西工大材料学考研模拟题8套《材料科学基础》
更新时间:2023-10-17 14:31:01 阅读量: 综合文库 文档下载
- 西工大材料学考研分数线推荐度:
- 相关推荐
一、简答题(每题6分,共30分) 1.原子的结合键有哪几种?各有什么特点?
2.面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少? 3.立方晶系中,若位错线方向为[001],型。
4.请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。
,试说明该位错属于什么类
5.试从扩散系数公式
说明影响扩散的因素。
6.何为过冷度?它对形核率有什么影响?
二、作图计算题(每题10分,共40分) 1. 在面心立方晶体中,分别画出(101)、[110]和
、[
,指出哪些是
滑移面、滑移方向,并就图中情况分析它们能否构成滑移系?
2. 已知Al为面心立方晶体,原子半径为rA。若在Al晶体的八面体间隙中能溶
入最大的小原子半径为rB,请计算rB与rA的比值是多少。
3. A-B二元合金中具有共晶反应如下:若共晶反应
刚结束时,α和β相的相对含量各占50%,试求该合金的成分。 4. 已知铜的临界分切应力为1Mpa,问要使
在[001]方向上施加多大的力?
面上产生[101]方向的滑移,应
三、综合分析题(每题15分,共30分) 1.按下列条件绘出A-B二元相图:
(1)A组元(熔点600℃)与B组元(熔点500℃)在液态时无限互溶; (2)固态时,A在B中的最大固溶度为wA=0.30,室温时为wA=0.10;而B在
固态下不溶于A; (3)300℃时发生共晶反应
。
在A-B二元相图中,分析wB=0.6的合金平衡凝固后,在室温下的相组成物及组织组成物,并计算各相组成物的相对含量。
2.请绘出下列Fe-C合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图,并标注各组织。(腐蚀剂均为3%硝酸酒精)
一、简答题(每题6分,共30分) 1.原子的结合键有哪几种?各有什么特点?
离子键:正负离子相互吸引;键合很强,无方向性;熔点、硬度高,固态不
导电,导热性差。
共价键:相邻原子通过共用电子对结合;键合强,有方向性;熔点、硬度高,
不导电,导热性有好有差。
金属键:金属正离子于自由电子相互吸引;键合较强,无方向性;熔点、硬
度有高有低,导热导电性好。
分子键:分子或分子团显弱电性,相互吸引;键合很弱,无方向性;熔点、
硬度低,不导电,导热性差。
氢 键:类似分子键,但氢原子起关键作用XH-Y;键合弱,有方向性;熔
点、硬度低,不导电,导热性好。
2.面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少?
面心立方 体心立方
3.立方晶系中,若位错线方向为[001],型。
因位错线方向垂直于柏氏矢量,所以是刃位错。
,试说明该位错属于什么类
晶胞原子数 4 2 配位数 12 8 致密度 74% 68%
4.请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。 相同点:小原子溶入
不同点:若小原子溶入后,大小原子数量成比例,在选取点阵时,大小原子
点阵可以合并,这实际上改变了大原子的点阵结构,因此认为形成新相,称为间隙相(间隙化合物)。
若小原子溶入后,分布随机,大小原子点阵不能合并,仍然保留大原子点阵,称为间隙固溶体。
5.试从扩散系数公式
说明影响扩散的因素。
从公式表达形式可以看出扩散系数与扩散激活能Q和温度T有关。扩散激活能越低扩散系数越大,因此激活能低的扩散方式的扩散系数较大,如晶界和位错处的扩散系数较大。温度越高,原子活性越大,扩散系数越大。
6.何为过冷度?它对形核率有什么影响?
过冷度:实际结晶温度与理论结晶温度的差值。 随过冷度增大,形核率先增后减。
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1. 在面心立方晶体中,分别画出(101)、[110]和
、[
,指出哪
些是滑移面、滑移方向,并就图中情况分析它们能否构成滑移系?
对面心立方晶体,(101)非密排面,因此它不是滑移面;[110]是密排方向,因此是滑移方向。但这二者不能构成滑移系。
和[
是密排面和密排方向,因此可以构成滑移系。
2. 已知Al为面心立方晶体,原子半径为rA。若在Al晶体的八面体间隙中
能溶入最大的小原子半径为rB,请计算rB与rA的比值是多少。
3. A-B二元合金中具有共晶反应如下:若共晶
反应刚结束时,α和β相的相对含量各占50%,试求该合金的成分。
设合金成分为c%,由题知:
得:c %=0.55%
4. 已知铜的临界切分应力为1Mpa,问要使
移,应在[001]方向上施加多大的力?
