北科大材料考研试题
北京科技大学《材料科学基础》考研真题强化教程
考点1：金属键，离子键，共价键，氢键，范德瓦耳斯力的定义。
例1（名词解释）：离子键。
例2：解释金属键。
例3：大多数实际材料键合的特点是（）。
A．几种键合形式同时存在B．以离子键的形式存在C．以金属键的形式存在考点2：金属键，离子键，共价键的特征。
例4：化学键中既有方向性又有饱和性的为（）。
A．共价键B．金属键C．离子键例5：原子的结合键有哪几种？各有什么特点？考点3：依据结合键对于材料的分类。
例6：解释高分子材料与陶瓷材料。
例7：试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。
例8：何谓陶瓷？从组织结构的角度解释其主要性能特点。
考点1：以米勒指数描述晶向和晶面1.1 晶面族例1：什么是晶面族？{111}晶面族包含哪些晶面？例2：请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面。
1.2 晶面夹角和晶面间距例：面心立方结构金属的[100]和[111]晶向间的夹角是多少？{100}面间距是多少？1.3 晶带定理例1（名词解释）：晶带定理。
例4：晶面（110）和(111)所在的晶带，其晶带轴的指数为（）。
1.4 HCP的米勒指数例1：写出如图所示六方晶胞中EFGHIJE面的密勒-布拉菲晶面指数，以及EF、FG、GH、HI、IJ、JE各晶向的密勒-布拉菲晶向指数。
例2：写出如图所示六方晶胞中EFGHIJE晶面、EF晶向、FG晶向、CH晶向、JE晶向的密勒-布拉菲指数。
例3：六方晶系的[100]晶向指数，若改用四坐标轴的密勒指数标定，可表示为（）。
1.5 画晶向和晶面，面密度的求法例2：bcc结构的金属铁，其（112）晶面的原子面密度为9.94×1014atoms/cm3。
（1）请计算（110）晶面的原子面密度；（2）分别计算（112）和（110）晶面的晶面间距；（3）确定通常在那个晶面上最可能产生晶面滑移？为什么？（bcc结构铁的晶格常数为a=0.2866nm）1.6 晶向指数的意义例：一组数[uvw]，称为晶向指数，它是用来表示（）。
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1999年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目: 金属学适用专业: 科学技术史冶金物理化学钢铁冶金有色金属材料加工工程说明:统考生做1~10题,单考生做1~7题和11~13题。
1、名词解释10分)(1)点阵畸变(2)组成过冷 (3)再结晶温度(4)滑移和孪生(5)惯习现象2、说明面心立方、体心立方、密排六方(c/a≥1.633)三种晶体结构形成的最密排面,最密排方向和致密度。
(10分)3、在形变过程中,位错增殖的机理是什么?(10分)4、简述低碳钢热加工后形成带状组织的原因,以及相变时增大冷却度速度可避免带状组织产生的原因。
(10分)5、简要描述含碳量0.25%的钢从液态缓慢冷却至室温的相变过程(包括相变转换和成分转换)。
(10分)6、选答题(二选一,10分)(1)铸锭中区域偏析有哪几种?试分析其原因,并提出消除区域偏析的措施。
(2)固溶体结晶的一般特点是什么?简要描述固溶体非平衡态结晶时产生显微偏析的原因,说明消除显微偏析的方法。
7、简述金属或合金冷塑性变形后,其结构、组织和性能的变化。
(10分)8、简述经冷变形的金属或合金在退火时其显微组织,储存能和性能的变化规律。
(10分)9、选答题(二选一,10分)(1)为了提高Al-4.5%Cu合金的综合力学性能,采用了如下热处理工艺制度,在熔盐浴中505℃保温30分钟后,在水中淬火,然后在190℃下保温24小时,试分析其原因以及整个过程中显微组织的变化过程。
(2)什么叫固溶体的脱溶?说明连续脱溶和不连续脱溶在脱溶过程中母相成分变化的特点。
10、简述固溶强化,形变强化,细晶强化和弥散强化的强化机理。
(10分)11、简述影响再结晶晶粒大小的因素有哪些?并说明其影响的基本规律。
(10分)12、画出铁碳相图,并写出其中包晶反应,共晶反应和共析反应的反应式。
(10分)13、选做题(二选一,10分)(1)如果其他条件相同,试比较下列铸造条件下,铸件中晶粒大小,并分析原因。
