海南大学材料科学与工程《876材料科学基础》考研强化模考.pdf

也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟目录【强化】2024年海南大学080500材料科学与工程876材料科学基础考研强化模考5套卷（-）4【强化】2024年海南大学080500材料科学与工程876材料科学基础考研强化模考5套卷（二）15【强化】2024年海南大学080500材料科学与工程876材料科学基础考研强化模考5套卷（三）25【强化】2024年海南大学080500材料科学与工程876材料科学基础考研强化模考5套卷（四）34【强化】2024年海南大学080500材料科学与工程876材料科学基础考研强化模考5套卷（五）44第3页，共54页圉口簟心博阅窿deb煤爆 考研专业课资料学长一对一诚招加盟【强化】2024年海南大学080500材料科学与工程876材料科学基础考研强化模考5 套卷(-)说明：本书按照考试大纲、历年真题、指定参考书等公开信息潜心整理编写，由学长严格审核校对，仅供 考研备考使用，与目标学校及研究生院官方无关，如有侵权请联系我们立即处理。一、计算题1.已知铜为FCC结构，其原子半径为0.1278nm,试计算其密度为多少？(铜的原子量为63.5,阿伏伽德 罗(Avog adro)常数为 0.602x 10)【答案】已知，Cu点阵为FCC结构，即单位晶胞拥有4个原子，欲求其密度P,只需求单位晶胞的原子质量与单位晶胞体积之比nM 4 x 63.5 x 10-5,.P=T=7；-k g/m3 8933k g/m3伍(2盘r 0.602 x lO x(272 x 0.1278 x 10-9)32.A-B二元合金相图如下图所示。在固相不扩散、液相完全混合条件下，水平放置的质量分数=20%的A-B二元合金熔液从左至右定向凝固成长为L的横截面均匀的合金棒。计算棒中单相a固溶体段占棒长的分数存，画出合金棒中组织沿棒长分布及合金棒中B组元浓度沿棒长分布曲线示意图。该棒单相北固溶体段是否会生长成树枝晶？为什么?【答案】AM赢产Cs=30%Co=20%,30%1 060%故中=1.如下图所示。20 X 爹-9第4页，共54页(3)该棒单相北固溶体段不会生长成树枝晶。该棒为定向凝固，固液界面前沿不会造成负温度梯度。在 正温度梯度下，当存在成分过冷时，固溶体才会长成树枝晶。但该固溶体棒是在固相不扩散、液相完全混 合条件下定向凝固的，固液界面前沿液体的理论结晶温度是相同的，在正温度梯度下，不会产生成分过冷,故不会生长成树枝晶。3.采用Cu的鼠(入=0.154 056 nm)测得2Crl3马氏体不锈钢淬火试样的X射线衍射图，测得四个衍射峰 所对应的2。依次为44.479。,64.740。,82.000。,98.519。，试求其晶格常数a。【答案】该钢淬火后得到低碳马氏体组织，具有体心立方结构，当h+k+1为偶数时才产生衍射，衍射峰的顺序为(110)、(200)、(211)、(220)。由布拉格公式，已知28和入，可由公式d 二后而求出该晶面的面间距,再由加=不冻彳耳，可求出晶格参数a=/M J.&版对于(11。)面,对于(200)面,对于(211)面,对于(220)面,no=1.0鬻”0.203 5，a=/PT7T6 x 0.203 5 0.287 8(nm)/=0.287 7,a=712+0+0 x 0.287 7=0.287 8(nm)2sin din=lx046 0.117%a=y+l2+I2 xO.117 4=0.287 6(nm)c.aZ.231nd220=2Xc畀鬻12+12,0 x 0 203 3=0287 5(nm)C.98.51,2sm故晶格参数的平均值a。0287 7(nm)4.回答下列问题(1)图1为ALCu二元合金相图，今将含叫,=2%的合金棒在固相中无扩散、液相中完全混合、液固界 面平面推进的条件下进行不平衡凝固(忽略成分变化引起的体积变化)。计算凝固始端固相的成分；确定凝 固结束后共晶体占铸锭棒长的体积百分数，并示意画出合金棒中溶质(Cu)浓度分布曲线。第5页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟图1(2)画出示意图说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝方式成长，而纯金属则得不到 树枝状晶。%-1【答案】根据正常凝固方程Cs(z)用凝固始端固相的成分Cs(0)=屏，。=帮浮乂2%0.34%凝固结束后共晶体占铸锭棒长的体积百分数为出 5.65%1 L33%合金棒中溶质(Cu)浓度分布曲线如下图所示。