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北科大材料考研试题

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北京科技大学《材料科学基础》考研真题强化教程

北京科技大学《材料科学基础》考研真题强化教程

考点1：金属键，离子键，共价键，氢键，范德瓦耳斯力的定义。

例1（名词解释）：离子键。

例2：解释金属键。

例3：大多数实际材料键合的特点是（）。

A．几种键合形式同时存在B．以离子键的形式存在C．以金属键的形式存在考点2：金属键，离子键，共价键的特征。

例4：化学键中既有方向性又有饱和性的为（）。

A．共价键B．金属键C．离子键例5：原子的结合键有哪几种？各有什么特点？考点3：依据结合键对于材料的分类。

例6：解释高分子材料与陶瓷材料。

例7：试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。

例8：何谓陶瓷？从组织结构的角度解释其主要性能特点。

考点1：以米勒指数描述晶向和晶面1.1 晶面族例1：什么是晶面族？{111}晶面族包含哪些晶面？例2：请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。

1.2 晶面夹角和晶面间距例：面心立方结构金属的[100]和[111]晶向间的夹角是多少？{100}面间距是多少？1.3 晶带定理例1（名词解释）：晶带定理。

例4：晶面（110）和(111)所在的晶带，其晶带轴的指数为（）。

1.4 HCP的米勒指数例1：写出如图所示六方晶胞中EFGHIJE面的密勒-布拉菲晶面指数，以及EF、FG、GH、HI、IJ、JE各晶向的密勒-布拉菲晶向指数。

例2：写出如图所示六方晶胞中EFGHIJE晶面、EF晶向、FG晶向、CH晶向、JE晶向的密勒-布拉菲指数。

例3：六方晶系的[100]晶向指数，若改用四坐标轴的密勒指数标定，可表示为（）。

1.5 画晶向和晶面，面密度的求法例2：bcc结构的金属铁，其（112）晶面的原子面密度为9.94×1014atoms/cm3。

（1）请计算（110）晶面的原子面密度；（2）分别计算（112）和（110）晶面的晶面间距；（3）确定通常在那个晶面上最可能产生晶面滑移？为什么？（bcc结构铁的晶格常数为a=0.2866nm）1.6 晶向指数的意义例：一组数[uvw]，称为晶向指数，它是用来表示（）。

北京科技大学材料科学基础真题大全

北京科技大学材料科学基础真题大全

1999年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目: 金属学适用专业: 科学技术史冶金物理化学钢铁冶金有色金属材料加工工程说明:统考生做1~10题,单考生做1~7题和11~13题。

1、名词解释10分)(1)点阵畸变(2)组成过冷 (3)再结晶温度(4)滑移和孪生(5)惯习现象2、说明面心立方、体心立方、密排六方(c/a≥1.633)三种晶体结构形成的最密排面,最密排方向和致密度。

(10分)3、在形变过程中,位错增殖的机理是什么?(10分)4、简述低碳钢热加工后形成带状组织的原因,以及相变时增大冷却度速度可避免带状组织产生的原因。

(10分)5、简要描述含碳量0.25%的钢从液态缓慢冷却至室温的相变过程(包括相变转换和成分转换)。

(10分)6、选答题(二选一,10分)(1)铸锭中区域偏析有哪几种?试分析其原因,并提出消除区域偏析的措施。

(2)固溶体结晶的一般特点是什么?简要描述固溶体非平衡态结晶时产生显微偏析的原因,说明消除显微偏析的方法。

7、简述金属或合金冷塑性变形后,其结构、组织和性能的变化。

(10分)8、简述经冷变形的金属或合金在退火时其显微组织,储存能和性能的变化规律。

(10分)9、选答题(二选一,10分)(1)为了提高Al-4.5%Cu合金的综合力学性能,采用了如下热处理工艺制度,在熔盐浴中505℃保温30分钟后,在水中淬火,然后在190℃下保温24小时,试分析其原因以及整个过程中显微组织的变化过程。

(2)什么叫固溶体的脱溶?说明连续脱溶和不连续脱溶在脱溶过程中母相成分变化的特点。

10、简述固溶强化,形变强化,细晶强化和弥散强化的强化机理。

(10分)11、简述影响再结晶晶粒大小的因素有哪些?并说明其影响的基本规律。

(10分)12、画出铁碳相图,并写出其中包晶反应,共晶反应和共析反应的反应式。

(10分)13、选做题(二选一,10分)(1)如果其他条件相同,试比较下列铸造条件下,铸件中晶粒大小,并分析原因。

北科大材料考研试题

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（3）脱溶分解对性能的影响 脱溶分解对材料的力学性能有很大的影响，其 作用决定于脱溶相地形态、大小、数量和分布 等因素。 一般来说，均匀脱溶对性能有利，能起到明显 地强化作用，称为“时效强化”或“沉淀强 化”； 而局部脱溶，尤其是沿着晶界析出（包括不连 续脱溶导致的胞状析出），往往对性能有害， 使材料塑性下降，呈现脆化，强度也因此下降。
①成分不变协同型长大②成分不变非协同型长大 ③成分改变协同型长大 ④成分改变非协同型长大 成分不变的相变无需溶质原子扩散，晶核长大速 度仅与界面点阵重构过程有关。协同型长大原子 调整位置的过程通常可以在很短的时间内完成， 所以晶核长大速度很快；而成分不变的非协同型 长大速度则受控于界面原子调整位置的速度，即 受界面过程所控制。


