814材料科学基础B试题10

河南科技大学2013年硕士研究生入学考试试题考试科目代码：814 考试科目名称：材料科学基础B（如无特殊注明，所有答案必须写在答题纸上，否则以“0”分计算）1.已知室温下α-Fe的晶格常数为2.866×10-8 cm，实际密度为7.87 g/cm3，原子量为55.847 g/mol，阿佛加德罗常数为236.02310原子。

1)分别求出（100）、（110）和（111）的晶面间距；（9分）2)指出晶面间距最大的晶面和其特性；（4分）3)计算α-Fe的理论密度和每立方厘米晶胞中的空位数目。

（12分）（共25分）2.画出金属材料的强度与位错密度的关系曲线的示意图。

根据塑性变形的位错理论解释之。

举例说明它在实际中的应用。

（15分）3.比较再结晶、二次再结晶、二次结晶和重结晶这四者之间的不同点。

写出三种类型的重结晶。

（15分）4.画出Fe－Fe3C相图，用相组成物填写相图各区。

（7分）1)用结晶冷却曲线分析3%C合金的平衡结晶过程，写出各阶段发生的转变的类型和反应式，写出各阶段的组织组成物。

（14分）2)计算3%C的合金室温下组织组成物和相组成物的相对量。

（7分）3)图1中哪个是3%C的合金的室温平衡组织? （3分）4)平衡结晶下，2.15%C的合金在1148℃反应后的组织特征有何特点？为什么？（4分）（共35分）A) B) C) D)图1 铁碳合金室温平衡组织（4％硝酸酒精腐蚀）5.已知直径为10mm的T10钢试样，AC1：730℃，AC cm：800℃。

1)画出该钢的TTT曲线和CCT曲线的示意图。

说明两者的不同点。

（8分）2)填写表1，将各工艺的冷却曲线画在相应的过冷A转变曲线上（表作在答题纸上后填写）。

（14分）3)此钢能否采用油冷却淬火？能否采用更高的加热温度淬火？为什么？（8分）4)说明该钢淬火马氏体的显微形态、亚结构和性能特点。

（5分）（共35分）表1 T10钢的热处理工艺和组织6.何谓淬透性？何谓红硬性？高速钢W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2的淬透性、红硬性和耐磨性与主要与什么合金元素有关？比较这两种钢的性能。

材料科学基础⼀.填空题（22分）1.对于⼩⾓度晶界结构⽽⾔，对称侧晶界由__⼀列平⾏的刃形位错__构成，⾮对称侧晶界由_两组柏⽒⽮量相互垂直的刃形位错_构成，扭转晶界由_螺型位错_构成。

2.按原⼦排列情况和吻合程度分类，界⾯可分为_共个界⾯_、_⾮共格界⾯_、_半共格界⾯_和复杂半共格界⾯。

3.界⾯迁移与原⼦运动⽅向_相反_（相同/相反），速度⽅向_相同_（相同/相反）。

4.晶界能的来源有_弹性能_、_核⼼能_、_化学键能_。

5.热⼒学稳定的液—固界⾯微观结构主要有_粗糙界⾯_和_光滑界⾯_。

6.纯⾦属及⾦属凝固后得到的典型铸锭组织由_表⾯细晶区_、_柱晶取_、__中⼼等轴晶区__三个区域构成。

7.晶体材料中质点扩散的微观机制主要有__空位机制__、_间隙机制__及其他（亚间隙机制、环易位机制等），扩散系数D阿累尼乌斯公式可写成__D=D0*e-Q/RT_，对于空位扩散机制，扩散活化能有_空位形成能__、_空位迁移能__对于间隙扩散机制，扩散活化能只包括_间隙原⼦的迁移能__。

8.从热⼒学⾓度看，烧结的基本驱动⼒是___系统表⾯能、界⾯能的减少____，动⼒学上的表现为___各种复杂的船只过程___，烧结后宏观上的表现为__坯体收缩、致密化与强度增⼤___，微观上的表现为__发⽣晶粒尺⼨与形状、⽓孔的尺⼨形状变化__。

