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2004年试题一、名词解释1）结构材料2）功能材料3）钢的合金化4）钢的应变时效5）高速钢（风钢）6）钢结硬质合金7）钢的热稳定性8）麻口铸铁9）HT200和QT450-1010）特殊黄铜二、填空题1）材料的使用性能是指材料在使用过程中能够安全可靠地工作所必须具备的性能，它包括材料的_________性能、_________性能和___________性能2）材料的组织状态包括：_________、_________、_________3）材料用钢以_________性能为主，_________性能为辅；机器零件用钢以_________性能为主、_________性能为辅。
4）钢中合金元素的强化作用主要有以下四种方式：_________、_________、_________、以及_________5）钢中合金元素的存在形式主要有：______、______、______和______。
6）机器零件用钢的力学性能要求为：______、______、______和______。
7）热作模具包括：______、______和______三类。
8）塑料模具用钢应满足：______、______、______、______ 9）莱氏体是指______和______两相共存的共晶反应产物，主要表现在______铸铁中。
10）石墨晶体在空间上呈______结构，因而石墨在铁液中生长如不受外界影响时具有______特性。
11）石墨铸铁中石墨呈球状分布，因而这种工程结构材料的______高同时______好。
12）根据二元Al-Si相图，当含Si量超过共晶点（12.5%Si）后，获得的结晶组织为______，其中Si晶体有两种结晶形态，分别为______和______。
三、问答题1）以汽车发动机曲轴为例，说明工程金属材料选材的一般原则。
2）汽车发动机缸体、减速机齿轮和耐酸泵泵体三个零件选用何种工程结构金属材料制造为好？为什么？3）何为调质处理？调质钢的性能特点是什么？某材料成型模具要求用调质钢制造，请推荐一种钢材，简要介绍该模具的制造过程。
清华大学硕士材料科学基础真题2007年(总分：74.99，做题时间：90分钟)一、{{B}}一{{/B}}(总题数：1，分数：5.00)1.证明：对于立方晶系，有[hkl]⊥(hkl)。
（分数：5.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：本题要求证明的结论是，在立方晶系中相同指数的晶向与晶面相互垂直。
根据晶面指数的确定规则，(hkl)晶面ABC在a、b、c坐标轴上的截距分别是；根据晶面指数的确定规则，[hkl]晶向L=ha+kb+lc，如图1-2所示。
利用立方晶系中a=b=c，α=β=γ=90°的特点，因此有由于L与ABC面上相交的两条直线垂直，所以L垂直于ABC面，从而在立方晶系中有[hkl]⊥(hkl)。
二、{{B}}二{{/B}}(总题数：1，分数：10.00)2.画出下述物质的一个晶胞：金刚石：NaCl 闪锌矿纤锌矿石墨（分数：10.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：金刚石、Nacl、闪锌矿、纤锌矿、石墨的晶胞分别如图1-3所示。
三、{{B}}三{{/B}}(总题数：1，分数：10.00)3.请导出摩尔分数为x A、x B的二元系中的综合扩散系数D与分扩散系数D A、D B之间的关系。
（分数：10.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()解析：如图1-4所示，引入两个平行的坐标系：一个是固定坐标系Oxy；一个是坐落在晶面上同晶面一起运动的坐标系O'x'y'。
清华材料科学基础习题与答案《晶体结构与缺陷》第⼀章习题及答案1-1.布拉维点阵的基本特点是什么？答：具有周期性和对称性，⽽且每个结点都是等同点。
1-2.论证为什么有且仅有14种Bravais点阵。
答：第⼀，不少于14种点阵。
对于14种点阵中的任⼀种，不可能找到⼀种连接结点的⽅法，形成新的晶胞⽽对称性不变。
第⼆，不多于14种。
如果每种晶系都包含简单、⾯⼼、体⼼、底⼼四种点阵，七种晶系共28种Bravais点阵。
