北京科技大学材料科学基础(金属学)作业

2008年北京科技大学金属学答案一．简述（6分/小题,共60分）1.扩散第一定律：菲克第一定律表明，只要材料中有浓度梯度，扩散就会由高浓度区向低浓度区进行，而且扩散通量与浓度梯度成正比J=-Ddc/dx2.位错：是晶体内的一种线缺陷，其特点是沿一条线方向原子有规律的发生错排，这种缺陷用一线方向和一个柏氏矢量共同描述。

3.二次再结晶：在结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶类异常长大的现象4.晶体结构与空间点阵：晶体结构是晶体中原子，分子或离子等微观粒子的具体排列方式或聚集状态，排列方式不同即具有不同的晶体结构5.二级相变：若相变的时候两相的化学位相等，一次偏微商相等，但是二次偏微商不等，这样的相变称为二级相变6.孪生：晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程7.成分过冷：合金凝固时由于液固界面前沿溶质浓度分布不均，使其实际温度低于理论熔点而所造成的一种特殊过冷现象8.对多层错：实际晶体结构中，原子面的正常堆垛顺序经常由于某种原因出现错误排列，这种原子错排区称为堆垛层错9.液固界面微观结构：10.临界分切应力：滑移系开动时所需的最小分切应力，它是一个定值，与材料的性质有关，与外力取向无关二．叙述相平衡，相平衡条件和相律概念答：相平衡：在指定的温度和压力下，若多相体系的各项中每一组元的浓度均不随时间而变，则体系达到相平衡。

相平衡条件：在无化学反应时，每一组元各自在各相中的化学位处处相等。

相律：判别相平衡的一个定律，在平衡条件下，系统的自由度数，组元数，和平衡相数之间的关系式，f=k-p 2三．分别画出点阵常数为a，具有A2晶体结构纯金属的八面体间隙、四面体间隙位置及（110）晶面原子的排列情况。

A2是指体心立方晶体（在宋维锡《金属学》27页表2-3中有备注）答案参考李见编著的《材料科学基础》第96页图3-24，97页图3-25四．（1）B图是Ⅱ，C图是Ⅰ（2）参考哈工大出版的《材料科学基础教程习题及解答》第71页4.6五．组织为退火孪晶，参考《金属学》214页第二自然段六．参考哈工大出版的《材料科学基础教程》127页（单晶曲线特点）131页图6-25（多晶曲线特点）七．《金属学》121页。

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。

北京科技⼤学材科基考研（名词解释汇总及课后重要习题）北京科技⼤学攻读硕⼠学位《⾦属学》复习⼤纲（适⽤专业：材料加⼯⼯程、材料学、材料科学与⼯程、材料物理与化学）⼀、⾦属与合⾦的晶体结构1. 原⼦间的键合1)⾦属键, 2)离⼦键, 3)共价键2．晶体学基础1）空间点阵， 2）晶系及布喇菲点阵， 3）晶向指数与晶⾯指数3．⾦属的晶体结构1）典型的⾦属晶体结构，2）原⼦的堆垛⽅式，3）晶体结构中的间隙，4）晶体缺陷4．合⾦相结构1）置换固溶体，2）间隙固溶体，3）影响固溶体溶解度的主要因素4）中间相5．晶体缺陷1）点缺陷, 2)晶体缺陷的基本类型和特征, 3)⾯缺陷⼆、⾦属与合⾦的凝固1．⾦属凝固的热⼒学条件2．形核1）均匀形核，2）⾮均匀形核3．晶体⽣长1）液-固界⾯的微观结构，2）⾦属与合⾦凝固时的⽣长形态，3）成分过冷4．凝固宏观组织与缺陷三、⾦属与合⾦中的扩散1．扩散机制2．扩散第⼀定律3．扩散第⼆定律4．影响扩散的主要因素四、⼆元相图1．合⾦的相平衡条件2．相律3．相图的热⼒学基础4．⼆元相图的类型与分析五、⾦属与合⾦的塑性变形1．单晶体的塑性变形1）滑移，2）临界分切应⼒,3）孪⽣，4）纽折2．多晶体的塑性变形1）多晶体塑性变形的特点，2）晶界的影响，3.塑性变形对组织与性能的影响1）屈服现象,2)应⼒-应变曲线及加⼯硬化现象,3)形变织构等六、回复和再结晶1．回复和再结晶的基本概念2．冷变形⾦属在加热过程中的组织与性能变化3．再结晶动⼒学4．影响再结晶的主要因素5．晶粒正常长⼤和⼆次再结晶七、铁碳相图与铁碳合⾦1．铁碳相图2．铁碳合⾦3．铁碳合⾦在缓慢冷却时组织转变⼋、固态相变1．固态相变的基本特点2．固态相变的分类3．扩散型相变1）合⾦脱溶，2）共析转变，3）调幅分解4．⾮扩散型相变参考书：1.⾦属学（修订版）, 宋维锡主编, 冶⾦⼯业出版社，1998；2.材料科学基础, 余永宁主编, ⾼等教育出出版社，2006；3.材料科学基础（第⼆版）, 胡赓祥等主编, ⾼等教育出出版社，2006；4.任何⾼等学校材料科学与⼯程专业《⾦属学》或《材料科学基础》教学参考书。