9.固态相变的驱动⼒___新相与母相的⾃由焓之差__，阻⼒__界⾯能__和__应变能___。

10.⾦属固态相变的三种基本变化__结构____、__成分___、___有序程度变化__。

11.奥⽒体是碳在__a-固溶体__中的间隙固溶体。

12.奥⽒体形成的热⼒学条件是奥⽒体⾃由能__⼩于__（⼤于/⼩于）珠光体⾃由能。

13.贝⽒体转变时，温度较⾼存在__碳__的扩散。

14.球化处理由⽚状向粒状转变可降低__表⾯能__，为⾃发过程。

15.和单晶体的塑性形变相⽐，多晶体塑性形变的微观特点表现为__多⽅式__、__多滑移__和__不均匀性__，由于上述特点，多晶体的塑性变型产⽣__内应⼒__、__加⼯硬化__现象和形成纤维组织、形变组织。

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。

材料科学基础试题及答案一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷2. 扩散3. 塑性变形4. 应力5. 比热容二、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料属于金属材料？A. 玻璃B. 塑料C. 陶瓷D. 铜2. 下列哪种材料属于陶瓷材料？A. 铁B. 铝C. 硅酸盐D. 聚合物3. 下列哪种材料属于高分子材料？A. 玻璃B. 钢铁C. 聚乙烯D. 陶瓷4. 下列哪种材料属于半导体材料？A. 铜B. 铝C. 硅D. 铁5. 下列哪种材料属于绝缘体？A. 铜B. 铝C. 硅D. 玻璃三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述晶体结构的基本类型及其特点。

2. 请简述塑性变形与弹性变形的区别。

3. 请简述材料的热传导原理。

四、计算题（每题15分，共30分）1. 计算一个碳化硅晶体的体积。

已知碳化硅的晶胞参数：a=4.05 Å，b=4.05 Å，c=8.85 Å，α=β=γ=90°。

2. 计算在恒定温度下，将一个100 cm³的铜块加热100℃所需的热量。

已知铜的比热容为0.39J/(g·℃)，铜的密度为8.96 g/cm³。

五、论述题（每题20分，共40分）1. 论述材料科学在现代科技发展中的重要性。

2. 论述材料制备方法及其对材料性能的影响。

答案：一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷：晶体在生长过程中，由于外界环境的影响，导致其内部结构出现不完整或不符合理想周期性排列的现象。

2. 扩散：物质由高浓度区域向低浓度区域自发地移动的过程。

3. 塑性变形：材料在受到外力作用下，能够产生永久变形而不恢复原状的性质。

4. 应力：单位面积上作用于材料上的力。

5. 比热容：单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量。

二、选择题（每题2分，共20分）1. D2. C3. C4. C5. D三、简答题（每题10分，共30分）1. 晶体结构的基本类型及其特点：晶体结构的基本类型有立方晶系、四方晶系、六方晶系和单斜晶系。

2015年北京科技大学814材料科学基础考研真题（部分试题，不完整）
说明：以下试题只包含部分试题，特此说明！
一、解释下列术语并进行选择（6分/小题，共42分）
1．电子化合物：MgCu2相和CuZn相哪个是电子化合物？
2．脱溶贯序：Al-2%Cu和Al-4%Cu哪个脱溶速度快？
3．玻璃化温度：冷却速度快，玻璃化温度越高还是越低？
4．组分过冷：其他参数固定时，液相扩散系数大的合金容易出现组分过冷还是扩散系数小的？
5．Schmidt因子（也称取向因子）：FCC金属沿＜100＞方向拉伸的Schmidt因子大还是沿着＜124＞取向因子大？
6．形变织构：拔丝织构的表示方式是{hkl}＜uvw＞还是＜uvw＞？
7．聚合物的构型：无规线团模型和全同立构，哪个是描述构型的术语？
二、晶体结构（20分）
（1）如图为两种A-B二元合金相晶胞（类似NaCl和CuAu结构），分别抽象出其点阵类型并写出结构基元；
（2）对图1（a），用原子（离子）半径表达出的点阵常数a；给出晶胞中的原子（离子）个数：指出小原子（或正离子）的配位数是多少？
（3）分别指出两种合金A、B原子完全无序占位时的晶体结构？并说明原因。