（3）、屈氏体(T): 片间距约小于200nm，形成于 600 ～ 500℃温度范围内。在光学显微镜下已很难 分辨出铁素体和渗碳体片层状组织形态。电镜观 察。 注意：珠光体、索氏体、屈氏体之间无本质区别， 都是铁素体和渗碳体片层相间组织，其形成温度 也无严格界线，只是其片层厚薄和片间距不同。



（1）共格界面 如果界面上的原子同时属于两相，即两相晶格 在界面上彼此完全衔接，界面上的原子为两相 共有，便可形成共格界面。存在一定的弹性应 力场，其大小取决于相邻两相界面，原子间距 a a 的相对差值δ＝ a 。 δ越大，弹性应变能 越大。共格界面的界面能很低。 （2）半共格界面 δ 增大，为了维持界面上的原子为两相所共有， 须由一系列调配位错进行调节，形成半共格界 面。半共格界面的界面能和弹性应变能介于共 格界面和非共格界面之间。




（3）非共格界面 当δ很大时，界面处两相原子根本无法匹配，形 成非共格界面。这种界面由不规则的原子构成， 厚度约3－4个原子层，性质与大角度晶界相似， 界面能较高而弹性应变能很小。 2界面能 固－固两相界面能比液－固两相界面能高。 一部分是形成新相界面时，因化学键变化引起 的化学能，另一部分时由界面原子的不匹配产 生的点阵畸变能。 界面能：共格界面＜ 半共格界面＜ 非共格界面

北科大材料考研试题

北科大材料考研试题


表面能与晶体表面原子排列紧密程度有关，原 子密排的表面具有最小的表面能。
fcc的Au晶体的表面能极图
影响表面能的因素？
（1）外部介质的性质（外与内作用力 相差越大，表面能越大）。 （2）裸露晶面的原子密度（密排晶面 裸露表面能最小）。 （3）晶体表面的曲率（曲率越大，表 面能越大）。

一 外表面（晶体表面-plane of crystal）


表面是指固体材料与真空或气体、液体等 外部介质相接触的界面； 而内界面包括晶界(grain boundary)、孪晶 界(twin boundary)、亚晶界（subboundary）、相界(phase boundary)及层 错(stacking fault )等。
三、亚晶界

实际晶体中，每个晶粒 内的原子排列并不是十 分整齐的，往往能够观 察到这样的亚结构，由 直径为10~100um的晶 块组成，彼此之间存在 极小的位相差（通常＜ 2°）.这些小晶块之间 的内界面称为亚晶粒间 界，简称亚晶界。
金属晶粒内部结构示意图
三、亚晶界
铸态：亚晶粒 边长10-2cm 变形或热处理： 10-6~10-4cm 亚晶界也可以 阻碍塑性变形， 故亚晶细化也 可提高金属的 屈服强度。
一 外表面（晶体表面-plane of crystal）
内部原子对界面原子的作用力显著大 于外部原子或分子的作用力。 导致表面原子就会偏离其正常平衡位 置，并因而牵连到邻近的几层原子， 造成表面层的晶格畸变。 由于晶格畸变，故表面层能量就要升 高。表面能！

什么是表面能？



晶体表面单位面积自由能的增加称为表面能 γ （J/m2）。表面能也可理解为产生单位面 积新表面所作的功： dW γ ＝ dS 式中，dW为产生dS表面所作的功。 表面能也可以单位长度上的表面张力（N/m） 表示。 晶体的表面张力是各向异性的

材料科学基础考研真题1995-2011(北科大)

材料科学基础考研真题1995-2011(北科大)

北京科技大学1995年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目: 金属学适用专业: 金属塑性加工说明:统考生做1～10题，单考生做1～7题和在8～13题中任选3题。

每题10分。

1、什么是固溶体？固溶体可以分为几种？并说明其各自的结晶特点。

2、计算含0.45%C的亚共析钢在共析温度时铁素体和奥氏体两相的相对数量，在这一温度下铁素体和珠光体的相对数量又是多少？3、用扩散理论来说明高温条件下钢的氧化过程。

4、画出铁碳平衡相图中的包晶反应部分的相图，并给出包晶反应表达式。

5、说明钢中非金属夹杂物的来源及其种类。

6、说明钢的完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、和低温退火的工艺特点及它们的作用。

7、说明轴承钢的碳化物类型及形成原因。

8、画图说明钢的高温和低温形变热处理的工艺特点。

9、从下列元素中指出哪些元素是扩大奥氏体区域的？哪些元素是缩小奥氏体区域的？C Si Ti Cr Mo Ni Cu N10、冷变形金属加热发生低温、中温和高温回复时晶体内部发生什么变化？11、绘出立方系中｛110｝晶面族所包括的晶面，以及（112）、（123）、（120）晶面。

