北京理工大学829材料科学基础1014年真题剖析.docx

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北京理工大学829材料科学基础1014年真题剖析

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2010年北京理工大学招收硕士学位研究生入学考试材料科学基础试题

一名词解释（共30分每小题2分）

1空间点阵2位置3离异共品4置换固溶体5晶内偏析6相律7不全位错8固溶强化9热加工10交滑移11铁素体12上坡扩散13加工硬化

14成分过冷15异质形核

二问答题（共90分）

1低碳钢的渗碳一般选择在奥氏体区而不是在铁素体区进行，为什么？

（本题6分）

2画图表示成分过冷的形成，并说明成分过冷对液固体界面生长形态的影响。

（本题12分）

3细化晶粒的措施有哪些？

为什么晶粒越细，材料的强度越高，塑韧性也越好？

（本题8

分）

8如右图所示，滑移面ABCD上有一正方形位错环ABCD，位错环的各段分别与滑移面各边平行，且其柏氏矢量b//AB。

指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体

9比较滑移变形和孪生变形的异同点。

（本题4分）

10画图说明金属熔液过冷度和形核率之间的关系，并解释其原因。

（本题6分）

11画图表示冷变形金属在加热时的组织和性能变化。

（本题6分）

12在一个简单立方晶胞内画出（111）、（110）晶面和［110］、［112］晶向。

（本题4分）三论述题（共30分每小题15分）

1材料中的位错密度与强度有何关系？

材料强化常用的方法有哪些？

其机制分别是什么?

