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森林女孩

哈尔滨工业大学 2002年硕士研究生入学考试试题  考试科目:金属学及热处理
一、(10分)已知铜单晶的{111}<110>滑移系得临界分切应力为1Mpa。直径为1mm的铜单晶丝受轴向拉伸,加载方向平行于单晶的[001]方向,若使铜单晶丝不产生明显的塑性变形,求此单晶丝能承受的最大轴向载荷是多少?(计算结果保留3位有效数字)
二、(15分)根据组元间固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图(如右图所示),说明O点成分合金平衡结晶过程,画出冷却曲线示意图,并写出室温下该合金的组织组成物相对含量的表达式。
三、(15分)求珠光体组织中铁素体相的相对含量是多少?若某铁碳合金组织中除有珠光体外,还有15%的二次渗碳体,试求该合金的含碳量是多少?
四、(15分)试叙述贝氏体的转变特点,并比较与珠光体和马氏体转变的异同点。
五、(15分)什么是异分结晶?说明如何利用区域熔炼方法提纯金属。提纯效果与什么因素有关?
六、(15分)某厂对高锰钢制造的碎矿机颚板经1100℃加热后,用崭新的优质冷拔态钢丝绳吊挂,由起重吊车运往淬火水槽,行至途中钢丝绳突然发生断裂,试分析钢丝绳发生断裂的主要原因。
七、(15分)用T10A钢(Wc=1.0%,Ac1=730℃,Accm=800℃)制造冷冲模的冲头,试制订预备热处理工艺(包括工艺名称和具体参数),并说明预备热处理的目的以及加热转变完成和冷至室温后获得何种组织。



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森林女孩

2003北京科技大学攻读硕士研究生入学考试试题

考试科目：金属学A
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：带三角板等，统考生做1--11题；单考生做1--7题和12--15题。

1.名词解释：
（1）刃型位错和螺型位错模型    （2）晶界与界面能
（3）同分凝固与异分凝固     （4）形变织构
（5）二次再结晶      （6）淬透性与淬硬性
2.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。（12）
3.什么是点阵参数？正方晶系和立方晶系的空间点阵特征是什么？画出立方晶系中（1 2 -3）的晶面。（12）
4.凝固过程中形核和长大与再结晶过程中形核和长大主要区别是什么？简述再结晶过程中核心的产生方式。（12）
5.简述菲克第一定律和菲克第二定律的含义，写出其表达式，并标明其字母的物理含义。（12）
6.简述晶界和晶粒大小对多晶体范性变形的作用与影响。（12）
7.什么是一次带状组织和二次带状组织？分析一次带状组织和二次带状组织形成的原因。（12）
8.画出Fe-C相图，标明Fe-C相图中各点的温度和含碳量。（12）
9.简述固态相变的一般特点。（12）（统考生做，单考生不做）
10.简述凝固过程的宏观特征，叙述凝固过程中晶体成长的机理。（12） （统考生做，单考生不做）
11.什么是固溶体？影响固溶体的原因有哪些？固溶体与其纯溶剂组元相比，其结构、力学性能和物理性能发生了哪些变化？（12）（统考生做，单考生不做）
12. 列举三种增加凝固过程中核心数的方法，简要分析其增加核心数的原因。（12）（统考生做，单考生不做）
13.简述含碳量为0.25%的钢的结晶过程和固态组织转变过程。（12）（统考生做，单考生不做）
14.简述连续脱溶和不连续脱溶的含义。（12）（统考生做，单考生不做）
15.根据缺陷相对与晶体尺寸和其影响范围的大小，缺陷可以分为哪几类？简述这几类缺陷的特征。（12）（统考生做，单考生不做）

森林女孩

2002北京科技大学攻读硕士研究生入学考试试题

考试科目：金属学A
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：1.试题必须写在答题纸上。
      2.统考生做1--9题；单考生做1--6题和10--12题。