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（3）脱溶分解对性能的影响 脱溶分解对材料的力学性能有很大的影响，其 作用决定于脱溶相地形态、大小、数量和分布 等因素。 一般来说，均匀脱溶对性能有利，能起到明显 地强化作用，称为“时效强化”或“沉淀强 化”； 而局部脱溶，尤其是沿着晶界析出（包括不连 续脱溶导致的胞状析出），往往对性能有害， 使材料塑性下降，呈现脆化，强度也因此下降。
①成分不变协同型长大②成分不变非协同型长大 ③成分改变协同型长大 ④成分改变非协同型长大 成分不变的相变无需溶质原子扩散，晶核长大速 度仅与界面点阵重构过程有关。协同型长大原子 调整位置的过程通常可以在很短的时间内完成， 所以晶核长大速度很快；而成分不变的非协同型 长大速度则受控于界面原子调整位置的速度，即 受界面过程所控制。
（3）、屈氏体(T): 片间距约小于200nm，形成于 600 ～ 500℃温度范围内。在光学显微镜下已很难 分辨出铁素体和渗碳体片层状组织形态。电镜观 察。 注意：珠光体、索氏体、屈氏体之间无本质区别， 都是铁素体和渗碳体片层相间组织，其形成温度 也无严格界线，只是其片层厚薄和片间距不同。
（1）共格界面 如果界面上的原子同时属于两相，即两相晶格 在界面上彼此完全衔接，界面上的原子为两相 共有，便可形成共格界面。存在一定的弹性应 力场，其大小取决于相邻两相界面，原子间距 a a 的相对差值δ＝ a 。 δ越大，弹性应变能 越大。共格界面的界面能很低。 （2）半共格界面 δ 增大，为了维持界面上的原子为两相所共有， 须由一系列调配位错进行调节，形成半共格界 面。半共格界面的界面能和弹性应变能介于共 格界面和非共格界面之间。
（3）非共格界面 当δ很大时，界面处两相原子根本无法匹配，形 成非共格界面。这种界面由不规则的原子构成， 厚度约3－4个原子层，性质与大角度晶界相似， 界面能较高而弹性应变能很小。 2界面能 固－固两相界面能比液－固两相界面能高。 一部分是形成新相界面时，因化学键变化引起 的化学能，另一部分时由界面原子的不匹配产 生的点阵畸变能。 界面能：共格界面＜ 半共格界面＜ 非共格界面
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表面能与晶体表面原子排列紧密程度有关，原 子密排的表面具有最小的表面能。
fcc的Au晶体的表面能极图
影响表面能的因素？
（1）外部介质的性质（外与内作用力 相差越大，表面能越大）。 （2）裸露晶面的原子密度（密排晶面 裸露表面能最小）。 （3）晶体表面的曲率（曲率越大，表 面能越大）。
一 外表面（晶体表面-plane of crystal）
表面是指固体材料与真空或气体、液体等 外部介质相接触的界面； 而内界面包括晶界(grain boundary)、孪晶 界(twin boundary)、亚晶界（subboundary）、相界(phase boundary)及层 错(stacking fault )等。
三、亚晶界
实际晶体中，每个晶粒 内的原子排列并不是十 分整齐的，往往能够观 察到这样的亚结构，由 直径为10~100um的晶 块组成，彼此之间存在 极小的位相差（通常＜ 2°）.这些小晶块之间 的内界面称为亚晶粒间 界，简称亚晶界。
金属晶粒内部结构示意图
三、亚晶界
铸态：亚晶粒 边长10-2cm 变形或热处理： 10-6~10-4cm 亚晶界也可以 阻碍塑性变形， 故亚晶细化也 可提高金属的 屈服强度。
一 外表面（晶体表面-plane of crystal）
内部原子对界面原子的作用力显著大 于外部原子或分子的作用力。 导致表面原子就会偏离其正常平衡位 置，并因而牵连到邻近的几层原子， 造成表面层的晶格畸变。 由于晶格畸变，故表面层能量就要升 高。表面能！
什么是表面能？
晶体表面单位面积自由能的增加称为表面能 γ （J/m2）。表面能也可理解为产生单位面 积新表面所作的功： dW γ ＝ dS 式中，dW为产生dS表面所作的功。 表面能也可以单位长度上的表面张力（N/m） 表示。 晶体的表面张力是各向异性的
材料科学基础考研真题1995-2011(北科大)
