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西工大考研入学试题
西北工业大学
2009年硕士研究生入学考试试题
试题名称:
材料科学基础(B卷)试题编号:
832
说明:
所有答题一律写在答题纸上第1页共3页
1.
[endif]>简答题(每题10分,共60分)
1.在位错发生滑移时,请分析刃位错、螺位错和混合位错的位错线l与柏氏矢量b、外加切应力τ与柏氏矢量b、外加切应力τ与位错线l之间的夹角关系,及位错线运动方向。
(请绘表格作答,答案务必写在答题册上)
2.什么是置换固溶体?
影响置换固溶体溶解度的因素有哪些?
形成无限固溶体的条件是什么?
3.置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同?
在扩散偶中,如果是间隙扩散,是否会发生柯肯达尔效应?
为什么?
4.在室温下对铁板(其熔点为1538℃)和锡板(其熔点为232℃),分别进行来回弯折,随着弯折的进行,各会发生什么现象?
为什么?
5.何为固溶强化?
请简述其强化机制。
6.请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1.请比较FCC晶体中
和
两位错的畸变能哪个较大。
2.面心立方晶体沿[001]方向拉伸,可能有几个滑移系开动?
请写出各滑移系指数,并分别绘图示之。
3.在Al单晶中,(111)面上有一位错
,
面上另一位错
。
若两位错发生反应,请绘出新位错,并判断其性质。
4.请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。
1)综合分析题(每题25分,共50分)
1.请分析影响回复和再结晶的因素各有哪些,以及影响因素的异同,并请分析其原因。
2.附图为Ti-Al二元合金相图:
1)请分析并分别写出1285℃、1125℃和665℃三个恒温转变的类型和反应式,以及882℃时发生两相恒温转变的类型和反应式。
2)请绘出w=31%合金平衡结晶的冷却曲线,并注明各阶段的主要相变反应。
3)请分析500℃时,w=31%的合金平衡结晶的相组成物和组织组成物,并计算其质量分数。
(注:
1125℃时,wTi=27%,wTi3Al=26%,wTiAl=35%;
500℃时,wTi3Al=23%,wTiAl=35%)
2009年西北工业大学硕士研究生入学试题参考答案
一、简答题(每题10分,共60分)
1.在位错发生滑移时,请分析刃位错、螺位错和混合位错的位错线l与柏氏矢量b、外加切应力τ与柏氏矢量b、外加切应力τ与位错线l之间的夹角关系,及位错线运动方向。
(请绘表格作答,答案务必写在答题册上)
答:
2.什么是置换固溶体?
影响置换固溶体溶解度的因素有哪些?
形成无限固溶体的条件是什么?
答:
溶质原子取代溶剂原子,并保持溶剂结构的合金相称为置换固溶体。
影响因素有:
1)原子尺寸;2)晶体结构;3)电负性;4)电子浓度
两组元晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件。
3.置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同?
在扩散偶中,如果是间隙扩散,是否会发生柯肯达尔效应?
为什么?
答:
间隙扩散系数与空位浓度无关,而置换扩散系数与空位浓度有关(可用公式表示)。
一般地,间隙扩散系数大于置换扩散系数。
不会发生。
因为间隙扩散中考虑间隙原子定向流动,未考虑置换互溶式扩散。
4.在室温下对铁板(其熔点为1538℃)和锡板(其熔点为232℃),分别进行来回弯折,随着弯折的进行,各会发生什么现象?
为什么?
答:
根据T再=(0.35~0.45)Tm可知
Fe在室温下加工为冷加工,Sn在室温下加工为热加工
因此随着弯曲的进行,铁板发生加工硬化,继续变形,导致铁板断裂
Sn板属于热加工,产生动态再结晶,弯曲可不断进行下去
5.何为固溶强化?
请简述其强化机制。
答:
固溶强化就是溶质原子阻碍位错运动,从而使合金强度提高的现象。
主要机制包括:
1)柯氏气团,即溶质原子的弹性应力场阻碍位错运动;2)玲木气团,即溶质原子降低基体层错能,使位错分解为扩展位错,阻碍位错交滑移或攀移;3)电交互作用,即带电溶质原子与位错形成静电交互作用,阻碍位错运动。
6.请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。
答:
相同点:
恒温、恒成分转变;相图上均为水平线。
不同点:
共晶为分解型反应,包晶为合成型反应;共晶线全是固相线,包晶线只有部分是固相线;共晶三角在水平线上,包晶三角在水平线下。
二、作图计算题(每题10分,共40分)
4.请比较FCC晶体中
和
两位错的畸变能哪个较大。
答:
故:
b1的畸变能较小。
5.面心立方晶体沿[001]方向拉伸,可能有几个滑移系开动?