对立方晶系,两晶向[h1k1l1]和[h2k2l2]夹角公式为:
面上产生[101]方向的滑
故滑移面的法线
与拉力轴方向[001]的夹角为:
同理,滑移方向[101]与拉力轴方向[001]的夹角为:由分切应力公式得:
三、综合分析题(每题15分,共30分) 1.按下列条件绘出A-B二元相图:
1) A组元(熔点600℃)与B组元(熔点500℃)在液态时无限互溶; 2) 固态时,A在B中的最大固溶度为wA=0.30,室温时为wA=0.10;而B
在固态下不溶于A;
3) 300℃时发生共晶反应
。
在A-B二元相图中,分析wB=0.6的合金平衡凝固后,在室温下的相组成物及组织组成物,并计算各相组成物的相对含量。
相组成:A+β
组织组成:A+β+AII
2.请绘出下列Fe-C合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图,并标注各组织。(腐蚀剂均为3%硝酸酒精)
工业纯铁: F
20钢: F+P
45钢: F+P
T8钢: P
T12钢: P+Fe3C网状 亚共晶白口铸铁:P+Ld’
一、简答题(每题6分,共30分)
1.工程材料分为哪几类?它们的结合键如何?
2.根据凝固理论,请分析细化铸锭晶粒的途径及原理
3.固溶体非平衡凝固时,形成微观偏析和宏观偏析的原因有何区别? 4.请为置换固溶体、间隙固溶体、间隙化合物、正常价化合物、电子化合物和间隙化合物各举一具体例子。 5.为什么细晶强化可以同时提高合金强度、硬度、塑性和韧性?
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1. 钛的晶胞(密排六方)体积在20℃时为0.106nm3,其c/a=1.59,求: (1)c、a的值; (2)钛原子半径。
2. 已知钼为体心立方结构,请回答:
(1) 画出其晶胞示意图;
(2) 在图中画出一个可能的滑移系,并标明滑移面和滑移方向的指数。 3. 一碳钢在平衡冷却条件下,室温组织为珠光体+二次渗碳体,其中珠光体
含量为90%。请确定该碳钢的含碳量,并画出组织示意图。 4. 假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为
(1) 给出滑移位错的单位位错柏氏矢量;
(2) 若滑移位错为纯刃位错,请指出其位错线方向;若滑移位错为纯螺位
错,其位错线方向又如何?
,请回答:
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1.根据下列已知条件绘出A-B二元共晶相图: i. tA > tB(tA 、tB为A、B的熔点); ii. 共晶反应为
;
iii. B在A中的固溶度随温度的下降而减小,室温时为wB=0.03;A在B
中的固溶度不随温度变化, 并请回答:
(1)分析wB=0.85的合金平衡结晶过程;
(2)计算该合金室温下的相组成物及组织组成物。(忽略二次相)
8. 一楔型纯铜铸锭,经间距恒定的轧辊轧制(如图); (1) 请画出轧制后,锭子的晶粒示意图。
(2) 画出将该锭子进行再结晶退火后,晶粒示意图。并分析原因。
一、简答题(每题5分,共30分)
1.何为空间点阵?它与晶体结构有何异、同? 2.请简述晶界有哪些特征?
3.何为固溶强化?置换固溶体与间隙固溶体相比,哪个的固溶强化效果强?请简述影响固溶度的因素。
4.请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 5.什么是反应扩散?请简述其特点。
6.简述在什么情况下会发生单滑移、多滑移和交滑移,它们的滑移线形貌特征是什么。
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1. 请计算简单立方和体心立方晶体的(100)、(110)和(111)晶面的面间
距(假设两种点阵的点阵常数都是a)。 2. 在面心立方晶体中,分别画出
、
和、
,
指出哪些是滑移面、滑移方向,并就图中情况分析它们能否构成滑移系?若外力方向为<001>,请问哪些滑移系可以开动?
3. 请判定下列反应能否进行,若能够进行,则在简单立方晶胞内绘出参加反应
位错的柏氏矢量。
1)
2)
4. 已知三元简单共晶的投影图,见附图,
1) 请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组成;
2) 请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线,及各阶段相变反应。
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1.已知Mg-Ni合金系中一个共晶反应: L23.5%Ni??纯Mg+Mg2Ni54.6%Ni
设有C1和C2两种合金,C1为亚共晶,C2为过共晶。这两种合金的初生相质量分数相等,但室温时C1中?(即Mg)的总量是C2中?总量的2.5倍,请确定C1和C2的成分。
2. 某工厂对一大型零件进行淬火处理,经过1100℃加热后,用冷拉钢丝绳吊
挂,由起重吊车送往淬火水槽,行至途中钢丝突然发生断裂。该钢丝是新的,且没有瑕疵,是分析该钢丝绳断裂的原因。
综合模拟测试
一、简答题(每题6分,共30分)
1. 请简述刃型位错、螺型位错的主要特征。
2. 相互垂直的位错运动后发生交割,原位错可能会发生什么变化?在后续的位错运动中可能会有什么影响? 3. 什么是离异共晶?如何发生的?
4. 简述平衡结晶与非平衡结晶的不同之处。 5. 形成无限固溶体的条件是什么?简述原因。
6. 在固态下晶体的线缺陷对溶质原子的扩散有何影响?
二、作图计算题(共40分)
1. 在A滑移面上有一环形位错,所受切应力如图所示,试分析在平面位错环上各段属于哪种类型的位错?作图表示位错运动的方向?(俯视观看)(8分)
A b
2. 根据Fe-Fe3C相图画出含碳0.65%的铁碳合金的冷却曲线。指出平衡冷却室温下相组成物、组织组成物是什么?并计算其相对含量。(12分) 3、下图为Cu-Zn相图,图中有多少三相平衡,写出它们的反应式。(8分)
4、已知单晶铜的{111} 滑移系的临界分切应力τk为1MPa,请问:
① 要使 面上产生 方向的滑移,则在 方向上应施加多大的应力?