图1 两种AB型合金晶胞示意图
三、晶体缺陷（25分）
（1）在点、线、面三种晶体缺陷中，它们在晶体中的出现都是热力学稳定的吗？为什么？
（2）各举出一个例子分别说明如何在晶体中大量引入这些缺陷。

2002答案：一，1，点阵畸变：在局部范围，原子偏离其正常的点阵位置，造成点阵畸变。

2，柏氏矢量：描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向，也是位错扫过后晶体相对滑动的量。

3，相图：描述各相平衡存在条件或共存关系的图解，也可称为平衡时热力学参量的几何轨迹。

4，过冷度：相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。

5，形变织构：多晶形变过程中出现的晶体学取向择优的现象。

6，二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。

7，滑移系：晶体中一个滑移面及该面上的一个滑移方向的组合称一个滑移系。

8，孪生：晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程。

二，立方晶系中（111）面、（435）面图略。

立方晶系空间点阵特征是点阵参数有如下关系：a=b=c, α=β=γ=90°。

也可用具有哪类对称元素表示，若有四个三次转轴，则对应立方点阵。

三，分为三晶区：激冷区、柱状晶区、中心等轴晶区。

影响铸锭结晶组织的因素：1，液体过冷度，越小越好。

2，凝固温度范围，越大越好，有利于枝晶的破碎。

3，温度梯度，越小越有利于等轴晶。

4，合金熔点低，温度梯度小。

5，搅拌或加孕育剂。

四，frank-read源机制，图略见课本。

滑移面上一个在A，B两点被钉扎的位错AB，在应力作用下弓出（状态2），弓出到3状态时，下方相邻部分反号相吸，并局部合并，完成一次增殖过程放出一位错环（状态4）。

在应力作用下，继续重复前面1-4过程。

五，一维下，J=-D ；J：扩散流量，单位时间通过单位面积扩散的物质量，D：扩散系数，：浓度梯度，：其意义为物质扩散量与该物质的浓度梯度成正比，方向相反。

影响扩散的因素：1，温度，满足D=D0e 的关系，T升高，D增加。

2，界面表面及位错，是扩散的快速通道。

3，第三组元，可对二元扩散有不同影响，如Mo、W降低C在r-Fe 中的扩散系数，Co、Si加速C扩散，Mn影响不大。

北京科技大学2020年硕士研究生入学考试试题考试科目：814 材料科学基础(注意：请在答题纸上做答，在试卷上做答无效；试后本卷必须与答案纸一同交回。

)一、简答题(每题10分，共20分)1、简要说明区域提纯的原理。

2、简要说明低碳钢的应力-应变曲线上出现上、下屈服点的原因。

二、图1是立方结构晶体点阵示意图，其中A处于顶点位置，B、C分别处于面心位置并写出AB、BC、CA的晶向指数和ABC面的晶面指数（20分）。

三、对于高层错能的面心立方结构的纯金属。

（共10分）1、分别示意画出此金属单晶在拉伸力轴为[111]和[123]方向时的应力-应变曲线，并说明这两个应力-应变曲线出现差异的原因。

2、确定上述两种情况下开动的滑移系数目3、描述高层错能金属在30%拉伸变形量下的显微组织。

四、凝固后的Cu-Zn合金内部出现枝晶偏析，在880K下退火，时间3小时可将偏析减弱到某种程度，如果退后时间要求为0.5小时，为了使偏析减弱到同样程度最低的退火温度应该是多少?（共20分）。