但这28种中有些可以连成14种点阵中的某⼀种⽽对称性不变。
例如体⼼单斜可以连成底⼼单斜点阵，所以并不是新点阵类型。
1-3.以BCC、FCC和六⽅点阵为例说明晶胞和原胞的异同。
答：晶胞和原胞都能反映点阵的周期性，即将晶胞和原胞⽆限堆积都可以得到完整的整个点阵。
但晶胞要求反映点阵的对称性，在此前提下的最⼩体积单元就是晶胞；⽽原胞只要求体积最⼩，布拉维点阵的原胞都只含⼀个结点。
例如：BCC晶胞中结点数为2，原胞为1；FCC晶胞中结点数为4，原胞为1；六⽅点阵晶胞中结点数为3，原胞为1。
见下图，直线为晶胞，虚线为原胞。
BCC FCC 六⽅点阵1-4.什么是点阵常数？各种晶系各有⼏个点阵常数？答：晶胞中相邻三条棱的长度a、b、c与这三条棱之间的夹⾓α、β、γ分别决定了晶胞的⼤⼩和形状，这六个参量就叫做点阵常数。
晶系a、b、c，α、β、γ之间的关系点阵常数的个数三斜a≠b≠c，α≠β≠γ≠90o 6 (a、b、c 、α、β、γ) 单斜a≠b≠c，α=β=90≠γ或α=γ=90≠β 4 (a、b、c、γ或a、b、c、β) 斜⽅a≠b≠c，α＝β＝γ＝90o 3 (a、b、c)正⽅a=b≠c，α=β=γ=90o 2 (a、c)⽴⽅a=b=c，α=β=γ=90o 1 (a)六⽅a=b≠c，α=β=90o,γ=120o 2 (a、c)菱⽅a=b=c，α=β=γ≠90o 2 (a、α)1-5.分别画出锌和⾦刚⽯的晶胞，并指出其点阵和结构的差别。
材料力学A ( I ) 期末考试卷(A 卷)系别___________班级_______________考试日期 2007年元月 学号___________姓名_______________成 绩_____________一、选择题（5分）材料的塑性用 度量，其中s σ，b σ，δ，ψ分别代表材料的屈服极 限、强度极限、延伸率和断面收缩率。
A ．s σ和b σ；B ．δ和ψ；C ．s σ和δ；D ．b σ和ψ。
二、填空题（共3小题，每题5分，共15分）1、试根据杆的轴力图画杆的载荷图。
2、试根据梁的合理强度设计，将图示各种承载情况下的铸铁梁或钢梁与其最合理的截面用线连起来。
FF3、试根据梁的弯矩图绘制梁的挠曲轴的大致形状，标明凹凸性和拐点。
三、计算题（共5小题）：1、图示三杆桁架的支座B 、C 、D 在同一水平面内，各杆横截面积均为A ，材料许用应力为[σ]。
（20分） （1）试计算桁架的许用载荷[F]；（2）若支座C 的位置可上下移动（杆2相应加长或做短），则桁架的最大许用载荷[F]max 可达到多少？此时杆2长多少(设原长为l )？M2、某传动轴，轴内的最大扭矩T=1.5kN•m，若许用切应力[ ]=50MPa，试按以下两种方案确定轴的横截面尺寸，并比较其重量。
（15分）（1）实心圆截面轴；（2）空心圆截面轴，其内外径的比值d1/d2=0.9。
3、试画图示整个外伸梁的剪力弯矩图。
（15分）4、图示悬臂梁长l =1.5mm ，横截面宽b=150mm ，高h=200mm ，材料弹性模量E=200GPa ，自由端作用载荷F ，在梁距固定端l /3处贴应变片，由半桥法测量的读数应变4510ε-=⨯。
试求：（1）贴片处的最大正应变； （2）载荷F 的大小；（3）图示截取的分离体的CC D D ''面的切应力的合力*s F 。
（15分）’5、图示刚架各段弯曲刚度均为EI，试求自由端A的铅垂位移（不考虑BC 段的轴向变形）。
2007年材料科学基础研究生试题及答案1、名词解释(10分,每个2分)对称中心：若晶体中所有的点在经过某一点反演后能复原，则该点就称为对称中心间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体重合位置点阵：两个相邻晶粒的点陈彼此通过晶界向对方延伸，则其中一些原子将出现有规律的相互重合。
由这些原子重合位置所组成比原来晶体点阵大的新点阵，称为重合位置点阵堆垛层错：实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序遭到破坏和错排，称为堆垛层错割阶：在位错的滑移运动过程中，其位错线往往很难同时实现全长的运动，可能通过其中一部分线段(n个原子间距)首先进行滑移，在原位错线上形成一段折线，若该曲折线段垂直于位错的滑移面时，称为割阶2、已知某二元合金的共晶反应为：L（75%B）≒α（15%B）+β（95%B）。