12、说明共析钢加热时奥氏体形成的过程，并画图表示。

13、合金钢中主要的合金相有几种类型？北京科技大学1999年硕士学位研究生入学考试试题科目：金属学1、名词解释:（10分）（1）点阵畸变（2）组成过冷（3）再结晶温度（4）滑移和孪生（5）惯习现象2、说明面心立方、体心立方、密排六方（c/a≥1.633）三种晶体结构形成的最密排面，最密排方向和致密度。

（10分）3、在形变过程中，位错增殖的机理是什么？（10分）4、简述低碳钢热加工后形成带状组织的原因，以及相变时增大冷却度速度可避免带状组织产生的原因。

（10分）5、简要描述含碳量0.25%的钢从液态缓慢冷却至室温的相变过程（包括相变转换和成分转换）。

（10分）6、选答题（二选一，10分）（1）铸锭中区域偏析有哪几种？试分析其原因，并提出消除区域偏析的措施。

北科大材料考研试题综述

北科大材料考研试题综述

说明
在固体材料中也存在扩散，并且它是固体中 物质传输的唯一方式。因为固体不能象气体 或液体那样通过流动来进行物质传输。即使 在纯金属中也同样发生扩散。扩散在材料的 生产和使用中的物理过程有密切关系，例如： 凝固、偏析、均匀化退火、冷变形后的回复 和再结晶、固态相变、化学热处理、烧结、 氧化、蠕变等等。
c 浓度梯度， ，kg/(m3· m) x
菲克第一定律的解释
“-”号表示扩散方向为浓度 梯度的反方向，即扩散由 高浓度向低浓度区进行。
4.1.2 菲克第二定律 (Fick’s Second Law) 在扩散过程中扩散物质的浓度随时间而变化。
c f (t , x)
C ≠0 t
非稳态扩散时，在一维情况下，菲克第二定律的表达 式为
2、菲克第一、第二定律的表达式及适用范围；
3、扩散机制；
D D0 e 4、菲克第二定律的误差函数解（※渗碳）；
5、扩散系数与扩散激活能的关系式： Arrhenius 6、影响扩散的因素；
Q / RT
7、渗碳为什么选取在奥氏体状态下进行而不在铁素体 状态下进行？ 作业： 课后习题 P/142 4-3、4-5、4-7。
x c( x, t ) cs (cs c0 )erf 2 Dt
上式称为误差函数解。
erf ( )
( x /(2 Dt ))
实际应用时，
cs c( x, t ) x erf cs c0 2 Dt
或
c( x, t ) c0 x 1 erf cs c0 2 Dt
H2
x 例1
c2
利用一薄膜从气流中分离氢气。在稳定状态时，薄 膜一侧的氢浓度为0.025mol/m3,另一侧的氢浓度为 0.0025mol/m3，并且薄膜的厚度为100μm。假设氢通过 薄膜的扩散通量为2.25×10-6mol/（m2s），求氢的扩散 系数。

北科大材料考研试题

北科大材料考研试题

2 特点： ① 加热温度较高：T>T再 T再≈0.4T熔；实际: +100~200℃ ② 显微组织显著变化 ： 转变为等轴无畸变新晶粒 ③ 亚结构：位错密度大大降低； ④ 性能显著变化： HB、ζ↓↓；δ、ψ↑↑ ⑤ 内应力完全消除。
3 再结晶形核机制
(1) 亚晶合并相邻 亚晶界中位错通过 攀移和滑移消失
（3）对低碳钢，ε＝8％接近临界变形量，因 此在700℃(高于再结晶温度)退火后晶粒粗 大，强度较低； （4）900℃保温时发生重结晶，冷却后晶粒 细小，因此强化提高。
§7-1 形变金属与合金在退火过程中的变化
一 退火概念 1 定义： 将金属加热到某温度保温一定时间，而 后缓慢冷至室温，通过组织结构的变化使材 料热力学稳定性得以提高的热处理工艺。 根据退火温度不同(>或<Ac1)可分为： 高温退火和低温退火 形变金属的退火——低温退火
2 金属加热中组织转变的原因 ——驱动力问题 退火T> Ac1 时： 驱动力为相变中两相的体积自由能之差 退火T< Ac1时： 对形变金属而言驱动力为形变储存能(其 中晶格畸变能占80~90%) ┗ 不稳定组织
§7-4 金属的热加工
主要内容： （1）热加工与冷加工区别 （2）热加工对组织与性能影响 一 金属热加工与冷加工的概念 热加工：T > T再； 冷加工： T < T再；
实质：
有否再结晶软化过程
衡量依据：T再
例：W 在1000℃非热加工；
Sn、Pb 在室温为热加工；
二 热加工对组织、性能的影响 热加工：钢材的热锻与热轧 1 消除铸态组织缺陷： （1）气孔、疏松、微裂纹的焊合； ——宏观组织致密化；
σb
HB
δ
4 金属Ag经大变形量(70％)冷加工后，试

北京科技大学1995-2012材料科学基础考研试题及部分答案

北京科技大学1995-2012材料科学基础考研试题及部分答案

北京科技大学1995-2012材料科学基础考研试题及部分答案北科1995-2011材料考研，初试考卷及答案1995年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目: 金属学适用专业: 金属塑性加工说明:统考生做1,10题，单考生做1,7题和在8,13题中任选3题。