《金属学》(1-9章) 冶金工业出版社宋维锡;《材料科学基础》第二版(1-9章) 上海交通大学出版社胡庚祥这是2010年，考材科基的参考教材。

你以上交的《材料科学基础》为主，以为宋维锡的书只有金属的东西，但这两年的考题都有一到两道题是非金属材料的东西。

以下是我列举的关于以上交的《材料科学基础》为主的大概顺序，以你可以参考下：注意：1.在看这本书是，可以结合《金属学》一起看，由于两个教材出版时间差异较大，你要尽量综合里面的东西，考场做题是只要答得有道理就行，跟其它科目不太一样，而且应该尽量的答自己总结的东西，不要照搬书本上的，一大段一大段的背着写下来。

1.原子结构和键合2.固体结构晶体学基础知识是要点，对fcc、bcc和hcp的堆垛方式、间隙，密排面和密排方向，滑移系等一定要知道的很清楚。

合金中相结构，不同的书中可能分类不同，一定看清楚其分类依据是什么。

（学习这些东西最好参考余永宁编的《材料科学基础》，如果不明白其中的某些内容，如极射投影和极图等，可以先放一放，等其它都复习好了再看）至于离子晶体和共价晶体要有所了解，离子晶体以前考过。

高分子、准晶、液晶和非晶体可以留到把其它都复习好了，临考前再了解下。

3.晶体缺陷对位错知识一定要下苦功夫，特表示要和单晶体和多晶体的塑性变形中位错的运动联系起来。

点缺陷和面缺陷也要下一定的功夫。

4.材料的形变和再结晶（《金属学》）中“金属及合金的形变”和“回复与再结晶”两章回复再结晶过程的前提是形变，因此先要看形变。

材料塑性变形要分类单晶体和多晶体的塑性变形是有差异的，在具体变形中，要注意宏观现行、应力应变曲线、微观的机制之间的结合。

最后要对材料发生塑变后的性能，组织，结构的变化知道的比较清除。

屈服效应（吕德斯带的产生）的解释（好像每年都有）。

回复和再结晶要和固态转变比较着学：驱动力和阻力，组织变化过程，相应的一些方程推理一定要会。

（这两年考试都有一两道比较多的方程推导的题）5.金属和合金中的固态转变（《金属学》）固态转变要按其分类比较着学，除了固态相变的一般特点要牢记，还要特别注意“脱溶”过程的总结。

第2章 例 题（A ）1. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。

2. 在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。

3. 右图中所画晶面的晶面指数是多少？4. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。

反之，求（3121）及（2112）的正交坐标的表示。

5. （练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。

答案：2. (2110) 4. （1562）， （0334） 5. [1322] [1214] （123） （212）[033] [302]第2章 例题答案(A)4. （152） )2615(6)51()(⇒-=+-=+-=v u t（034） )4303(3)30()(⇒-=+-=+-=v u t（1213） ⇒ （123）（2112） ⇒ （212）5. [152] ]2231[22)51(31)(313)152(31)2(311)512(31)2(31⇒⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫==-=+-=+-==-⨯=-=-=-⨯=-=W w V U t U V v V U u [034] ]4121[41)30(31)(312)032(31)2(311)302(31)2(31⇒⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫==-=+-=+-==-⨯=-=-=-⨯=-=W w V U t U V v V U u]3121[]033[33)1(20)1(1⇒⎪⎭⎪⎬⎫===--=-==---=-=w W t v V t u U [2112]]302[20)1(13)1(2⇒⎪⎭⎪⎬⎫===---=-==--=-=w W t v V t u U第2章 例 题（B ）1. 已知Cu 的原子直径为2.56A ，求Cu 的晶格常数，并计算1mm 3Cu 的原子数。

2. 已知Al 相对原子质量Ar （Al ）=26.97，原子半径γ=0.143nm ，求Al 晶体的密度。

3. bcc 铁的单位晶胞体积，在912℃时是0.02464nm 3；fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是0.0486nm 3。

