材料科学基础研究生入学考试模拟试题.docx

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材料科学基础研究生入学考试模拟试题

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]，

，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

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

、[

，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：

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

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

。

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）

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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

4

12

74%

体心立方

2

8

68%

3．立方晶系中，若位错线方向为[001]，

，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

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

、[

，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。

和[

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。

3.       A-B二元合金中具有共晶反应如下：

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：

得：

c%＝0.55%

4.       已知铜的临界切分应力为1Mpa，问要使

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：

故滑移面的法线

与拉力轴方向[001]的夹角为：

同理，滑移方向[101]与拉力轴方向[001]的夹角为：

由分切应力公式得：

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

。

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

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：

 F

20钢：

 F+P

45钢：

 F+P

T8钢：

 P

T12钢：

      P+Fe3C网状

亚共晶白口铸铁：

P+Ld’

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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

，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.            tA>tB（tA、tB为A、B的熔点）；

 ii.           共晶反应为

；

 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。

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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

 、

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？

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）       

2）       

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⇔α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α（即Mg）的总量是C2中α总量的2.5倍，请确定C1和C2的成分。

2.       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。

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