图(2)只有当固液界面前沿液体中的过冷度随至界面的距离增大而增大时，界面上的凸起才会向前方的液 体中生长，从而长成树枝状。如图1所示，纯金属结晶过程中，液体中的成分处处相同，其理论结晶温度也处处相同。在正温度梯 度下，仅仅固液界面处的液体处于动态过冷状态，而界面前沿的温度都高于液体的理论结晶温度。界面上 的任何凸起都会由于其温度高于理论结晶温度而熔化，故只能保持平直状界面而不会成为树枝状。如图2所示，固溶体合金不平衡凝固时，溶质要进行再分配，排进固液界面前沿液体中的溶质原子由 于冷却速度较快不能充分混合而在界面前沿液体中产生富集，从而导致液体的理论结晶温度随距离增大而 升高。这使得界面前沿的部分液体在正温度梯度下处于成分过冷状态，且过冷度随距离增大而增大。故界 面上的局部凸起将向过冷度更大的前方液体中伸展，从而形成树枝晶。图1第6页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟图25.Al-Fe-Si合金的液相面投影图如图所示，请写出全部三相平衡转变与四相平衡转变，并分析O点成分 的合金平衡冷却过程，说明室温下该合金的组织组成物有哪些？【答案】三相平衡转变Lf AJg Fe+a;Lf AljFe+Al Feg Si;L-AlizFe Si+a;AlmFe Si+;LfAl FsSi?+a;Lf Al FejSiz+Si;Lf a+Si四相平衡转变L+AljFe-+Al FejSi;L+ALzFe Sif a+Al FejSi2;Lf a+Si+Al?FejSiz。合金结晶过程Iz*a;Lf A FejSi2+a;L-a+Al FsSi?+Si室温下该合金的组织组成为:先共晶a+两相共晶(AbFe+a)+三相共晶(a+Al F+Si)6.求(121)与(100)晶面所决定的晶带轴和(001)与(111)晶面所决定的晶带轴共同构成的晶面的晶面指数。【答案】(121)和(100)晶面所决定的晶带轴可以通过下式求得i J A1 2 1=j-2k,所以其晶带轴为01 2。1 0 0(001)和(111)晶面所决定的晶带轴是i J k0 0 1=J-i=T10,所以其晶带轴为i 10。1 1 1两晶带轴构成的晶面可如下求得i J kT 1 0=-2/-4-2j,所以该晶面指数为(221)。0 1 2第7页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟7.图1所示为Pb-Sn-Bi相图投影图。问：写出合金。(外尸07/n=0.2)凝固过程及室温组织。(2)计算合金室温下组织组成物的相对含量。图1【答案】(1)冷却至液相面析出Bi：L-Bi初，随温度降低Bi增多，液相成分沿BiQ的延长线向以后 移动；液相成分达到演E后发生三相共晶反应，L-(Sn+Bi)共，液相成分沿E3后向E移动；液相成分达到E后，发生四相共晶反应L-(Sn+Bi+B)%此后冷却，组织不再变化。室温组织为：Bi初+(Sn+Bi)共+(Sn+Bi+。)共(2)8=0.288;w(Sn+Bi)=0.407；w(Sn+Bi+p)=0-3058.将工业纯铁在920七参碳，如果工件表面的碳浓度一直保持恒定，即蛇=2%,扩散系数 0:1.5 x 10-而/s,渗碳1 Oh。(1)求表层碳浓度分布(2)如果规定渗碳层深为表面至碳的质量分数为0.2%处,求渗层深度？【答案】设渗层深度为 x,wCo=0,C4=1.2,D=1.5 x 10-11 m2/9S t=36000s代入公式髓俞)解得表层碳浓度分布为(2)将J=0.2代入上式，查误差函数表Z6.8x 102x=0.978 4层深：x=0.00144m=1.44mm二、简答题9.说明过冷度，临界过冷度,动态过冷度等概念的区别。【答案】实际结晶温度与理论结晶温度之间的温度差，称为过冷度(7三2-北)。它是相变热力学 条件所要求的，只有AT。时，才能造成固相的自由能低于液相自由能的条件，液、固相间的自由能差便 是结晶的驱动力。过冷液体中，能够形成等于临界晶核半径的晶胚时的过冷度，称为临界过冷度仆广)。显然，当实际 过冷度时，过冷液体中最大的晶胚尺寸也小于临界晶核半径，故难于成核;只有当/ATT寸，才能均匀形核。所以，临界过冷度是形核时所要求的。晶核长大时，要求液/固界面前沿液体中有一定的过冷，才能满足(dN/d2)F(d/V/d,)%这种过冷称为 第8页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟动态过冷度(?;=%-7)，它是晶体长大的必要条件。10.简述二元系中共晶反应、包晶反应和共析反应的特点，并计算其各相平衡时的自由度。