武汉科技大学考研试题材料科学基础A卷和参考答案.docx
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武汉科技大学考研试题材料科学基础A卷和参考答案
二O一三年招收硕士研究生入学考试试题
考试科目代码及科目名称:
材料科学基础810
可使用的常用工具:
计算器、绘图工具
S
答题内容写在答题纸上,写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。
:
考试时间3小时,总分值150分。
一、填空题(每空1分,共20分)
1、晶体中有种空间点阵,它们归属于个晶系。
面心立方结构中密排面的堆垛顺
序是。
2、下图为一立方晶胞,A、B、C为顶点,D为棱边中点,AB的晶向指数为[1,OCD
码号证考准
的晶面指数为()。
3、铁碳合金相中的奥氏体为相,F^C属于金属间化合物中相。
业专考报
4、钢中的硫会引起钢发生脆,磷会使钢发生脆。
5、回复和再结晶的驱动力是。
6、热变形或热加工指金属材料在再结晶温度以上的加工变形。
热加工过程中,在金属内部同
时进行着与两个相反的过程。
7、固态金属中原子扩散的驱动力是,其扩散方向是向着的方向进行,其扩散
机制主要有和;前者是原子通过进行迁移,后者是原子通过进
行迁移,因此前者的扩散激活能比后者,扩散系数比后者。
二、单选题(每题2分,共20分)
1、实际金属材料的性能在不同方向并不存在差异,这是因为。
A晶体不同发现性能相同
B晶体的各向异性现在测量不出来
C金属材料结构不是晶体
D大量晶粒随机取向掩盖了各向异性
2、一根弯曲的位错线,。
A具有唯一的位错类型
B具有唯一的柏氏矢量
C位错类型和柏氏矢量处处相同
3、形核功与过冷度。
A成正比B成反比C的平方成反比
4、关于离异共晶,错误的说法是。
A略小于极限溶解度的合金,在快冷条件下,将会出现离异共晶
B离共晶点很远的亚共晶合金,在慢冷条件下,将会出现离异共晶
C在先共晶相数量甚少而共晶组织较多的情况下,容易出现离异共晶
5、二元合金中,强度较高而塑性变形能力也较好的合金,通常应选在相图处在成
分点。
A发生匀晶转变B发生共晶转变C发生包晶转变D形成化合物转变
6、在二元合金相图中,稳定化合物为。
A一条垂直线B一条曲线C一个区域
7、根据二元相图相区接触规则,
A两个单相之间必定有一个单相区隔开
B两个两相区必须以单相区或三相共存水平线隔开
C三相水平线必须和四个两相区相邻
&能使单晶体金属产生塑性变形的应力为。
A压应力B切应力C张应力
9、假定材料的成分相同,圆饼再加工成齿轮,得到的效果较为理想。
A由厚钢板切出的B由粗钢棒切下的C由圆棒热镦成的D由砂模铸造的
10、高温回复阶段,金属中亚结构发生变化时,。
A位错发生塞积B形成位错缠结C刃型位错通过攀移和滑移构成亚晶界
三、
(1)画出Fe-Fe3C相图,并标注各点温度和成分。
(080501材料物理与化学、080502材
料学方向10分,080503材料加工工程15分)
(2)在Fe-C系中有几种类型的渗碳体?
分析它们的形成条件(温度范围和成分范围)及组织形貌。
(15分)
四、请根据下图所示二元共晶相图(080501材料物理与化学、080502材料学方向回答
(1)
(2)(3)(4),共22分;080503材料加工工程方向回答
(1)
(2)(3),共17分)
(1)分析合金I、II的平衡结晶过程,并绘出冷却曲线;(6分)
(2)说明室温下合金I、II的相和组织是什么?
(8分)
(3)如果希望得到室温组织为共晶组织和5%的B初的合金,求该合金的成分;(3分)
(4)合金I、II在快冷不平衡状态下结晶,组织有何不同。
(5分)
五、问答题(080501材料物理与化学和080502材料学选做1、2、3、6、7小题,共50分,080503材料加工工程选做1、2、3、4、5小题,共50分)
1、金属晶体为什么倾向于密堆?
