2014 818 材料科学基础

南京航空航天大学

2014年硕士研究生入学考试初试试题 A卷 科目代码: 818

满分: 150 分

科目名称: 材料科学基础

注意: ①认真阅读答题纸上的注意事项；②所有答案必须写在答题纸上，写在本试题纸或草稿纸上均无效；③本试题纸须随答题纸一起装入试题袋中交回！

一、简答题（共70分，每小题5分）

1、欲确定一成分为18%Cr，18%Ni的不锈钢晶体在室温下的可能结构是fcc还是bcc，由X 射线测得此晶体的（111）面间距为0.21nm，已知bcc铁的a=0.286nm，fcc铁的a=0.363nm，试问此晶体属何种结构？

2、晶体结合键与其性能有何关系？

3、C原子可与α-Fe形成间隙固溶体,请问C占据的是八面体间隙还是四面体间隙?为什么？

4、按照硅氧四面体在空间的组合情况，硅酸盐结构可以分成＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿几种方式。硅酸盐晶体就是由一定方式的硅氧结构单元通过其它＿＿＿＿联系起来而形成的。

5、举例说明在离子晶体中，正、负离子是如何排列的？正离子的配位数主要取决于什么？（即鲍林第一规则的实质是什么？）

6、如何理解高聚物分子量的多分散性？高聚物的平均分子量及分子量分布宽窄对高聚物性能有何影响？

7、在高聚物大分子链中有哪些热运动单元？这些热运动单元与高聚物宏观性状有何关联？

8、举例说明点缺陷转化为线缺陷；线缺陷生成点缺陷。

9、为什么点缺陷在热力学上是稳定的，而位错则是不平衡的晶体缺陷？

10、上坡扩散的驱动力是什么？列举两个上坡扩散的例子。

11、根据位错一般理论,论述实际晶体中位错及其运动的特殊性。

12、简述晶体结构类型对其塑性变形能力和扩散特性的影响。

13、简述细晶强化的原理以及应用范围。

14、为什么说两个位错线相互平行的纯螺型和纯刃型位错,它们之间没有相互作用?

二、释图与作图题（共25分）

1、根据下面Gibbs自由能曲线绘制相图（T

1>T

2

>T

3

>T

4

>T

5

）（5分）。

2、画出合金铸锭(件)的宏观组织并简述组织形成原因（5分）。

4、从图中分析回复的特点（3分）

。

5．示意画出高、低应变速率下动态再结晶的应力应变曲线（3分）。

6、已知某铜单晶试样的两个外表面分别是（001）和（111）。当该晶体在室温下滑移时，示意画出上述两个外表面上的滑移线。（3分）

7、纯铁在950℃渗碳，表面碳浓度达到0.9％，缓慢冷却后，重新加热到800℃，继续渗碳，示意画出：（3分）

（1）在800℃长时间渗碳后（碳气氛为1.5％C）的组织分布； （2）在800℃长时间渗碳后缓慢冷却至室温的组织分布。

3、如图是金属和陶瓷材料的工程应力应变曲线，试分析其性能差异（3分）。

三、计算分析题（共55分）

1、根据下面Fe-C相图，回答问题。（15分）

（1）写出S点和C点的相变类型。

（2）计算C含量为0.45wt%合金室温下的组织组成物和相组成物重量百分比。

（3）画出C含量为0.9wt%合金的冷却曲线和室温组织示意图。

（4）画出1200℃的Gibbs自由能-成分曲线。

2、考虑在一个大气压下液态铝的凝固，过冷度ΔT=10℃，计算：（10分）

（1）临界晶核尺寸；

（2）半径为r*的晶核中原子个数；

（3）从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔGv；

（4）从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化ΔG*（形核功）。

已知：铝的熔点Tm=993K，单位体积熔化热Lm=1.836×109J/m3，固液界面比表面能σ=93mJ/m2，,原子体积V

=1.66×10-29m3。

3、Cu-Sn-Zn三元系相图在600℃时的部分等温截面如图示：（10分）

（1）请在此图中标出合金成分点P点（Cu-32%Zn-5%Sn），Q点（Cu-40%Zn-6%Sn）和T点

（Cu-33%Zn-1%Sn）,并指出这些合金在600℃时由那些平衡相组成。

（2）若将5kgP合金、5kgQ合金和10kgT合金熔合在一起，则新合金的成分为多少？

4、某铝单晶体在外加拉伸应力作用下，首先开动的滑移系为]

011

)[

1

11

(， （10分） （1）如果滑移是由纯刃型单位位错引起的，试指出位错线的方向、滑移时位错线运动的方向以及晶体运动方向。

（2）假定拉伸轴方向为[0 0 1 ]，σ=106Pa，求在上述滑移面上该刃型位错所受力的大小和方向。（已知Al的点阵常数a=0.4049nm）

（3）随着滑移的进行，拉伸试样中)1

11

(面会发生什么现象？它对随后进一步的变形有何影响？

5、已知在1227℃下，Al在Al

2

O

3

中的 扩散常数 D

（Al）=2.8×10-3m2/s, 扩散激活能为

477KJ/mol,而O在Al

2

O

3

中的 扩散常数 D

（O）=0.19 m2/s, 扩散激活能为636KJ/mol。（10分）

（1）分别计算二者在该温度下的扩散系数。

（2）说明它们扩散系数不同的原因。

（3）试分析纯铝在该温度下氧化的扩散过程；提出在该温度下加速氧化过程的方法。