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中南大学考试试卷2012 -- 2012 学年 下 学期 时间110分钟材料科学基础 课程 56 学时 3.5 学分 考试形式： 闭 卷 专业年级： 材料科学09 总分100分，占总评成绩 70 %一、填空（每空0.5分，共20分）1. 点阵常数是指__________________________________________。
以点阵常数a 为单位，fcc 晶体的原子半径是___________，bcc 晶体的原子半径是____________，fcc 晶体（110）面的晶面间距是_______________________，[110]方向的原子间距为_______________，fcc 晶体的结构原子体积为_____________________。
2. fcc 结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______；致密度为___________；配位数是________________；晶胞中原子数为___________；bcc 结构的密排方向是_______，密排面是_____________致密度为___________配位数是________________ 晶胞中原子数为___________；hcp 结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______，致密度为___________配位数是________________，晶胞中原子数为___________。
3.Fe-Fe3C 相图中，铁素体是指 ，奥氏体指 ，珠光体指 ，莱氏体指 ，变态莱氏体指 。
二次渗碳体一般形态为 。
4. 影响正常价化合物形成的主要因素是_____________________________。
5. 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是：（1）_______________________；（2）___________________________;（3）_______________________；（4）___________________________和环境因素。
2008年材料科学基础真题一、名词解释（每题5分，共40分）1.空间点阵：组成晶体的粒子（原子、离子或分子）在三维空间中形成有规律的某种对称排列，如果我们用点来代表组成晶体的粒子，这些点的空间排列就称为空间点阵。
2.中间相：金属与金属，或金属与非金属（氮、碳、氢、硅）之间形成的化合物总称为金属间化合物。
由于金属间化合物在相图中处于相图的中间位置，故也称为中间相。
3.全位错：柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错。
4.共格界面：所谓共格晶界，是指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上，即两相的晶格是彼此衔接的界面上的原子为两者共有。
5.滑移临界分切应力：滑移系开动所需的最小分切应力；它是一个定值，与材料本身性质有关，与外力取向无关。
6.包晶转变：成分为H点的δ固相，与它周围成分为B点的液相L，在一定的温度时，δ固相与L液相相互作用转变成成分是J点的另一新相γ固溶体，这一转变叫包晶转变或包晶反应。
即HJB---包晶转变线，LB+δH→γJ7.再结晶：塑性变形金属后续加热过程通过形核与长大无畸变等轴晶逐渐取代变形晶粒的过程。
8.上坡扩散：在化学位差为驱动力的条件下，原子由低浓度位置向高浓度位置进行的扩散。
二、简答题（每题8分，共56分）1.采用四轴坐标系标定六方晶体的晶向指数时，应该有什么样的约束条件？为什么？答：晶向指数可用｛u v t w｝来表示，这里u + v = - t根据六方晶系的对称特点，对六方晶系采用a1，a2，a3及c四个晶轴，a1，a2，a3之间的夹角均为120度，这样，其晶面指数就以(h k i l）四个指数来表示。
根据几何学可知，三维空间独立的坐标轴最多不超过三个。
前三个指数中只有两个是独立的，它们之间存在以下关系：i ＝－( h + k ) 。
采用4轴坐标时，晶向指数的确定原则仍同前述，晶向指数可用｛u v t w｝来表示，这里u + v = - t2.写出FCC 、BCC 、HCP 晶体的密排面、密排面间距、密排方向、密排方向最小原子间距。