试求含60%B的合金完全结晶后，初晶α与共晶（α+β）的重量%，合金中α相与β相的重量%，共晶体中α相与β相的重量比。
（10分）答：初晶α的重量%=（75-60）/（75-15）=15/60=0。
25=25%（2分）共晶（α+β）的重量%=（60-15）/（75-15）=45/60=0。
75=75%（2分）共晶体中α相的重量%=（95-75）/（95-15）=（20 /80）=25%共晶体中β相的重量%=1-25%=75%共晶体中α相与β相的重量比=25%W/75%W=1/3=（95-75）/（75-15）=20/60=1/3（2分）共晶α相在合金中的重量%=（95-75）/（95-15）*75%=（20 /80）*75%=18.75%共晶β相在合金中的重量%=（75-15）/（95-15）*75%=（60 /80）*75%=56.25%合金中α相的重量%=25%+18.75%=43.75%（2分）合金中β相的重量%=56.25%（2分）3、简述小角度晶界的结构特点（6分）答：（1）对称倾斜晶界是由一列柏氏矢量平行的（0.5分）刃型位错（0.5分）垂直排列所构成（0.5分）；有一个自由度（0.5分）；（2）不对称倾斜晶界是由两组柏氏矢量相互垂直的刃型位错交错排列而构成的（1.5分）；有二个自由度（0.5分）；（3）扭转晶界扭转晶界是两部分晶体绕某一轴在一个共同的晶面上相对扭转一个θ角所构成的（0.5分）．该晶界的结构可看成是由互相交叉的螺型位错所组成（1分），有一个自由度（0.5分）。
2017年清华领军计划化学试卷可能用到的相对原子质量：H-1 C-12 N-14 O-16 F-19 Na-23 Mg-24 Al-27 S-32 Cl-35.5 Cu-64一、选择题（本题包括19个小题，每小题只有一个选项符合题意，．．．．．．．．．．．每题2分，共18分）1．化学与环境保护、工业生产、生活等密切相关，下列说法不正确．．．的是（）A．在食品袋中放入装有硅胶、铁粉的透气小袋，可防止食物受潮、氧化变质B．因SO2具有氧化性，故可用于漂白纸浆C．刚玉、红宝石主要成分是氧化铝，陶瓷、分子筛主要成分是硅酸盐D．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂的原料2．我国古代许多文献中记录的现象都与化学有关，下列有关古代文献的说法，错误．．的是( )A．“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁”，不涉及化学变化B．“曾青得铁则化为铜”指铜可以采用湿法冶炼C．“丹砂（HgS）烧之成水银，积之又成丹砂”可知HgS受热会分解D．“日照香炉生紫烟，遥看瀑布挂前川”，“紫烟”指“香炉”中碘升华的现象3．关于胶体，下列说法正确的是（）A．从外观上无法区分FeCl3溶液和Fe(OH)3胶体B．纳米材料粒子直径一般在10-9m至10-7m之间，因此纳米材料属于胶体C．Fe(OH)3胶体电泳的实验中，阴极附近颜色加深，阳极附近颜色变浅，证明Fe(OH)3胶体带正电D．将碳酸钙经过特殊加工制成纳米碳酸钙，化学性质没有明显变化4．设N A为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是（）A．足量的铁在1 mol氯气中燃烧，转移电子数为2 N AB．42g NaHCO3晶体中含有CO32－的数目为0.5N AC．0.1 mol/L的NaClO溶液，含有的ClO-数目小于0.1N AD．常温常压下，5.6 L二氧化碳气体中含有的氧原子数为0.5N A5．分类法是一种行之有效、简单易行的科学方法．某同学用如表所示的形式对所学知识进行分类，其中甲与乙、丙、丁是包含关系。
郅
⅛
课 旧堡叵中世是太芸三然亡擦 然11 煤 “中卦 ”密国 联理
H
行
卦本妻至“(熊，曦)握。
科目 材料科学基础 试卷类型 A 考试班级
（1）作图确定合金O 中三个组元A, B, C 的质量分数。
（2）当成分为 O 的材料从高温液相冷却到室温的过程中，画出冷却曲线及标注可能发生 的反应；列出计算初晶相的相对量的公式；说明eiE 、e 2E, e3E 线和E 点
的含义。
三、（20分）根据下图所示二元共晶相图。
（1）分析合金I 、H 的结晶过程，画出冷却曲线及标注可能发生的反