一.名词解释（20分，每个2.5分）
（1）点阵畸变 （2）柏氏矢量 （3）相图 （4）过冷度
（5）形变织构   （6）二次再结晶 （7）滑移系 （8）孪生
二.画出立方晶系中（111）面、（435）面。写出立方晶系空间点阵特征。 （10分）
三.铸锭的一般组织可分为哪几个区域？写出其名称。并简述影响铸锭结晶组织的因素。（10分）
四.画图并简述形变过程中位错增殖的机制。（10分）
五.写出菲克第一定律的数学表达式，并说明其意义。简述影响扩散的因素。（10分）
六.简述形变金属在退火过程中显微组织、存储能及其力学性能和物理性能的变化。（10分）
七.简述固态相变与液态相变的相同点与不同点。（10分）
八.画出铁碳相图，标明相图中各特征点的温度与成分，写出相图中包晶反应、共晶反应与共析反应的表达式。（10分）
九.分析再过程中行核和张大与凝固过程中的行核和张大有何不同点。（10分）
十.分析含碳量0.12%的铁碳合金的结晶过程。（10分） （单考生做）
十一.简述铸锭的宏观偏析。（10分）（单考生做）
十二.简述金属晶体中缺陷的类型。（10分）（单考生做）

森林女孩

2001北京科技大学攻读硕士研究生入学考试试题

考试科目：金属学A
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：1.试题必须写在答题纸上。
   2.统考生做1--10题；单考生做1--7题和11--13题。
1.名词解释：（每小题2分，共10分）
   1）单胞和复合单胞 2）金属键 3）代位固溶体 4）位错 5）偏聚和有序化
2.判断对错：---------------------------------------------------------------------。（10分）
3.以液态无限互溶、固态有限溶解并具有共晶反应的二元相图为例说明二元相图的制作方法和二元相图的一般几何规律。（10分）
4.结晶后的组织中产生显微偏析的原因是什么？采用什么措施能减弱和消除偏析。（10分）
5.什么是晶界？讨论晶界在多晶体形变过程中的作用。（10分）
6.什么是相界面？复相合金形变的特点是什么？（10分）
7.说明使多晶体晶粒细化能使材料的强度提高、韧性增加的原因。（10分）
8.简要叙述马氏体转变的一般特点。（10分）
9.要想获得粗大的再结晶晶粒可采取什么措施，说明原因。（10分）
10.简述固态相变在相变阻力、新相形核、新相成长方面的特点。（10分）
11.什么叫再结晶？什么是再结晶温度？简要描述再结晶过程。（10分）
12.以接近平衡的状态下固溶体合金结晶过程说明固溶体结晶过程特点。（10分）
13.铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。（10分）

森林女孩

哈尔滨工业大学2003年考研专业课试卷金属学及热处理考研试题
  考试科目：金属学及热处理
一、（20分）已知面心立方晶格的晶格常数为a，分别计算（100）、（110）和（111）晶面的晶面间距；并求出[100]、[110]和[111]晶向上的原子排列密度（某晶向上的原子排列密度是指该晶向上单位长度排列原子的个数）；写出面心立方结构的滑移面和滑移方向，并说明原因。（计算结果保留两位有效数字）
二、（20分）右图为组元在固态下完全不溶的三元共晶合金相图的投影图：
1.作m n变温截面图，分析O1点成分合金的平衡结晶过程。
2.写出O1点成分合金室温下的相组成物，给出各相的相对含量的表达式。
3.写出O1点成分合金室温下的组织组成物，给出各组织组成物的相对含量的表达式
三、（25分）试述冷变形金属在加热时，其组织和性能发生的变化。
四、（20分）什么是离异共晶？举例说明离异共晶产生的原因及对合金性能的影响。
五、（20分）求莱氏体中共晶渗碳体的相对含量是多少？若某铁碳合金平衡组织中含有10%的一次渗碳体，试求该合金的含碳量是多少？（计算结果保留两位有效数字）
六、（20分）叙述板条马氏体和下贝氏体的组织形态，并说明板条马氏体和下贝氏体具有良好强韧性的原因。
七、（25分）T10A钢含碳量约为1.0%，Ac1=730℃，Accm=800℃，Ms=175℃，该合金的原始组织为片状珠光体加网状渗碳体，若用此钢制作冷冲模的冲头，说明需要经过那些热处理工序才能满足零件的性能要求，写出具体热处理工艺名称、加热温度参数、冷却方式以及各工序加热转变完成后和冷却至室温时得到的组织。

森林女孩

清华大学1999年考研专业课试卷高分子化学及物理

pengpengli

2005年北京科技大学

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：材料学、材料科学与工程、材料加工工程

说    明：统考生做一至九题；单考生做一至六和十至十二题

一、晶体结构(20分)   

1．什么是晶面族｛111｝晶面族包含哪些晶面?