(北京科技大学)材料科学基础真题2006年(总分：200.00，做题时间：90分钟)一、论述题(总题数：11，分数：200.00)1.晶体结构1．(以面心立方晶胞为例)描述晶体结构(晶胞)特征的常用参数有哪些？2．在体心立方晶胞中画出一个最密排方向并标明晶向指数；再画出过该方向的两个不同的低指数(简单)晶面，写出对应的晶面指数。

这两个面和与其平行的密排方向构成什么关系？（分数：20.00）__________________________________________________________________________________________正确答案：(1．FCC晶胞中的原子个数4，密排面{111}及密排方向＜110＞，配位数12，原子半径；间隙位置(八面体间隙在体心及等效位置)及个数4，堆垛顺序ABCABC，致密度0.74。

2．如图，构成晶带关系。

)解析：2.合金相1．(以金属为基的)固溶体与中间相的主要差异(如结构、键性、性能)是什么？2．纯金属中溶入另一组元后(假设不会产生新相)会带来哪些微观结构上的变化？这些变化如何引起性能上的变化？（分数：20.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(1．固溶体保持纯金属的晶体结构，中间相的结构一般与两组元的结构都不同；固溶体原子间以金属键为主，中间相以共价键及离子键为主；固溶体塑、韧性好，中间相的强度高，韧性较差。

2．引起点阵畸变，点阵常数会改变；会产生局部偏聚或有序，甚至出现超结构。

因固溶强化使强度提高，塑性降低；电阻一般增大。

)解析：3.晶体缺陷1．点缺陷(如间隙原子或代位原子)和线缺陷(如位错)为何会发生交互作用？这种交互作用如何影响力学性能？2．举例或画图说明什么是小角晶界的位错模型？描述大角晶界有何模型？其含义是什么？（分数：20.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(1．点缺陷产生畸变，使局部能量提高，附近有弹性应变场；位错也是如此，但位错周围不同位置应力场状态不同，有的为压应力，有的为拉应力；点缺陷会聚集到位错上使应变能降低，使系统的能量下降，吸附溶质的位错是一种稳定组态；此时位错被钉扎而难以运动，使强度提高，会产生上下屈服点效应。

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。

一：大纲分析：北京科技大学2009年攻读硕士学位《金属学》复习大纲（适用专业：材料加工工程、材料学、材料科学与工程、材料物理与化学）一、金属与合金的晶体结构1.原子间的键合1)金属键, 2)离子键, 3)共价键2．晶体学基础1）空间点阵， 2）晶系及布喇菲点阵， 3）晶向指数与晶面指数3．金属的晶体结构1）典型的金属晶体结构，2）原子的堆垛方式，3）晶体结构中的间隙，4）晶体缺陷4．合金相结构1）置换固溶体，2）间隙固溶体，3）影响固溶体溶解度的主要因素4）中间相5．晶体缺陷1）点缺陷, 2)晶体缺陷的基本类型和特征, 3)面缺陷二、金属与合金的凝固1．金属凝固的热力学条件2．形核1）均匀形核，2）非均匀形核3．晶体生长1）液-固界面的微观结构，2）金属与合金凝固时的生长形态，3）成分过冷4．凝固宏观组织与缺陷三、金属与合金中的扩散1．扩散机制2．扩散第一定律3．扩散第二定律4．影响扩散的主要因素四、二元相图1．合金的相平衡条件2．相律3．相图的热力学基础4．二元相图的类型与分析五、金属与合金的塑性变形1．单晶体的塑性变形1）滑移，2）临界分切应力,3）孪生，4）纽折2．多晶体的塑性变形1）多晶体塑性变形的特点，2）晶界的影响，3.塑性变形对组织与性能的影响1）屈服现象,2)应力-应变曲线及加工硬化现象,3)形变织构等六、回复和再结晶1．回复和再结晶的基本概念2．冷变形金属在加热过程中的组织与性能变化3．再结晶动力学4．影响再结晶的主要因素5．晶粒正常长大和二次再结晶七、铁碳相图与铁碳合金1．铁碳相图2．铁碳合金3．铁碳合金在缓慢冷却时组织转变八、固态相变1．固态相变的基本特点2．固态相变的分类3．扩散型相变1）合金脱溶，2）共析转变，3）调幅分解4．非扩散型相变参考书：1.金属学（修订版）, 宋维锡主编, 冶金工业出版社，1998；2.材料科学基础, 余永宁主编, 高等教育出出版社，2006；3.材料科学基础（第二版）, 胡赓祥等主编, 高等教育出出版社，2006；4.任何高等学校材料科学与工程专业《金属学》或《材料科学基础》教学参考书。