北京科技大學2010-2014材料科學基礎考研真題

1、 2010答案：一、1.低碳鋼在一定條件下形變時，應力-應變曲線的大致規(guī)律是首先發(fā)生線性彈性變形，達到屈服時發(fā)生塑性變形直至斷裂。特殊的地方在于應力-應變曲線上常常出現上下屈服點，這與c間隙原子對位錯的釘扎作用有關?；茊訒r抗力較大（上屈服點），這主要是間隙原子聚集在位錯上（柯氏氣團）釘扎了位錯；滑移進行時抗力較小(下屈服點)，位錯一旦擺脫了頂扎后便不受影響。2金屬及合金由液體變?yōu)楣腆w的過程稱為凝固，凝固包含形核和晶體長大的過程。金屬晶體凝固時具有粗糙型固液界面且各向異性較弱，形貌主要受溫度場控制。在負溫度梯度下，粗糙界面的金屬局部一旦有突出，便深入過冷區(qū)以樹枝狀快速伸向液體形成枝晶；固溶體

2、合金的凝固屬異分凝固，成分過冷(包括由溫度引起的過冷和濃度引起的過冷)的變大，生長速率變大，界面又胞狀轉變?yōu)橹L。3.上坡擴散:與一般的擴散方式不同，擴散向著高濃度方向（即和濃度梯度相同的方向）而進行，此時擴散驅動力不是濃度梯度二十化學位梯度。如si在c鋼種的擴散。4.二次再結晶：物質發(fā)生回復再結晶時，在再結晶晶粒的長大階段正常長大過程被抑制而發(fā)生少數晶粒異常長大的現象。二圖：畫出一個FCC單胞在（111）上畫一條<110>直線即可。位錯類型為螺型位錯，因為位錯線方向和柏氏矢量的方向平行。位錯運動受阻后，不能轉到其他晶面上繼續(xù)運動。這是因為螺型位錯的受力特點決定了他只能在滑移面

3、上運動，不能攀移到其他滑移面。三固溶體的脫溶過程主要是指過飽和的固溶體不斷形成一個成分不同的新相，母相則由過飽和狀態(tài)逐漸變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，當母相完全飽和時脫溶即宣告結束。最佳失效溫度為150°，脫溶貫序過程：過飽和固溶體GP區(qū) 其中GP區(qū)是銅原子富集區(qū)：、是四方結構亞穩(wěn)相，圓盤狀，沿基體的100面析出，具有共格/半共格界面，與基體存在特定的取向關系；是四方結構穩(wěn)定相，不規(guī)則形狀。脫溶強化時存在時效硬化曲線，硬度隨時間變化先增大到達峰值后逐漸降低，硬度峰值大多位于充分發(fā)展階段，出現后硬度開始下降；合金飽和度越大，硬化開始越早所達到峰值越大。四晶體結構指的是晶體內部原子實際的排列方式；空間點

4、陣是在空間由點排列成的無限陣列，其中每一個點都和其他所有點具有相同的環(huán)境；兩者之間的關系可用“空間點陣+基元=晶體結構”來描述?？臻g點陣只有14種，基元可以是無窮多種，因面構成的具體的晶體結構也是無窮多種。五液態(tài)相變和固態(tài)相變兩者的相同點：都是相變，由形核、長大組成；臨界形核半徑、臨界形核功形式相同，轉變動力學也相同，相變的驅動力都是新舊兩相化學位差。不同點：固態(tài)相變阻力多了應變能一項，造成固態(tài)相變的臨界半徑和形核功增大；新相可以以亞穩(wěn)態(tài)方式出現，存在共格半共格界面，特定的取向關系，非均勻形核。固態(tài)相變阻力多了應變能一項，造成固態(tài)相變的臨界半徑和形核功增大；非均勻形核存在特定的取向關系，形成共