【答案】共晶反应是液相同时凝固出两个不同成分的固相，两固相相互配合生长，一般长成片层状。共析与共晶相似，只是母相是固相，即一个固相同时生成另两个不同成分的固相。包晶反应是：液相与一个固相反应生成另一个固相，新生成的固相包住原有的固相，反应需要固相中 的扩散，速度较慢。这三种反应出现时，自由度都是0,即三相成分固定，温度也固定。11.简要说明李生与滑移的不同，比较它们在塑变过程中的作用。【答案】挛生使一部分晶体发生了均匀切变，滑移只集中在滑移面上进行;挛生使一部分晶体位向发生 了改变，滑移不改变晶体位向挛生要素与滑移系通常不同;挛生的临界切应力比滑移大得多，挛生的应力-应变曲线呈锯齿状，而滑移的应力-应变曲线呈光滑状;挛生变形速率远高于滑移。挛生对塑变的直接贡献 不如滑移大，但由于挛生改变了晶体位向，可使处于硬位向的滑移系转到软位向而参与滑移，这对滑移系 少的密排六方金属显得尤为重要。12.扩散可以分为哪几种基本类型？(2)在间隙固溶体中及置换固溶体中，溶质原子各以何种机制进行扩散？(3)均匀奥氏体晶粒的长大以及扩散退火时晶内偏析的均匀化各属何种类型的扩散？【答案】按扩散组元的浓度分布，扩散分为自扩散和互扩散；按原子扩散的路径，扩散分为体 扩散、晶界扩散、位错扩散、表面扩散；按扩散的微观机制，扩散分为间隙扩散和空位扩散；按组元 扩散方向与其浓度梯度方向的关系，扩散分为下坡扩散和上坡扩散；按扩散中有无新相形成，扩散分为 单相扩散和反应扩散。(2)在间隙固溶体中溶质原子以间隙机制进行扩散在置换固溶体中溶质原子以空位机制进行扩散。(3)均匀奥氏体晶粒的长大属于自扩散，而扩散退火时晶内偏析的均匀化属于互扩散。13.为什么金属滑移在最密排面与最密排晶向上进行？【答案】金属晶体的滑移是在外力的作用下，于原子排列最紧密的晶面和晶向上进行的，这是因为在 密排面上原子间距最小，结合力最强，而相邻的两个密排晶面之间距离却最大、结合力最弱。可知在原子 排列最紧密的晶面之间进行滑移阻力最小，需要的外力也最小。于是原子排列最紧的晶面和晶向就成了晶 体进行滑移的滑移面和滑移方向。14.说明界面结构在金属固态相变中的作用？并讨论它对新相形状的影响。【答案】金属固态相变时，新、旧两相之间界面按其结构特点可分为共格、半共格、非共格界面三类。界面结构对固态相变形核和生长以及相变后的组织形态等都有很大影响。相变阻力主要是应变能和界面 能，对于共格、半共格界面的新相，晶核形成时的相变阻力主要是应变能。对于非共格的界面新相，晶核 形成时的相变阻力主要是界面能。相变应变能与新相形状的影响见图：第9页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟图1图1新相粒子几何形状对相变应变能的影响15.试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。【答案】组织结构：形成纤维组织，晶粒沿变形方向被拉长；形成位错胞；晶粒转动形成变 形织构。(2)力学性能：位错密度增大，位错相互缠绕，运动阻力增大，造成加工硬化。物理化学性能：其变化复杂，主要对导电、导热、化学活性、化学电位等有影响。体系能量，包括两部分：因冷变形产生大量缺陷引起点阵畸变，使畸变能增大；因晶粒间变形 不均匀和工件各部分变形不均匀引起的微观内应力和宏观内应力。这两部分统称为存储能，其中前者为主 要的。冷变形后引起的组织性能变化为合金随后的回复、再结晶作了组织和能量上的准备。16.什么是上、下屈服点效应(在纯铁或低碳钢中)？原因是什么？【答案】含C、N间隙原子的低碳钢形变时，滑移启动时的抗力较大(上屈服点)，滑移进行时的抗力 较小(下屈服点)，在应力应变曲线上可明显看出。原因是间隙原子聚集在位错上(柯氏气团)钉扎了位错，出 现上屈服点，位错一旦摆脱钉扎后便不受影响(对应下屈服点)。三、作图题17.01 1和11 2均位于FCC铝的(111)晶面上，因此理论上和(111)112的滑移均是可能的。(I)画出(111)晶面及单位滑移矢量01 i和112L(2)比较具有此二滑移矢量的位错的能量。【答案】(1)见下图。(2)6 foil=y 01T,6 iI2j=y 2第10页，共54页考研专业课资料学长一对一诚招加盟两位错位于同一滑移面，因此G相同，故|oiT _ l&oiiF _/iaz22_ 1卯”间一 I而|2 一比/一 318.已知三元简单共晶的投影图如下图所示。请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组成(已知二 Td);(2)请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线，及各阶段相变反应。