己知:扩散激活能为184 KJ/mol，R=8.314 J/(mol·K)五、结合图二中的Pb-Sn相图，回答下列问题（共20分）。

1、画出184C时各相的摩尔吉布斯自由能-成分曲线示意图，并标明对应的相成分。

2、画出80% Sn合金平衡冷却曲线以及平衡凝固转变过程中的组织转变示意图，计算共晶转变完成时的相组成物及组织组成物的相对含量。

3、在较慢和较快两种冷却速度条件下，试分析17.5% Sn合金凝固至室温的显微组织六、已知二元相图的局部如图所示，成分为C0=0.1的圆棒状熔体，凝固从一段开始逐渐推进到另一端，宏观界面保持平整。

假设固相中扩散系数D s→0，液相中扩散系数D L→∞。

（共20分）1、计算液相成分为共晶时，液相的体积分数。

2、画出凝固后圆棒中的组织示意图提示:Scheil方程CL= C0 f L(k0-1)七、冷变形金属在退火过程中会发生回复与再结晶，请说明（共20分）。

2011年北京科技大学814材料科学基础考研真题及详解一、名词解释（5分/题，共40分）1．空间点阵答：空间点阵是指把晶体质点的中心用直线连接起来，构成一个空间网格，其中每个点都处于相同的环境中，在三维空间中周期性地规律排列。

在表示晶体结构时，空间点阵中每一个阵点代表一个或几个相同原子的所处位置，其周围环境和对称性都相同。

依据晶胞参数之间关系的不同，可以把所有晶体的空间点阵划归为7类，即7个晶系。

按照点阵在空间排列方式不同，7个晶系共包括14种布拉菲点阵。

2．临界分切应力答：临界分切应力是指使滑移系开动的最小分切应力。

临界切分应力也是一个表示晶体屈服实质的物理量，它是一个定值，不随试样的取向变化，只取决于晶体内部的实际状况。

3．滑移系答：位错滑移是指在外力的作用下，位错线在其滑移面（即位错线和伯氏矢量b构成的晶面）上的运动。

位错线与其伯氏矢量构成的晶面称为该位错的滑移面，晶体的滑移面通常是指晶体中的原子密排面。

当晶体发生滑移时，在某些特定的晶面和晶向会相对滑开，特定的晶向即为滑移方向；一个滑移面和该面上的一个滑移方向称为一个滑移系。

4．堆垛层错答：堆垛层错（简称层错）是指晶体结构层间正常的周期性重复堆垛顺序在某两层间出现了错误，从而导致沿该层间平面（称为层错面）两侧附近原子的错误排布。

堆垛层错是层状结构晶格中常见的一种面缺陷，例如面心立方晶体在（111）面的堆垛顺序中发生层错，就会由正常的ABCABC…堆垛顺序改变为ABCBAC…。

5．调幅分解答：调幅分解是指过饱和固溶体在一定温度下通过溶质原子的上坡扩散形成结构相同而成分呈周期性波动的两种固溶体的过程，是自发的脱溶过程，它不需要形核，而是通过溶质原子的上坡扩散形成结构相同而成分呈周期性波动的纳米尺度共格微畴，以连续变化的溶质富集区与贫化区彼此交替地均匀分布于整体中。

按扩散-偏聚机制进行的无需成核、而由成分起伏直接长大形成新相的固态相变。

6．脱溶答：脱溶是指当固溶体因温度变化等原因而呈过饱和状态时，将自发的发生分解过程，其所含的过饱和溶液中，溶质原子发生偏聚，并沉淀析出新相的现象。

“材料科学基础（下）”试题（A）适用于金属材料工程、材料成型与控制工程专业一、解释下列名词（每个名词2分，共10分）1、马氏体转变是一种固态相变，是通过母相宏观切变，原子整体有规律迁移完成的无扩散相变。