5、格半共格界面；生長方面出現慣習現象，形成特殊的組織形態(tài)，如片狀組織；亞穩(wěn)態(tài)的出現減小相變阻力。六離子晶體的結構規(guī)則主要是負離子配位多面體規(guī)則；電價規(guī)則，即電中性；負離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則；不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則；節(jié)約規(guī)則。（具體見上海交大版材料科學基礎P51-52頁）七兩圖的鑄態(tài)組織都包括細晶區(qū)，柱狀晶區(qū)和等軸晶區(qū)。兩幅圖的不同主要是等軸晶區(qū)和柱狀晶區(qū)的范圍不同，前途柱狀晶區(qū)范圍大，等軸晶區(qū)?。缓髨D與之相反。造成這種差異主要是合金組分和攪拌、孕育劑等的加入，澆注溫度等有關。合金的熔點低，利于等軸晶的形成；澆鑄溫度低。溫度梯度越小，攪拌加孕育劑等都有利于等軸晶的形成。八鐵碳相

6、圖見金屬學第二版P251頁。三相反應：包晶反應：L（0.53%C）+-Fe(0.09%C)-Fe(0.17%C)共晶反應：L(4.3%C)-Fe(2.11%C)+Fe3(6.69%C)共析反應：-Fe(0.77%C)-Fe(0.02%C)+Fe3C(6.69%C)1.0%的鋼由液相冷卻時先進入L+奧氏本兩相區(qū)，形成枝晶或等軸狀奧氏相，然后進入奧氏體單相區(qū)；繼續(xù)冷卻到760剩余的奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w，最后的組織是珠光體+網狀二次滲碳體。3.0%的鐵碳合金（鑄鐵）結晶后組織為萊氏體加先共晶奧氏體，緩冷后的室溫組織為珠光體、二次滲碳體和變態(tài)萊氏體。樹枝狀分布的黑色區(qū)域是由先共晶奧氏體轉變成的珠光體。其

7、周圍一圈白色組成物是由先共晶奧氏體析出的二次滲碳體，其余部分為變態(tài)萊氏體。2011年碩士學位研究生入學考試試題試題編號： 814 試題名稱： 材料科學基礎 （共 3 頁）適用專業(yè)： 材料科學與工程 說明： 所有答案必須寫在答題紙上，做在試題或草稿紙上無效。=一、名詞解釋(5分/題，共40分)1、空間點陣 2、臨界分切應力 3、滑移系 4、堆垛層錯 5、調幅分解6、脫溶7、上坡擴散8、再結晶溫度二、分別給出下列離子晶體的布拉菲點陣類型和下面晶胞中正、負離子的個數。(下圖中的點陣參數均為a=b=c，=90º) (15分) NaCl CsCl ZnS CaF2CaTiO3三、寫出面心立方結

8、構和體心立方結構金屬的密排面(或相對密排面)的晶面指數、畫出密排面(或相對密排面)上原子的具體排列情況，并在晶胞中標出所有八面體間隙的位置。(15分) 四、組元A和組元B的熔點分別為1000和700，室溫時B在A的固溶體中的固溶度是xB=0.05，A在B的固溶體中的固溶度是xA=0.10；在700時有一個三相平衡，在此溫度固溶體的成分是xB=0.1，一個成分為xB=0.30的合金在稍高于700時存在50%相和50%液相，在稍低于700時則存在液相和化合物A3B兩相；在500時存在另一個三相平衡，液相(xB=0.65)分解為化合物A3B和固溶體(xB=0.85)兩相。試構造一個合理的A-B二元相

9、圖。(15分)五、根據下面的Al-Cr-Si體系的局部液相面投影圖，寫出該圖中的四相不變反應式。(15分)( 引自J. Phase Equili. Diff. 2009,30(5):462-479) 六、按熱力學參數變化特征，固態(tài)相變可以分為一級相變和二級相變兩類。闡述發(fā)生一級相變和二級相變時熱力學參數的變化特征及相關性質的變化特點。(10分)七、從熱力學（能量）角度分析純金屬在凝固過程中均勻形核時的臨界晶核形成過程。(10分)八、簡述金屬和合金回復與再結晶概念，并討論在回復與再結晶過程中組織與性能的變化情況。(10分)九、討論點缺陷與位錯的交互作用及對位錯運動的影響。這種交互作用在低碳鋼應力