【答案】见图lo(2)见图2。四、综合分析题19.在晶体中平行某原子面插入一方形原子层，会形成一个间隙位错环；同样在某原子面抽出一个方形原 子层，亦可形成一个空位位错环。假定这两个位错的位错线方向t为顺时针方向，定出柏氏矢量b的方向,如何利用t和b的关系来说明一个位错环是间隙的还是空位的。【答案】抽出一层原子面，沿着垂直于该面的方向，原子面塌陷，规定位错线t的正向为顺时针方向,以右手法则可以判定出b垂直(h k 1)面向下，如图(a)。第11页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟(a)(b)图插入一层原子面，沿着垂直该面的方向，原子面要膨胀，规定位错线方向也为顺时针方向，以右手法则 可以判定出b垂直(h k 1)面向上，如图(b)。用右手法则，可以确定多余半原子面所在方向，从而定出位错环的类型。txb的方向指向环外，位错 环是空位的如图所示。txb的方向指向环内，位错环是间隙的。20.下图为固态时相互完全不溶解的三元共晶相图的投影图。(1)绘出图上cd变温截面；(2)分析合金x的结晶过程，写出室温组织，并计算组织组成物和相组成物的相对含量。(根据需要自 己作辅助线)图【答案】(1)见下图lo(2)作辅助线:如下图2所示，延长AX,交EE1线于。点，交BC线于P点延长E。与AB交于F点,连接B、X与AC交于M点，连接C、X与AB交于N点。第12页，共54页图2合金X的结晶过程:随着温度的降低合金冷却至与液相面，4/跖3相交，液相中开始结晶出A相，且液 相成分沿AX延长线变化。随温度下降，液相不断减少，A不断增加，但液相中B与C浓度比保持不变,当液相成分变到&E线上的。点时，开始发生三相共晶L-4+8反应。继续降温，液相成分沿出变到E 点时，发生四相共晶反应Le-/1+6+C,液相全部耗尽，合金X的室温组织为：4初品+(4+8)共品+(A+B+C)共晶。组织相对含量：力初晶=OX/AO x 100%(4+8)共晶=OE/FE x AX/AO x 100%(4+3+C)共晶=1 4初晶%-(4+B)共晶%相的相对含量利用重心法则计算，具体步骤为：连接AX与BC交于P点，即A%=PX/APxl00%B%=MX/BMxl00%C%=NX/CNx 100%0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Hf21.写出所附Au-Hf体系相图(如下图)中的三相反应，并划出虚线框内部分的相平衡关系局部扩大示意图。2800 2400 200016001200800400 0 I A u【答案】L+Au5Hf*FCC(Au)图L+AmHf-*Au5HfL+AinHfAuiHfL+Au2Hf-*Au3HfL Au2Hf+p-AuHfAujHf+B-AuHf-AuioHf；第13页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟P-AuHf-*AuioHf；+a-AuHf L-*j3-AuHf+AuHiz g-AuHf+AuIIfza-AuHf L-*AuHf2+BCC(Hf)BCG(Hf)-*AuH12+HCP(HP虚线框内部分可能的相平衡关系局部扩大示意于下图。AuHf2AuioHf?图第14页，共54页圉口簟心博阅窿deb煤爆 考研专业课资料学长一对一诚招加盟【强化】2024年海南大学080500材料科学与工程876材料科学基础考研强化模考5 套卷(二)说明：本书按照考试大纲、历年真题、指定参考书等公开信息潜心整理编写，由学长严格审核校对，仅供 考研备考使用，与目标学校及研究生院官方无关，如有侵权请联系我们立即处理。一、计算题1.已知:铝的熔点Tm=993 K,单位体积培化热4=I.836 x 109 J/m固液界面比表面能o=93 nj/rn2,原子体积%=1.66 x 10-29而。考虑在1个大气压下液态铝的凝固，当7=七时，试计算：(1)临界晶核尺寸；(2)半径为r，的晶核中原子的个数；(3)从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化Ag；(4)从液态转变到固态时，临界晶核尺寸r处自由能的变化(形核功)。【答案】(1)临界晶核尺寸=尸G，因为是正值，所以r为正，将过冷度7=1七代 入，得/=10-8)=94.5(nm)1,836 x l(r x 1(2)半径为r 的球状晶核中原子的个数年式 x(94.5 x ICT)心=,3*%=I.%*。-=2J2xl/)(3)4G，=-=.