2、TTT曲线是过冷奥氏体等温转变图，是描述过冷奥氏体等温转变形为，即等温温度、等温时间和转变产物的综合曲线。

3、反稳定化在热稳定化上限温度M C以下，热稳定程度随温度的升高而增加；但有些钢，当温度达到某一温度后稳定化程度反而下降的现象。

4、时效硬化时效合金随第二相的析出，强度硬度升高而塑性下降的现象称为时效硬化。

5、珠光体晶粒在片状珠光体中，片层排列方向大致相同的区域称为珠光体团二、说出下符号的名称和意义（6分）1、M S马氏体点，马氏体转变的开始温度，母相与马氏体两相的体积自由能之差达到相变所需最小驱动值时的温度。

2、S0片状珠光体的片间距离，即一片铁素体和一片渗碳体的总厚度，或相邻两片铁素体或渗碳体之间的中心距离。

3、M C奥氏体热稳定化的上限温度，超过此温度奥氏体将出现热稳定化现象。

三、简答下各题（每题8分，共40分）1、何谓奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度。

钢中弥散析出的第二相对奥氏体晶粒的长大有何影响。

起始晶粒度：指临界温度以上奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚互相接触时的晶粒大小。

实际晶粒度：指在某一热处理加热条件下，所得到的晶粒尺寸。

本质晶粒度：是根据标准实验条件，在930±10℃，保温足够时间（3~8小时）后，测定的钢中奥氏体晶粒的大小。

晶粒的长大主要表现为晶界的移动，高度弥散的、难熔的非金属或金属化合物颗粒对晶粒长大起很大的抑制作用，为了获得细小的奥氏体晶粒，必须保证钢中有足够数量和足够细小难熔的第二相颗粒。

2、片状珠光体可分为几类，片间离不同的珠光体在光学显微镜和电子显微镜下的形态特征。

通常所说的珠光体是指在光学显微镜下能清楚分辨出片层状态的一类珠光体，而当片间距离小到一定程度后，光学显微镜就分辨不出片层的状态了。

材料科学基础》 B 卷参考答案及评分标准一、名词解释1、动态过冷度：液-固界面向液相移动时所需要的过冷度（ 3 分）。

2、固溶强化：固溶体随溶质含量的增加，其强度、硬度提高，而塑性下降的现象（ 3 分）。

3、配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数（ 3 分）。

4、反应扩散：当某种元素通过扩散，自金属表面向内部渗透时，若该扩散元素的含量超过基体金属的溶解度，则随着扩散的进行会在金属表层形成中间相（也可能是另一种固溶体），这种通过扩散形成新相的现象称为反应扩散（ 3 分）。

5、堆垛层错：实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭到破坏和错排，成为堆垛层错。

（3 分）二、判断分析题1、此说法错误。

（ 1 分）晶体结构不同也可能同属一种空间点阵。

（2 分）2、此说法错误。

（ 1 分）材料虽然具备了一定的变形量，但当变形量较小时，晶粒尺寸即为原始晶粒的尺寸。

因为较小的变形量造成的储存能不足以驱动再结晶，所以晶粒大小没有变化。

（2 分）3、此说法错误。

（ 1 分）由于成分过冷的影响，合金在正的温度梯度下也可以得到树枝状组织。

（2 分）4、此说法错误。

（ 1 分）对于刃型位错来说，其滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面（ 1 分），而刃型位错线与滑移矢量相互垂直，所构成的平面只有一个，因此刃型位错线的滑移面是唯一的。

（1 分）三、问答题1、答：将退火低碳钢进行少量塑性变形后卸载，然后立即加载，屈服现象不再出现。

如果卸载后在室温下放置较长时间或加热到一定温度保温，屈服现象再次出现，而且低碳钢的强度及硬度升高，这种现象称为应变时效（ 3 分）。

应变时效的产生是由于低碳钢中位错与碳原子之间的弹性交互作用所致。

卸载后立即加载，脱离位错的碳原子还来不及扩散到位错周围形成气团，因此不会产生屈服现象（ 2 分）。

若卸载后将低碳钢在室温下放置较长的时间，或加热到一定温度保温，碳原子则又扩散到位错附近重新形成气团，屈服现象再次出现，并使强度和硬度提高，这就是应变时效产生的原因（ 3 分）。