每题10分。

1、什么是固溶体,固溶体可以分为几种,并说明其各自的结晶特点。

2、计算含0.45%C的亚共析钢在共析温度时铁素体和奥氏体两相的相对数量，在这一温度下铁素体和珠光体的相对数量又是多少,3、用扩散理论来说明高温条件下钢的氧化过程。

4、画出铁碳平衡相图中的包晶反应部分的相图，并给出包晶反应表达式。

5、说明钢中非金属夹杂物的来源及其种类。

6、说明钢的完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、和低温退火的工艺特点及它们的作用。

7、说明轴承钢的碳化物类型及形成原因。

8、画图说明钢的高温和低温形变热处理的工艺特点。

9、从下列元素中指出哪些元素是扩大奥氏体区域的,哪些元素是缩小奥氏体区域的,C Si Ti Cr Mo Ni Cu N10、冷变形金属加热发生低温、中温和高温回复时晶体内部发生什么变化,11、绘出立方系中,110,晶面族所包括的晶面，以及(112)、(123)、(120)晶面。

12、说明共析钢加热时奥氏体形成的过程，并画图表示。

13、合金钢中主要的合金相有几种类型,2 / 59北京科技大学1999年硕士学位研究生入学考试试题科目:金属学1、名词解释:(10分)(1)点阵畸变(2)组成过冷(3)再结晶温度(4)滑移和孪生(5)惯习现象2、说明面心立方、体心立方、密排六方(c/a?1.633)三种晶体结构形成的最密排面，最密排方向和致密度。

(10分)3、在形变过程中，位错增殖的机理是什么,(10分)4、简述低碳钢热加工后形成带状组织的原因，以及相变时增大冷却度速度可避免带状组织产生的原因。

(10分)5、简要描述含碳量0.25%的钢从液态缓慢冷却至室温的相变过程(包括相变转换和成分转换)。

北科大材料考研试题

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四、再结晶温度及晶粒大小 1、再结晶温度
冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为开始 再结晶温度。 一般工程当中所说的再结晶温度是指完成再结晶 的温度，即在1h内再结晶完成95％所对应的温度 测定方法：金相法，硬度法，公式法（9-32） 经验公式：Tk=(0.35~0.45)Tm 常用金属的再结晶温度：表9-6 凡影响形核率和长大速率的因素均影响再结晶温 度。
2 晶粒的异常长大
异常晶粒长大又称不连续晶粒长大或二次再结 晶，是一种特殊的晶粒长大现象。 发生异常长大的条件是，正常晶粒长大过程被分 散相粒子，织构或表面热蚀沟等强烈阻碍，能够长 大的晶粒数目较少，致使晶粒大小相差悬殊。晶粒 尺寸差别越大，大晶粒吞食小晶粒的条件越有利， 大晶粒的长大速度也会越来越快，最后形成晶粒大 小极不均匀的组织，如图7-21(c)。
对工业纯金属，经强烈冷变形后的最低再结晶温 度约为 0.35~04Tm 。另外，发生再结晶需要一个 最小变形量，称临界变形量。低于此变形量不能 发生再结晶。
（2）金属纯度 杂质对N和G的影响有着截然不同的两重性 一方面杂质阻碍变形使储存能增加，N和G 增大； 另一方面，杂质又钉扎晶界，降低界面迁 移率，使形核率减小、生长速率减慢。 一般均起细化晶粒的作用。
第七节 冷变形金属的内应力和储存能
这部分能量提高了变形晶体的能量，使之 处于热力学不稳定状态，故它有一种使变 形金属重新恢复到自由焓最低的稳定结构 状态的自发趋势，并导致塑性变形金属在 加热时的回复及再结晶过程。
第七节 存能随形变量的增加而增大，但增速逐 渐变缓，最后趋于饱和。 （ 2 ）加工温度越低，形变速度越大，材料的加 工硬化率越大，经受相同变形后的储存能也就越 高。 （ 3 ）加工方式的应力状态越复杂，加工时的摩 擦力越大，应力、应变的分布越不均匀，消耗的 总能量越高，储存能也就越大。

北科大材料考研试题

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图2-12 螺位错形成示意图
（二）、螺位错
分类：有左、右旋之分，根 据螺旋面旋转方向，符合 右手法则（即以右手拇指 代表螺旋面前进方向，其 他四指代表螺旋面的旋转 方向）的称右旋螺型位错。
图2-12 螺位错形成示意图
（三）、混合位错
在外力作用下，两 部分之间发生相对滑移， 在晶体内部已滑移和未 滑移部分的交线既不垂 直也不平行滑移方向 （伯氏矢量b），这样 的位错称为混合位错。 如右图所示。