一啮丁乜=-1.97 x 呼(J/n?)处于临界尺寸晶核的自由能AG.C.麻。3 163t(93.10 一 3 47 x 1075()Gr 3(AGV)2-3(-1.97 x 106)2 3 47 x 10 2.采用Cu的Ka(入=0.154 056 nm软。得固溶渗氮后，预冷至1050(水淬的0Crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢试 样的X射线衍射图，其中奥氏体的衍射峰所对应的28依次为43.28。，50.48,74.10%89.90。，95.12。,若a=0.36165nm,试求对应这些衍射峰的干涉指数。【答案】由已知条件，A=0.154 056 nm和a=0.36165nm,只要将晶面间距公式d胆=用鼻R弋 入布拉格公式2dlM sind=就中，即可求出M+3+2的数值。对于 28=43.284x0.361 652-sin2(y)+底-o.心断8=3根据面心立方晶体的消光规律，当h、k、1全奇或全偶时产生衍射峰，故26=43.28对应的衍射峰的 干涉指数为(111)。同理，当 29=50.48,M+尸=4.008 1=4,干涉 指数为(200);当 20=70.1O3,M+12+尸=8 002 2=8,干涉指数为(220);当26=89,90%标+标+尸=1I 002 5Al 1,对应的干涉指数为(311);当 26=95.12,/+/+户=|2.005 3=12,干涉指数为(222)。第15页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟3.在Mg O晶体中，肖特基缺陷的生成能为9.612，10书。如果在Mg O晶体中含有百万分之一的AI2O3 杂质，则在1600工时，Mg O晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？a=1.38xl()y)。【答案】六=exp(-备)；298K：n/N=1.92 x IQ-51；1873K：n/N=8 x IO-9;V热=8x iN Mg O r UAl2o3*2A1 陶+V危+300 V皿=10-6在1600七时杂质缺陷占优势。UJC/%图写出点Et相变的三条单变量线所处三相区存在的反应；(2)写出合金I和合金II的平衡凝固后的组织组成；(3)图中什么成分的合金平衡凝固后由等量的。初晶与三相共晶体(a+ApCq”组成？(4)什么成分的合金平衡凝固后是由等量的二相共晶体(a+AmBn)E,和三相共晶体(a+AmBn+)组成？【答案】E|Er：L-*(a+ApCq)E；E2Er：L(a+ABJe Eg ErxL*(AmBn+ApCq)E(2)若二次析出相不计合金 l：a初晶+(a+AmBn)g+(a+AmBn+ApCfl)E合金ITApCq 初晶+(a+ApCq)t+(a+AmBn+ApCq)E根据杠杆定律，平衡凝固后生成等量。初晶和(a+AmBn+ApCq%的合金在三相共晶点无处应有等量 a初晶与剩余L相，因此，此合金成分在图中。与电连线的中点处。平衡凝固后具有等量(a+4温口良和(a+人涡。+ApCp)E的合金成分点应在七院沟线上一点b,电6延 长，交g于d点，d b=b0o5.体心立方晶体的“10K111，1112Kl11)和1123k lII)滑移系共有多少个？可否产生交滑移，为什么？【答案】11101 共12个滑移系第16页，共54页图口簟心博阅窿deb煤爆 考研专业课资料学长一对一诚招加盟“共12个滑移系(ii2)ui；(i2l)ni；(2i T)iTi 1231 共24个滑移系(123)11 1;(132)1_T1L(213)H1;(231)1 H(312)Tn;(321)lll;(T23)lTl;(T32)llT(213)H1;(231)11!;(322)111;(321)111(l_23)7HL(i32)lH;(2T3)nil；(2 31_)nn(312)111；(3 21)111;(12 3)111;(13_2)111(2I3)HI;(23O H1;(312)1 H;(321)l H体心立方滑移面不稳定，可以是1101、1112、1231,但是滑移方向很稳定，为故可以产生交滑移，例如 111滑移方向在(110)、(11 5)、(12力晶面上,故在(1 io)上的柏氏矢量为微H1 的螺位错,可以交滑移到(11爹)或者(12为晶面上去。6.y-Fe在略高于910 T时，点阵常数a=0.3633nm,a-Fe在略低于910七时，a=0.2892nm,求：上述温度时y-Fe和a-Fe的原子半径；(2)y-Fe-a-Fe转变时的体积变化率；(3)如果X-FLa-Fe转变时，原子半径不发生变化，求此转变的体积变化，与的结果比较并且加以 说明。