2．面心立方结构金属的［100]和正［111]晶向间的夹角是多少?｛100｝面间距是多少?

3．面心立方结构和密排六方结构金属中的原子堆垛方式和致密度是否有差异?请加以说明。



二、合金相(15分)

1．解释间隙固溶体和间隙相的含义，并加以比较。

2．为什么固溶体的强度常比纯金属高?

三、晶体缺陷(15分)

1．晶体内若有较多的线缺陷(位错)或面缺陷(晶界、孪晶界等)，其强度会明显升高，这些现象称为什么?强度提高的原因是什么?

2．上述的两类缺陷是怎样进入晶体的?举例说明如何提高这些缺陷的数目?

四、相图热力学(10分)

   利用图10-1的自由能-成分曲线说明，公切线将成分范围分成三个区域，各区域内哪些相稳定?为什么?

五、凝固(20分)   

1．相同过冷度下比较均匀形核与非均匀形核的临界半径、临界形核功、临界晶核体积，哪个大?

2．合金凝固时的液／固界面前沿通常比纯金属液／固界面前沿更容易出现过冷?为什么?

3．典型的金属(如铁)和典型的非金属(如硅，石墨)在液相中单独生长时的形貌差异是什么?

六、扩散(20分)

1．菲克第二定律的解之一是误差函数解，C=A+Berf(x/2(Dt)1/2)，它可用于纯铁的渗碳过程。若温度固定，不同时间碳的浓度分布则如图10-2。已知渗碳1 小时后达到某一特定浓度的渗碳层厚度为0．5mm，问再继续渗碳8小时后，相同浓度的渗层厚度是多少?



2．图10-3为测出的钍在不同温度及以不同方式扩散时扩散系数与温度的关系，从该实验数据图中能得出哪些信息?






七、形变(20分)

1．常温下金属塑性变形有哪些主要机制? 它们间的主要差异是什么?

2．面心立方金属铜在三种不同条件下的真应力-应变曲线如图10-4。说明它们可能是在怎样的温度和应变速率下形成的?为何有这样的形状?

3．什么是上、下屈服点效应(在纯铁或低碳钢中)?原因是什么?





八、再结晶(20分)

1．给出金属发生再结晶的基本条件(驱动力)。

2．指出再结晶、结晶、固态相变之间的主要区别。

3. 图10-5示意画出一种常见的再结晶形核机制，请解释该地点优先形核的原因和形核过程。

4．再结晶动力学公式为X=1-e(-ktn)，各参数表示的含义是什么?以X—t的关系作图，曲线的形状大致是怎样的?如何处理可得一条直线?处理成直线有何用途?




九、固态相变(10分)

    图10-6为两组铝铜合金的时效强化曲线；讨论成分变化及时效温度对力学性能(这里是硬度值)的影响，分析可能的原因。

十、固态相变(15分)

1．简述时效(强化)处理的工艺路线及原理。

2．同素异晶转变、马氏体相变、脱溶转变有何主要区别?

十一、形变(15分)   

    简述单向压缩条件下，形变量、形变温度对金属组织及性能的影响(包括晶粒形状和位错亚结构的变化)?可用示意图表示。

十二、铁碳相图(20分)

1．图10-7a为铁碳相图，图10-7b、c、d分别为3个不同成分(设为0．45％C、3．4％C、4．7％C)的铁碳合金缓冷凝固组织(包括随后的固态相变、硝酸酒精浸蚀)。说明它们各是哪个成分的合金，为什么?

2．分析图10-7d组织的凝固过程，并计算该合金中白色长条状组织的重量相对量(Fe3C含6．69％C)。






参考答案

   

1．晶体中原子或分子排列相同的晶面的组合称为晶面族。因对称关系，这些面往往不止一种。立方系{111}晶面族包括(111)、(111)、(111)、(111）四个。

2．晶面间夹角cosφ=1／√3；φ=54．7°。面间距d=a/2(a为点阵常数)。

3．FCC按ABCABC方式堆垛，而HCP按ABABAB堆垛；致密度无差异，都是0．74。

二、1．前者为固溶体，保持溶剂的晶体结构，且溶解度很低；后者是中间相(尺寸因素化合物)，且A、B原子数成比例。性能上有很大差异，前者韧、塑性好；后者硬，塑性差。共性是两者中的合金组元都在间隙位置，本身尺寸很小。