② 假设在单晶铜中只开动 滑移系,那么随着滑移的进行,拉伸试样中 面会产生什么现象?它对随后的进一步变形有何影响?(12分)
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1. 为了细化纯铝板晶粒,采用冷变性的方法将其变形3%~5%,之后采用620℃退火1h,组织反而粗化,增大冷变形至80%以上,再于620℃退火1h,组织仍然粗大。分析其原因,指出上述工艺不合理之处并拟定一种合理的晶粒细化工艺。(T再=0.4T溶 纯铝熔点为660℃)
2. 简述60#钢(含碳0.6%)平衡结晶(假设为均匀形核)需要满足的条件。
综合模拟测试 参考答案
一 简答题(每题6分,共30分)
1. 请简述刃型位错、螺型位错的主要特征 答:刃型位错:
? 晶体中有一个额外原子面,形如刀刃插入晶体 ? 刃型位错周围的点阵发生了弹性畸变
? 位错线可以是折线或曲线, 但位错线必与滑移(矢量)方向垂直 ? 只有一个确定的滑移面
? 位错线的移动方向与晶体滑移方向平行(一致) ? 位错线与柏氏矢量垂直 螺型位错:
? 上下两层原子发生错排,错排区原子依次连接呈螺旋状 ? 位错线周围点阵产生了弹性畸变;
? 螺型位错与晶体滑移方向平行,故位错线一定是直 线
? 螺型位错的滑移面是不确定的,凡是包含螺型位错的平面均可作为它的滑移面;
? 位错线的移动方向与晶体滑移方向相互垂直。 ? 位错线与柏氏矢量平行
2. 相互垂直的位错运动后发生交割,原位错可能会发生什么变化?在后续的位
错运动中可能会有什么影响?
答:交割后在原位错线上留下对方柏氏矢量大小、方向的扭转或割接,但是该位错线仍是原柏氏矢量。所有的割阶都是刃型位错,而扭折可以是刃位错也可以是螺位错在后续位错运动中,由于:扭折与原位错同一滑移面,可随主位错线一起运动,几乎不产生阻力,并在线张力的作用下易消失割阶与原位错线不在同一滑移面,故除非割阶产生攀移,否则割阶就不能跟随主滑移线一起运动,成为位错运动的障碍,称为割阶硬化
3. 什么是离异共晶?如何发生的?
答:在共晶水平线的两个端部附近,由于共晶量少,领先相相依附在初生相上,另一相独立存在于晶界,在组织学上失去共晶体特点,称为离异共晶。有时,也将端部以外附近的合金,在非平衡凝固时得到的少量共晶,称为离异共晶。
4. 简述平衡结晶与非平衡结晶的不同之处。
答:平衡结晶是指结晶速度非常缓慢,液相和固相中扩散均很充分的情况下的结晶。非平衡结晶是指结晶速度比较快,扩散不充分的情况下的结晶。
5. 形成无限固溶体的条件是什么?简述原因。
答:形成固溶体时,溶质原子的溶入会使溶剂结构产生点阵畸变,使体系自由能升高。间隙固溶体中溶质原子溶入溶剂间隙中引起的点阵畸变较大,故不能形成无限互溶;置换固溶体中溶质原子取代了溶剂原子的位置,晶格畸变较小。当溶质、溶剂尺寸相差越小,晶格畸变越小,能量越低,溶解度越大;两组元具有相同的晶体结构可形成无限互溶。
6. 在固态下晶体的线缺陷对溶质原子的扩散有何影响?
答:①Q↓——D↑——管道机制 ②Q↑——D↓——陷阱机制
二 作图计算题(共30分)
1、根据Fe-Fe3C相图画出含碳0.65%的铁碳合金的冷却曲线。指出平衡冷却,室温下相组成物、组织组成物是什么?并计算其相对含量。(12分) 参考答案:
相组成: ? + Fe3C
组织组成:F + P + Fe3CIII(少量、忽略) 室温下,相的相对含量:
室温下,组织相对含量:
忽略
2、在A滑移面上有一环形位错,所受切应力如图所示,试分析在平面位错环上各段属于哪种类型的位错?作图表示位错运动的方向?(俯视观看)(8分) 答:
3、下图为Cu-Zn相图,图中有多少三相平衡,写出它们的反应式。(8分) 答:
⑴包晶反应 α+ L→β; ⑵包晶反应 β+ L→γ; ⑶包晶反应 γ+ L→δ; ⑷包晶反应 δ+ L→ε; ⑸包晶反应 ε+ L→η; ⑹共析反应 δ→r +ε;
4、已知单晶铜的{111}①要使
面上产生
滑移系的临界分切应力τk为1MPa,请问: 方向的滑移,则在
方向上应施加多大的应力?