北京科技大学1995年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目: 金属学适用专业: 金属塑性加工说明:统考生做1～10题，单考生做1～7题和在8～13题中任选3题。
每题10分。
1、什么是固溶体？固溶体可以分为几种？并说明其各自的结晶特点。
2、计算含0.45%C的亚共析钢在共析温度时铁素体和奥氏体两相的相对数量，在这一温度下铁素体和珠光体的相对数量又是多少？3、用扩散理论来说明高温条件下钢的氧化过程。
4、画出铁碳平衡相图中的包晶反应部分的相图，并给出包晶反应表达式。
5、说明钢中非金属夹杂物的来源及其种类。
6、说明钢的完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、和低温退火的工艺特点及它们的作用。
7、说明轴承钢的碳化物类型及形成原因。
8、画图说明钢的高温和低温形变热处理的工艺特点。
9、从下列元素中指出哪些元素是扩大奥氏体区域的？哪些元素是缩小奥氏体区域的？C Si Ti Cr Mo Ni Cu N10、冷变形金属加热发生低温、中温和高温回复时晶体内部发生什么变化？11、绘出立方系中｛110｝晶面族所包括的晶面，以及（112）、（123）、（120）晶面。
12、说明共析钢加热时奥氏体形成的过程，并画图表示。
13、合金钢中主要的合金相有几种类型？北京科技大学1999年硕士学位研究生入学考试试题科目：金属学1、名词解释:（10分）（1）点阵畸变（2）组成过冷（3）再结晶温度（4）滑移和孪生（5）惯习现象2、说明面心立方、体心立方、密排六方（c/a≥1.633）三种晶体结构形成的最密排面，最密排方向和致密度。
（10分）3、在形变过程中，位错增殖的机理是什么？（10分）4、简述低碳钢热加工后形成带状组织的原因，以及相变时增大冷却度速度可避免带状组织产生的原因。
（10分）5、简要描述含碳量0.25%的钢从液态缓慢冷却至室温的相变过程（包括相变转换和成分转换）。
（10分）6、选答题（二选一，10分）（1）铸锭中区域偏析有哪几种？试分析其原因，并提出消除区域偏析的措施。
北科大材料考研试题综述
说明
在固体材料中也存在扩散，并且它是固体中 物质传输的唯一方式。因为固体不能象气体 或液体那样通过流动来进行物质传输。即使 在纯金属中也同样发生扩散。扩散在材料的 生产和使用中的物理过程有密切关系，例如： 凝固、偏析、均匀化退火、冷变形后的回复 和再结晶、固态相变、化学热处理、烧结、 氧化、蠕变等等。
c 浓度梯度， ，kg/(m3· m) x
菲克第一定律的解释
“-”号表示扩散方向为浓度 梯度的反方向，即扩散由 高浓度向低浓度区进行。
4.1.2 菲克第二定律 (Fick’s Second Law) 在扩散过程中扩散物质的浓度随时间而变化。
c f (t , x)
C ≠0 t
非稳态扩散时，在一维情况下，菲克第二定律的表达 式为
2、菲克第一、第二定律的表达式及适用范围；
3、扩散机制；
D D0 e 4、菲克第二定律的误差函数解（※渗碳）；
5、扩散系数与扩散激活能的关系式： Arrhenius 6、影响扩散的因素；
Q / RT
7、渗碳为什么选取在奥氏体状态下进行而不在铁素体 状态下进行？ 作业： 课后习题 P/142 4-3、4-5、4-7。
x c( x, t ) cs (cs c0 )erf 2 Dt
上式称为误差函数解。
erf ( )
( x /(2 Dt ))
实际应用时，
cs c( x, t ) x erf cs c0 2 Dt
或
c( x, t ) c0 x 1 erf cs c0 2 Dt
H2
x 例1
c2
利用一薄膜从气流中分离氢气。在稳定状态时，薄 膜一侧的氢浓度为0.025mol/m3,另一侧的氢浓度为 0.0025mol/m3，并且薄膜的厚度为100μm。假设氢通过 薄膜的扩散通量为2.25×10-6mol/（m2s），求氢的扩散 系数。
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2 特点： ① 加热温度较高：T>T再 T再≈0.4T熔；实际: +100~200℃ ② 显微组织显著变化 ： 转变为等轴无畸变新晶粒 ③ 亚结构：位错密度大大降低； ④ 性能显著变化： HB、ζ↓↓；δ、ψ↑↑ ⑤ 内应力完全消除。
3 再结晶形核机制
(1) 亚晶合并相邻 亚晶界中位错通过 攀移和滑移消失