2．因合金中两类原子尺寸不同，引起点阵畸变，阻碍位错运动，造成固溶强化。

三、

1．称形变强化和晶界强化(或细晶强化)。原因是两类缺陷的增多都明显阻碍位错的运动，从而提高强度。

2．位错的增多主要靠形变，通过萌生与增殖在晶粒内不断产生位错；晶粒细化可通过凝固时加非均匀形核剂或高的冷却速度获得，也可通过大形变，或再结晶，或相变的方法。

四、左侧A～NαB范围是α相稳定，因它的自由能最低；右侧NβB～B范围是β相稳定，也因其自由能最低；两公切点之间范围是α+β两相共存稳定，因任意一个单相存在时的自由能都不如它分解为成分为公切点处的α+β时两相自由能的加权值（在公切线直线上）低。

五  1．临界半径相同；临界形核功是均匀形核时高；临界晶核体积也是均匀形核时大。

2．合金界面前沿会出现组成过冷，即界面前溶质的富集提高了局部区域的熔点，所以更易出现过冷。

3．因两者分别是粗糙型(铁)和光滑型界面(硅等)，前者是外形均匀的等轴晶或枝晶，后者为规则多边形、有棱角的形状。

六、1．因浓度C、扩散系数D都不变，有X1/X2=√（t1/t2），代人相应值得：X2=3X1=1.5mm。

2．随温度升高，扩散速度加快；表面扩散最快，晶内扩散最慢。扩散系数D与温度T是指数关系，即该图是D=D0exp(-Q／RT)对数处理的结果；利用直线关系可求常数D0和激活能Q0。

七、1．主要形变机制是滑移和孪生；滑移产生的切变量是原子间距的整数倍，孪生产生的切变量是原子间距的一个分数；由此产生一系列其他方面的差异。答其他方面差异的也酌情赋分。

2．有明显加工硬化的是在低温(或高应变速率)下变形；出现硬化、软化抗衡(动态回复)的是在中温(或中等应变速率)下变形；有一明显软化阶段(动态再结晶)的是在高温(或低应变速率)下变形。

3．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)。

八、1．要有一定的形变储存能，一定的温度。

2．再结晶只是一种组织变化，没有结构变化，驱动力是形变储存能；结晶是从非晶态的液相、气相或固态非晶体中形成晶体的过程；固态相变是固／固相的结构变化。后两者的驱动力都是化学自由能差。

3．这是应变诱导晶界迁移机制；晶界两侧应变量不同，位错密度不同，形变储存能不同，造成高应变能的一侧被低应变能的一侧吃掉；形成新晶粒。

4．X是再结晶分数，t是时间，k、n都是常数，k主要与形核率和长大速度有关，n主要和形核机制、地点和新相形状有关。以X—t的关系作图，曲线的形状是S或σ形状，50％转变量时转变速度最快。对数处理可得一条直线；处理成直线可通过测不同时间的再结晶量求出、n值，了解更多的微观信息。

九、随铝中含铜量提高，过饱和度加大，脱溶驱动力加大，析出速度加快，硬度值增加。时效温度越高，扩散速度力口快，析出加快，但过饱和度减小，脱溶驱动力也减小，GP区或亚稳相可能不出现。时效强化主要靠GP区和θ″相，因两者很细小弥散，有共格或半共格界面，强化效果好。

十、 1．经高温加热及快速冷却的固溶处理得到过饱和单相组织，然后在一定温度和时间内时效到最高硬度／强度，得到弥散、共格析出的强化相。

2．同素异晶转变主要是纯组元固态下出现的相变，没有成分变化，短程扩散过程控制；马氏体相变是无扩散、切变型相变，在纯金属及合金中都会出现，是界面过程控制的。脱溶出现在合金中，有成分变化，主要是长程扩散控制的。

十一、从侧面观察，随形变量加大，晶粒由等轴状变为长条形，晶粒内部位错增多，形成位错缠结、亚晶界或新的大角晶界；强度、硬度提高，塑性下降。形变温度提高，晶粒变成长条状的速度变慢，因热激活作用增强，亚晶界加速形成，亚晶尺寸趋于稳定，甚至出现动态再结晶组织。强度提高和塑性下降的速度都变慢。

