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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 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、14；7；ABCABC… 2、 [111] ； (112) 准考证号码： 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） 姓名： 报考专业： 密 封 线 内 不 要 写 题 第 1 页 共 4 页

（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 1148～727℃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） 第 2 页 共 4 页

（2） （8 分） I 合金室温组织：α 初＋βII II 合金室温组织：β 初＋（α＋β）共 I 合金和 II 合金室温下的相均为 α＋β （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 βII 量会减 少，甚至不出现；II 合金在快冷条件下 β 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≥rk 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， 第 3 页 共 4 页

则 T 熔＝100℃，故再结晶温度不超过 200℃为宜。由于采用 620℃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：150℃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） 解： （1）引起滑移的单位位错的柏氏矢量为 b = a [110] ，即沿滑移方向上相邻两个原子间的 2 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：900℃=1173K，1000℃=1273K 由 D1273t1273=D1173t1173 可得 t1273=D1173t1173/D1273=10exp[-32900/(1.987×1173)]/exp[-32900/(1.987×1273)]h =10×exp(-14.1156)/exp(-13.0068)h =10×exp(-1.1088)h=3.299h 900℃渗碳，一炉齿轮需要 1000 元/h×10h=10000 元 1000℃渗碳，一炉齿轮需要 1500 元/h×3.299h=4948.5。因此，在 1000℃渗碳成本较低。 六、 （13 分） 答： （1）见下图 a。 （2）见下图 b。 第 4 页 共 4 页