晶带和晶带轴:许多平行于同一晶向的不同的晶面组的总称为晶带,而与这些晶面组平行的晶向称为晶带轴.图1为简单立方点阵晶胞,其中ABC 面的面指数是(101),AD 的晶向指数是[111]. 标出hcp 晶胞中晶面ABCDEF 面、ABO 面的晶面指数, OC 方向、OC 方向的晶向指数 ABCDEF 面的晶面指数为(0001)或(001);O AB '面的晶面指数为)1110(; OC 方向的晶向指数 为]0121[或[010];C O '方向的晶向指数为]3121[或[011].画出fcc 晶胞中(111)晶面上的所有[110]晶向;在hcp 晶胞中画出]0211[晶向和)0011(晶面.布拉菲点阵:应该是考虑点阵上的阵点的具体排列而得到的点阵具体排列形式，而不是强调是布拉菲数学计算得到的十四种排列.非晶体:应该是强调组成质点的排列是否规则，而不是强调是一种新的相.试说明晶界对材料性能及变形的影响.晶界影响到材料的各个方面,具有晶界能,影响到多晶材料中的第二相的形状,晶界可以运动,有晶界偏聚,晶界电荷变化,承担载荷传递作用,晶界熔点低,易过烧,晶界是易扩散通道,晶界处易形核,晶界易受腐蚀;晶界对金属材料在常温下强化,高温下弱化.根据等径刚球模型,计算fcc 、bcc 、hcp 晶胞的原子个数,致密度,配位数,原子半径与点阵常数a 的关系,指出晶胞中的密排方向和密排面 考虑hcp 晶胞的配位数,原子半径与点阵常数a 的关系,应该考虑到c/a 的关系c/a ＝1.633,配位数＝12;原子半径r ＝a/2;c/a ≠1.633,配位数＝6＋6;同一个面,原子半径r ＝a/2,不同原子层面上r ＝(c 2/3＋a 2/4)1/2画出一个fcc 晶胞中的{111}面，并画出在（111）面上的<110>方向，指出其晶向指数，在一个晶胞中共有多少这样的{111}<110>组合。
材料科学与工程学院硕士研究生入学专业考试大纲根据材料院教授（学术）委员会的研究决定，材料院硕士研究生入学专业试题形式为1+4的模式：“1”为所有考生必答题模块，占50分，主要考点为材料科学与工程学科基础；“4”为专业特色模块，各占100分，其专业特色模块名称为：材料物理、材料化学（含无机非）、材料学、材料加工，考生可根据自身的优势选择其中的1个模块答题。
材料物理模块考点：一、X射线的产生和性质X射线的本质；X射线的波长范围；连续辐射；标志辐射（特征辐射）；连续X射线谱；特征X射线谱；短波限；X射线命名规则；X射线相干散射；X射线非相干散射；光电效应；二次特征辐射（荧光辐射）；吸收限；俄歇效应；俄歇电子；X射线吸收系数；吸收限的应用（靶材、滤波片的选择）。
二、X射线晶体学基础晶体和点阵的定义；面角守衡定律；晶体中晶系和点阵类型的分类（布拉菲点阵）；倒易点阵；晶带轴定律；球面投影；极射赤面投影；极图。
三、X射线衍射原理劳埃方程组的推导及原理；第一、第二、第三干涉指数；衍射产生的条件；劳埃法；旋转晶体法；粉末多晶法；布拉格方程原理及推导；反射级数；干涉面指数；布拉格方程的几何意义；衍射的矢量方程推导及原理；衍射的矢量方程与布拉格方程、劳埃方程组的一致性；埃瓦尔德球；用埃瓦尔德球解释劳埃法、旋转晶体法和粉末晶体法产生衍射时的几何特点。
四、X射线衍射强度一个电子对X射线的散射公式；偏振因子；一个原子对X射线的散射特点；原子的散射因子及特点；结构因子（结构振幅）表达式及其推导；点阵的消光规律；引起X射线衍射花样峰形宽化的原因；谢乐公式及其推导；小晶体衍射及干涉函数；干涉函数的表达式；尺寸效应；选择反射区；小晶体衍射的积分强度公式及推导；粉末多晶体衍射强度表达式及推导；多重性因子对强度的影响。
五、多晶X射线衍射及其实验方法德拜－谢乐法；德拜相机；相机的分辨本领表达式及其含义；立方及密排六方晶体衍射花样特点；衍射仪法；测角仪；衍射仪中的光路；衍射仪中聚焦圆的几何关系；探测器；衍射峰位的确定方法；衍射仪实验中的误差来源。
2008年材料科学基础真题(1)名词解释（每题5分，共40分）1.空间点阵：组成晶体的粒子（原子、离子或分子）在三维空间中形成有规律的某种对称排列，如果我们用点来代表组成晶体的粒子，这些点的空间排列就称为空间点阵。
2.中间相：金属与金属，或金属与非金属（氮、碳、氢、硅）之间形成的化合物总称为金属间化合物。
由于金属间化合物在相图中处于相图的中间位置，故也称为中间相。
3.全位错：柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错。
4.共格界面：所谓共格晶界，是指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上，即两相的晶格是彼此衔接的界面上的原子为两者共有。
5.滑移临界分切应力：滑移系开动所需的最小分切应力；它是一个定值，与材料本身性质有关，与外力取向无关。
6.包晶转变：成分为H点的δ固相，与它周围成分为B点的液相L，在一定的温度时，δ固相与L液相相互作用转变成成分是J点的另一新相γ固溶体，这一转变叫包晶转变或包晶反应。