十二、1．图10-7b组织为0．45％C合金，即亚共析钢，因其由等轴铁素体(白色)和珠光体(黑色)组成。图10-7c组织为3．4％C合金，即亚共晶白口铸铁，因其有枝晶状珠光体(黑色，原奥氏体晶粒形状)和变态莱氏体组成。图10-7d组织为4．7％C合金，即过共晶白口铸铁，因其由板条状白色一次渗碳体和变态莱氏体组成。

  2．液相冷却时，先形成板条状一次渗碳体，再形成共晶莱氏体，冷至室温后莱氏体变为变态莱氏体。一次渗碳体的相对量为：(4．7—4．3)／(6．69—4．3)=16．7％。

[ 本帖最后由 森林女孩 于 2008-8-5 13:35 编辑 ]

绿色盈盈

东北大学2007年攻读硕士研究生学位研究生试题

考试科目《材料科学基础》

1.名词解释   固溶体  点阵  晶格摩擦力   扩展位错  同素异形转变

2.证明晶面（-210），（-110）（012）属同一晶带，其晶带轴指数是什么？

3.如何解释等温与绝对零度下电子平均动能十分相近的原因。

4.举出两个由长程扩散控制长大的实例。

5.为何过饱和固溶体适当固溶处理后强度比室温平衡组织高？

6.（1）已知Zn在Cu中扩散时，D=2.1x10(-5)m2/s,Q=1.71x10(5)J/mol 求820℃时在中的扩散系数

（2）讨论影响金属材料扩散的因素。

7.冷加工金属加热时发生回复过程中位错组态有哪些变化？

8.Al-Cu相图可简化为Tm=660℃，共晶温度TE=546℃,Cu在Al中最大溶解度C(Cu)=5.65%，

共晶成分CE=33%，液固相线为直线，若液相中Cu扩散系数D2=3x10(-9)m2/s，合金在无对

流条件下凝固，界面为平面，推移速度5um/s，那么C(Cu)=5%的Al-Cu合金在平衡稳压下凝

固时临界温度是到少？溶质溶解的特征距离多大？为保持平

面界面，液相温度梯度应多大？

答案提示：2.由晶面指数列等式

          3.课本55页

          4.a-Fe----r—Fe,    Al合金中第二相析出

          5.共格亚稳相产生应变

          8.提示：成分过冷判据（课本）

                  ko=5.65/33=0.17

                        Ml=(660-546)/33%(液相线斜率)

              Ti=660℃+(546-660)/33%x0.15/0.17

朱丝玉壶

燕山大学材料学历年试题


2002年硕士学位研究生统考考试试题
考试科目：X射线衍射学    共1页 第1页


一．名次解释（20分）
1.量子散射  2.二次特征辐射   3.分辨能力    4.干涉指数

二．轻元素的衍射分析困难的原因是什么？（10分）

三．经典散射在衍射分析中起什么作用？（10分）

四．三类应力使X射线衍射线条发生什么变化？（10分）

五．为什么选择阳极靶？选靶的原则是什么？（20分）

六．试举X射线衍射法在材料科学研究中应用的两个例子，并说明其基本原理。（30分）

朱丝玉壶

燕山大学2005年硕士学位研究生统考考试试题
科目：  X射线衍射学           共1页 第1页


一．名次解释（48分）
        1.量子散射  
        2.激发限λ激K   
        3.干涉指数
        4.结构因数FHKL
        5.二次特征X射线
        6.莫塞莱定律

二．简单立方，体心立方，面心立方点阵的消光规律是什么？写出他们的干涉指数。（10分）

三．X射线衍射方法都有哪些？它们各有哪些特点？（10分）

四．轻元素的衍射分析比较困难的原因是什么？（10分）

五．为什么选择阳极靶和滤波片？根据什么原则去选择？（15分）

六．由布拉格方程导出立方点阵的点阵参数公式。（15分）

七．Kα与Kβ射线哪个强度高？哪个波长长？为什么？（10分）

八．试举荧光X射线的应用例子，并阐述其基本原理。（22分）

九．试举X射线衍射法在材料科学研究中实际应用的二个例子并简要说明其原理。（10分）

朱丝玉壶

燕山大学2006年硕士研究生入学考试试题
科目：X射线衍射学          共1页 第1页


一．扼要回答下列问题（每小题10分，共80分）
        1.什么叫相干散射？它在X射线衍射学中的地位或作用如何？
        2.什么叫结构因数？它的表达式及物理意义如何？
        3.通常进行多晶体晶体结构分析的X射线采用哪种辐射？为什么？
        4.X射线的物理本质是什么？它具有哪些特性？在什么情况下会表现这些特性？
        5.用X射线方法测定晶体点阵常数时，误差的主要来源有哪些？可采用哪些方法来消除？
        6.用于物相定性分析的常用索引有哪几种？ASTM卡片能提供哪些有关物相晶体结构方面的信息？
        7.你所知的历史上对X射线衍射学发展做出突出贡献的科学家有哪些？他们都有哪些重要贡献？
        8.指出并证明倒易点阵中倒易矢量的基本性质。

