北京科技大学材料科学基础考研真题doc.docx
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北京科技大学材料科学基础考研真题doc
北京科技大学
2010年硕士学位研究生入学考试试题
试题编号：
试题名称：
（共2页）
适用专业：
材料科学与工程
说明：
所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效.
一、分析发生下列现象的原因（30分）
1.低碳钢应力-应变曲线的屈服现象（10分）
2.金属及合金凝固时形成树枝状晶（10分）
3.上坡扩散（5分）
4.二次再结晶（5分）
二、在面心立方结构的金属中（111）面上运动着柏氏矢量为6=a/2［110］的位错，位错线方向也是［110］,请在单胞中画出（ill）晶面和山0］晶向，并说明该位错属于什么类型？
如果该位错的运动受到阻碍后，请判断是否有可能转移到（ill）,（ill）,（ill）各晶面上继续运动？
说明为什么？
（15分）
三、以含Al-4wt%Cu合金为例，给出其经过不同固溶时效工艺处理后的脱溶贯序；定性说明各阶段脱溶相的尺寸及分布特点、与母相的界面匹配关系及其强化效果等.（20分）
四、讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。
（15分）
五、与液态结晶过程相比，固态相变有什么特点？
这些特点对固态相变后形成的组织有什么影响？
（15分）
六、叙述离子晶体的结构规则（15分）
七、分析形成下列不同铸态组织的可能原因，并说明要得到细小的等轴晶，可采取哪些办法？
（20分）
八、参考下面提供的示意图，画出按组织分区的Fe-Fe’C相图，写出各三相反应,并说明分别为1.Owt%C和3.Owt%C的铁碳合金经过缓慢冷却在相关三相反应完成后形成的各组织特点（20分）。
2010答案:
一、1.低碳钢在一定条件下形变时，应力-应变曲线的大致规律是首先发生线性弹性变形，达到屈服时发生塑性变形直至断裂。
特殊的地方在于应力-应变曲线上常常出现上下屈服点，这与C间隙原子对位错的钉扎作用有关。
滑移启动时抗力较大（上屈服点），这主要是间隙原子聚集在位错上（柯氏气团）钉扎了位错；滑移进行时抗力较小（下屈服点），位错一旦摆脱了顶扎后便不受影响。
2.金属及合金由液体变为固体的过程称为凝固，凝固包含形核和晶体长大的过程。
金属晶体凝固时具有粗糙型固液界面且各向异性较弱，形貌主要受温度场控制。
在负温度梯度下，粗糙界面的金属局部一旦有突出，便深入过冷区以树枝状快速伸向液体形成枝晶；固溶体合金的凝固属异分凝固，成分过冷（包括由温度引起的过冷和浓度引起的过冷）的变大，生长速率变大，界面又胞状转变为枝晶生长。
3.上坡扩散:
与一般的扩散方式不同，扩散向着高浓度方向（即和浓度梯度相同的方向）而进行，此时扩散驱动力不是浓度梯度二十化学位梯度。
如si在c钢种的扩散。
4.二次再结晶：
物质发生回复再结晶时，在再结晶晶粒的长大阶段正常长大过程被抑制而发生少数晶粒异常长大的现象。
二.图：
画出一个FCC单胞在（111）上画一条＜110＞直线即可。
位错类型为螺型位错，因为位错线方向和柏氏矢量的方向平行。
位错运动受阻后，不能转到其他晶面上继续运动。
这是因为螺型位错的受力特点决定了他只能在滑移面上运动，不能攀移到其他滑移面。
%1.固溶体的脱溶过程主要是指过饱和的固溶体不断形成一个成分不同的新相，母相则由过饱和状态逐渐变为饱和状态，当母相完全饱和时脱溶即宣告结束。
最佳失效温度为150°,脱溶贯序过程：
过饱和固溶体一GP区一e‘‘一O'f0
其中GP区是铜原子富集区：
9*'.9*是四方结构亚稳相，圆盘状，沿基体的｛100｝面析出，具有共格/半共格界面，与基体存在特定的取向关系；9是四方结构稳定相，不规则形状。
脱溶强化时存在时效硬化曲线，硬度随时间变化先增大到达峰值后逐渐降低，硬度峰值大多位于9''充分发展阶段，9'出现后硬度开始下降；合金饱和度越大，硬化开始越早所达到峰值越大。
%1.晶体结构指的是晶体内部原子实际的排列方式；空间点阵是在空间由点排列成的无限阵列，其中每一个点都和其他所有点具有相同的环境；
两者之间的关系可用“空间点阵+基元=晶体结构”来描述。
空间点阵只有14种，基元可以是无穷多种，因面构成的具体的晶体结构也是无穷多种。
%1.液态相变和固态相变两者的相同点：