请写出各滑移系指数,并分别绘图示之。
答:
共12个滑移系,其中可能开动的有8个。
分别是:
、
、
、
、
6.在Al单晶中,(111)面上有一位错
,
面上另一位错
。
若两位错发生反应,请绘出新位错,并判断其性质。
答:
新位错为
。
位错线为(111)面与
面的交线
。
两者垂直,因此是刃型位错。
4.请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。
答:
1)综合分析题(每题25分,共50分)
1.请分析影响回复和再结晶的因素各有哪些,以及影响因素的异同,并请分析其原因。
回复
再结晶
原因
温度(升)
促进
促进
促进原子扩散
冷变形量(增)
促进
促进
提供驱动力
溶质原子
阻碍
阻碍
阻碍位错和晶界的运动
第二相粒子
促进
促进或阻碍
即可能提高驱动力,同时阻碍位错和晶界运动
原始晶粒(细小)
促进
促进
增大再结晶驱动力
晶粒位向
无影响
无影响
热蚀沟
无影响
一般无影响
尚未形成热蚀沟
2.附图为Ti-Al二元合金相图:
4)请分析并分别写出1285℃、1125℃和665℃三个恒温转变的类型和反应式,以及882℃时发生两相恒温转变的类型和反应式。
5)请绘出w=31%合金平衡结晶的冷却曲线,并注明各阶段的主要相变反应。
6)请分析500℃时,w=31%的合金平衡结晶的相组成物和组织组成物,并计算其质量分数。
(注:
1125℃时,wTi=27%,wTi3Al=26%,wTiAl=35%;500℃时,wTi3Al=23%,wTiAl=35%)
答:
1)1285℃:
包析反应,βTi+TiAl→Ti
1125℃:
共析反应,Ti→Ti3Al+TiAl
665℃:
包晶反应,L+TiAl3→Al
882℃:
同素异构转变,βTi→Ti
相组成:
Ti3Al、TiAl
组织组成:
TiAl、(Ti3Al+TiAl)共
二、
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西北工业大学
2008年硕士研究生入学考试试题
试题名称:
材料科学基础(A卷)试题编号:
832
说明:
所有答题一律写在答题纸上第1页共3页
一、简答题(每题10分,共60分)
1.固态下,无相变的金属,如果不重熔,能否细化晶粒?
如何实现?
2.固体中有哪些常见的相结构?
3.何谓平衡结晶?
何谓非平衡结晶?
4.扩散第一定律的应用条件是什么?
对于浓度梯度随时间变化的情况,能否应用扩散第一定律?
5.何为织构?
包括哪几类?
6.什么是成分过冷?
如何影响固溶体生长形态?
二、作图计算题(每题15分,共60分)
7.请分别写出FCC、BCC和HCP晶体的密排面、密排方向,并计算密排面间距和密排方向上原子间距。
8.请绘出面心立方点阵晶胞,并在晶胞中绘出(110)晶面;再以(110)晶面平行于纸面,绘出(110)晶面原子剖面图,并在其上标出[001],
,
晶向。
9.已知H70黄铜在400℃时完成再结晶需要1小时,而在390℃下完成再结晶需2小时,请计算在420℃下完成再结晶需要多长时间?
10.一个FCC晶体在
方向在2MPa正应力下屈服,已测得开动的滑移系是
,请确定使该滑移系开动的分切应力τ。
三、综合分析题(30分)
1.请根据Fe-Fe3C相图分析回答下列问题:
(17分)
1)请分析2.0wt.%C合金平衡状态下的结晶过程,并说明室温下的相组成和组织组成。
2)请分析2.0wt.%C合金在较快冷却,即不平衡状态下,可能发生的结晶过程,并说明室温下组织会发生什么变化。
3)假设将一无限长纯铁棒置于930℃渗碳气氛下长期保温,碳原子仅由棒顶端渗入(如图所示),试分析并标出930℃和缓冷至室温时的组织分布情况。
(绘制在答题纸上)
2.