即HJB---包晶转变线，LB+δH→γJ7.再结晶：塑性变形金属后续加热过程通过形核与长大无畸变等轴晶逐渐取代变形晶粒的过程。
8.上坡扩散：在化学位差为驱动力的条件下，原子由低浓度位置向高浓度位置进行的扩散。
(2)简答题（每题8分，共56分）1.采用四轴坐标系标定六方晶体的晶向指数时，应该有什么样的约束条件？为什么？2.写出FCC、BCC、HCP晶体的密排面、密排面间距、密排方向、密排方向最小原子间距。
3.指出图1中各相图的错误，并加以解释。
4.什么是柯肯达尔效应？请用扩散理论加以解释。
若Cu-Al组成的互扩散偶发生扩散时，界面标志物会向哪个方向移动。
答：柯肯达尔效应：在置换式固溶体的扩散过程中，放置在原始界面上的标志物朝着低熔点元素的方向移动，移动速率与时间成抛物线关系。
柯肯达尔效应否定了置换式固溶体中扩散的换位机制，而证实了空位机制；系统中不同组元具有不同的分扩散系数；相对而言，低熔点组元扩散快，高熔点组元扩散慢，这种不等量的原子交换造成了柯肯达尔效应。
硕士研究生入学考试试题考试科目代码及名称：959 材料科学基础考试时限：3小时 总分：150分一、名词解释 （10×3=30分）加工硬化 沉淀强化 交滑移 上坡扩散 调幅分解 金属化合物 临界分切应力 珠光体 Orowan 机制 等强温度二、解答题（6×10=60分）1、判断下列位错反应能否进行：（1）]110[2]101[2]100[a a a +→；(2)]111[2]111[6]112[3a a a →+ 2、请指明下列五种结构分别属于什么布拉菲点阵。
注：a=b=c,α=β=γ=90°。
图省3、冷变形金属在回复和再结晶过程中，组织和性能分别有什么变化？4、试分别给出FCC,BCC 及HOP 的主要滑移系。
5、试分析液态金属凝固过程中形成中心等轴晶区的条件是什么？6、为什么空位是热力学稳定缺陷，而位错是非热力学稳定缺陷。
三、问答题(3×20=60分)1、绘出Fe-Fe 3C 相图，标出其中的关键成分和关键温度，并且回答：（1）分析碳含量对Fe-C 合金室温组织和力学性能的影响。
（2）分析45钢的拉伸变形过程可分为哪几个阶段及其相应的特征和机理。
2、试解释为什么材料的理论强度远高于其实际强度。
随着现代科学技术的进步和国民经济的发展，材料的强韧化越来越重要，试举例说明材料强化或韧化的4种方法，并阐述相应的强化和韧化原理。
3、试分析下列材料科学过程是否与原子扩散有关，为什么？A 热弹性马氏体箱变B 脱溶分解C 成分均匀化D 高温蠕变E G.P 形成硕士研究生入学考试试题参考答案考试科目代码及名称：959 材料科学基础考试时限：3小时 总分：150分一、名词解释（30分）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降的现象。
沉淀强化：过饱和固溶体随温度下降或长时间保温过程中（时效）发生脱溶分解，细小的沉淀物分散于基体之中，阻碍位错运动而产生强化的现象。
1.（1）K。
=C2/C1即固液两平衡相中浓度之比值，当K。
<0，由于宏观偏析，先凝固的外层中溶质元素的含量低于后凝固的内层，因为根据溶质原子的分配规律，在不平衡结晶过程中，溶质原子在固相内基本不扩散，则先结晶的固相在溶质原子浓度低于平均成分，而子是边缘先凝固，心部后凝固，故后凝固的心部溶质原子浓度高。
（2）大。
合金的两相区域越大，即液相线与固相线之间的水平距离越大，此时K。
越小，偏析的最大程度为C。
（1-K。
），故两相区域越大，K。
越小，宏观偏析越严重。
（3）减弱。
因为宏观偏析产生的原因是溶质原子在固相和液相中扩散不充分，造成大范围内化学成分不均匀，强对流和搅拌可以加快原子扩散，使扩散更均匀，从而减弱宏观偏析。
（4）可以①振动，搅动。
对即将凝固的金属进行振动或搅动，一方面是依靠以外面输入能量使晶核提前形成，另一方面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加，细化晶粒，同时加快扩散，使结晶的固相成分更均匀。
②控制过冷度。
形核率N和正大速度G都与过冷度△T有关，△T上升，N和G上升，但N的增长率大于G的增长率，故在一般金属结晶时的过冷度范围内，△T越大，比值N/G越大，晶粒越细小。
③变质处理。
在浇注前往液态金属中加入形核剂，促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒。
2、（1）α相（Cu）晶体结构类型为：面心立方晶格η相（Zn）——为：密排六方晶格（2）902 包晶：（5）严重。
①枝晶偏析的大小与分配系数K。
有关，也即与液相线和固相线间的水平距离或成分间隔有关。
偏析的最大程度为C。
（1-K。
），由于K。
<1, K。
越小偏析越大。
K。