②假设在单晶铜中只开动滑移系,那么随着滑移的进行,拉伸试样中
面会产生什么现象?它对随后的进一步变形有何影响?(10分) 答: (1)
滑移面
的法线方向
和拉力轴 的夹角
与拉力轴
的夹角
需要施加的力
(2)(111)面会发生转动。晶面转动使晶体位相发生改变,使滑移面和滑移方向逐渐趋于平行拉伸轴线方向,从而使后续塑性变形所需外力进一步增大。
三 综合题(每题15分,共30分)
1、为了细化纯铝板晶粒,采用冷变性的方法将其变形3%~5%,之后采用620℃退火1h,组织反而粗化,增大冷变形至80%以上,再于620℃退火1h,组织仍然粗大。分析其原因,指出上述工艺不合理之处并拟定一种合理的晶粒细化工艺。(T再=0.4T溶 纯铝熔点为660℃ ) 答:前一种为临界变形度下变形,高温退火再结晶驱动力小,形核少,晶粒粗大;后种工艺,在大变形下,根据T再=0.4T溶 计算,T再≈100℃,故再结晶温度不得大于200℃为宜,由于采用了620℃高温退火,晶粒异常长大(二次再结晶),造成晶粒粗大。正确工艺:>70%以上冷变形,之后150℃退火1h
2、简述60#钢(含碳0.6%)平衡结晶(假设为均匀形核)需要满足的条件 答:
综合模拟测试
一、简答题(每题6分,共30分)
1. 请简述工程材料的分类。
2. 请简述滑移和孪生变形的特点?
3. 若将一位错线的正方向定义为原来的反向,此位错的柏氏矢量是否改变?位错的类型是否改变?
4. 动态再结晶与静态再结晶后的组织有何差别?力学性能有何差别? 5. 请简述金属间化合物的一般特性。
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1. 设有一条内径为30mm的厚壁管道,被壁厚0.1mm的铁膜隔开。由管子一端通入氮气,保持铁膜一侧活性氮原子浓度为1200 mol/m3,另一侧为100 mol/m3。如果在700℃下测得通过管道的氮气流量为2.8×10-4 mol/s,求此时氮原子在铁中的扩散系数。 2. 请在立方晶胞中绘出 和 两晶面,并计算其夹角。
共析钢 过共晶白口铸铁
Al-5.0wt%Cu
Al-13%Si
3. 请分别绘出室温下,共析钢、过共晶白口铸铁平衡组织;Al-5.0wt%Cu合金平衡组织;Al-13%Si合金平衡组织。
4. 已知简单三元共晶的投影图,且A-B共晶温度最高,B-C共晶温度稍低,A-C共晶温度最低。请绘出介于B-C和A-C共晶温度之间的等温截面,以及AE垂直截面图,并标注各区域的相组成。
e
A B C E
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1. 请以层片状共晶组织为例,论述二元共晶时如何满足成分条件。 2. 根据Al-Zr二元相图回答:
1) 写出1490℃、1250℃、975℃、940℃的相变反应,并判断反应类型。 2) 画出x=50.0%合金平衡结晶的冷却曲线,并标明各阶段的相变反应。 3) 计算x=30.0%合金平衡结晶到室温下的相组成。
综合模拟测试 参考答案
一、简答题(每题6分,共30分)
1. 请简述工程材料的分类。
答:金属材料,陶瓷材料,高分子材料,复合材料。
2. 请简述滑移和孪生变形的特点?
答:
滑移变形特点:
1)平移滑动:相对滑动的两部分位向关系不变 2)滑移线与应力轴呈一定角度
3)滑移不均匀性:滑移集中在某些晶面上
4)滑移线先于滑移带出现:由滑移线构成滑移带 5)特定晶面,特定晶向 孪生变形特点:
1) 部分晶体发生均匀切变
2) 变形与未变形部分呈镜面对称关系,晶体位向发生变化 3) 临界切分应力大
4) 孪生对塑变贡献小于滑移 5) 产生表面浮凸
3. 若将一位错线的正方向定义为原来的反向,此位错的柏氏矢量是否改变?位错的类型是否改变?
答:柏氏矢量反向。位错类型不变,符号改变。
4. 动态再结晶与静态再结晶后的组织有何差别?力学性能有何差别?