（3）对低碳钢，ε＝8％接近临界变形量，因 此在700℃(高于再结晶温度)退火后晶粒粗 大，强度较低； （4）900℃保温时发生重结晶，冷却后晶粒 细小，因此强化提高。
§7-1 形变金属与合金在退火过程中的变化
一 退火概念 1 定义： 将金属加热到某温度保温一定时间，而 后缓慢冷至室温，通过组织结构的变化使材 料热力学稳定性得以提高的热处理工艺。 根据退火温度不同(>或<Ac1)可分为： 高温退火和低温退火 形变金属的退火——低温退火
2 金属加热中组织转变的原因 ——驱动力问题 退火T> Ac1 时： 驱动力为相变中两相的体积自由能之差 退火T< Ac1时： 对形变金属而言驱动力为形变储存能(其 中晶格畸变能占80~90%) ┗ 不稳定组织
§7-4 金属的热加工
主要内容： （1）热加工与冷加工区别 （2）热加工对组织与性能影响 一 金属热加工与冷加工的概念 热加工：T > T再； 冷加工： T < T再；
实质：
有否再结晶软化过程
衡量依据：T再
例：W 在1000℃非热加工；
Sn、Pb 在室温为热加工；
二 热加工对组织、性能的影响 热加工：钢材的热锻与热轧 1 消除铸态组织缺陷： （1）气孔、疏松、微裂纹的焊合； ——宏观组织致密化；
σb
HB
δ
4 金属Ag经大变形量(70％)冷加工后，试
北京科技大学1995-2012材料科学基础考研试题及部分答案
北京科技大学1995-2012材料科学基础考研试题及部分答案北科1995-2011材料考研，初试考卷及答案1995年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目: 金属学适用专业: 金属塑性加工说明:统考生做1,10题，单考生做1,7题和在8,13题中任选3题。
每题10分。
1、什么是固溶体,固溶体可以分为几种,并说明其各自的结晶特点。
2、计算含0.45%C的亚共析钢在共析温度时铁素体和奥氏体两相的相对数量，在这一温度下铁素体和珠光体的相对数量又是多少,3、用扩散理论来说明高温条件下钢的氧化过程。
4、画出铁碳平衡相图中的包晶反应部分的相图，并给出包晶反应表达式。
5、说明钢中非金属夹杂物的来源及其种类。
6、说明钢的完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、和低温退火的工艺特点及它们的作用。
7、说明轴承钢的碳化物类型及形成原因。
8、画图说明钢的高温和低温形变热处理的工艺特点。
9、从下列元素中指出哪些元素是扩大奥氏体区域的,哪些元素是缩小奥氏体区域的,C Si Ti Cr Mo Ni Cu N10、冷变形金属加热发生低温、中温和高温回复时晶体内部发生什么变化,11、绘出立方系中,110,晶面族所包括的晶面，以及(112)、(123)、(120)晶面。
12、说明共析钢加热时奥氏体形成的过程，并画图表示。
13、合金钢中主要的合金相有几种类型,2 / 59北京科技大学1999年硕士学位研究生入学考试试题科目:金属学1、名词解释:(10分)(1)点阵畸变(2)组成过冷(3)再结晶温度(4)滑移和孪生(5)惯习现象2、说明面心立方、体心立方、密排六方(c/a?1.633)三种晶体结构形成的最密排面，最密排方向和致密度。
(10分)3、在形变过程中，位错增殖的机理是什么,(10分)4、简述低碳钢热加工后形成带状组织的原因，以及相变时增大冷却度速度可避免带状组织产生的原因。
(10分)5、简要描述含碳量0.25%的钢从液态缓慢冷却至室温的相变过程(包括相变转换和成分转换)。
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四、再结晶温度及晶粒大小 1、再结晶温度
冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为开始 再结晶温度。 一般工程当中所说的再结晶温度是指完成再结晶 的温度，即在1h内再结晶完成95％所对应的温度 测定方法：金相法，硬度法，公式法（9-32） 经验公式：Tk=(0.35~0.45)Tm 常用金属的再结晶温度：表9-6 凡影响形核率和长大速率的因素均影响再结晶温 度。
2 晶粒的异常长大