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应，并说明室温下合金I, H 的相和组织是什么？
（2）如果希望得到95%的共晶体和5%的初生B ,求该合金的成分？ （3）合金I 、∏在快速不平衡状态下的结晶组织与其在平衡状态下的
结晶组织有何不同？
四、（10分）简要分析加工硬化、细晶强化、固溶强化及弥散强化在
本质上有何异
同。
五、（16分）下图为三组元固态互不相溶解的共晶系的投影图。
六、（12分）
（1）绘出下列Fe-C 合金的室温平衡金相组织示意图，并标注各组织。
（腐 蚀剂均为3%硝酸酒精）
（2）比较工业纯铁、45钢、T8钢和T12钢在缓冷状态的力学性能（硬度, 抗拉强度，塑性，韧性），并简要说明原因。
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《材料科学基础（1）》试卷及参考答案
2007年1月10日
一、（共40分，每小题5分）
1. 指出下面四个图中A 、B 、C 、D 所代表的晶向和晶面
2. 写出镍（Ni ，FCC ）晶体中面间距为0.1246nm 的晶面族指数。
镍的点阵常数为0.3524nm 。
3. 根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC 中能否进行，并确定无外力作用时的反应方向：
（1）]211[61
]112[61]110[21+⇔
（2）]111[61
]111[21]112[31⇔+
（3）]111[3
1
]110[61]112[61⇔+
2
B
4. 指出下列材料所属的点阵类型。
γ-Fe ；碱金属 ；Mg ；Cu ； NaCl ；贵金属 ；金刚石 ；Cr 。
5. 在FCC 、BCC 和HCP 晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标： FCC ；BCC ；HCP ； 每个晶胞中的八面体间隙数量为：
FCC 个；BCC 个；HCP 个。
6. 体心单斜是不是一种独立的布拉菲点阵，请说明理由。
7. GaAs 和GaN 分别为闪锌矿和纤锌矿结构，请分别画出二者的一个晶胞。
8. 由600℃降至300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级。
试计算锗晶体中的
空位形成能（波尔兹曼常熟κ＝8.617×10－5
eV/K ）
二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为]312[，今沿棒轴方向拉伸，请分析： （1）初始滑移系统； （2）双滑移系统
（3）开始双滑移时的切变量γ；
（4）滑移过程中的转动规律和转轴；
（5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。
三、（10分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为b
的圆环形位错环，并受到一均匀
切应力τ的作用。
（1）分析各段位错线受力情况，并在图上标示受力方向；
（2）在τ作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？ （提示：位错线张力T ＝αGb 2）
四、（15分）有一面心立方晶体，在)111(面滑移的柏氏矢量为]110[2
a
的右螺型位错，与在)111(面上滑移的柏氏矢量为
]011[2
a
的另一右螺型位错相遇于此两滑移面交线并形成一个新的全位错。
（1）求生成全位错的柏氏矢量和位错线方向。
（2）说明新生成的全位错属哪类位错？该位错能否滑移？为什么？
（3）若沿]010[晶向施加大小为17.2MPa 的拉应力，试计算该新生全位错单位长度的受力大小，并说明方向（设晶格常数为a ＝0.2nm ）。
五、（10分）一根多晶Zn （86.1/=a c ）棒和一根多晶镁（62.1/=a c ）棒受压缩变形，分析二者的变形特征，比较二者的塑性。
（提示：从分析滑移和孪生入手） 六、（10分）工业纯铁在927℃下渗碳，设工件表面很快达到渗碳饱和（1.3％的碳），然后保持不变，同时碳原子不断向工件内部扩散。
求渗碳10h 后渗碳层中碳浓度分布的表达式。
【参考答案】 一、 1.
