试卷三
2009年攻读硕士学位研究生入学
考试试题
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考试科目：材料科学基础(与物理化学或固体物理)
适用专业：材料科学与工程
一、分别写出图3-1所示5种晶体结构所属的布拉维点阵类型。
二、在图3-2所示的应力一应变曲线中，分别指出(标出对应的纵坐标或横坐标的位置即可)：
1．弹性极限(elastic limit)。
2．条件屈服强度(offset yield strength or yield strength) σ0.2。
3．抗张强度(tensile strength)。
4．破坏强度(breaking strength)。
5．断裂延伸率(elongation to failure)。
6．弹性模量(modulus of elasticifv)。
三、在晶胞图中给出下列晶向上的单位向量长度(即最短原子问距，用点阵常数表示)：
FCC晶体中：[110]______；
______。
BCC晶体中：[111]______；
______。
HCP晶体中：[1010]______；
______。
四、有一BCC单晶试棒，棒轴为
，滑移面为{110}，现沿棒轴方向拉伸，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)。
五、分析图3-3位错环
的性质，在切应力下的作用下，位错及晶体将分别如何运动?(画出位错环运动过程中位错环及晶体形状的变化)
六、假设将纯铁工件在800℃进行渗碳，且工件表面碳的质量分数为6.69%。
1．示意画出工件表面至心部的碳质量分数分布曲线，在所画曲线图中填写出相应的相组成物。
2．说明碳质量分数按照上述曲线分布的原因。
七、冷加工金属的微观组织(见图3-4a)，随温度升高(在某一温度下保温足够长时间)会发生从图3.4a～d的变化，试从微观组织(包括驱动力和过程)和宏观性能两个方面，依次对上述变化加以解释。
八、请根据图3-5所示二元共晶相图分析和解答下列问题：
1．分析合金Ⅰ、Ⅱ的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线。
2．说明室温下Ⅰ、Ⅱ的相和组织是什么，并计算出相和组织的相对含量。
3．如果希望得到共晶组织和5%的β初的合金，求该合金的成分。
4．分析在快速冷却条件下，Ⅰ、Ⅱ合金获得的组织有何不同。
标准
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答案
一、
a)面心立方；b)简单立方点阵；c)简单立方点阵；d) (简单)六方点阵；e)面心立方点阵。
二、如图3-6所示。
1．A点对应的纵坐标为弹性极限(elastic limit)。
2．B点对应的纵坐标为条件屈服强度σ0.2(offset yield strength or yield strength)。
3．C点(应力一应变曲线最高点)对应的纵坐标为抗张强度(tensile strength)。
4．D点对应的纵坐标为破坏强度(breaking strength)。
5．E点或E'对应的横坐标为断裂延伸率(elongation to failure)。
6．
=弹性模量(modulus of elasticity)。
三、如图3-7所示。
四、如图3-8所示。
1．棒轴
位于取向三角形
中，BCC的滑移系统为
。
初始滑移系统：
2．双滑移系统：
3．利用L=l+γ(l·n)b
得
双滑移开始时，有
得：
所以，开始双滑移时的
。
4．单滑移时转轴为
。
双滑移时转轴为[100]。
5．试棒的最终取向为
。
五、AB为正刃型，CD为负刃型；BC为右螺型，DA为左螺型。位错环的运动及晶体形状的变化如图3-9所示。
六、
1．如图3-10所示。
2．二元合金扩散时会发生反应扩散，且扩散层中不会存在两相共存区。在扩散中，一旦达到相图相分解线成分，便发生相变，浓度发生突变。即在二元系扩散系统中，只存在彼此相连的单相区，单相区的浓度按抛物线规律下降，而不存在平衡共存的两相区。
七、
1．图3-4a所对应的为加工组织，其特点为：
(1) 存在变形储能和内应力，大量非平衡点缺陷，高位错密度。
(2) 拉长的晶粒和晶界。
(3) 变形织构。
(4) 高强度，高硬度，较低的延展性。
2．图3-4b所对应的为回复过程，其特点为：
(1) 回复的驱动力为变形储能。
(2) 回复过程中变形引起的宏观(一类)内应力全部消除，微观(二类)内应力大部分消除。
(3) 回复过程组织不发生变化，仍保持变形状态伸长的晶粒；但空位浓度下降至平衡浓度，电阻率下降，晶体密度增加；同一滑移面异号位错相互抵消造成位错密度略有下降。
(4) 高温回复阶段刃型位错通过滑移、攀移运动发生多边形过程，造成加工硬化现象保留，强度、硬度略有下降，塑性稍有提高。
3．图3-4c所对应的为再结晶过程，其特点为：
(1) 变形储能全部释放，点阵畸变(三类内应力)消除。
(2) 组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒。
(3) 伴随再结晶过程原子的重新排列，位错密度大大降低，变形过程所产生的复杂位错交互作用消失，加工硬化现象消失。
(4) 力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前状态。
4．图3-4d所对应的为晶粒长大过程，其特点为：
(1) 晶粒长大的驱动力是界面能的降低。
(2) 晶粒长大是大晶粒吞并小晶粒的过程。
(3) 引起一些性能变化，如强度、塑性、韧性下降。
(4) 伴随晶粒长大，还发生其他结构上的变化，如再结晶结构等。
八、
1．合金Ⅰ、Ⅱ的平衡结晶过程及冷却曲线分别如图3-11a和b所示。
2．Ⅰ：α初+βⅡ，相组成与组织组成比例相同
Ⅱ：β初+ (α+β)共，
3．设所求合金成分为x
4．Ⅰ合金在快冷条件下可能得到少量的共晶组织，且呈现离异共晶的形态，合金中的βⅡ量会减少，甚至不出现；Ⅱ合金在快冷条件下β初呈树枝状，且数量减少。共晶体组织变细小，相对量增加。
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