10、-應變曲線和材料加工過程中會出現什么現象？有何防止方法？(10分)十、液體冷卻時形成晶體或非晶玻璃體的內部原因和外部條件是什么？解釋為什么金屬材料凝固時大多形成晶體，而陶瓷材料易于形成非晶玻璃體？(10分)北 京 科 技 大 學2012年碩士學位研究生入學考試試題=試題編號： 814 試題名稱： 材料科學基礎 （共 3 頁）適用專業(yè)： 材料科學與工程 材料工程(專業(yè)學位) 說明： 所有答案必須寫在答題紙上，做在試題或草稿紙上無效。=一、簡答題 (8分/題，共40分)1. 寫出七種晶系的名稱及點陣參數之間的關系；2. 簡述臨界分切應力的概念；3. 給出一級相變和二級相變的分類原則和相變特征；4.

11、 分析金屬或合金的結晶形態(tài)；5. 給出再結晶溫度的定義。二、純Cu晶體在常溫下的點陣常數為a=0.3615nm: 1. 指出其晶體結構類型和配位數（3分）； 2. 簡略計算Cu原子半徑、原子致密度和兩類間隙半徑（6分）； 3. 畫出Cu原子在（111）晶面的分布情況，并計算其晶面間距和原子在晶面上的致密度（6分）。（共15分）三、分別畫出下列離子晶體的布拉菲點陣 (下圖中的點陣參數均為a=b=c，=90º) 。(10分) NaCl CaF2 CaTiO3四、示意畫出下面的Ti-Zr體系中bcc和hcp相在1155、1139、1000和878K 時的Gibbs自由焓-成分曲線

12、。(15分) 五、根據下面的Al-Zn相圖,1. 寫出其中的三相反應式（4分）；2. 畫出x(Zn)=0.80合金的緩慢冷卻曲線，并寫出各階段相對應的組織（8分）；3. 畫出上述合金緩慢冷卻到室溫時的組織示意圖，并計算各組織組成物的相對含量 (8分)。 （共20分） 六、根據上面的Al-Zn相圖，將純Al和Zn形成擴散偶，在600K長時間保溫，示意畫出擴散層中x(Zn)隨擴散距離d的變化曲線及相應出現的物相。（10分）七、一個多晶體試樣經變形后，在再結晶溫度以上退火，請畫出位錯密度、晶粒（不包括亞晶）平均尺寸、強度、塑性以及電阻率隨退火時間變化的示意圖（把各種變化分別畫一個圖，注意它們的對應關

13、系），并對其作出簡單說明。 (10分) 八、敘述金屬或合金塑性變形的主要方式，并分別寫出Al和Mg合金的滑移系， 同時說明每種合金經拉伸變形后的顯微組織形貌特征及產生原因。(10分)九、共析轉變是典型的擴散型固態(tài)轉變，指出其轉變的驅動力和阻力，并討論共析成分合金轉變完成后可能出現的典型組織形態(tài)。(10分)十、結合下面給出的Al-Cu合金時效硬化曲線，討論在不同成分和熱處理條件下可能出現的脫溶貫序，各階段脫溶相的大小、形狀和分布特點、與母相的界面關系及強化效果。(10分) 北 京 科 技 大 學2013年碩士學位研究生入學考試試題=試題編號： 814 試題名稱： 材料科學基礎 （共 4 頁）適用

14、專業(yè)： 材料科學與工程 說明： 所有答案必須寫在答題紙上，做在試題或草稿紙上無效。=一、簡答題 (8分/題，共40分)1. 超點陣；2. 玻璃化轉變溫度；3. 偽共晶；4. 脫溶；5. 二次再結晶。二、圖1是立方ZnS結構示意圖，回答以下問題（共20分）：1. Zn2+的負離子配位數是多少？2. Zn2+占據以S2-密排結構的間隙位置，寫出Zn2+占有位置的坐標；3. 計算ZnS結構的晶格常數(已知Zn2+和S2-的離子半徑分別為0.06 nm和0.18 nm)；4. 計算ZnS結構的致密度。圖1 立方ZnS結構示意圖（第二題圖）三、圖2是在同一滑移面上三組相互平行的相距為d的直位錯，它們的柏