答:动态再结晶后获得中心有畸变的等轴晶,晶粒内部有被缠结位错分割的亚晶。静态再结晶后获得低位错密度的等轴晶。一般,动态再结晶后的强度、硬度比静态再结晶的高。
5. 请简述金属间化合物的一般特性。
答:金属间化合物种类繁多,机构复杂,一般具有极高的硬度,较高的熔点,塑形差。往往具有特殊的物理化学性质。
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1. 设有一条内径为30mm的厚壁管道,被壁厚0.1mm的铁膜隔开。由管子一端通入氮气,保持铁膜一侧活性氮原子浓度为1200 mol/m3,另一侧为100 mol/m3。如果在700℃下测得通过管道的氮气流量为2.8×10-4 mol/s,求此时氮原子在铁中的扩散系数。
答:满足扩散第一定律应用条件,得: 活性氮原子通量为:
铁膜中活性氮原子浓度梯度为: 由扩散第一定律:
2. 请在立方晶胞中绘出 和 两晶面,并计算其夹角。
答: α=19.1°
3. 请分别绘出室温下,共析钢、过共晶白口铸铁平衡组织;Al-5.0wt%Cu合金平衡组织;Al-13%Si合金平衡组织。 答:略
4. 已知简单三元共晶的投影图,且A-B共晶温度最高,B-C共晶温度稍低,A-C共晶温度最低。请绘出介于B-C和A-C共晶温度之间的等温截面,以及AE垂直截面图,并标注各区域的相组成。
e
A B C E
答:
A B C
L L+A+B L+A L+B L+B+C L+C
E A
L L+A L+C L+B+C A+B+C
L+A+C
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1. 请以层片状共晶组织为例,论述二元共晶时如何满足成分条件。
答:首先通过成分起伏获得某一组元的富集并形成共晶中的某一相(领先相),此时会在其周围形成另一组元的富集,比较容易满足另一相的形成条件,从而形成共晶中的另一相。如此反复,满足成分条件,交替形核,而形成共晶。 形核后,两相与液相的界面处均会形成溶质原子的富集,溶质原子通过横向扩散,满足两相生长所需的成分条件,实现液固界面的推进。
2. 根据Al-Zr二元相图回答:
1) 写出1490℃、1250℃、975℃、940℃的相变反应,并判断反应类型。 2) 画出x=50.0%合金平衡结晶的冷却曲线,并标明各阶段的相变反应。 3) 计算x=30.0%合金平衡结晶到室温下的相组成。 答:
1) 1490℃:L → Al3Zr + Al2Zr 共晶反应
1250℃:Al3Zr4 + Al3Zr2 → AlZr 包析反应 975℃:β-Zr + AlZr2 → AlZr3 包析反应 940℃:β-Zr + AlZr3 → α-Zr 包析反应 2)
L L→Al3Zr2
Al3Zr2 + Al3Zr4
Al3Zr4 + Al3Zr2 → AlZr AlZr
L → Al3Zr2 + Al3Zr4
3) x=30.0%合金室温下相组成为: AlZr3 + AlZr2
AlZr3中含Al=25%,AlZr2中含Al=33.3%
3. 请判定下列反应能否进行,若能够进行,则在简单立方晶胞内绘出参加反应
位错的柏氏矢量。
(1)
几何条件: 能量条件:
,满足几何条件
不满足能量条件,反应不能进行。 (2)
几何条件:能量条件:
,满足几何条件
满足能量条件,反应可以进行。
4. 已知三元简单共晶的投影图,见附图,
1) 请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组成;
2) 请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线,及各阶段相变反应。
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1.已知Mg-Ni合金系中一个共晶反应:
L23.5%Ni??纯Mg+Mg2Ni54.6%Ni
设有C1和C2两种合金,C1为亚共晶,C2为过共晶。这两种合金的初生相质量分数相等,但室温时C1中?(即Mg)的总量是C2中?总量的2.5倍,请确定C1和C2的成分。 答:1)见习题集,图略
2)
x1=12.7%, x2=37.8%
2. 某工厂对一大型零件进行淬火处理,经过1100℃加热后,用冷拉钢丝绳吊
挂,由起重吊车送往淬火水槽,行至途中钢丝突然发生断裂。该钢丝是新的,且没有瑕疵,是分析该钢丝绳断裂的原因。 答:冷拉钢丝处于加工硬化状态,强度高。在1100℃加热后,发生再结晶,强度下降。出炉时,钢丝承担不了工件的重量发生断裂,并非因钢丝瑕疵导致断裂。
西北工业大学
2014年硕士研究生入学考试试题
试题名称:材料科学基础(A卷) 试题编号:832 说 明:所有答题一律写在答题纸上 第 1 页 共 2 页
一、 简答题(每题10分,共50分)
1. 什么是相?什么是相平衡?达到相平衡的条件是什么? 2. 简述点缺陷对晶体性能的影响。
3. 简述晶界位相差与晶界能的关系,为什么? 4. 简述包晶形核、长大过程中溶质原子扩散的特点。 5. 简述平衡条件下与非平衡条件下结晶的不同之处。
二、 作图计算题(每题15分,共60分)
1、 A-B二元系相图如图,对纯A无限长金属棒在加热到T1温度下,对其一端进行长时间的渗入B组元,画出成分分析图和浓度分析图。
2、 在面心立方晶体中,有位错位于滑移面(111— ),滑移方向为[1— 10] (1) 其柏氏矢量为2 a[1— 10],在晶胞图中画出柏氏矢量,并计算其大小; (2) 若造成该滑移的是刃型位错或螺型位错,画出其位错线,并写出位错线的晶向指数。
3、碳原子在-Fe中扩散,-5m2/s,上升到1027℃时,扩散系数变化了多少?(R=
,当温度从927℃)
4、若原子直径不变,Fe从fcc转变为bcc,体积膨胀百分比为多少?经试验测定,912℃时a-Fe的晶格常数为0.2892nm,b-Fe的晶格常数为0.3633nm,计算a-Fe转化为b-Fe时体积膨胀百分比,说明两种情况膨胀百分比不同的原因。
三、 综合分析题(共40分)
1. 在不改变合金成分的条件下,怎样提高纯铝和40钢的强度,并解释其机 理。 2. 在室温下对纯铅板反复弯折会越弯越硬。放置一段时间,发现铅板和弯 折前一样软,
分析解释这一现象的机理
二、作图计算题(每题8分,共40分)
1. 请计算fcc晶体的致密度。
2. 现有Zn在Cu中的稀固溶体,已知Zn的扩散系数在727℃时的扩散系数为3.67×10-11cm2/s,在327℃时为8.32×10-18cm2/s,请确定Zn在Cu中的扩散激活能。(R=8.314J/mol·K)
3. 一个fcc晶体在是
4. 请绘出Cu含量为4%的Al-Cu合金,经过80%和20%冷变形后的金相组织。
方向在2MPa正应力下屈服,已测得开动的滑移系
,请确定使该滑移系开动的分切应力τ。
5. 请分别在晶胞中绘出(110)、(111)晶面,[111]、[001]晶向。
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1. 若需要对纯铝试样进行强化,可以采用什么强化手段?通过何种手段实现?