【答案】丁-Fe原子半径r x 0.363 3=0.128 44 400原子半径=久=x0.289 2=0,125 24 4v _v 0.289 23xy-O.363 33 x(2)A=y=-1-=0.886%，0.363 33 x 4若7-Fb a-Fe原子半径不发生变化，设其为R,对于面心立方R=*a 所以 a frc=4R/h对于体心立方K=abcc，所以 ahec-4/?/3(4/?/3)3x 5-(4/?z/2)3 x%=-;(4R/3 x 7-FLa-Fe配位数由12变成8,原子半径发生收缩，减少了体积的膨胀量。7.试计算面心立方晶体中(100)、(110)、(111)各面的致密度，并指出哪个面为密排面。【答案】对于面心立方晶体，其原子半径r=而(100)、(110)、(HD面上均有2个原子，故这三4个晶面的面密度分别为：第17页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟2xn(f a)2xk|7=1：J2 a V2 a sin6021 2w：2kxi721 合27=0.7854纥=0.56 87C=0.902百7=，式-ai 4a2可见（111）面致密度最大，故面心立方晶体的密排面为（111）面。8.2%Mg-37.8%Nio【答案】二、简答题9.简述等大球体的二种最紧密堆积方式，并说明其中的空隙的种类和数量关系。【答案】等大球体的二种最紧密堆积方式：主要有立方最紧密堆积和六方最紧密堆积和六方最紧密堆 积方式是密排面按ABCABC的方式排列，六方最紧密堆积方式是密排面按ABAB的方式排列。空隙的种类和数量关系：等大球体作最紧密堆积时，空隙主要有八面体空隙和四面体空隙，当有n个 球作最紧密堆积时就会产生n个八面体空隙和2n个四面体空隙。10.说明材料中的结合键与材料性能的关系。【答案】材料结合键的类型及结合能的大小对材料的性能有重要的影响，特别是对物理性能和力学性 能。结合键越强，熔点越高，热膨胀系数就越小，密度也大。金属具有光泽、高的导电性和导热性、较好 的机械强度和塑性，具有正的电阻温度系数就与金属的金属键有关。陶瓷、聚合物一般在固态下不导电与 其非金属键结合有关。工程材料的腐蚀实质是结合键的形成和破坏。晶体材料的硬度与晶体的结合键有关。一般共价键、离子键、金属键结合的晶体比分子键结合的晶体 的硬度高。结合键之间的结合键能越大，则弹性模量越大。工程材料的强度与结合键能也有一定的联系。一般结合键能高，强度也高一些。材料的塑性也与结合键类型有关，金属键结合的材料具有良好的塑性，而离子键、共价键结合的材料的塑性变形困难，所以陶瓷材料的塑性很差。H.为什么铸铁生产中，具有三低（碳、硅、镒含量低）一高（硫含量高）化学成分的铸铁易形成白口?为什么同 一铸件中往往表层和薄壁处易形成白口？【答案】成分：（a）HT150：帆=（2.5 4）%、卬琐=（1 2.5）%、.n=（0.5 1.3）%，切pW-3%、/sW 15%o b）。（b）20 钢：wq=（0.17 0.24）%,10=（0.35 0.65）%wa=（0.170.37）%,wP=0.035%sWS=0.035%o成分差别:铸铁C、Si、P、s的质量分数较高。组织：（a）HT150:F+P+G（石墨）；（b）20 钢：F+P。性能比较:抗拉强度和硬度两者相差不大，但抗拉强度20钢远远高于HT150,HT150的塑、韧性远低于20 钢。HT150减磨性、铸造性能、切削加工性能好于20钢。而20钢的焊接性能、锻造性能好于HT150（HT150 第18页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟不能锻造)。12.试从结合键的角度讨论金属较无机非金属通常表现出较高的塑性或延展性的原因。【答案】金属材料的结合以金属键为主，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合，无机非金属 材料结合的主要方式为离子键和共价键。金属键的特点是电子共有化，自由电子可在整个晶体中运动，因 此该键无饱和性和方向性。由于无饱和性和方向性，因而每个原子有可能和更多的原子相结合，并趋于形 成低能量的密堆结构。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，这就使金属具 有良好的延展性。离子键是以离子为结合单元，其中的结合是依靠正负离子静电吸引力，结合力较强，因此很难产生自 由运动的电子。