西北工业大学材料科学基础考研课程试题集.docx

《材料科学基础》考试大纲一、 考试内容1•工程材料中的原子排列(1) 原子键合，工程材料种类；(2) 原子的规则排列：晶体结构与空间点陈，晶向及晶面的特点及表示， 金属的晶体结构，陶瓷的晶体结构3) 原子的不规则排列：点、线、面缺陷的类型及特征，位错的弹性性质， 实际晶体中的位错2 •固体中的相结构(1) 固溶体的分类、性能及特征(2) 金属间化合物的分类、性能及特征；(3) 玻璃相性能及特征3 •凝固与结晶(1) 结晶的基本规律、基本条件；(2) 晶核的形成与长大；(3) 结晶理论的应用4 •二元相图(1) 相图的基本知识；(2) 二元匀晶相图及固溶体的结晶，共晶相图及共晶转变，包晶相图及包 晶转变；(3) 二元相图的分析方法，其他类型二元相图及其应用，相图的热力学基 础5 •固体中的扩散：(1) 扩散定律及其应用；(2) 扩散的微观机理，影响扩散的因素；(3) 扩散的热力学理论；(4) 反应扩散6. 塑性变形：(1) 单晶体的塑性变形；(2) 多晶体的塑性变形；(3) 合金的塑性变形；(4) 冷变形金属的组织与性能，超塑性7. 回复与与结晶：(1) 冷变形金属在加热时的变化；(2) 回复机制；(3) 再结晶及再结晶后的晶粒长大；(4) 金属的热变形。

二、 参考书目1. 《材料科学基础》(第二版)，刘智恩，西北工业大学出版社， 20032. 《材料科学基础》，胡庚祥，蔡珣，上海交通大学出版社， 20003. 《材料科学基础》，石德珂，西安交通大学出版社， 20004. 《材料科学基础》，潘金生，仝健民，清华大学出版社， 19982004年西北工业大学硕士研究生入学试题一、简答题：(共40分，每小题8分)1、 请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？2、 请简述影响扩散的主要因素有哪些3、 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？4、 有哪些因素影响形成非晶态金属？为什么？5、 合金强化途径有哪些？各有什么特点？、计算、作图题：(共60分，每小题12分)1、 求［111］和［201］两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来2、 氧化镁(MgO具有NaCI型结构，即具有 &离子的面心立方结构问：(1) 若其离子半径rMg2 =0.066nm,「2- = 0.140nm,则其原子堆积密度 为多少？(2) 如果「Mg2 /「2-= 0.41，则原子堆积密度是否改变？3、 已知液态纯镍在1.013 X105Pa( 1大气压)，过冷度为319 K时发生均 匀形核，设临界晶核半径为1nm纯镍熔点为1726 K，熔化热△ 18075J/mol，摩尔体积VS = 6.6cm3/mol，试计算纯镍的液—固界面能和临 界形核功。

4、 图示为Pb-Sn-Bi相图投影图问：(1) 写出合金Q(wBi = 0.7，wSn= 0.2 )凝固过程及室温组织；(2) 计算合金室温下组织组成物的相对含量Sn叫 P 比 日ih-JIO5、有一钢丝（直径为1mrh包复一层铜（总直径为2mrh若已知钢的屈服 强度（T st = 280MPa弹性模量 巳=205GPa铜的（T cu= 140MPa弹性模量 氐=110GPa 问：（1） 如果该复合材料受到拉力，何种材料先屈服？（2） 在不发生塑性变形的情况下，该材料能承受的最大拉伸载荷是多 少？（3） 该复合材料的弹性模量为多少？三、综合分析题：（共50分，每小题25分）1、 某面心立方晶体的可动滑移系为（111）、［110］1） 请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量；（2） 若滑移由刃位错引起，试指出位错线的方向；（3） 请指出在（2）的情况下，位错线的运动方向；（4） 假设在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试计算单位刃位错线受力的大小和方向（取点阵常数为 a= 0.2 nm）2、 若有，某一 Cu-Ag合金（畑=0.075，%= 0.925） 1Kg，请提出一种方案 从该合金中提炼出100g的Ag,且要求提炼得到的Ag中的Cu含量wCu低 于0.02。

假设液相线和固相线固相线均为直线）1 0S5X?2005年西北工业大学硕士研究生入学试题一、简答题（每题8分，共40分）1•请简述二元合金结晶的基本条件有哪些2. 同素异晶转变和再结晶转变都是以形核长大方式进行的，请问两者之间有何 差别？3. 两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区别？4. 请简述扩散的微观机制有哪些？影响扩散的因素又有哪些？5. 请简述回复的机制及其驱动力计算、作图题：(共60分，每小题12 分)1. 在面心立方晶体中，分别画出 1 ' -」、’ 「厂 和、 八〔',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？2•请判定下列位错反应能否进行，若能够进行，请在晶胞图上做出矢量图1)^[TT1]+-[111]»㈣]2 j(2)J[iiO]^-[i2T]+^2n]2 6 63•假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为 I :丿-，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？4. 若将一块铁由室温20r加热至850C，然后非常快地冷却到20r，请计算处 理前后空位数变化(设铁中形成1mol空位所需的能量为104675 J,气体常数为 8.314J/molK)。