2. 试分析金属结晶(均匀形核)的热力学条件、结构条件及能量条件。
综合模拟测试 参考答案
一、简答题(每题5分,共30分)
1. 固溶体晶粒内存在偏析,主轴与枝间成分不同,整个晶粒还是不是一个相? 答:仍然是一个相,因为固溶体可以有相应的成分变化范围。
2. 固体中常见的有哪些相结构?
答:固溶体中常见的相结构有固溶体,化合物,非晶相,分子相。
3. 何谓平衡结晶?何谓非平衡结晶?
答:平衡结晶是指结晶速度非常缓慢,液相和固相中扩散均很充分的情况下的结晶。非平衡结晶是指结晶速度比较快,扩散不充分的情况下的结晶。
4. 扩散第一定律的应用条件是什么?对于浓度梯度随时间变化的情况,能否应用扩散第一定律? 答:扩散第一定律的应用条件是稳态扩散,即与时间无关的扩散。对于非稳态扩散的情况也可以应用扩散第一定律,但必须对其进行修正。
5. 按热力学分,固态相变有哪几类?分类依据是什么?铁碳合金中,Fe3CII的形成属于其中的哪一类? 答:按热力学分固态相变分为一级相变、二级相变和高级相变。Fe3CII的形成属于一级相变。
6. 复合材料按增强体形态可以分为哪几类?
答:可以分为连续纤维增强复合材料、短纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料。
二、作图计算题(每题8分,共40分)
1. 已知H原子半径r为0.0406nm,纯铝是fcc晶体,其原子半径R为0.143nm,请问H原子溶入Al时处于何种间隙位置?
答:fcc晶体的八面体间隙,四面体间隙。
根据题意知
,因此H原子应处于八面体间隙。
2. 现有Zn在Cu中的稀固溶体,已知Zn的扩散系数在727℃时的扩散系数为3.67×10-11cm2/s,在327℃时为8.32×10-18cm2/s,请确定Zn在Cu中的扩散激活能。(R=8.314J/mol·K)
答:;
3. 一个fcc晶体在方向在2MPa正应力下屈服,已测得开动的滑移系是
,请确定使该滑移系开动的分切应力τ。
答:
4. 对于Cu含量0.04的Al-Cu合金,经过80%冷变形后,分别在700K,350K保温1小时,请画出缓慢冷却到室温后的金相组织,并分析两组织出现差异的原因。 答:700K退火1小时后发生形成单一α相,冷却是脱溶出θ相。250K则仅发生回复,金相组织保持冷变形的组织形态。绘图略
5. 请根据附图作出简单三元共晶相图的垂直截面,并标明各个相区的相组成;绘出合金X的冷却曲线,并标明各阶段的相变反应或相组成
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1. 若需要对纯铝试样进行强化,可以采用什么强化手段?通过何种手段实现? 答:细晶强化,可以通过快速结晶或变形再结晶实现; 加工硬化,经适当的冷塑性变形后可以提高强度。
2. 图示Cu-Cd二元相图全图及其400℃~600℃范围的局部放大:
1)请根据相图写出549℃、547℃、544℃、397℃和314℃五条水平线的三相平衡反应类型及其反应式; 2)已知β相成分为wcd =46.5%,400℃时γ相的成分为wcd =57%,请计算400℃时wCd=50%合金的相组成。
答:
1)549℃:包晶反应,(Cu)+ L→β
547℃:包晶反应,β + L→γ 544℃:共晶反应,L→ γ + δ 397℃:包晶反应,δ + L→ ε 314℃:共晶反应,L→ ε +(Cd) 2)
或
综合模拟测试
一、简答题(每题5分,共30分)
1. 已知fcc晶体的致密度比bcc晶体的大,请解释为什么fcc的固溶度仍比bcc的大? 2. 请简述影响固溶体固溶度的因素有哪些。
3. 均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径,非均匀形核的临界形核功也等于三分之一表面能,为什么非均匀形核比均匀形核容易? 4. 原子的热运动如何影响扩散? 5. 如何区分金属的热变形和冷变形?
6. 基体、增强体和界面在复合材料中各起什么作用?