异常晶粒长大又称不连续晶粒长大或二次再结 晶，是一种特殊的晶粒长大现象。 发生异常长大的条件是，正常晶粒长大过程被分 散相粒子，织构或表面热蚀沟等强烈阻碍，能够长 大的晶粒数目较少，致使晶粒大小相差悬殊。晶粒 尺寸差别越大，大晶粒吞食小晶粒的条件越有利， 大晶粒的长大速度也会越来越快，最后形成晶粒大 小极不均匀的组织，如图7-21(c)。
对工业纯金属，经强烈冷变形后的最低再结晶温 度约为 0.35~04Tm 。另外，发生再结晶需要一个 最小变形量，称临界变形量。低于此变形量不能 发生再结晶。
（2）金属纯度 杂质对N和G的影响有着截然不同的两重性 一方面杂质阻碍变形使储存能增加，N和G 增大； 另一方面，杂质又钉扎晶界，降低界面迁 移率，使形核率减小、生长速率减慢。 一般均起细化晶粒的作用。
第七节 冷变形金属的内应力和储存能
这部分能量提高了变形晶体的能量，使之 处于热力学不稳定状态，故它有一种使变 形金属重新恢复到自由焓最低的稳定结构 状态的自发趋势，并导致塑性变形金属在 加热时的回复及再结晶过程。
第七节 存能随形变量的增加而增大，但增速逐 渐变缓，最后趋于饱和。 （ 2 ）加工温度越低，形变速度越大，材料的加 工硬化率越大，经受相同变形后的储存能也就越 高。 （ 3 ）加工方式的应力状态越复杂，加工时的摩 擦力越大，应力、应变的分布越不均匀，消耗的 总能量越高，储存能也就越大。
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（二）、螺位错
分类：有左、右旋之分，根 据螺旋面旋转方向，符合 右手法则（即以右手拇指 代表螺旋面前进方向，其 他四指代表螺旋面的旋转 方向）的称右旋螺型位错。
图2-12 螺位错形成示意图
（三）、混合位错
在外力作用下，两 部分之间发生相对滑移， 在晶体内部已滑移和未 滑移部分的交线既不垂 直也不平行滑移方向 （伯氏矢量b），这样 的位错称为混合位错。 如右图所示。
五、其他晶体的点缺陷
离子晶体中整体和局部都要求电中性，因此离子晶体 中的点缺陷稍微复杂。 离子晶体中的肖脱基点缺陷只能与等量的正离子空位 和负离子空位同时存在。 另外，由于离子晶体中负离子半径往往比正离子半径 大得多，负离子不易形成间隙原子，所以弗兰克尔 点缺陷只能是等量的正离子空位和正离子间隙原子。
补充几个需要理解的概念
多晶体:
实际应用的工程材料 中，哪怕是一块尺寸很小 材料，绝大多数包含着许 许多多的小晶体，每个小 晶体由大量的位向相同的 晶胞组成，而各个小晶体 之间，彼此的位向却不相 同。称这种由多个小晶体 组成的晶体结构称之为 “多晶体”。
补充ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ个需要理解的概念
晶粒：多晶体材料中每个 小晶体的外形多为不规则 的颗粒状，通常把它们叫 做“晶粒”。 晶界：晶粒与晶粒之间的 分界面叫“晶粒间界”， 或简称“晶界”。为了适 应两晶粒间不同晶格位向 的过渡，在晶界处的原子 排列总是不规则的。
第三章
晶体结构缺陷
晶体结构缺陷的类型
点缺陷
缺陷的 类型
其特点是在三维 方向上的尺寸都 很小，缺陷的尺 寸处在一、两个 原子大小的级别， 又称零维缺陷， 例如空位，间隙 原子和杂质原子 等。
线缺陷
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五、形核与长大
晶体的凝固是通过形核与长大两个过程进行的， 即固相核心的形成与晶核生长至液相耗尽为止。 形核方式可以分为两大类： （1）均匀形核 新相晶核是在母相中均匀地生成，即晶核由液相 中的一些原子团直接形成，不受杂质或外表面的 影响。 （2）非均匀形核 新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于 液相中的杂质或外来表面形核。
1 形核
（1）均匀形核
5）形核率与过冷度的关系
N=N1.N2 由于N受N1.N2两个因素控制 ，形核率与过冷度之间是呈抛 物线的关系。
N1 N2
金属结晶：均匀形核时有 效过冷度（见图6-8） △T≈0.2Tm 非均匀形核时有效过冷度 △T≈0.02Tm
金属材料形核率与温度的关系如图所示 形核率突然增大的温度称为有效形核温度，此时 对应的过冷变称临界过冷度约等于0.2Tm。
结构：长程无序，短程有序（更接近于固态金属）。 特点（与固态相比）：原子间距较大、原子配位数较 小、原子排列较混乱。
三、液态金属的结构
结构更接近于固态金属?