五、其他晶体的点缺陷
离子晶体中整体和局部都要求电中性，因此离子晶体 中的点缺陷稍微复杂。 离子晶体中的肖脱基点缺陷只能与等量的正离子空位 和负离子空位同时存在。 另外，由于离子晶体中负离子半径往往比正离子半径 大得多，负离子不易形成间隙原子，所以弗兰克尔 点缺陷只能是等量的正离子空位和正离子间隙原子。
补充几个需要理解的概念
多晶体:
实际应用的工程材料 中，哪怕是一块尺寸很小 材料，绝大多数包含着许 许多多的小晶体，每个小 晶体由大量的位向相同的 晶胞组成，而各个小晶体 之间，彼此的位向却不相 同。称这种由多个小晶体 组成的晶体结构称之为 “多晶体”。
补充ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ个需要理解的概念
晶粒：多晶体材料中每个 小晶体的外形多为不规则 的颗粒状，通常把它们叫 做“晶粒”。 晶界：晶粒与晶粒之间的 分界面叫“晶粒间界”， 或简称“晶界”。为了适 应两晶粒间不同晶格位向 的过渡，在晶界处的原子 排列总是不规则的。
第三章
晶体结构缺陷
晶体结构缺陷的类型
点缺陷
缺陷的 类型
其特点是在三维 方向上的尺寸都 很小，缺陷的尺 寸处在一、两个 原子大小的级别， 又称零维缺陷， 例如空位，间隙 原子和杂质原子 等。
线缺陷

北科大材料考研试题

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五、形核与长大
晶体的凝固是通过形核与长大两个过程进行的， 即固相核心的形成与晶核生长至液相耗尽为止。 形核方式可以分为两大类： （1）均匀形核 新相晶核是在母相中均匀地生成，即晶核由液相 中的一些原子团直接形成，不受杂质或外表面的 影响。 （2）非均匀形核 新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于 液相中的杂质或外来表面形核。
1 形核
（1）均匀形核
5）形核率与过冷度的关系
N=N1.N2 由于N受N1.N2两个因素控制 ，形核率与过冷度之间是呈抛 物线的关系。
N1 N2
金属结晶：均匀形核时有 效过冷度（见图6-8） △T≈0.2Tm 非均匀形核时有效过冷度 △T≈0.02Tm
金属材料形核率与温度的关系如图所示 形核率突然增大的温度称为有效形核温度，此时 对应的过冷变称临界过冷度约等于0.2Tm。
结构：长程无序，短程有序（更接近于固态金属）。 特点（与固态相比）：原子间距较大、原子配位数较 小、原子排列较混乱。
三、液态金属的结构
结构更接近于固态金属?
1金属的相变热 Lm « Lb≈Lc S L 近邻原子间破坏不大。 2金属熔化时的体积变化 3%～ 5% 原子间距 原子间结合力接近。 3固态与液态金属热容量差 10%以下，表明固、液态内部原子热运动状 态也相近。
2 晶体长大
2 晶体长大
2 晶体长大
(2 )液体中温度梯度与晶体的长大形态 1）正温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越高） 粗糙界面：平面状。 光滑界面：台阶状。 2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低） 粗糙界面：树枝状。 光滑界面：树枝状。
2 晶体长大
晶体的长大过程是液体中原子迁移到固体表面，使 液—固界面向液体中推移的过程。

北科大材料考研试题

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τ ≈Gb/2R
推倒思路：1、作 用在位错上的力 F=T分量 2、ds/dθ=R 3、dθ很小时
第五节、位错与晶体缺陷间的交互作用
两平行螺型位错交互作用的特点是同号相斥，
异号相吸； 当两个刃型位错的柏氏矢量方向相同时，为 斥力，反之，为引力；情况相对螺型位错复 杂； 位错与点缺陷的交互作用： 柯垂尔气团 固溶强化 史氏气团

晶体中位错柏氏矢量可否是任意的，为何常用柏氏矢 量只有少数几个?(补充资料)
实际晶体中，位错的柏氏矢量不是任意的，
它应符合相应的结构条件和能量条件。 晶体结构条件是指柏氏矢量必须连接晶体中 一个原子平衡位置到另一个平衡位置；能量 条件是指柏氏矢量所表征的位错应尽量处于 最低能量。 因此，实际晶体中存在的位错及其柏氏矢量 只有少数几个。
a 6
a[001]
a 6

[110]
[121]+
[211]

课堂练习：书上4道例题！
位错环运动习题（补充资料）
参考答案
三 扩展位错（ extended dislocation ） 1 面心立方晶体中能量最低的全位错 2 〈110〉可以分 解为两个肖克莱不全位错： 1 a[101] 1/6a[211]+1/6a[112] 2 分解后将使位错能量减少1/6。这种由两个肖克莱不 全位错之间还夹着一片层错的位错称为扩展位错。
不全位错：
肖克莱（Shockley）不全位错和 弗兰克(Frank)不全位错； 在面心立方晶体中，由不均匀滑移造成的不 1 全位错，其柏氏矢量为 6 a〈211〉,称这种不 全位错为肖克莱不全位错； 肖克莱不全位错可以是刃型、螺型或混合型 位错，因其柏氏矢量在滑移面上，故肖克莱 不全位错可以滑移。.

