2007年西北工业大学硕士研究生入学试题 材料学专业课

西北工业大学硕士研究生入学试题 材料学专业课

2007年西北工业大学硕士研究生入学试题 一、 简答题（每题10分，共50分）

1、 请说明什么是全位错和不全位错，并请写出FCC 、BCC 和HCP 晶体中的最短单位位错的柏氏矢量。

2、 已知原子半径与晶体结构有关，请问当配位数降低时，原子半径如何变化？为什么？

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？

二、 作图计算题（每题15分，共60分）

1. 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 ）

2. 请计算简单立方晶体中，(111)和 )111(的夹角。

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3. 请判定在FCC 晶体中下列位错反应能否进行：

]111[3]211[6]110[2a a a →+

4. 试画出立方晶体中的(123)晶面和 ]643[晶向。

三、 综合分析题（共40分）

1. 如附图所示，请分析：（24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，并解释其机理。（16分）

t/℃ k n j

g i d h A b c 1 g ' c 2 d ' h ' e B δ α

β

I II

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2007年西北工业大学硕士研究生入学试题参考答案

一、简答题（每题10分，共50分）

1、请说明什么是全位错和不全位错，并请写出FCC、BCC和HCP晶体中的

最短单位位错的柏氏矢量。

答：全位错：柏氏矢量等于点阵矢量的整数倍；

不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量的整数倍。

Fcc：

>

<110

2

a

； bcc：

>

<111

2

a

； hcp：

>

<0

11

3

a

2、已知原子半径与晶体结构有关，请问当配位数降低时，原子半径如何变

化？为什么？

答：半径收缩。若半径不变，则当配位数降低时，会引起晶体体积增大。

为了减小体积变化，原子半径将收缩。

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：因为非均匀形核时，用杂质或型腔充当了一部分晶核。也就是说，需要调动的原子数少。

4、原子的热运动如何影响扩散？

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答：热运动增强将使原子的跃迁距离、跃迁几率和跃迁频率均增大，即增大扩散系数。

5、 如何区分金属的热变形和冷变形？

答：变形温度与再结晶温度的高低关系。高于再结晶温度的为热变形，反之为冷变形。

二、 作图计算题（每题15分，共60分）

1. 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 ）

解： J A c kT E kT

E A c V V 192010

23109.18.1710068.10539

.010ln )]273500(10381.1[ln )exp(----⨯=⨯⨯=+⨯⨯-=-=∆∆-

=

2. 请计算简单立方晶体中，(111)和 )111(的夹角。

解： 3133111cos 222222212121212121=+-=++++++=

l k h l k h l l k k h h α

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α＝70°32'

3. 请判定在fcc 中下列位错反应能否进行： ]111[3]211[6]110[2a a a →+

解：几何条件：

()1113313131612162612121a c b a c b a b b =-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-++⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+（6分）

能量条件：

33262662222222

2a a a a a a >=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+（6分） 满足几何条件和能量条件，反应可以进行。（3分）

4.试画出面心立方晶体中的 (123) 晶面和 晶向 解：

三、 综合分析题（共40分） 1. 如附图所示，请分析：（24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；

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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。

解：

1） 水平线kj 为包晶反应：

n k j L αδ→+（2分）

水平线gh 为共晶反应：

h g d L βα+→（2分）

2） Ab ： α （1分）

bg′： α+βII （1分）

g′d： α+(α+β)共+βII （1分）

d '： (α+β)共 （1分）

d′h′： β+(α+β)共+αII （1分）

h′e： β+αII （1分）

eB ： β （1分）

3） 合金I （5分） 合金II （3分） t/℃ k n j

g i d h A b c 1 g ' c 2 d ' h ' e B

δ α β

I II L L→α α→βII

L→α+β

L L→δ L→α α

L +δ→α α→βII

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4） 合金I 相组成： %100 %10011⨯=⨯=be bc w be ec w βα；（2分）

合金II 组织组成：

II II w gd id w be g b gd id w gd

ig w βαββαβαβα-⨯-=⨯'⨯⨯=⨯=+%100 %100 %100II II )(析出量＝共晶前析出量；析出比例＝共晶前析出量；初初初

共（3分）

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。

（16分）

回复

再结晶 正常长大 异常长大 驱动力 存储能

（主要是点阵

畸变能）

存储能 （主要是点阵畸变能） 总界面能 总界面能和表面能 力学性能变化 基本保持变形

后性能 恢复到冷变形前的水平 基本保持再结晶后的水平 性能恶化 强度、塑性下降