绝大多数的冶金反应都有溶液（固溶体、冶金熔体及水溶液）参加，而这些溶液经常都不是理想溶液。
要进行定量的热力学计算和分析，溶液中各组分的浓度必须代以活度。
活度是组分的有效浓度（或称热力学浓度）。
组分的浓度必须用一系数校正，方能符合于若干物理化学定律（例如质量作用定律、拉乌尔定律、亨利定律、分配定律等等），此校正系数称为活度系数。
活度系数反映有效浓度和实际浓度的差异。
对多组分的溶液，计算活度时必须知道活度的相互作用系数。
测定活度系数f其中有一种方法，作出lgf对质量浓度[％]的曲线,在原点对曲线作切线，其斜率称为组分i的活度相互作用系数，以e表示。
活度相互作用系数与温度有关。
一般按规则溶液处理，有e与温度T的倒数成正比。
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