都是相变，由形核、长大组成；临界形核半径、临界形核功形式相同，转变动力学也相同，相变的驱动力都是新旧两相化学位差。
不同点：
固态相变阻力多了应变能一项，造成固态相变的临界半径和形核功增大；新相可以以亚稳态方式出现，存在共格半共格界面，特定的取向关系，非均匀形核。
固态相变阻力多了应变能一项，造成固态相变的临界半径和形核功增大；非均匀形核存在特定的取向关系，形成共格半共格界面；生长方面出现惯习现象，形成特殊的组织形态，如片状组织；亚稳态的出现减小相变阻力。
%1.离子晶体的结构规则主要是负离子配位多面体规则；电价规则，即电中性；负离子多面体共用顶、棱和面的规则；不同种类正离子配位多面体间连接规则；节约规则。
（具体见上海交大版材料科学基础P51-52页）
%1.两图的铸态组织都包括细晶区，柱状晶区和等轴晶区。
两幅图的不同主要是等轴晶区和柱状晶区的范围不同，前途柱状晶区范围大，等轴晶区小；后图与之相反。
造成这种差异主要是合金组分和搅拌、孕育剂等的加入，浇注温度等有关。
合金的熔点低,利于等轴晶的形成；浇铸温度低。
温度梯度越小，搅拌加孕育剂等都有利于等轴晶的形成。
A.铁碳相图见《金属学》第二版P251页。
三相反应：
包晶反应：
L（0.53%C）+8-Fe（0.09%C）—Y-Fe（0.17%C）
共晶反应：
L（4.3%C）Y-Fe（2.11%C）+Fe3（6.69%C）
共析反应:
Y-Fe（0.77%C）-a-Fe（0.02%C）+Fe3C（6.69%C）
1.0%的钢由液相冷却时先进入L+y奥氏本两相区，形成枝晶或等轴状Y奥氏相，然后进入奥氏体单相区；继续冷却到~760°C剩余的奥氏体转变为珠光体，最后的组织是珠光体+网状二次渗碳体。
3.0%的铁碳合金（铸铁）结晶后组织为莱氏体加先共晶奥氏体，缓冷后的室温组织为珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体。
树枝状分布的黑色区域是由先共晶奥氏体转变成的珠光体。
其周围一圈白色组成物是由先共晶奥氏体析出的二次渗碳体，其余部分为变态莱氏体。
2011年硕士学位研究生入学考试试题
试题编号：
814试题名称：
材料科学基础（共3页）
适用专业：
材料科学与工程
说明：
所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。
—、名词解释（5分/题，共40分）
1、空间点阵
2、临界分切应力
3、滑移系
4、堆垛层错
5、调幅分解
6、脱溶
7、上坡扩散
&再结晶温度
二、分别给出下列离子晶体的布拉菲点阵类型和下面晶胞中正、负离子的个数。
（下图中的
点阵参数均为a=b=c,a=0=y=9O°）（15分）
NaCI
CsCI
ZnS
CaTiO3
三、写出面心立方结构和体心立方结构金属的密排面（或相对密排面）的晶面指数、画出密排面（或相对密排面）上原子的具体排列情况,并在晶胞中标出所有八面体间隙的位置。
（15分）
四、组元A和组元B的熔点分别为1000°C和700°C,室温时B在A的固溶体a中的固溶度是xb=0.05,A在B的固溶体B中的固溶度是xa=0.10；在70CTC时有一个三相平衡，在此温度a固溶体的成分是xb=0.1,—个成分为xb=0.30的合金在稍高于700°C时存在50%a相和50%液相，在稍低于700°C时则存在液相和化合物A0两相；在500°C时存在另一个三相平衡，液相（xB=0.65）分解为化合物A3B和B固溶体（xb=0.85）两相。
试构造一个合理的A-B二元相图。
（15分）
五、根据下面的Al-Cr-Si体系的局部液相面投影图，写出该图中的四相不变反应式。
（15
分）（引自J.PhaseEquiIi.Diff.2009,30（5）:
462-479）
六、按热力学参数变化特征，固态相变可以分为一级相变和二级相变两类。
阐述发生一级相变和二级相变时热力学参数的变化特征及相关性质的变化特点。
（10分）
七、从热力学（能量）角度分析纯金属在凝固过程中均匀形核时的临界晶核形成过程。
（10
分）
八、简述金属和合金回复与再结晶概念，并讨论在回复与再结晶过程中组织与性能的变化情况。
（10分）
九、讨论点缺陷与位错的交互作用及对位错运动的影响。
这种交互作用在低碳钢应力-应变
曲线和材料加工过程中会出现什么现象？
有何防止方法？
（10分）
十、液体冷却时形成晶体或非晶玻璃体的内部原因和外部条件是什么？
解释为什么金属材料
凝固时大多形成晶体，而陶瓷材料易于形成非晶玻璃体？