而共价键是由两个或多个电负性相差不大的原子通过共用电子对而形成的化学键，各个键 之间都有确定的方位，配位数比较小，结合牢固，相邻原子间的共用电子对不能自由运动，具有方向性和 饱和性，因此一般而言塑、韧性差。13.结合不锈钢所用合金元素的作用，试分析各类不锈钢的主要特性?主要不足是什么?如何防止或克服？【答案】不锈钢根据钢的组织特点可以分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢三种。马氏 体不锈钢属络不锈钢，随含碳量的增加，钢的强度、硬度、耐磨性提高，但耐蚀性下降，因碳与铭形成碳化 络，使其电位不能跃升，为了提高耐蚀性及机械性能，通常要进行淬火与回火。铁素体不锈钢也属于铭不 锈钢，从室温加热到高温(9601 100t)组织无变化，抗大气与耐酸能力强，但在加热过程中若晶粒粗化 后就不能用热处理方法来细化，只能用塑性变形与再结晶来改善。奥氏体不锈钢属于银铭钢，此钢具有很 好的耐蚀性与耐热性，但是在450850七下，会出现晶间腐蚀，通常通过降低碳的质量分数，加入能形成 稳定碳化物的元素(例如Ti)及适当热处理来防止晶间腐蚀。14.指出并解释马氏体相变的特征。【答案】无扩散性相变过程不发生成分变化，参与转变的所有原子运动协同一致，相邻原子的相对位置不变，而且相对 位移量小于一个原子间距。具有表面浮突和切变共格性马氏体相变产生均匀切变或称为点阵切变，造成结构变化，试样表面出现浮突现象，马氏体和母相之 间的界面为共格界面。(3)存在惯习面及其不应变性马氏体在母相的一定晶面上形成，此晶面成为惯习面。惯习面是一个无畸变不转动的平面。(4)新相和母相之间有严格的取向关系马氏体和母相之间主要有以下位向关系：K-S关系；G-T关系；西山关系。马氏体具有内部亚结构除了点阵切变外，马氏体相变还要发生点阵不变切变，依靠滑移或挛生完成，在马氏体内部形成位错 或挛晶亚结构。马氏体具有逆转变现象将马氏体以足够快的速度加热，马氏体可以不分解而直接转变为高温相。第19页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟15.何为传统上的“陶逡”？何为特种陶逡？两者在成分上有何异同。【答案】普通陶瓷是以天然的硅酸盐矿物为原料（如粘土、长石、石英）经过原料加工一一成型烧 结而得到的无机多晶固体材料。因此，这类陶瓷又叫硅酸盐陶瓷。为了改善普通陶瓷的性能，入们发现天 然原料中带来的杂质颇为不利，因此采用了纯度较高的人工合成原料，并沿用普通陶瓷的成型、烧结工艺 而制得新的陶瓷品种。这类陶瓷称为特种陶瓷，例如氧化物陶瓷、压电陶瓷等。成分异同：（1）传统陶瓷以 粘土、长石、石英为原料。（2）特种陶瓷:采用人工合成原料（无杂质或杂质较少的各种化合物，例如氧化物、氮化物、碳化物）经传统工艺成型及烧结而成，其成分特点是比传统陶瓷杂质少，由于采用人工合成的粉粒,故成分可以调整。16.何为晶粒生长与二次再结晶?简述造成二次再结晶的原因和防止二次再结晶的方法。【答案】晶粒生长是无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的 过程。在坯体内晶粒尺寸均匀地生长，晶粒生长时气孔都维持在晶界上或晶界交汇处。二次再结晶是少数 巨大晶粒在细晶消耗时的一种异常长大过程，是个别晶粒的异常生长。二次再结晶时气孔被包裹到晶粒内 部，二次再结晶还与原料粒径有关。造成二次再结晶的原因：原料粒径不均匀，烧结温度偏高，烧结速率太快。防止二次再结晶的方法：控制烧结温度、烧结时间，控制原料粒径的均匀性，引入烧结添加剂。三、作图题17.在立方晶胞内画出（122）、（110）晶面，及121、110、012晶向。【答案】如下图所示。18.FeAl是电子化合物，具有体心立方点阵，试画出其晶胞，计算电子浓度，画出（112）面原子排列图。【答案】FeAl为电子化合物，电子浓度C电=3/2,故为体心立方结构。其晶胞结构如图所示，（112）面原子排列情况如图（b）、（c）所示。第20页，共54页图四、综合分析题19.在图所示相图中：写出各区域的组织组成物。（2）分析合金I的冷却过程，写出室温时的组织组成物，并计算该合金在温度（高温水平线）时的平衡 分配系数。（3）写出室温时合金I和合金n组织组成物的相对含量的表达式。图【答案】（1）各区域组织组成物见下图lo第21页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟P心(%)图1I合金的冷区曲线过程如图2所示。1-2,均匀的液相L。2-3,匀晶转变，Lt%不断结晶出6相。