2试述固态相变的特点。

2010年北京理工大学招收硕士学位研究生入学考试材料科学基础试卷答案要点

一名词解释

1几何点在三维空间有规律地重复规则排列。

2一列或若干列原子有规律地错排。

3两相分离的共晶组织。

4溶质原子处于溶剂晶格点阵位置的固溶体。

5一个晶粒内部化学成分不均匀的现象。

6描述系统的自由度与其相数和组元数关系的表达式。

7其柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错。

8由于溶质原子的溶入而引起的强化效应。

9发生动态再结晶的加工过程。

10在多个滑移系沿相同滑移方向同时或交替进行的滑移。

11碳原子溶入-铁所形成的固溶体。

12由低浓度处向高浓度处进行的扩散。

13随变形量的提高，材料的强度，硬度的提高而塑韧性下降的现象。

14由成分分布和实际温度共同决定的过冷。

15以外来物质的微粒为核心择优形核。

二问答题

1因为奥氏体区温度高、溶碳量大、间隙半径大。

2随成分过冷度的增大，生长形态由平面状向树枝状变化，图略。

3提高过冷度；变质处理；振动和搅拌。

晶粒越细，材料的强度越高，塑韧性越好。

原因略。

要求写出霍尔-配奇公式。

4按柏氏矢量与位错线的关系及其本身的方向、大小判断。

5晶界对变形的阻碍作用；变形的相互协调性。

6不平衡共晶：

共晶线以外成分的合金；伪共晶：

接近共晶点成分的合金；离异共晶：

共晶线上饱和成分点附近的合金。

7锡板晶粒的大小：

原始晶粒—粗晶粒—细晶粒—粗晶粒。

钨板：

纤维组织。

810.6；3.10，86.3；9.38；1.22；10.15；41.21；3.9。

（%）

9相同点：

均匀剪切变形；沿一定晶面和晶向进行；不改变结构类型。

不同点：

孪生改变晶体趋向；孪生滑移距离小；滑移对变形贡献大等。

10上凸抛物线关系，非单调关系。

因为形核由过冷度和扩散两个因素控制。

11图略

12图略

三论述题

1主要说明固溶强化、弥散强化、加工硬化、细晶强化和相变强化等方法和机制。

2变相阻力大；位向关系；惯习现象；缺陷促进相变；易出现过渡相。

2011年北京理工大学招收硕士学位研究生入学考试试题考试科目：

材料科学基础

（注：

答案全部答在答题纸上，答在试卷上无效。

）

一、名词解释（共30分，每小题2分）

1晶体的各向异性2多晶体3高分子材料的聚合度4线缺陷5攀移6费米能级

7枝晶偏析8奥氏体9均匀成核的临界半径10上坡扩散11成分过冷

12柯肯达尔效应（Kirkendall）13孪晶变形14时效15钢的淬火

二问答题（90分）

1.提高热塑性高分子材料力学性能的方法有哪些？

（从结构和性能的关系表述）（10分）

2.右图是Na2O的理想晶胞的结构示意图，试回答：

（1）晶胞分子数十多少；

（2）结构中何种离子做何种密堆积；（3）结构中各离子的配位数

为多少；（4）指出此晶胞的（001）面。

（10分）

3.柏氏矢量的意义？

（6分）

4.晶体是如何降低其表面较高的表面能？

（6分）

5.对某些置换固溶体其溶质可以有100%的溶解度，而间隙固溶体却没有，为什么？

（4分）

6.试画图说明相图重点杠杆定律。

（8分）

7.试画图说明什么是亚共晶合金、过共晶合金、共晶合金。

（9分）

8.以碳含量Wc=4.8%的过共晶白口铁为例，分析结晶后，室温组织中各组织组成的质量分数。

（6分）

9.非均匀形核为什么比均匀形核容易？

（6分）

10.控制铸件晶粒的尺寸的主要途径是什么？

（6分）

11.产生加工硬化的几种原因是什么？

（6分）

12.在加工中，硅钢产生的二次再结晶的原因？

（4分）

13.固态相变的特点？

（9分）

三、论述题（共30分，每小题15分）

1.论述点缺陷与材料行为的关系。

2.论述影响扩撒的因素。

2012年北京理工大学招收硕士学位研究生入学考试试题

材料科学基础

一、名词解释（共30分，每小题2分）

1变形强化2等轴晶3晶胞4弗兰克尔（Frenkel）缺陷5攀移6晶内吸附7晶内偏析

8伪共晶9共晶渗碳体10自然时效11孪晶变形12二次再结晶13抗磁体14蠕变

15胞状偏析

二、简答题（共90分）

1.烧结时的速率主要取决于哪些因素？

（6分）

2.马氏体相变的基本特征？

（12分）

3.加工硬化的原因？

（6分）

4.柏氏矢量的意义？

（6分）

5.如何解释低碳钢中有上下屈服点和屈服平台这种不连续的现象？

（8分）

6.已知916C时，-Fe的点阵常数0.365nm,（011）晶面间距是多少？

（5分）

6.画示意图说明包晶反应的类型，写出转变反应式？

（4分）

7.计算Wc=3.3%的铁碳合金常温下莱氏体的相对含量，组织中珠光体的相对含量和共析渗碳体的含量。

（9分）

8.从形核分析人工降雨时为什么喷洒AgI粒子？

（4分）

9.影响成分过冷的因素是什么？

（9分）

10.影响线形聚合物结晶的因素是什么？

（6分）

11.单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么？

（9分）

12.简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。

（6分）

三、论述题（30分，每小题15分）

1.试论述含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响。

2.论述影响扩散的主要因素。

材料科学基础答案：

一、名词解释（共30分，每小题2分）

1.变形强化纯金属经变形后，其流变压力随变形程度和增加而增加。

2.等轴晶

每个核心在各个方向上的生产条件接近，最终得到的晶粒在空间三维方向上的尺度相当，此晶粒为等轴晶。

3.晶胞

构成晶格和最基本单元

4.弗兰克尔（Frenkel）缺陷

晶体中的原子挤入结点的间隙，形成间隙原子的点缺陷，把空位和间隙原子这一对点缺陷称为~。

5.攀移刃型位错的半原子面向上或向下移动，为错线运动方向与柏氏矢量垂直。

6.晶内吸附少量杂质或金属元素在晶界内部分布不均匀，常偏聚于晶界，它是异类原子与晶界交互作用的结果，晶界处排列响度无序，而外来原子与基体原子产生相晶格应变，逐渐迁移到表面。

7.晶内偏析

不平衡结晶的固溶体内部富含高熔点组元，而后结晶的外部富含低熔点组元，这种晶粒内部出现的成分不均匀现象叫做~。

8.伪共晶

在不平衡结晶的条件下，成分在共晶点附近的合金由于过冷同时结出两相，形成共晶组织特征，但不是共晶成分。

9.共晶渗碳体

1148C下，Wc=2.11~6.69%的铁碳合金共晶生成莱氏体，莱氏体中渗碳体为~。

10.自然时效过饱和固溶体在快速冷却后，在室温长期放置，使之相变叫人工时效。

11.孪晶变形

晶体在切应力作用下沿一定的晶面和晶向，在一个区域内连续顺序的切变，变形的结果是这部分的晶体取向改变了（晶体结构和对称性未变），但已变形的晶体部分与未变形部分保持着晶面对称关系，这个对称晶面叫~。