（1）A ：]011[ B ：]221[ C ：]434[ D ：]021[ （2）A ：]1162[ B ：]1321[ C ：]3112[ （3）A ：)643( B ：)043( C ：)346( （4）A ：)0111( B ：)0003( C ：)0011(
2. 解：
由222l k h a d ++=得 82
2
2
=++l k h ∴晶面族指数为{220}
3. 解：
（1）可以，向右进行 （2）不可以
（3）可以，向左进行
4.
γ-Fe FCC ；碱金属 BCC ；Mg 简立方 ；Cu FCC ； NaCl FCC ；贵金属 FCC ；金刚石 FCC ；Cr BCC 。
5. 在FCC 、BCC 和HCP 晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标： FCC )41,41,
43(； BCC )1,41,21(； HCP )8
1
,31,32(； 每个晶胞中的八面体间隙数量为：
FCC 4 个；BCC 6 个；HCP 6 个。
6. 不是。
其与底心单斜是同一类点阵。
7.
8. 解：
由)/ex p(0RT Q C C v -= 得)873
15731(10ln 6-=
R Q ∴Q ＝1.985 eV
As 2- Ga 2+
Ga 2+
N 2-
（1）FCC 滑移系统为><011}111{ 根据映象规则，初始滑移系统为]110)[111( （2）单滑移时试样轴应转向]110[ 转轴为]111[]110[]312[=⨯
（3）双滑移系统为]101)[111(]110)[111(+
（4）b n l l L
)(⋅+=γ
令]312[=l ，][uvw L = ，3]111[=n ，2
]110[=b 得：
]110[6
4]312[][γ
+=uvw
∴26
41=+=γ
u ，46
43-=--=γ
w
得2=v ，4-=w ，4
6=
γ 双滑移时轴一方面转向]110[，轴为]111[]110[]211[1=⨯=n ；一方面转向]101[，转轴为]111[]101[]211[2=⨯=n 。
故合成转轴为]000[21=+=n n n 。
晶体不再改变取向，
0011
（5）最终取向即为]211[。
三、解：
（1）位错线受力方向如图，位于位错线所在平面，且于位错垂直。
(2)R
s
T s b d d =
τ ∴τ
ατατGb b Gb b T R =
==2
四、解：
（1）由于位错线为两滑移面交线，故：
]110[1
1111
1
21=-=⨯=k j i n n ε
柏氏矢量]110[2
]011[2]110[2a
a a
b =+=
（2）位错线与柏氏矢量既不平行，也不垂直，为混合型位错。
]111[3=⨯=b n ε，该位错滑移面为)111(。
（3）3
1
|| ||cos 33=⋅=
F n F n φ
2
1
|| ||cos =
⋅=
F b F b α 由Schmid 定律，作用在新生位错滑移面上滑移方向的分切应力为：
0.72
13
12.17cos cos 0=⨯
⨯
==λϕστMPa
∴作用在单位长度位错线上的力为：
3102
0-==
=ττa b f N/m
方向为垂直于位错线方向]110[，指向滑移区。
五、解：
多晶体压缩滑移转动，（0001）转向压缩面，产生织构。
继续压缩，滑移越来越难。
对于Zn ：由于c /a ＝1.86，位于锐角区，宏观压力方向与微观孪生变形相适应，故可发生孪生。
孪生之后改变位向可继续滑移，反复进行，故表现出较好的塑性。
对于Mg ：由于c /a ＝1.62，压力轴位于钝角区，宏观压力方向与微观孪生变形相反，故不可发生孪生。
因此表现出较差的塑性。
六、解： 由
)2(erf 0Dt
x
C Cs Cx Cs =--
10h ＝3600s ，00=C ，%3.1=Cs ，7
105.1-⨯=D cm 2/s ，代入上式得：
)147
.0(erf %3.1%3.1x
Cx =-
∴ 1.3%(1erf (6.8) )Cx x =-。