1金属的相变热 Lm « Lb≈Lc S L 近邻原子间破坏不大。 2金属熔化时的体积变化 3%～ 5% 原子间距 原子间结合力接近。 3固态与液态金属热容量差 10%以下，表明固、液态内部原子热运动状 态也相近。
2 晶体长大
2 晶体长大
2 晶体长大
(2 )液体中温度梯度与晶体的长大形态 1）正温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越高） 粗糙界面：平面状。 光滑界面：台阶状。 2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低） 粗糙界面：树枝状。 光滑界面：树枝状。
2 晶体长大
晶体的长大过程是液体中原子迁移到固体表面，使 液—固界面向液体中推移的过程。
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τ ≈Gb/2R
推倒思路：1、作 用在位错上的力 F=T分量 2、ds/dθ=R 3、dθ很小时
第五节、位错与晶体缺陷间的交互作用
两平行螺型位错交互作用的特点是同号相斥，
异号相吸； 当两个刃型位错的柏氏矢量方向相同时，为 斥力，反之，为引力；情况相对螺型位错复 杂； 位错与点缺陷的交互作用： 柯垂尔气团 固溶强化 史氏气团
晶体中位错柏氏矢量可否是任意的，为何常用柏氏矢 量只有少数几个?(补充资料)
实际晶体中，位错的柏氏矢量不是任意的，
它应符合相应的结构条件和能量条件。 晶体结构条件是指柏氏矢量必须连接晶体中 一个原子平衡位置到另一个平衡位置；能量 条件是指柏氏矢量所表征的位错应尽量处于 最低能量。 因此，实际晶体中存在的位错及其柏氏矢量 只有少数几个。
a 6
a[001]
a 6
[110]
[121]+
[211]
课堂练习：书上4道例题！
位错环运动习题（补充资料）
参考答案
三 扩展位错（ extended dislocation ） 1 面心立方晶体中能量最低的全位错 2 〈110〉可以分 解为两个肖克莱不全位错： 1 a[101] 1/6a[211]+1/6a[112] 2 分解后将使位错能量减少1/6。这种由两个肖克莱不 全位错之间还夹着一片层错的位错称为扩展位错。
不全位错：
肖克莱（Shockley）不全位错和 弗兰克(Frank)不全位错； 在面心立方晶体中，由不均匀滑移造成的不 1 全位错，其柏氏矢量为 6 a〈211〉,称这种不 全位错为肖克莱不全位错； 肖克莱不全位错可以是刃型、螺型或混合型 位错，因其柏氏矢量在滑移面上，故肖克莱 不全位错可以滑移。.
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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。
北科大材料考研试题
二次电子收集系统由栅网、聚焦环和闪烁体组成。
栅网上加+250V电压，用来吸引二次电子。通过 调整聚焦环位置可改变闪烁体前加速电场分布， 使二次电子比较集中打到加有+12kV高压的闪烁 体上。
二次电子探测器示意图
二次电子大部分信号穿过栅网，打到闪烁体上，转
换成光信号，经光电倍增管输出的电流信号接到视 频放大器，再稍放大后即可用来调制显像管亮度， 从而获得图像。
1.1概述
扫描电子显微镜是探索微观世界奥秘的 最有效的大型精密仪器之一自1965年做出第 一台商品扫描电镜，自其问世以来，得到了 迅速的发展，种类不断增多，性能日益提高， 由于其具备分辨率高、放大倍数变化范围宽、 景深大、立体感强、样品制备简单等特点， 因此广泛地应用于材料科学、地质学、生物 学、医学、物理学、化学等众多的科学研究 领域。
电子显微镜（electron microscope）：用
一束电子照射到样品上并将其组织结构细节 放大成像的显微镜。
电子显微镜的类型
扫描电子显微镜（scanning electron
microscope, SEM） 透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM） 扫描透射电子显微镜（scanning transmission electron microscope, STEM）
背反射电子像
背反射电子是被样品 原子反射回来的人射电 子。实验指出，当入射 电子能量在 10～40 keV范围时，样品背散 射系数随元素原子序 数Z的增大而增加，如 下图所。
这主要是因为大角度弹性散射随原子序数增大而
增加。例如碳原子序数Z＝ 6，背散射系数＜10 ％，铀原子序数Z＝92，背散射系数 ＞50％。 对于 Z＜40的元素，背散射系数随原子序数的变 化较为明显；例如在Z＝20附近，原子序数每变 化1，引起背散射系数变化约为5％。由于背散射 电子信号强度人与成正比，背散射电子信号强 度随原子序数Z增大而增大，样品表面上平均原 子序数较高的区域，产生较强的信号，在背散射 电子像上显示较亮的衬度。因此可以根据背散射 电子像（成分像）亮暗村度来判断相应区域原子 序数的相对高低，对金属及其合金进行显微组织 的分析。