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1. 请分别计算简单立方晶体与面心立方晶体(100)、(110)和(111)晶面的间距。
2. 已知某晶体在500℃时,每1010个原子中可以形成有1个空位,请问该晶体的空位形成能是多少?(已知该晶体的常数A=0.0539,波耳滋曼常数K=1.381×10-23 J / K)
3. 请判定在fcc中下列位错反应能否进行:
4. 已知三元简单共晶的投影图,见附图。
1) 请画出DF代表的垂直截面图及各区的相组成;
2) 请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线,及各阶段相变反应。
三、综合分析题
1. 如附图所示,请分析:(22分)
1) 两水平线的反应类型,并写出反应式;
2) 分析Ab、bg′、g′d、d′、 d′h′、 h′e、eB七个区域室温下的组织组
成物( j点成分小于g点成分); 3) 分析I、II合金的平衡冷却过程,并注明主要的相变反应; 4) 写出合金I平衡冷却到室温后相组成物相对含量的表达式及合金II平衡冷却到室温后组织组成物相对含量的表达式。
2. 请对比分析回复、再结晶、正常长大、异常长大的驱动力及力学性能变
化。(8分)
综合模拟测试 参考答案
一、简答题(每题5分,共30分)
1. 已知fcc晶体的致密度比bcc晶体的大,请解释为什么fcc的固溶度仍比bcc的大?
答:间隙分为四面体间隙和八面体间隙。在fcc中八面体间隙较大,而bcc中因八面体间隙为扁八面体间隙,故其四面体间隙较大。因此fcc晶体能够容纳更多的溶质原子。
2. 请简述影响固溶体固溶度的因素有哪些。
答:1)原子尺寸因素:置换固溶体的溶质与溶剂原子尺寸越相近固溶度越大。 间隙固溶体的溶质原子与溶剂间隙尺寸越相近固溶度越大。 2)晶体结构因素:置换固溶体溶质溶剂的晶体结构相似固溶度越大。 3)电负性因素:溶质与溶剂的电负性越相近固溶度越大。 4)电子浓度因素:电子浓度越低固溶度越大。
3. 均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径,非均匀形核的临界形核功也等于三分之一表面能,为什么非均匀形核比均匀形核容易?
答:非均匀形核与均匀形核的临界晶核半径相等,但非均匀形核的临界晶核体积小。非均匀
形核的临界形核功也等于三分之一表面能,但非均匀形核的表面能小于均形核的表面能,即非均匀形核的临界形核功小。因此非均匀形核比较容易。
4. 原子的热运动如何影响扩散?
答:原子热运动越强烈,原子的跃迁距离增大,跃迁频率增大,跃迁几率增大,将使得扩散系数增大,即促进扩散。
5. 如何区分金属的热变形和冷变形?
答:冷、热变形温度的分界是再结晶温度。
6. 基体、增强体和界面在复合材料中各起什么作用?
答:基体:1)固定和粘附增强体2)保护增强体免受物理化学损伤3)隔离和阻断损伤。 增强体:1)承担载荷;2)阻碍基体变形。
界面:协调变形
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1. 请分别计算简单立方晶体与面心立方晶体(100)、(110)和(111)晶面的间距。
晶面 简单立方
(100)
(1分)
(2分)
(2分)
(110) (111)
面心立方
(1分)
(2分) (2分)
2. 已知某晶体在500℃时,每1010个原子中可以形成有1个空位,请问该晶体的空位形成能是多少?(已知该晶体的常数A=0.0539,波耳滋曼常数K=1.381×10-23 J / K)
答:
3. 请判定在fcc中下列位错反应能否进行:
答:几何条件:
能量条件:
满足几何条件和能量条件,反应可以进行。
4. 已知三元简单共晶的投影图,见附图,
1) 请画出DF代表的垂直截面图及各区的相组成;
2) 请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线,及各阶段相变反应。 答:
三、综合分析题
1. 如附图二所示,请分析:(22分)
1) 两水平线的反应类型,并写出反应式;
2) 分析Ab、bg′、g′d、d′、 d′h′、 h′e、eB七个区域室温下的组织组
成物( j点成分小于g点成分); 3) 分析I、II合金的平衡冷却过程,并注明主要的相变反应;
4) 写出合金I平衡冷却到室温后相组成物相对含量的表达式及合金
II平衡冷却到室温后组织组成物相对含量的表达式。
答:
1) 水平线kj为包晶反应:
水平线gh为共晶反应:
2) Ab: α bg′: α+βII g′d: α+(α+β)共+βII d’: (α+β)共 d′h′: β+(α+β)共+αII h′e: β+αII eB: β
3) 合金I 合金II
4) 合金I相组成:合金II组织组成:
2. 请对比分析回复、再结晶、正常长大、异常长大的驱动力及力学性能变
化。(8分)
答:
回复 存储能 (主要是点阵畸
变能) 基本保持变形后
性能
再结晶 存储能 (主要是点阵畸
变能) 恢复到冷变形前
的水平
正常长大
异常长大
驱动力 总界面能
总界面能和表面
能
力学性能变化
基本保持再结晶后的水平 性能恶化 强度、塑性下降
综合模拟测试
一、简答题(每题5分,共30分)
1.何为空间点阵?它与晶体结构有何异、同? 2.请简述晶界有哪些特征?