3-3,发生包晶反应L+6-+%3 4,剩余液相继续结晶为%凝固完成，全部为J4-5,为单一 a相,无变化。5-6,发生脱溶转变，a-M,室温下的组织为。+Bn。I合金在心温度时的平衡分配系数为图2(3)合金I室温时组织组成物为：a+3no合金口室温时组织组成物为：a+(a+P)+3no其组织组 成物的相对含量表示如下：合金I _%=务 X100%xl00%第22页，共54页考研专业课资料学长一对一诚招加盟合金口%=Jxl00%一4口%。中共=含*100%w&=4 x&=xl00%0n be d g20.单晶铜表面为1100面，假定晶体可以在各滑移系上进行滑移，讨论表面上可能见到的滑移线形貌？若 单晶体表面为口11面呢？【答案】铜的滑移面为1111匕发生滑移的时候，与外表面.00的交线为 110。相同滑移系开动时,产生相互平行的滑移线;不同滑移系开动时，滑移线互相垂直。外表面为“11时，如图所示,AB=0TT,AC=10i,外表面ABC为（ii）。AB与AC的夹角为1P=*9=牝 故相同滑移系开动的时候产生相互平行的滑移线，不同滑移系开动时，在 外表面1111 1上滑移线交角是6（FO21.请在答题纸上按下图绘制铁碳相图，完成下面问题:图完成以下信息的标注：液相线和固相线。共晶、共析、包晶反应及其温度。两条分别表示C在奥氏体和铁素体中溶解度的固溶线。第23页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟所有单相和两相区。重要的成分点：0.022%C,0.77%C,2.11%C,4.3%C 以及 6.7%C。(2)如果有6k g含碳量叫45%的奥氏体缓慢冷却到727C以下,先共析相是什么？在最终室温平衡 组织中先共析相有多少千克？最终室温平衡组织中总共含有多少千克铁素体和渗碳体？【答案】如下图所示。(2)如果有6k g含碳量wc=0.45雅勺奥氏体缓慢冷却到727工以下，先共析相是先共析铁素体。根据杠杆定律计算得先共析相为0.76 0.45-%=0.76-0.022 X 100%x6k g=Z 52k g根据杠杆定律，最终室温平衡组织中所含铁素体和渗碳体分别为_ 6.70-0.45.%6.70-0.0230.45-0.022-3c=6.70-0.022x 100%x6k g=5.64k gx 100%x 6k g=0.36k g第24页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟【强化】2024年海南大学080500材料科学与工程876材料科学基础考研强化模考5 套卷（=）说明：本书按照考试大纲、历年真题、指定参考书等公开信息潜心整理编写，由学长严格审核校对，仅供 考研备考使用，与目标学校及研究生院官方无关，如有侵权请联系我们立即处理。一、计算题1.某A-B-C三组元在液态完全互溶，固态完全不互溶，且具有共晶反应，其三元相图的全投影图如下图 所示。图中O点成分的合金自液态平衡冷却至室温。C图（1）分析。合金的平衡结晶过程。计算室温时各相组成物的质量百分数和各组织组成物的质量百分数。【答案】（1）平衡结晶过程：如图1所示，连接A、。两点并延长，交及1线于d点，交BC线于a点;连接民d两点并延长，交AB线于/点。当温度降至稍低于合金成分线与液相面As及3月的交点时，开始 从液体中结晶出成分为A的初生晶/初；随温度降低，A初的量不断增多但成分不变，剩余液体的量减少且 成分从。点沿Od线变化当剩余液体的成分变到d点时,液体开始发生两相共晶转变,结晶出（4+8）共晶,随温度降低，液体的量减少且成分从d点沿dE线变化，当剩余液体的成分变到E点时，（4+8）共晶的平 均成分为/点；E点成分的液体在恒温下发生三相共晶转变，全部结晶为（4+8+C）共晶，直至室温不再 发生变化。连接B、。两点并延长B0,交AC线于b点；连接C、。两点并延长CO,交AB线于c点，则：室温时各相组成物的质量百分数分别为孙=芸X 100%=x 100%wc=x 100%室温时各组织组成物的质量百分数分别为孙劭啜xl00%叫4+8）共品=X瑞X100%Wp+B+C）共品=1瑞 X100%第25页，共54页也博阅 考研专业课资料学长一对一诚招加盟图12.(1)已知液态纯健在L013 x IO5 Pad个大气压)过冷度为319七时，发生均匀形核。设临界晶核半径为 Inm,纯银的熔点为1726K,熔化热=18 075 J/mol,摩尔体积匕=6.6 cmVmol,计算纯银的液-固界面能和临界形核功。若要在2045K发生均匀形核，需将大气压增加到多少？已知凝固时体积变化 V=-0.26 cm3/mol(1 J=9.8x IO5 cm3Pa)。【答案_红 2G匕一