图示Cu-Cd二元相图全图及其400℃~600℃范围的局部放大:
(13分)
7)请根据相图写出549℃、547℃、544℃、397℃和314℃五条水平线的三相平衡反应类型及其反应式;
8)已知β相成分为wcd=46.5%,400℃时γ相的成分为wcd=57%,请计算400℃时wCd=50%合金的相组成。
2008年西北工业大学硕士研究生入学试题参考答案
三、简答题(每题10分,共60分)
7.固态下,无相变的金属,如果不重熔,能否细化晶粒?
如何实现?
答:
可以。
.通过进行适当冷变形,而后在适当温度再结晶的方法获得细晶(应主意避开临界变形度和避免异常长大)。
或进行热加工,使之发生动态再结晶。
8.固体中有哪些常见的相结构?
答:
固体中常见的相结构有:
固溶体(单质)、化合物、陶瓷晶体相、非晶相、分子相。
9.何谓平衡结晶?
何谓非平衡结晶?
答:
平衡结晶是指结晶速度非常缓慢,液相和固相中扩散均很充分的情况下的结晶。
非平衡结晶是指结晶速度比较快,扩散不充分的情况下的结晶。
10.扩散第一定律的应用条件是什么?
对于浓度梯度随时间变化的情况,能否应用扩散第一定律?
答:
扩散第一定律的应用条件是稳态扩散,即与时间无关的扩散。
对于非稳态扩散的情况也可以应用扩散第一定律,但必须对其进行修正。
11.何为织构?
包括哪几类?
答:
织构是晶体中晶面、晶向趋于一致现象。
织构包括再结晶织构和变形织构。
其中变形织构又包括丝织构和板织构。
12.什么是成分过冷?
如何影响固溶体生长形态?
答:
凝固过程中,随液固界面的推进,液固界面附近液相一侧产生溶质原子富集,导致液相的熔点发生变化,由此产生的过冷现象称为成分过冷。
无成分过冷时,固溶体以平面状生长,形成等轴晶;有较小过冷度时,形成胞状组织;有较大成分过冷时,形成树枝晶。
二、作图计算题(每题15分,共60分)
11.请分别写出FCC、BCC和HCP晶体的密排面、密排方向,并计算密排面间距和密排方向上原子间距。
答:
晶体结构
密排面
密排方向
密排面间距
密排方向原子间距
FCC
{111}
<110>
BCC
{110}
<111>
HCP
{0001}
a
12.请绘出面心立方点阵晶胞,并在晶胞中绘出(110)晶面;再以(110)晶面平行于纸面,绘出(110)晶面原子剖面图,并在其上标出[001],
,
晶向。
答:
13.已知H70黄铜在400℃时完成再结晶需要1小时,而在390℃下完成再结晶需2小时,请计算在420℃下完成再结晶需要多长时间?
答:
在两个不同的恒定温度产生相同程度的再结晶时,
两边取对数,并比之得
t3=0.26h
14.一个FCC晶体在
方向在2MPa正应力下屈服,已测得开动的滑移系是
,请确定使该滑移系开动的分切应力τ。
答:
三、综合分析题(30分)
3.请根据Fe-Fe3C相图分析回答下列问题:
(17分)
4)请分析2.0wt.%C合金平衡状态下的结晶过程,并说明室温下的相组成和组织组成。
5)请分析2.0wt.%C合金在较快冷却,即不平衡状态下可能发生的结晶过程,并说明室温下组织会发生什么变化。
6)假设将一无限长纯铁棒置于930℃渗碳气氛下长期保温,碳原子仅由棒顶端渗入(如图所示),试分析并标出930℃和缓冷至室温时的组织分布情况。
答:
2)L——L→γ——γ——γ→Fe3CII——γ→α+Fe3C——α→Fe3CIII
相组成:
α+Fe3C组织组成:
P+Fe3CII(忽略Fe3CIII)
3)根据冷速不同,可能出现共晶反应,得到Ld;得到的P层片细小;Fe3CII的析出将收到抑制,甚至不析出。
4)附图如下
4.图示Cu-Cd二元相图全图及其400℃~600℃范围的局部放大:
(13分)
9)请根据相图写出549℃、547℃、544℃、397℃和314℃五条水平线的三相平衡反应类型及其反应式;
10)已知β相成分为wcd=46.5%,400℃时γ相的成分为wcd=57%,请计算400℃时wCd=50%合金的相组成。
答:
1)549℃:
包晶反应,(Cu)+L→β
547℃:
包晶反应,β+L→γ
544℃:
共晶反应,L→γ+δ
397℃:
包晶反应,δ+L→ε
314℃:
共晶反应,L→ε+(Cd)
2)
或
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