3.何为固溶强化?置换固溶体与间隙固溶体相比,哪个的固溶强化效果强?请简述影响固溶度的因素。 4.请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 5.什么是反应扩散?请简述其特点。
6.简述在什么情况下会发生单滑移、多滑移和交滑移,它们的滑移线形貌特征是什么。
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1. 请计算简单立方和体心立方晶体的(100)、(110)和(111)晶面的面间
距(假设两种点阵的点阵常数都是a)。 2. 在面心立方晶体中,分别画出
、
和、
,
指出哪些是滑移面、滑移方向,并就图中情况分析它们能否构成滑移系?若外力方向为<001>,请问哪些滑移系可以开动?
3. 请判定下列反应能否进行,若能够进行,则在简单立方晶胞内绘出参加反应
位错的柏氏矢量。
1)
2)
4. 已知三元简单共晶的投影图,见附图,
1) 请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组成;
2) 请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线,及各阶段相变反应。
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1.已知Mg-Ni合金系中一个共晶反应:
L23.5%Ni??纯Mg+Mg2Ni54.6%Ni
设有C1和C2两种合金,C1为亚共晶,C2为过共晶。这两种合金的初生相质量分数相等,但室温时C1中?(即Mg)的总量是C2中?总量的2.5倍,请确定C1和C2的成分。
2. 某工厂对一大型零件进行淬火处理,经过1100℃加热后,用冷拉钢丝绳吊
挂,由起重吊车送往淬火水槽,行至途中钢丝突然发生断裂。该钢丝是新的,且没有瑕疵,是分析该钢丝绳断裂的原因。
综合模拟测试 参考答案
一、简答题(每题5分,共30分)
1.何为空间点阵?它与晶体结构有何异、同? 答:空间点阵是对晶体结构按照一定法则进行的高度数学抽象;晶体结构是对晶体的直观表示。点阵只有七大类,14种,晶体结构有无限多种。
2.请简述晶界有哪些特征?
答:晶界有自发变直的趋势;晶界引起晶体强度升高;晶界扩散比晶体内扩散速度快;晶界容易收到腐蚀;晶界容易吸附溶质原子和杂质;晶界是相变首先发生的地方。
3.何为固溶强化?置换固溶体与间隙固溶体相比,哪个的固溶强化效果强?请简述影响固溶度的因素。
答:溶质原子溶入晶格中,阻碍位错运动,引起强度升高,塑性下降的现象。晶体结构类型、原子尺寸差、电负性差异、电子浓度都会影响固溶度。
4.请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。
答:热力学条件;结构条件;能量条件;成分条件。
5.什么是反应扩散?请简述其特点。
答:扩散时,元素超过最大固溶度因而形成新相的扩散。。反应快速分为有扩散无反应层和有反应层;两层之间有明确的界面;反应扩散速度取决于扩散速度和反应速度。
6.简述在什么情况下会发生单滑移、多滑移和交滑移,它们的滑移线形貌特征是什么。 答:变形量小或滑移系少的时候发生单滑移;变形量大或滑移系多时多个滑移系同时或交替开动称为多滑移;当螺位错为了避开障碍物改变滑移面时称为交滑移。单滑移滑移线为平行直线;多滑移为交叉的两组平行直线;交滑移为波纹线
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1. 请计算简单立方和体心立方晶体的(100)、(110)和(111)晶面的面间
距(假设两种点阵的点阵常数都是a)。 答:
(100) (110) (111) 简单立方 (1分) (1分) (2分) 体心立方 a(2分) (2分) (2分)
2. 在面心立方晶体中,分别画出
、
和、
,
指出哪些是滑移面、滑移方向,并就图中情况分析它们能否构成滑移系?若
外力方向为<001>,请问哪些滑移系可以开动?
正在阅读:
PMC专用术语09-20
2014-2019年中国园林绿化苗木行业前景研究与投资战略研究报告 - 图文09-15
混凝土思考题答案2334505-01
家庭教育学试题01-31
工程制图复习题(含答案)03-08
妈妈母亲节快乐作文450字06-16
米尺记作文600字06-27
中国特色园林之苏州园林06-05
- 清真菜谱
- 我国国民经济和社会发展十二五规划纲要(全文)
- 高三物理机械振动和机械波复习2
- 浙江省公路山岭隧道机械化装备应用指导手册 doc - 图文
- 2018届高三数学文科二轮复习:专题检测(九) 导数的简单应用
- 2015年上海市公务员录用考试《行政职业能力测验》试卷(B类)
- 七年级道德与法制下册
- 大班户外游戏教案
- 病虫害预警 - 图文
- 某养鱼场为了提高经营管理水平
- 汉中市勉县尧柏余热汽机规程 10
- 烹饪试卷
- 事业单位考试公共基础知识专项分类题库训练
- 语文:第2课 走一步,再走一步 课堂导学案(人教版 七上)
- 天汉使用手册
- 人教版小学三年级数学下册教学计划
- 房地产销售管理完全操作手册122页
- 2009年评审通过具有中学高级教师专业技术资格人员名单...
- 《15秋公共关系学》作业1
- 2017最新版监理公司三标一体管理手册
- 材料学
- 西工大
- 材料科学
- 模拟题
- 考研
- 基础