5. 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(已知 TA>TD );(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：(共50分，每小题25分1. 请对比分析加工硬化、细晶强化、弥散强化、复相强化和固溶强化的特点和 机理2•请根据所附二元共晶相图分析解答下列问题：(1) 分析合金I、II的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；(2) 说明室温下I、II的相和组织是什么？并计算出相和组织的相对含量；(3) 如果希望得到共晶组织和5%的B初的合金，求该合金的成分；(4) 分析在快速冷却条件下，I、II两合金获得的组织有何不同A 580 3C EA2006年西北工业大学硕士研究生入学试题一、 简答题（每题10分，共50分）1•试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点2. 位错密度有哪几种表征方式？3. 陶瓷晶体相可分为哪两大类？有何共同特点？4. 冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧 变薄时，又应进行何种热处理？5. 扩散激活能的物理意义为何？试比较置换扩散和间隙扩散的激活能的大小二、 作图计算题（每题15分，共60分）1. 已知碳在 丫― Fe 中扩散时，D 0 = 2.0 X0 - 5 m 2 /s，Q = 1.4 X05 J/mol。

当温度由927 C上升到1027 C时，扩散系数变化了多少倍？（气 体常数 R=8.314 J/（mol.K））2. 已知某低碳钢（T 0 =64KPa, K=393.7，若晶粒直径为50卩m,该低碳钢 的屈服强度是多少？3. 试计算BCC晶体最密排面的堆积密度4. -和--均位于Fee铝的（111）晶面上，因此理论上 I和（111）1112］的滑移均是可能的1 ）画出（111）晶面及单位滑移矢量--和■ - O（2 ）比较具有此二滑移矢量的位错的能量三、 综合分析题（每题 20分，共40分）1. 试从晶界的结构特征和能量特征分析晶界的特点2. 试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的 影响2004年西北工业大学硕士研究生入学试题参考答案一、 简答题：（共40分，每小题8分）1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？ 答：相同点：小原子溶入不同点：间隙固溶体保持溶剂（大原子）点阵； 间隙相、间隙化合物改变了大原子点阵，形成新点阵间隙 相结构简单；间隙化合物结构复杂2、 请简述影响扩散的主要因素有哪些答：影响扩散的主要因素：（1）温度；（2） 晶体结构与类型；（3） 晶体缺陷；（4） 化学成分。

3、 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？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 >rk的晶胚；（2）获得A> A* （临界形核功）的形核功4、 有哪些因素影响形成非晶态金属？为什么？答：液态金属的粘度：粘度越大原子扩散越困难，易于保留液态金属结构冷却速度；冷却速度越快，原子重新排列时间越断，越容易保留液态金 属结构5、 合金强化途径有哪些？各有什么特点？答：细晶强化、固溶强化、复相强化、弥散强化（时效强化）加工硬化二、 计算、作图题：_（共60分，每小题12分）1、求［111］和［201］两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来答：设所求的晶面指数为（h k l ）2、氧化镁（MgO具有NaCl型结构，即具有8离子的面心立方结构问:1 -1-1 1:1 10 -1-1 2:2 0h: k:l则= (112)答:(1)点阵常数a =2(%.心_) =0.412nm3、已知液态纯镍在1.013 xiO5Pa( 1大气压)，过冷度为319 K时发生均 匀形核，设临界晶核半径为1nm纯镍熔点为1726 K，熔化热△ Hn= 18075J/mol，摩尔体积VS = 6.6cm3/mol，试计算纯镍的液—固界面能和临 界形核功。

r答：因为2 二 小 L ：H ：H ：TGB :r AGb r AH AT所以 2 2Tm= 2.53 10 ^J /cm216二;-33 Gb伫於“.6 10」9J3 H T△Gb Tm Tm4、图示为Pb-Sn-Bi相图投影图问:(1) 写出合金Q(WBi = 0.7，WSn= 0.2 )凝固过程及室温组织；(2) 计算合金室温下组织组成物的相对含量答：(1)冷却至液相面析出Bi: L >Bi初，随温度降低Bi增多，液相成 分延Bi-Q的延长线向EE移动；液相成分达到EbE后发生共晶反应，L > (Sn+ Bi)共，液相成分延 吕E 向E移动；液相成分达到E后，发生三元共晶反应L > (Sn+ Bi +B)共，随后冷 却不再变化室温组织为：Bi初+( Sn+ Bi)共+(Sn+ Bi +B)共(2) w^i 初=2.88 ； W(Sn+ Bi )共=0.407 ； W(sn + Bi +卩)共=0.3055、有一钢丝(直径为1mm包复一层铜(总直径为2mm若已知钢的屈 服强度(T st = 280MPa弹性模量Est = 205GPa铜的c cu= 140MPa弹性 模量 Edu= 110GPa 问：(1) 如果该复合材料受到拉力，何种材料先屈服？(2) 在不发生塑性变形的情况下，该材料能承受的最大拉伸载荷是多 少？(3) 该复合材料的弹性模量为多少？答；两金属的弹性应变相等，即：(二 / E)st = ；st = ；cu =(二 / E。