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北京科技大学材料科学基础考研真题.doc

北京科技大学2010年硕士学位研究生入学考试试题试题编号： ________________________ 试题名称：___________ （共2页）适用专业：材料科学与工程______________________________________________________________说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效.一、分析发生下列现象的原因（30分）1. 低碳钢应力-应变曲线的屈服现象（10分）2. 金属及合金凝固时形成树枝状晶（10分）3. 上坡扩散（5分）4. 二次再结晶（5分）二、在面心立方结构的金属中（111）面上运动着柏氏矢量为6=a/2［110］的位错，位错线方向也是［110］,请在单胞中画出（ill）晶面和山0］晶向，并说明该位错属于什么类型？如果该位错的运动受到阻碍后，请判断是否有可能转移到（ill）, （ill）, （ill）各晶面上继续运动？说明为什么？（15分）三、以含Al-4wt%Cu合金为例，给出其经过不同固溶时效工艺处理后的脱溶贯序；定性说明各阶段脱溶相的尺寸及分布特点、与母相的界面匹配关系及其强化效果等.（20分）四、讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。

（15分）五、与液态结晶过程相比，固态相变有什么特点？这些特点对固态相变后形成的组织有什么影响？（15分）六、叙述离子晶体的结构规则（15分）七、分析形成下列不同铸态组织的可能原因，并说明要得到细小的等轴晶，可采取哪些办法？（20分）八、参考下面提供的示意图，画出按组织分区的Fe-Fe’C相图，写出各三相反应,并说明分别为1. Owt%C和3. Owt%C的铁碳合金经过缓慢冷却在相关三相反应完成后形成的各组织特点（20分）。

2010答案:一、1.低碳钢在一定条件下形变时，应力-应变曲线的大致规律是首先发生线性弹性变形，达到屈服时发生塑性变形直至断裂。

特殊的地方在于应力-应变曲线上常常出现上下屈服点，这与C间隙原子对位错的钉扎作用有关。

北科大材料考研试题

北科大材料考研试题

二次电子收集系统由栅网、聚焦环和闪烁体组成。
栅网上加+250V电压，用来吸引二次电子。通过 调整聚焦环位置可改变闪烁体前加速电场分布， 使二次电子比较集中打到加有+12kV高压的闪烁 体上。
二次电子探测器示意图
二次电子大部分信号穿过栅网，打到闪烁体上，转
换成光信号，经光电倍增管输出的电流信号接到视 频放大器，再稍放大后即可用来调制显像管亮度， 从而获得图像。
1.1概述
扫描电子显微镜是探索微观世界奥秘的 最有效的大型精密仪器之一自1965年做出第 一台商品扫描电镜，自其问世以来，得到了 迅速的发展，种类不断增多，性能日益提高， 由于其具备分辨率高、放大倍数变化范围宽、 景深大、立体感强、样品制备简单等特点， 因此广泛地应用于材料科学、地质学、生物 学、医学、物理学、化学等众多的科学研究 领域。
电子显微镜（electron microscope）：用
一束电子照射到样品上并将其组织结构细节 放大成像的显微镜。
电子显微镜的类型
扫描电子显微镜（scanning electron
microscope, SEM） 透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM） 扫描透射电子显微镜（scanning transmission electron microscope, STEM）
背反射电子像