(10分)
2、临界晶核的物理意义是什么?
形成临界晶核的充分条件是什么?
(8分)
3、如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下,铸件晶粒的大小:
(12分)
(1)金属模浇注与砂模浇注;
(2)高温浇注与低温浇注;
(3)铸成薄件与铸成厚铸件;
(4)浇注时采用振动与不采用振动。
4、为细化某纯铝板晶粒,将其冷变形5%后于620C退火1h,组织反而粗化,增大冷变形量至80%,再于620C退火1h,仍然得到粗大晶粒。
试分析其原因,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。
(10分)
5、从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶?
(10分)
6、某面心立方晶体的可动滑移系为(111)[110]。
(10分)
(1)指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量;
(2)如果滑移是由纯刃型位错引起的,试指出位错线的方向;
(3)如果滑移是由纯螺型位错引起的,试指出位错线的方向;
(4)指出在上述⑵、(3)两种情况下滑移时位错线的滑移方向;
7、将一批齿轮进行渗碳,每炉装500件。
已知Q=32900cal/mol,R=1.987cal/molK,・1cal=4.1868J,若在900C渗10h可以达到规定的深度,计算1000C渗碳需要多少时间?
假定在900C渗碳每炉每小时生产成本为1000元,而在1000C渗碳为1500元。
问在哪一温度渗碳成本较低?
(已知Q=32900cal/mol,R=1.987cal/molK,1cal=4.1868J)(10分)
六、已知三元简单共晶的投影图如图所示。
(1)请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组
13分)
成(已知Ta
(2)请画出X合金平衡冷却的冷却曲线,及各阶段的相变反应(
二O一三年招收硕士研究生入学考试试题
考试科目代码及科目名称:
材料科学基础810
可使用的常用工具:
计算器、绘图工具
S
答题内容写在答题纸上,写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。
:
考试时间3小时,总分值150分。
、填空题(每空1分,共20分)
码号证考准
业专考报
题写要不内线封密
1、14;7;ABCABC-
2、[111];(112)
3、间隙固溶体;间隙
4、热;冷
5、形变储存能
6、加工硬化;动态再结晶
7、化学位梯度;化学位降低;空位机制;间隙机制;空位换位;晶格间隙;大;小二、单选题(每题2分,共20分)
1、D
2、B
3、B
4、C
5、A
6、A
7、B
8、B
9、C
10、C
三、
解:
(1)(080501材料物理与化学、080502材料学方向10分,080503材料加工工程15分)
Fe\234566.6?
C
C含凤/%
/聞收徳顾11001000900晰
(2)(15分)
铁碳合金中主要存在五种类型的渗碳体,包括一次渗碳体、二次(先共析)渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳体,它们的晶体结构虽然相同,但形成条件和组织形貌不同。
Fe3Ci:
成分在4.3%〜6.69%C的合金冷却到液相线CD以下,由液体结晶出的渗碳体,呈现很长的板条状。
Fe3Cii:
成分在0.77%〜6.69%C的合金在冷却到1148〜727C时,由过饱和奥氏体析出的渗碳体。
对于过共析钢,二次渗碳体沿原奥氏体晶界析出,当钢的含碳量较高时,形成网状渗碳体;对白口铁,在树枝状奥氏体基体上析出,形成颗粒状渗碳体。
Fe3Ciii:
成分在0〜6.69%C的合金在冷却到共析温度以下时,由过饱和铁素体析出的渗碳体,一般沿原奥氏体晶界呈小片状析出,由于量很少,只有在工业纯铁中才清晰可见。
共晶Fe3C:
成分为2.11%〜6.69%C的合金冷却到共晶温度时转变的莱氏体的组成部分,作为莱氏体组织的基底。
共析Fe3C:
成分为0.0218%〜6.69%C的合金冷却到共析温度时转变的珠光体的组成部分,在层片状珠光体中,呈片状;在球状珠光体中,呈球状或粒状弥散分布。
四、(080501材料物理与化学、080502材料学方向回答
(1)
(2)(3)(4),共22分;080503材料加工工程方向回答
(1)
(2)(3),共17分)
答:
(1)合金I、II的平衡结晶过程及冷却曲线如下图所示,(6分)
(2)(8分)
a初+卩1
B初+(a+3)共
a+3
I合金室温组织:
II合金室温组织:
I合金和II合金室温下的相均为
(3)(3分)
设所求合金成分为x
(4)(5分)
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3i量会减
少,甚至不出现;II合金在快冷条件下3初呈树枝状,且数量减少。
共晶体组织变细小,相对量增加。
五、问答题(080501材料物理与化学和080502材料学选做1、2、3、6、7小题,共50分,080503材料加工工程选做1、2、3、4、5小题,共50分)
1、(10分)
答:
金属晶体的结合键以金属键为主导,金属键的特征在于没有明显的方向性和饱和性。
金属原子可以看作互相吸引的刚球,价电子为整个金属晶体共有,相互作用能最低的条件,使得每个原子倾向于与尽可能多的其它为邻,形成密堆结构。
2、(8分)
答:
临界晶核的物理意义:
可以自发长大的最小晶胚(或半径等于rk的晶核)。
形成临界晶核的充分条件:
(1)形成r汛的晶胚;
(2)获得A>A*(临界形核功)的形核功。
3、(12分)
答:
(1)金属模浇注晶粒较细,砂模浇注晶粒较粗。
(2)高温浇注晶粒较粗,柱状晶发达,低温浇注晶粒较细,等轴晶较多。
(3)铸成薄件晶粒较细,铸成厚铸件晶粒较粗。
(4)浇注时采用振动晶粒较细,不采用振动晶粒较粗。
4、(10分)
答:
前种工艺,由于铝件变形处于临界变形度下,故退火时可形成个别再结晶核心,最终晶
核极为粗大;而后种工艺是由于进行再结晶退火时的温度选择不合理,若按T再=0.4T熔计算,
则T熔=100C,故再结晶温度不超过200C为宜。
由于采用620C退火1h,处于再结晶图上
的晶粒异常长大区,故晶粒仍然粗大。
正确工艺:
150C退火处理1h。
5、(10分)
答:
从显微组织上观察,静态回复时可以看到清晰的亚晶界,静态再结晶形成等轴晶粒;而动态回复时形成胞状亚结构,动态再结晶时,晶粒是等轴的,大小不均匀,晶界呈锯齿状,等轴晶内存在被缠结位错所分割成的亚晶粒,其组织比静态再结晶要细。
6、(10分)
a-
解:
(1)引起滑移的单位位错的柏氏矢量为b[110],即沿滑移方向上相邻两个原子间
2
的连线所表示的矢量。
(2)设位错线方向为[uvw]。
因刃位错线与其柏氏矢量垂直,同时也垂直于滑移面法线,即
[uvw][111][110][112]
(3)因螺位错与其柏氏矢量平行,故[uvw][110]。
(4)在
(2)时,位错线运动方向平行于b;在(3)时,位错线的运动方向垂直于b。
7、(10分)
解:
900C=1173K,1000C=1273K
由D1273t1273=D1173t1173
可得
t1273=D1173t1173/D1273=10exp[-32900心.9871178)]/exp[-32900/(1.9871273笊
=10>exp(-14.1156)/exp(-13.0068)h
=10>exp(-1.1088)h=3.299h
900C渗碳,一炉齿轮需要1000元/hX0h=10000元
1000C渗碳,一炉齿轮需要1500元/h3.299h=4948.5。
因此,在1000C渗碳成本较低。
六、(13分)
答:
(1)见下图a。
(2)见下图b。
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- 武汉 科技大学 考研 试题 材料科学 基础 参考答案