（10分）
北京科技大学
2012年硕士学位研究生入学考试试题
试题编号：
814试题名称：
材料科学基础（共3页）
适用专业：
材料科学与工程材料工程（专业学位）
说明：
所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。
一、简答题（8分/题，共40分）
1.写出七种晶系的名称及点阵参数之间的关系；
2.简述临界分切应力的概念；
3.给出一级相变和二级相变的分类原则和相变特征;
4.分析金属或合金的结晶形态；
5.给出再结晶溫度的定义。
二、纯Cu晶体在常溫下的点阵常数为a=0.3615nm:
1.指出其晶体结构类型和配位数（3分）；
2.简略计算Cu原子半径、原子致密度和两类间隙半径（6分）；
3.画出Cu原子在（111）晶面的分布情况，并计算其晶面间距和原子在
晶面上的致密度（6分）。
（共15分）
三、分别画出下列离子晶体的布拉菲点阵（下图中的点阵参数均为a=b=c,
q=P=y=90°）o（10分）
CaTiO3
四、示意画出下面的Ti-Zr体系中bcc和hep相在1155>1139>1000和878K时
五、根据下面的Al-Zn相图,
1.写出其中的三相反应式（4分）；
2.画出x（Zn）=0.80合金的缓慢冷却曲线，并写出各阶段相对应的组织（8分）;
3.画出上述合金缓慢冷却到室温时的组织示意图，并计算各组织组成物的相对含量（8分）。
（共20分）
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六、根据上面的Al-Zn相图，将纯AI和Zn形成扩散偶，在600K长时间保溫，
示意画出扩散层中x（Zn）随扩散距离d的变化曲线及相应出现的物相。
（10分）
七、一个多晶体试样经变形后，在再结晶溫度以上退火，请画出位错密度、晶粒
（不包括亚晶）平均尺寸、强度、塑性以及电阻率随退火时间变化的示意图（把各种变化分别画一个图，注意它们的对应关系），并对其作出简单说明。
（10分）
八、叙述金属或合金塑性变形的主要方式，并分别写出AI和Mg合金的滑移系,同时说明每种合金经拉伸变形后的显微组织形貌特征及产生原因。
（10分）
九、共析转变是典型的扩散型固态转变，指出其转变的驱动力和阻力，并讨论共析成分合金转变完成后可能出现的典型组织形态。
（10分）
十、结合下面给出的Al-Cu合金时效硬化曲线，讨论在不同成分和热处理条件下
可能出现的脱溶贯序，各阶段脱溶相的大小、形状和分布特点、与母相的界
面关系及强化效果。
（10分）
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北京科技大学
2013年硕士学位研究生入学考试试题
适用专业：
材料科学与工程
试题编号：
814试题名称：
材料科学基础
（共4页）
说明：
所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。
一、简答题（8分/题，共40分）
1.超点阵；
2.玻璃化转变温度；
3.伪共晶；
4.脱溶；
5.二次再结晶。
、图1是立方ZnS结构示意图，回答以下问题（共20分）：
1.Zn2+的负离子配位数是多少？
2.Z*+占据以S?
-密排结构的间隙位置，写出Z«+占有位置的坐标；
3.计算ZnS结构的晶格常数（已知Z&+和S?
-的离子半径分别为0.06nm和
0.18nm）；
4.计算ZnS结构的致密度。
O—S•—Zn
图1立方ZnS结构示意图（第二题图）
三、图2是在同一滑移面上三组相互平行的相距为d的直位错，它们的柏氏矢量b的模相等，箭头指向是柏氏矢量b和位错线r的方向。
问每组的位错之间是相互吸引还是相互排斥，为什么？
（共15分）
图2三组相互平行的直位错及其柏氏矢量（第三题图）
四、示意画出图3所示的A-B体系中各相在巧、T2、T3和T4溫度时的Gibbs
自由焙-成分曲线。
（共10分）
五、图4为某三元合金系在T1和T2溫度下的等溫截面。
若T1>T2,确定此合金系中存在哪种类型的三相平衡反应？
说明判断理由，并写出三相反应式。
（共10分）
图4A-B-C三元系等温截面（第五题图）
六、由材料A和B组成双层平板，A板厚度为L,B板厚度为2L,如图5所示。
扩散组元在A板一侧表面的浓度为c=Co（常数），在B板一侧表面的浓度一直保持为c=0。
假设：
扩散组元不与A和B形成新相；在A和B中扩散系数均为常数，分别是0!