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5、何谓上坡扩散？简述其产生的原因。
答：溶质原子自浓度低处向浓度高 处迁移的现象，称为上坡扩散。从 热力学角度，扩散是由于化学位的 不同而引起的，各组元的原子总是 由高化学位区向低化学位区扩散， 扩散的真正驱动力不是浓度梯度， 而是化学位梯度。
已知两晶面求晶带轴
位错的曲率半径越小，要求与它 想平衡所需要的切应力越大！
一、名词解释
3、合金
答：由两种或两种以上的金属或金属与非金 属经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有 金属特性的物质。
4、相
答：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结 构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。
一、名词解释
5、组织
答：指的是在外界因素、成分等条件一定的 情况下，组成合金的不同成分、结构、性能、 分布和数量的相的总体称为组织。
四、问答题
1、原子间的键合有哪几种？金属为什么 具有良好的延展性，而离子晶体一般熔 点和硬度均较高？
四、问答题
答：原子间的键合有金属键、离子键、 共价键、分子键和氢键。 金属键没有方向性，金属正离子间改变 相对位置并不会破坏电子与正离子之间 的结合力，因而当金属受力变形而改变 原子之间的相互位置时不至于使金属键 破坏，因此金属具有良好的延展性；一 般离子晶体中正负离子静电引力较强， 结合能较高而牢固，因此其熔点和硬度 均较高。
一、名词解释
11、固溶强化
答：固溶体的成分可在一定范围内连续变化，随异 类原子的溶入，将引起溶剂晶格常数的改变及晶格 畸变，致使固溶体的强度和硬度升高，而塑性和韧 性稍有降低的现象叫固溶强化。
12、有序强化源自答：有序固溶体中结合键A-B键的结合力必然大于 无序固溶体中结合键A-A和B-B键的结合力，故有序 固溶体要破坏大量的A-B键而发生塑性变形和断裂 就比无序固溶困难得多，此现象也叫有序强化。
常见晶面：（1120）（1100） （ 0001）（1010）（0110）
4.比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合 材料在结合键上的差别。
简单金属(指元素周期表上的主族元素)的结合键完全为 金属键，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混 合，但以金属键为主。 陶瓷材料是由一种或多种金属同一种非金属(通常为氧) 相结合的化合物，其主要结合方离子键，也有一定成 分的共价键。 高分子材料中，大分子内的原子之间结合方式为共价 键，而大分子与大分子之间的结合方式为分子键。 复合材料是由二种或二种以上的材料组合而成的物质， 因而其结合键非常复杂，不能一概而论。
三、判断题
25、位错线在某些特殊情况下也可能中 断于晶体内部（）。 26、晶体中的结构缺陷也包括在结构之 中。 27、刃型位错可攀可滑，螺型位错只可 滑移。 28、一般情况下，金属晶体的点缺陷主 要是指间隙原子。
三、判断题
29、 发生扩散现象时，物质也可能从低 浓度区向高浓度区扩散，扩散的结果提 高了浓度梯度（）。 30、一般认为，晶界、表面和位错对扩 散起着扩速通道的作用，有利于原子的 扩散（）。
答：当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时， 溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质 原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种 固溶体就称为置换固溶体。
18、短路扩散
答：固态金属中原子沿表面、晶界、位错等 途径的扩散。
二、填空题
1、位错有（ ）和（ ）两种基本的运动 方式，刃型位错由于有多余的（ ），因 此，它既能做（ ）运动，也能做（ ）运 动，而螺型位错只能做（ ）运动。在常 温或低温下，位错的（ ）运动非常困难， 因为这种运动需要原子的（ ）才能发生， 显然，升高温度可以（ ）这种运动。
三、判断题
1、同一种空间点阵可以有无限种晶体结 构，而不同的晶体结构可以归属于同一 种空间点阵（）。 2、对称倾侧晶界是由螺型位错构成，而 扭转晶界是由刃型位错构成（）。 3、固态金属中原子扩散的最快途径是表 面扩散（）。 4、纯刃型肖克莱不全位错可以做滑移和 攀移运动（）。
三、判断题
一、名词解释
15、扩展位错
答：由一个全位错分解成两个肖克莱不全位 错，在它们之间夹着一个层错带的位错组态， 其层错带的宽度与层错能的大小成反比。
16、反应扩散
答：伴随有化学反应或相变的扩散过程称为 反应扩散或相变扩散，反应扩散主要受化学 反应和原子扩散速度控制。
一、名词解释
17、置换固溶体
6、同素异构转变
答：许多元素具有几种晶体结构，当外界条 件（如温度、压力等）改变时，晶体将会从 一种结构向另一种结构转变，称为同素异构 转变，也称为多晶型转变。