背反射电子是被样品 原子反射回来的人射电 子。实验指出，当入射 电子能量在 10～40 keV范围时，样品背散 射系数随元素原子序 数Z的增大而增加，如 下图所。
这主要是因为大角度弹性散射随原子序数增大而
增加。例如碳原子序数Z＝ 6，背散射系数＜10 ％，铀原子序数Z＝92，背散射系数 ＞50％。 对于 Z＜40的元素，背散射系数随原子序数的变 化较为明显；例如在Z＝20附近，原子序数每变 化1，引起背散射系数变化约为5％。由于背散射 电子信号强度人与成正比，背散射电子信号强 度随原子序数Z增大而增大，样品表面上平均原 子序数较高的区域，产生较强的信号，在背散射 电子像上显示较亮的衬度。因此可以根据背散射 电子像（成分像）亮暗村度来判断相应区域原子 序数的相对高低，对金属及其合金进行显微组织 的分析。
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第七节 冷变形金属的内应力和储存能
这部分能量提高了变形晶体的能量，使之 处于热力学不稳定状态，故它有一种使变 形金属重新恢复到自由焓最低的稳定结构 状态的自发趋势，并导致塑性变形金属在 加热时的回复及再结晶过程。
第七节 冷变形金属的内应力和储存能
2 影响储存能的因素
（ 1 ）储存能随形变量的增加而增大，但增速逐 渐变缓，最后趋于饱和。 （ 2 ）加工温度越低，形变速度越大，材料的加 工硬化率越大，经受相同变形后的储存能也就越 高。 （ 3 ）加工方式的应力状态越复杂，加工时的摩 擦力越大，应力、应变的分布越不均匀，消耗的 总能量越高，储存能也就越大。
复习
1冷变形金属的内应力(宏观和微观) 2储存能(残余弹性应变能和结构缺陷能) 3回复概念 4再结晶概念
复习
1、回复过程有何特征？ ①回复过程组织不发生变化，仍保持变形状态伸 长的晶粒。 ②回复过程使变形引起的宏观（一类）应力全部 消除，微观（二类）应力部分消除。 ③回复过程中一般力学性能变化不大，硬度、强 度仅稍有降低，塑性稍有提高，某些物理性能有 较大变化，电阻率降低，密度增大。 ④变形储能在回复阶段部分释放。
图7-14 变形度与晶粒尺寸的关系示意图
另外，当金属的原始晶粒细小及有微量溶质原 子存在时，G/N的比值均减小，再结晶后可得到 细小的晶粒。而再结晶温度对刚完成再结晶时晶 粒尺寸的影响比较弱，这是因为它对G/N比值影 响微弱。但提高退火温度可使再结晶的速度显著 加快，临界变形度数值变小（见图7-15）若再结 晶过程已完成，随后还有一个晶粒长大阶段，很 明显温度越高晶粒越粗。
复习
2、再结晶过程的特征是什么？（10分） 答：①组织发生变化，由冷变形的伸长晶 粒变为新的等轴晶粒。 ②力学性能发生急剧变化，强度、硬度急 剧降低，塑性提高，恢复至变形前的状态。 ③变形储能在再结晶过程中全部释放，点 阵畸变（三类应力）清除，位错密度降低。
第九节 冷变形金属的再结晶
金相法：以新晶粒全部替代变形晶粒为准 硬度法：以硬度降低50%所对应的温度为准 公式法：
2．再结晶晶粒大小
变形度的影响如图7-14。变形量很小时， 储存能少，不足以发生再结晶，故退火后晶 粒尺寸不变：能发生再结晶的最小变形度通 常在2％-8％范围内，此时驱动力小，形核 率低，最终能长大的晶粒个数少，再结晶退 火后晶粒特别粗大，称为“临界变形度”； 超过临界变形度随变形度增加，储存能增加。 从而使再结晶驱动力增加，导致生核率N与 长大率G同时增加，但由于N增加速率大于 G，故再结晶后的晶粒得到细化。
四、再结晶温度及晶粒大小 1、再结晶温度
冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为开始 再结晶温度。 一般工程当中所说的再结晶温度是指完成再结晶 的温度，即在1h内再结晶完成95％所对应的温度 测定方法：金相法，硬度法，公式法（9-32） 经验公式：Tk=(0.35~0.45)Tm 常用金属的再结晶温度：表9-6 凡影响形核率和长大速率的因素均影响再结晶温 度。
第八节 冷变形金属的回复
前言
回复、再结晶与晶粒长大是冷变形金属加热 过程中经历的基本过程。
将冷塑性变形的金属材料加热到0.5T熔温度附 近，进行保温，随时间的延长。第一阶段0～τ1， 显微组织无变化，晶粒仍是冷变形后的纤维状， 称为回复阶段。第二阶段完全变成新的等轴晶粒， 称为再结晶阶段（ τ1～ τ2 ）。第三阶段称为晶粒 长大阶段（ τ2～ τ3） 。
一、回复过程的特征
所谓回复是指冷变形金 属加热时，在新的无畸 变晶粒出现之前，所产 生的亚结构与性能的变 化的过程。
回复特点：
（1）回复过程中组织不发生改变，但高温 回复后，电镜下可观察到胞状位错缠结转 变呈的亚晶。 （2）经过回复可完全消除宏观残余内应力， 但微观残余内应力部分存在。
（3）回复过程中力学性能变化不大，储存 能释放较为平缓，说明主要结构缺陷—— 位错密度变化不大，因此与位错密度密切 相关的强度、硬度变化不大。
通常小晶粒凸边界， 大晶粒为凹边界，存 在化学势差使原子移 向大晶粒，晶界移向 小晶粒。
2）．晶粒的稳定形貌
实际的二维晶粒如图7-17所示，较大的晶粒往往 是六边以上。
小晶粒凸边界，大晶粒为凹边界，存在化学势差使原子移向大晶粒，晶界 移向小晶粒。在三晶粒会聚处，界面交角呈120度才能保证界面张力平衡。 因此晶粒长大的稳定形态应该为规则的六边形。