=②溶质的扩散能力对偏析程度有影响，如果结晶温度较高，溶质原子扩散能力又大，则偏析程度较小，反之，偏析程度较大。
③冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。
3、对再结晶形核机制的影响：（1）随着变形程度的不同，再结晶核心一般通过两种方式形成：一是某些亚晶界的迅速成长而变为核心，即亚晶形核，多发生在较大冷塑性变形的金属中；二是原晶界的某些部位突然迅速成长变为核心，即凸出形核，多发生在较小塑性变形的金属中。
中南大学材料科学与工程学院研究生中南大学考研信息：材料科学与工程学院[摘要]中南大学是 __直属全国重点大学、国家“211工程”首批重点建设高校、国家“985工程”部省重点共建高水平大学和国家“xx 计划”首批牵头高校。
下面是凯程考研对中南大学材料科学与工程学院的介绍。
中南大学材料科学与工程学院始建于1954年，原名金属工艺系，1962年与1980年先后更名为特种冶金系和材料科学与工程系，xx年正式成立材料科学与工程学院。
学院是国家首批材料科学与工程一级学科博士点授权单位，拥有博士后流动站和材料物理与化学、材料学、材料加工工程、电子信息材料与器件、材料计算科学与虚拟工程五个二学科博士点，其中材料物理与化学、材料学、材料加工工程均为国家重点学科。
学院现设有材料物理与化学系、材料学系、材料加工工程系、实验中心、新材料研究开发中心5个二级机构， __有色金属材料科学与工程重点实验室和湖南省有色、稀有金属材料科学与工程重点实验室均以本学院为依托单位。
学院现有中国工程院院士4人，中国科学院院士1人,长江学者1人，博士生导师26人，教授38人，副教授32人及大量留学归国人员。
教师中50%以上具有博士学位，许多教师均在国内和国际重要学术机构任职，与美国麻省理工学院、英国剑桥大学、 __多伦多大学、澳大利亚墨尔本大学、 __轻金属研究所等数十所国外著名大学和研究院所建立了国际合作和学术交流关系。
学院拥有1个国家一级重点学科，3个国家二级重点学科，1个博士后科研流动站，7个一级学科博士点，以及粉末冶金国家重点实验室、粉末冶金国家工程中心、国防重点实验室、 __重点实验室和湖南省重点实验室、国家特色专业、国家创新人才培养实验区和国家实验教学示范中心。
_中南大学材料科学与工程学院研究生。
该院目前在读学生1344人，其中博士生90人，硕士生174人。
大量本科、硕士毕业生留学海外，博士生均成为国内著名高校、研究院所、骨干企业的学科带头人或在国外著名研究所供职。
第一章原子排列本章需掌握的内容：材料的结合方式：共价键，离子键，金属键，范德瓦尔键，氢键；各种结合键的比较及工程材料结合键的特性；晶体学基础：晶体的概念，晶体特性（晶体的棱角，均匀性，各向异性，对称性），晶体的应用空间点阵：等同点，空间点阵，点阵平移矢量，初基胞，复杂晶胞，点阵参数。
晶系与布拉菲点阵：种晶系，14种布拉菲点阵的特点；晶面、晶向指数：晶面指数的确定及晶面族，晶向指数的确定及晶向族，晶带及晶带定律六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。
典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶体结构：fcc、bcc、hcp；晶胞中原子数、原子半径，配位数与致密度，晶面间距、晶向夹角晶体中原子堆垛方式，晶体结构中间隙。
了解其它金属的晶体结构：亚金属的晶体结构，镧系金属的晶体结构，同素异构性了解其它类型的晶体结构：离子键晶体结构：MgO陶瓷及NaCl，共价键晶体结构：SiC陶瓷，As、Sb非晶态结构：非晶体与晶体的区别，非晶态结构分子相结构1. 填空1. fcc结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______致密度为___________配位数是________________晶胞中原子数为___________，把原子视为刚性球时，原子的半径是____________；bcc结构的密排方向是_______，密排面是_____________致密度为___________配位数是________________ 晶胞中原子数为___________，原子的半径是____________；hcp结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______，致密度为___________配位数是________________，晶胞中原子数为___________，原子的半径是____________。
2. bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是________________。