一、名词解释
7、空间点阵
答：从晶体结构中找出一系列的等同点，必 定在三维空间呈周期性重复排列，这一系列 在三维空间按周期性排列的几何点构成的阵 列称为一个空间点阵。
8、晶体缺陷
答：晶体中原子排列的不完整区域，按几何 特征分为点、线、面晶体缺陷。
一、名词解释
9、致密度
答：将原子看作刚性球，则晶体中原子的总 体积与晶体体积的比值称为晶体的致密度， 它表示原子堆积的紧密程度。
10、配位数
答：在晶体中与一个原子或离子最近邻且等 距离的原子或离子的个数，它表示原子堆积 的紧密程度。
二、填空题
13、间隙相是由（）元素和（）元素在 电负性差（）时，且原子半径比（） 0.59时形成的中间相，它的晶体结构比 较（），并与两组元的晶体结构（）， 尽管它的脆性（），但由于具有很高的 （）和（），是合金工具钢中的主要（） 相。
二、填空题
14、间隙化合物是由（）元素和（）元 素在电负性差（）时，且原子半径比（） 0.59时形成的中间相，它的晶体结构比 较（），并与两组元的晶体结构（）， 它具有高的（）和（），但脆性（）， 是合金钢中的主要（）相。
习题课
目的：巩固、复习前三章知识
一、名词解释
1、金属间化合物
答：由不同金属或金属与亚金属组成的一类 合金相，其点阵既不同于溶剂的点阵，也不 同于溶质的点阵，而属于一种新的点阵。
2、固溶体
答：在合金相中，组成合金的异类原子以不 同比例均匀混合，混合后形成的合金相的点 阵与组成合金的溶剂组元结构相同。
二、填空题
8、小角度晶界是相邻两晶粒的位向差（） 的晶界，它主要可以分为（）和（）两 种，前者是由（）位错构成，后者是由 （）位错构成，小角度晶界的晶界能比 大角度晶界的晶界能（）。 9、影响置换固溶体溶解度的主要因素有 （原子尺寸）（负电性）（电子浓度） （晶体结构）（温度）。
二、填空题
二、填空题
5、大角度晶界是相邻两晶粒的位相差（） 的晶界，它的晶界能比小角度晶界（）； 相界面按其结构不同可分为（）（）和 （）三种，它与晶界的主要区别是相邻 两相不仅（）不同，而且（）也不相同， 具有最低界面能的相界面是（）相界面。
二、填空题
6、扩散的驱动力为（），原子扩散的机 制主要是（）和（），前者扩散速度比 后者（）。 7、体心立方结构的单位晶胞原子数为 （），原子半径为（），配位数为（）， 致密度为（），它的八面体间隙半径比 四面体间隙半径（），它的最密排晶向 族是（），最密排晶面族是（）。
10、固态金属中原子扩散的驱动力是（） 其扩散方向是（）的方向进行，其扩散 机制主要由（）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、填空题
11、对面心立方、体心立方晶体，暴露在 晶体外表面最可能的晶体学面分别是（） 和（）。 12、位错线是晶体中（）区与（）区在滑 移面上的交界线，刃型位错线的柏氏矢量 与其位错线（），螺型位错线的柏氏矢量 与其位错线（），混合型位错的柏氏矢量 与其位错线既不（），也不（）。
二、填空题
2、刃型位错的滑移方向与柏氏矢量（）， 与使该位错滑移的外切应力（）； 螺型位错的滑移方向与柏氏矢量（），与 使该位错滑移的外切应力（）。但是，无 论什么位错在外应力下滑移时，其运动方 向总是与位错线（），它的大小与（）及 （）呈正比，并指向晶体的（）。
二、填空题
3、一个面心立方晶胞共有（）个原子， 其致密度为（），其八面体间隙比四面 体间隙（）。 4、晶体的空间点阵分属于（）大晶系， 其中正方晶系点阵常数的特点为（）， 请列举除立方和正方晶系外其他任意三 种晶系的名称（）、（）、（）铜的晶 体结构属于（）空间点阵。
刃型位错与螺型位错的异同点
相同点：两者都是线缺陷
不同点：（1）刃型位错具有一个额外的半原子面，而螺型位错无；
（2）刃型位错必须与滑移方向垂直，也垂直与滑移矢量；而螺型位错线与滑 移矢量平行，且位错线的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。 （3）刃型位错的滑移线不一定是直线，可以是折线或曲线；而螺位错的滑移 线一定是直线。 （4）刃位错的滑移面只有一个，其不能在其他面上进行滑移；而螺位错的滑 移面不是唯一的。 （5）刃位错周围的点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变；而螺位错 只有切应变而无正应变。
一、名词解释
13、扩散激活能
答：原子在晶体结构中由一个平衡位置跳向 相邻的另一个平衡位置时，通常要越过一个 自由能垒，该能垒高度称为扩散激活自由能， 它是原子扩散的阻力。扩散激活自由能的内 能部分简称为扩散激活能。
14、不全位错
答：位错的柏氏矢量不等于晶体点阵矢量整 倍数的位错称为不全位错，其位错线是堆垛 层错区与晶体完整区间的分界线。
13、金属中点缺陷的存在使其电阻率增 大（）。 14、在面心立方晶体结构的置换固溶体 中，原子扩散的方式一般为空位机制 （）。 15、一个不含空位的完整晶体在热力学 上是不稳定的（）。 16、位错受力方向处处垂直于位错线， 位错运动过程中，晶体发生相对滑动的 方向始终是柏氏矢量方向（）。