12.二次再结晶

再结晶完成后，晶体不连续不均匀的长大。

13.抗磁体

材料内部的磁矩削弱了外磁场，<0，这种物质为~。

14.蠕变材料在高温下的变形与应力有关，还有作用时间有关，叫~。

15.胞状偏析在小的成分冷冻区条件下晶体以胞状生长时，胞壁富含较多的杂质。

二、简答题（共90分）

1.烧结时的速率主要取决于哪些因素？

（6分）

2.马氏体相变的基本特征？

（12分）无扩散相变：

一种发生均匀点阵变形的转变；存在一个无畸变面；有滑移或孪晶变形。

3.加工硬化的原因？

（6分）位错交割；位错反应；位错增殖。

4.柏氏矢量的意义？

（6分）

它描述了位错线上原子畸变特征、方向、大小；位错的畸变能和柏氏矢量的平方成正比。

5.如何解释低碳钢共有上下屈服点和屈服平台这种不连续的现象？

（8分）

柯氏气团的作用，碳原子偏聚于刃型位错的下方，具有针扎位错的现象；位错增殖。

6.已知916C时，-Fe的点阵常数0.365nm,（011）晶面间距是多少？

（4分）

面心立方的-Fe,a=b=c=0.365nm,对立方晶系

d=a0212120.365..21.031.03nm

7.画出示意图说明包晶反应种类，写出转变反应式？

（5分）

L

8.计算计算Wc=3.3%的铁碳合金常温下莱氏体的相对含量，组织中珠光体的相对含量和共析

渗碳体的含量。

（9分）

3.32.11

Ld'0.543

莱氏体4.32.11

Wp

珠光体

竺更66口0.353

4.32.116.690.77

4.3

WFe3Cn

渗碳体

3.32.110.77

4.32.116.690.77

9.从形核分析人工降雨时为什么喷洒Agl粒子？

（4分）

Agl与冰的晶格常数与晶格结构相近（密排六方），能降低表面能，减少晶核形成功。

10.影响成分过冷的因素是什么？

9分）

（

温度梯度（平缓有利）；凝固温度（越快越有利）；凝固范围（越大越有利）。

11.影响线形聚合物结晶的因素是什么？

（6分）

链结构的对称性和柔顺性（对称高的易结晶）；结构的规整性；共聚（无规共聚不能结晶）。

12.单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么？

（9分）

只有一个滑移系统上的分切应力最大并达到临界分切应力，形成单滑移，这种情况下，加工

硬化最弱；当拉力轴在晶体的特定取向上可能使几个滑移系的分切应力相等，在同时达到了

临界分切应力时发生多滑移，这种情况下会发生加工硬化的现象；交滑移是螺旋位错在两个

相交的的滑移面上运动，当螺型位错在一个滑移面上运动遇到障碍会转到另一个滑移面上继续滑移，滑移方向不变。

交滑移影响材料的塑性。

13.