五 晶粒长大
冷变形金属在完成再结晶后，继续加热时，会发 生晶粒长大。晶粒长大又可分为正常长大和异常 长大（二次再结晶）。
1 晶粒的正常长大
再结晶刚刚完成，得到细小的无畸变等轴晶粒， 当升高温度或延长保温时间，晶粒仍可继续长大， 若均匀地连续生长叫正常长大。
1）．晶粒长大的驱动力
晶粒长大的驱动力，从整体上看，是晶粒长大前 后总的界面能差。 从个别晶粒长大的微观过程来说，晶界具有不同 的曲率则是造成晶界迁移的直接原因。
2 晶粒的异常长大
异常晶粒长大又称不连续晶粒长大或二次再结 晶，是一种特殊的晶粒长大现象。 发生异常长大的条件是，正常晶粒长大过程被分 散相粒子，织构或表面热蚀沟等强烈阻碍，能够长 大的晶粒数目较少，致使晶粒大小相差悬殊。晶粒 尺寸差别越大，大晶粒吞食小晶粒的条件越有利， 大晶粒的长大速度也会越来越快，最后形成晶粒大 小极不均匀的组织，如图7-21(c)。
对工业纯金属，经强烈冷变形后的最低再结晶温 度约为 0.35~04Tm 。另外，发生再结晶需要一个 最小变形量，称临界变形量。低于此变形量不能 发生再结晶。
（2）金属纯度 杂质对N和G的影响有着截然不同的两重性 一方面杂质阻碍变形使储存能增加，N和G 增大； 另一方面，杂质又钉扎晶界，降低界面迁 移率，使形核率减小、生长速率减慢。 一般均起细化晶粒的作用。
（3）原始晶粒大小 材料的原始组织晶粒越细小，阻碍变形的 能力越强，储存能越高，从而N和G也就越 大。另外，晶粒越细小，晶界面积越多。 细晶组织中晶界多，可提供形核的位置也 多，N也会相应增大。
（4）温度 再结晶温度越高，位错的攀移，亚晶界的 移动、转动和聚合都变得容易，因此使N增 加。同时温度越高，晶界迁移率越大， G 也就随之增加。 提高再结晶退火温度，不仅使再结晶后的 晶粒长大，而且还减小临界变形度的具体 值。
第七节 冷变形金属的内应力和储存能
1、宏观残余内应力
它是由工件不同部分 的宏观变形不均匀性引起 的，故其应力平衡范围包 括整个工件。例如，将金 属棒施以弯曲载荷，则上 边受拉而伸长，下边受到 压缩；变形超过弹性极限 产生了塑性变形时，则外 力去除后被伸长的一边就 存在压应力，短边为张应 力。
第七节 冷变形金属的内应力和储存能
第九节 冷变形金属的再结晶
一 再结晶的形核
1. 已存晶界的弓出形核 对于变形程度较小（一般小于40％）的金属， 其再结晶核心多以晶界弓出方式形成，即应变诱 导晶界移动或称为凸出形核机制。 2. 亚晶合并形核 此机制一般是在大的变形度下发生。借助亚 晶作为再结晶的核心，其形核机制又可分为以下 两种： ①亚晶合并机制。 ②亚晶迁移机制。
二、再结晶的形核率及长大速率
再结晶的形核率指在单位时间、单位体积内形成 的再结晶核心的数目，一般用 N 表示。长大速率 用G表示。 N 和G都受储存能的驱动，其影响因 素主要如下：
（1）变形程度的影响
随着冷变形程度的增加，再结晶的形核率和 长大速度均成上升趋势。这是因为储存能也增多， 再结晶的驱动力就越大，因此再结晶温度越低， 同时等温退火时的再结晶速度也越快。但当变形 量增大到一定程度后，再结晶温度就基本能
（ 4 ）金属的熔点越高，变形越难，经同等程度 变形的总消耗功越大，储存能越高。 （ 5 ）固溶体中的溶质因其对变形的阻碍作用而 使储存能增加。 （ 6 ）在其他条件相同时，细晶中的储存能高于 粗晶粒。 （ 7 ）合金中的弥散第二相对储存能的影响视第 二相的性质而定。若第二相本身可变形，对储存 能的影响不大；若第二相不可变形，储存能增大
又如，金属线材经拔丝加 工后，由于拔丝模壁的阻 力作用，线材的外表面较 心部变形少，故表面受拉 应力，而心部受压应力。 这类残余应力所对应的畸 变能不大，仅占总储存能 的0.1％左右。
第七节 冷变形金属的内应力和储存能
2 微观残余应力 当对多晶体施加外力时，力轴对各晶粒的取 向不同，只有满足τ ＞ τc的晶粒其滑移系方可启 动（称软取向晶粒）。而其相邻晶粒可能会因取 向不合适而无法塑性变形（称硬取向晶粒）。由 于多晶体变形具有协调性，软取向晶粒必然会对 硬取向晶粒产生附加拉应力，反过来后者对前者 产生附加压应力。这种作用在物体微观组织间的 应力称微观残余内应力。
（4）回复过程对物理性能的影响较大，电 阻率的降低和密度的增加说明回复期间点 缺陷的浓度有了明显的降低。
第八节 冷变形金属的回复
二、回复机理
(1)低温回复 冷变形金属在较低温度（0.1Tm～0.3Tm）加热时所 产生的回复称为低温回复。主要涉及点缺陷的运动。空位 或间隙原子移动到晶界或位错处消失，空位与间隙原子的 相遇复合，空位集结形成空位对或空位片，使点缺陷密度 大大下降。 (2)中温回复 冷变形金属在中温（0.3Tm～0.5Tm）加热时所产生 的回复称为中温回复。除继续涉及点缺陷的运动外，还与 位错的运动有关。随温度升高，原子活动能力增强，位错 可以在滑移面上滑移，使异号位错相遇对消，位错密度下 降，位错缠结内部重新排列组合，使亚晶规整化。
第八节 冷变形金属的回复
（3）高温回复
冷变形金属在较高温度（ ≥0.5Tm ）加热时所产生的回 复称为高温回复。主要涉及由位错攀移所造成的位错组态的 变化。原子活动能力进一步增强，位错除滑移外，还可攀移。 每组位错墙均以小角度晶界分割晶粒成为亚晶，这一过程为 位错的多边形化。为了降低界面能，小角度亚晶界有合并成 为大位向差亚晶界的趋势。