15、氏矢量b的模相等，箭頭指向是柏氏矢量b和位錯線t的方向。問每組的位錯之間是相互吸引還是相互排斥，為什么？（共15分）圖2 三組相互平行的直位錯及其柏氏矢量（第三題圖）四、示意畫出圖3所示的A-B體系中各相在T1、T2、T3和T4溫度時的Gibbs自由焓-成分曲線。(共10分)圖3 A-B二元合金相圖（第四題圖）五、圖4為某三元合金系在T1和T2溫度下的等溫截面。若T1>T2,確定此合金系中存在哪種類型的三相平衡反應？說明判斷理由，并寫出三相反應式。 (共10分)圖4 A-B-C三元系等溫截面（第五題圖）六、由材料A和B組成雙層平板，A板厚度為L，B板厚度為2L，如圖5所示。擴散組元在A板

16、一側表面的濃度為c=c0(常數)，在B板一側表面的濃度一直保持為c=0。假設：擴散組元不與A和B形成新相；在A和B中擴散系數均為常數，分別是D1和D2；擴散組元在A/B界面濃度保持連續(xù)；A和B相互之間不擴散。求擴散在穩(wěn)態(tài)時的擴散流量。(共15分)圖5 A和B組成雙層平板示意圖（第六題圖）七、什么是動態(tài)回復?什么是動態(tài)再結晶?分別畫出在相同溫度時高、低應變速率下動態(tài)回復和動態(tài)再結晶的真應變真應力曲線示意圖，并給出簡單解釋。(共10分)八、常溫下單相合金塑性變形有哪些主要方式，說明拉伸變形后相應的顯微組織形貌特征。(共10分)九、圖6為3個不同成分（0.45%C, 3.4%C, 4.7%C）的鐵碳

17、合金緩冷凝固組織（硝酸酒精浸蝕樣品），回答以下問題（共20分）。1. 說明每個圖對應的是哪個成分的合金，為什么？2. 分析圖6(c)中組織的凝固過程，并計算該合金中白色長條狀組織的重量相對量。 (a) (b) (c)圖6 鐵碳合金緩冷凝固組織（第九題圖）北 京 科 技 大 學2014年碩士學位研究生入學考試試題=試題編號： 814 試題名稱： 材料科學基礎 （共 3 頁）適用專業(yè)： 材料科學與工程，材料工程（專業(yè)學位） 說明： 所有答案必須寫在答題紙上，做在試題或草稿紙上無效。=一. 簡述題（5分/小題，共30分）1. 再結晶溫度2. 相平衡條件3. 上坡擴散4. 空間點陣5. 堆垛層錯6.

18、臨界分切應力二、 分別回答后述幾個問題：1. 指出金屬液相結晶時的熱力學條件，它一定需要過冷嗎？為什么？2. 如何確定液相結晶時的臨界晶核半徑，在相同的過冷度下，均勻形核與非均勻形核的臨界晶核半徑和臨界晶核形成能哪個大？為什么？3. 反過來，結晶金屬熔化時一定需要過熱嗎？為什么？4. 能否用經典形核理論討論再結晶的形核，為什么？（20分）三、 回答以下問題：1. 晶體缺陷主要有哪幾種？2. 其中點缺陷主要有哪兩種?有哪些方法或手段可提高其數量？3. 當點缺陷擴散到刃位錯周圍時，會出現什么現象？位錯的運動受到怎樣的影響？4. 如果點缺陷擴散到一般大角晶界上，又會出現什么現象？晶界的運動受到怎樣的影響？(20分)。四、 圖1為由A、B原子組成的一個晶體單胞，點陣參數a=b=c，a=b=g=90°；回答下列問題：1. 如果A、B原子可以隨機占據所有可能的位置，該晶胞對應哪種布拉菲點陣？2. 如果A只在（0,0,0）位置，B只在（1/2,1/2,1/2）位置，又對應哪種布拉菲點陣？3. 下列單質及化合物