简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。

（6分）

Hall—Petch霍尔一佩奇公式，细度减少，屈服强度增加，用晶界位错塞积模型解释。

对粗晶粒，晶界塞积的位错多，产成应力集中大，在变形传递中容易使位错源开动，因此屈服强

度低。

四、论述题（30分，每小题15分）

1.试论述含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响。

1）对平衡组织的影响

C增加

Fe3CmPPPFe3CnPFe3CnLdLdLdFe3CI

2）力学性能，强度和硬度上升，塑性下降

3）C增加可锻性降低

4）流动性

随碳增加，液相线温度降低，当浇注温度相同时，含碳量高度钢液相线温度和钢液温差大,过热大，对钢的流动性有利。

当浇注温度一定时，钢液的流动性随含碳量的提高提高

2•论述影响扩散的主要因素

与Q/T有关与扩散、晶体结构、原子结合力、合金成分有关。

2013年北京理工大学招收硕士学位研究生入学考试试题

考试科目：

材料科学基础

（注：

答案全部答在答题纸上，答在试卷上无效）

一、名词解释

I.弥散强化2•肖脱基缺陷3•晶界内吸附4•拉弗斯相5•扩散退火6•共晶反应7•奥氏体

8•临界晶核尺寸9•柯肯达尔效应10•上坡扩散11・屈服强度12・二次再结晶13P型半导体

14.枝晶偏析15.交滑移

二、简答题（共90分）

1•简要说明材料的结合键（金属键、离子键和共价键）如何影响熔点和密度。

（6分）

2•计算bcc晶胞内的原子数。

（3分）

3•高分子材料中，分子结构如何影响结晶能力？

（9分）

4•在下图中，阴影面为晶体的滑移面，该晶体的ABCD面有一圆形标记，它与滑移面相交，

在标记左侧有根位错线，当刃、螺型位错线从晶体左侧滑移至右侧时，画出示意图表示表面

的标记有什么变化？

并指出相应的切应力方向。

（9分）

5•画出示意图标明成分过冷的概念。

（8分）

66在烧结初期和后期，扩散有何不同？

（6分）

7•非均匀形核为什么比均匀形核容易？

（5分）

8•碳含量5%（质量分数）的过共晶白口铁结晶后再室温下的组织是什么，其质量分数是多少？

（8分）

9•比较孪晶变形在密排六方金属、体心立方金属和面心立方金属中发挥作用。

（9分）

10•纯金属变形后产生强化的原因？

（9分）

II.含碳量对亚共析钢和过共析钢的力学性能有何影响？

（6分）

12.影响固溶体形成的主要因素？

（8分）

13•高分子材料合成的主要反应类型是什么？

（4分）

三、论述题（共30分，每小题15分）

1•试论述影响再结晶的因素。

2•试论述金属冷却变形对性能（力学）与组织的影响。

材料科学基础研试题答案

一、名词解释

1•弥散强化

如果弥散相的强度明显高于基本相，增加弥散相的量，则显著的提高材料的强度，或细化弥

散相的尺寸来提高强度的各种措施，称为~。

2.肖脱基缺陷

脱位原子进入其他空位或逐渐迁移至晶界或表面，这样的空位称为~。

3.晶界内吸附

少量杂质或合金元素在晶界内部分布不均匀，常偏聚于晶界，它是异类原子与晶界交互作用

的结果，晶界处排列相对无序，而外来原子与基本原子产生相晶格应变，逐渐迁移到表面。

4.拉弗斯相

当组元间原子尺寸之差处于间隙化合物与电子化合物之间时，会形成拉弗斯相。

5.扩散退火

为降低晶内偏析程度和消除晶内偏析，一般讲铸件加热到低于固相线100~200C,进行长时

间保温，使偏析元素充分扩散异达到均匀化目的。

6.共晶反应

两组元在液体无限互溶，固态有限互溶或完全不互溶，在冷却过程中，这种由某一成分的液体在恒温下同时结晶出两个成分不同的固相的反应叫~。

7奥氏体

碳溶于Fe中而形成的间隙固溶体就是〜，具有面心的立方结构。

8.临界晶核尺寸

材料凝固时，在每一过冷度下，晶核有一临界尺寸rk，当r

能升高，因而不稳定，要溶解掉。

当r>rk时，方能使体系的自由能降低，因而是稳定的，

它可进一步长大。

rk

9.柯肯达尔效应

由于界面两侧的两种原子，在相互扩散到对方的基体中，当扩散的速率不等时，会发生原始

界面的移动，界面移向原子扩散速率较大的一方，这种现象称为〜。

10.上坡扩散

固态相变时，会发生浓度低的向浓度高的方向扩散，发生成分偏聚而不是成分的均匀化，这

种现象较〜。

11.屈服强度

弹性变形结束后，塑性变形刚开始的应力，称为〜。

12.二次再结晶

再结晶结束时，晶体不联系不均匀的长大。

13.P型半导体

利用杂质元素在价带上产生大量空穴的半导体。

14.枝晶偏析

如果固溶体是以树枝状结晶并长大的，则枝干和枝间会出现成分的差别，这种现象称为〜。

15.交滑移

交滑移式螺旋位错在两个相交的滑移面上运动，当螺型位错在一个滑移面上运动遇到障碍会

转到另一个滑移面上继续滑移，滑移方向不变。

二、简答题（90分）

1•简要说明材料的结合键（金属键、离子键和共价键）如何影响熔点和密度。

（6分）

答：

共价键和离子键的熔点高，是由于其键能高，金属键键能低，熔点低。

以金属键结合的原子排列很紧密，形成的晶体结构也较简单，没有方向性，故金属的密度高；以共价键结合

的原子排列不够紧密，形成的晶体结构也比较复杂，相邻的原子的个数受共价键数目限制，故共价晶体的密度低。

2•计算bcc晶胞内的原子数。

（3分）

（体心立方，1+0/2+8/8=2）

9分）

:

结构的规整性；共聚（无规共聚不能结

3•高分子材料中，分子结构如何影响结晶能力？

（答：

链结构的对称性和柔顺性（对称高的易结晶）晶）。

4•在下图中，阴影面为晶体的滑移面，该晶体的ABCD面有一圆形标记，它与滑移面相交，

在标记左侧有根位错线，当刃、螺型位错线从晶体左侧滑移至右侧时，画出示意图表示表面

的标记有什么变化？

并指出相应的切应力方向。

（9分）

5•画出示意图标明成分过冷的概念。

（8分）

，当固相

答：

设固溶体合金为不平衡凝固，固态无扩散，液体只有扩散（或扩散大于对流）表面的浓度X。

，界面上液体浓度Xo/ko，液相浓度Xl，自界面上的Xo/ko下降到X。

，这样界面上的温度％小于远离界面液相温度Ti，从13到Ti的凝固温度与实际温度的差异称为成分过冷。

（图略）

6.在烧结初期和后期，扩散有何不同？

（6分）

答：

在烧结初期主要是表面扩散，在后期，主要是晶界扩散。

7•非均匀形核为什么比均匀形核容易？

（5分）

答：

非均匀形核的形核功，G非°均S（）,其中°S（）,为形状因子，因此形

核功比非均匀形核小。

8•碳含量5%（质量分数）的过共晶白口铁结晶后再室温下的组织是什么，其质量分数是多少？

（8分）

答：

室温组织为Ld，室温莱氏体和F^C1，—次渗碳体，各组织组成物的质量分数:

9•比较孪晶变形在密排六方金属、体心立方金属和面心立方金属中发挥作用。

（9分）

答：

对密排六方金属，孪晶改形十分重要，虽然变形中滑移占主要地位，但当滑移滑移变形困难时它能改变晶体位向帮助滑移。

在体心立方金属中，在一定条件下可发生孪晶变形，它

容易导致解理断裂裂纹的萌生。

在面心立方金属中，一般不会发生孪晶变形，但只有加入能降低层错能的溶质因素，就能比纯金属更容易出现孪晶。

10.纯金属变形后产生强化的原因？

（9分）答：

位错交割；位错反应；位错增殖。

11含碳量对亚共析钢和过共析钢的力学性能有何影响？

（6分）铁素体硬度和强度低，塑性好，渗碳体硬而脆。

珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，渗碳体分布到铁素体上起强化作用。

亚共析钢随碳含量上升，强度和硬度上升，塑性下降；过共析钢，除珠光体外，晶界上还有二次渗碳体，wc小于1%影响不大，大于1%时，塑性很

低，脆性大大增加。

12.影响固溶体形成的主要因素？

（8分）

（1）尺寸因素

（2）晶体结构（3）电负性差（4）电子浓度。

13.高分子材料合成的主要反应类型是什么？

（4分）

加聚反应和缩聚反应。

四、论述题（共30分，每小题15分）

1.试论述影响再结晶的因素。

答：

（1）临界变形度

（2）临界变形度越小，开始再结晶的温度越高；

（3）变形量越大，再结晶后的晶粒越细；（4）微量元素可提高再结晶温度或延迟过程；（%）第二相影响，尺寸大，易发生，尺寸小，抑制；（6）原始结晶时间越细，或退火时间越长，

降低再结晶温度。

2.试论述金属冷却变形对性能（力学）与组织的影响。

、

答：

（1）冷变形金属的力学性能。

随着变形的增加，金属的屈服强度和抗拉强度不断提高，特别是屈服强度升高很快，导致屈强比增加，塑性和韧性降低。

（2）对组织的影响。

等轴状

晶体经过拉拔和冷轧后延拉拔和轧制方向深长，晶界可能模糊。

可能形成纤维组织，也可能位错胞状结构，性能上可能产生各项异性。

（3）变形结构（4）残余应力（5）电导率下降（6）抗腐蚀性下降。

2014年材料科学基础真题回忆版主要变化有三：

一在题型上，前些年的名词解释、作图题等常考题目被选择题、填空题、判断对错题取代，上述三类题型分别是20道（40分）、20道（20分）、15道（15分）

计算题是关于立方晶体的临界形核半径和临界形核功的推导（10分）一个复杂相图标出各相区并计算室温下某成分点的相组成（10分），很常规思维题并没让写

出反应式和反应过程，画出冷却曲线，计算组织组成等也没有出铁碳相图，关于菲克定律定义的描述、各物理量的意义和单位以及扩散浓度和时间计算。

（15分）

其余是四道问答题（40分这是自考这门课以来每年都会考的题型）；变化二是在考点上：

往年不常考的知识点或是几乎从未考过的知识点如高分子在升温时的弹性模量的变化情况、晶体的对称性（晶面、反演、中心对称等）拓扑密堆相的特点、蠕变的影响因素、三元相图的等温面和垂直截面和三元四相共晶反应以及三元四相渗层能否出现三相平衡、三元共晶反应（相律的运用）、非晶态、平衡偏聚对层错和扩展位错的影响，过冷度对动态回复和再结晶及晶体生长形态的影响、粗糙和光滑、结构对再结晶和组织形态和力学性能的影响。

10/10