和。
2；扩散组元在A/B界面浓度保持连续；A和B相互之间不扩散。
求扩散在稳态时的扩散流量。
（共15分）
A
B
图5A和B组成双层平板不意图（第六题图）
七、什么是动态回复？
什么是动态再结晶？
分别画出在相同温度时高、低应变速率下动态回复和动态再结晶的真应变一真应力曲线示意图，并给出简单解释。
（共10分）
八、常温下单相合金塑性变形有哪些主要方式，说明拉伸变形后相应的显微组织形貌特征。
（共10分）
九、图6为3个不同成分（0.45%C,3.4%C,4.7%C）的铁碳合金缓冷凝固组织（硝酸酒精浸蚀样品），回答以下问题（共20分）。
1.说明每个图对应的是哪个成分的合金，为什么？
2.分析图6（c）中组织的凝固过程，并计算该合金中白色长条状组织的重量相对量。
北京科技大学
2014年硕士学位研究生入学考试试题
试题编号：
814试题名称:
材料科学基础（共3页）
适用专业：
材料科学与工程，材料工程（专业学位）
说明：
所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。
一.简述题（5分/小题，共30分）
1•再结晶温度
2.相平衡条件
3•上坡扩散
4.空间点阵
5.堆垛层错
6.临界分切应力
二、分别回答后述几个问题：
1.指出金属液相结晶时的热力学条件，它一定需要过冷吗？
为什么？
2.如何确定液相结晶时的临界晶核半径，在相同的过冷度下，均匀形核与非均匀形核的临界晶核半径和临界晶核形成能哪个大？
为什么？
3.反过来，结晶金属熔化时一定需要过热吗？
为什么？
4•能否用经典形核理论讨论再结晶的形核，为什么？
（20分）
三、回答以下问题：
1.晶体缺陷主要有哪几种？
2.其中点缺陷主要有哪两种？
有哪些方法或手段可提高其数量？
3.当点缺陷扩散到刃位错周围时，会出现什么现象？
位错的运动受到怎样的影响？
4.如果点缺陷扩散到一般大角晶界上，又会出现什么现象？
晶界的运动受到怎样的影响？
（20分）。
四、图1为由A、B原子组成的一个晶体单胞，点阵参数a=b=c,a=p=y=90°；回答下列问题：
1.如果A、B原子可以随机占据所有可能的位置，该晶胞对应哪种布拉菲点阵？
2.如果A只在（0,0,0）位置,B只在（1/2,1/2,1/2）位置，又对应哪种布拉菲点阵？
3.下列单质及化合物中哪些具有上面涉及到的晶体结构？
Mg,a-Fe,丫-Fe,Cu,CuZn,Cu3Zn,CsCI；4.两种情况下，｛100｝的面间距各是多少，用点阵常数表示；可能的位错柏氏矢量又分别是什么？
5.各结构对应的强度及塑性相对高低可能是怎样的，给出理由。
（20分）
图1白色为A原子，黑色为B原子
五、下图是低碳钢热轧板带状组织的金相和扫描电镜照片。
从凝固、热加工及
冷却相变等方面，分析带状组织的形成原因及可能的控制方法。
（15分）
六、根据下面所附的Fe-Ti相图[CALPHAD,38（2012）155-160],写出该体系随着温度的降低，所涉及到的三相反应；同时示意画出由大块纯Fe和纯
Ti制作的扩散偶在1000K保持足够长时间后，扩散层中的成分分布曲线，并标注相对应的相。
（20分）
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七、分析Al-Cu合金中以Al为基过饱和a固溶体在不同溫度进行退火时发生的脱溶过程。
（10分）
八、块体非晶形成能力（GFA）判据研究目前是一个非常活跃的领域。
A.lnoue[ActaMater.,48（2002）279.]总结的块体非晶合金成分经验规则：
1）多于三种元素组成的多元合金体系；2）构成合金体系的元素原子尺寸差较大，主要元素之间的尺寸差比高于12%；3）三个主要组元之间的混和焙为负值等得到非晶研究者的广泛认同。
从非晶形成热力学、动力学、原子结构及堆垛拓扑关系等方面讨论Inoue规则为何具有较好的适应性。
（15分）
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