二．X射线与物质相互作用时一般可能产生哪些现象？其中哪些能量消耗可被称为物质对X射线的真吸收？（15分）

三．列出五种常用晶体结构类型，并给出其中三种系统消光规律及相应的干涉指数序列。（15分）

四．从X射线衍射学角度来看，获得晶体衍射花样的基本方法有哪些？每种方法的特点是什么？为什么用它们可以获得衍射花样？（20分）

五．就你理解，X射线衍射学的主要研究内容有哪些？它们所涉及的主要概念和理论基础有哪些？（20分）

森林女孩

一，简答题

主应力  简单加载 瞬时屈服应力  主切平面 应力状态  派平面

2 如何描述一点任意坐标下的应变状态？

3  细化晶粒对金属材料的力学性能有何影响？有哪些途径可以细化晶粒？

4   解释什么是屈服效应现象？这种效应在变形金属表层上会产生什么缺陷？原因是什么？如何消除？

5 塑性变形时的应力-应变关系有何特点？

6 金属塑性变形时常用塑性指标有哪些？改善金属材料的工艺塑性有哪些可用的措施？

7  应力偏张量，应力球张量的物理意义？

8 低温下体心立方金属为什么有强烈的屈服效应现象？表现为脆性？

9  请分析高碳钢在热变形时，网状碳化物形成的原因，网状组织对材料性能有什么影响？如何控制其形成
  

此题由明日香草提供，感谢明日香草的支持！

[ 本帖最后由 森林女孩 于 2008-8-5 13:34 编辑 ]

ygxgreen

金属学与热处理07年真题（100分）
题型与分值：
选择题，20个，20分。4个选项，多项选择不止一个答案。
判断题，5个，10分。
简答题，3个，30分。
综合题，4个，40分。

简答题：
1．        举例说明什么是组元，相，组织？（10分）
2．        纯金属与固溶体合金平衡结晶有什么相同点和不同点？ （10分）
3．        临界变形度对金属再结晶后的组织和性能有什么影响？（10分）

综合题：
1．        画出Fe-C相图，标明多相区的相，一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体，共析渗碳体形成条件，组织结构，晶体结构有什么相同点和不同点?合金中的二次渗碳体的最大含量多少？（15分）
2．        铝的密度是2.96g/cm3,假设其中只有肖脱基空位，求空位浓度?(阿伏加德罗常数6.02*1023，铝的原子量是26.96，铝的点阵常数0.4049)  （5分）
3．        分析O点的结晶过程？求O点在室温下组织的组成物与百分比？（10分）


4．        正火与淬火加热的温度范围？用T12号钢（含碳量1.2%）制作锯条，写出热处理的工艺名称，冷却方法，加热温度，写出最终获得的组织及其性能特点？（10分）

判断题：
1．        过冷度越大，形核率与线长大速率的比值越大，则获得的晶粒越细小。（  ）  （2分）
2．        金属以及合金由液态转变为固态的过程称为结晶，是一个典型的相变过程。（  ）  （2分）
3．        金属铸件可以通过再结晶退火来达到细化晶粒的目的。
4．        回复退火可以有效的消除冷变形金属的内应力。
5．        几乎所有的钢都会产生第一类回火脆性，若回火后采用快冷的方式可以避免此类脆性。（  ）  （2分）

选择题: （每题1分）
1．        当加热到A3温度（即为GS线对应的温度），亚共析钢中的奥氏体转变为铁素体，这种转变可称为（             ）。
A．同素异晶转变  B. 重结晶    D. 再结晶  E. 结晶
2．        若面心立方晶体的晶格常数为a，则其八面体间隙（             ）。
A．        是不对称的  B. 是对称的 C. 位于面心和棱边中点 D. 位于体心和棱边中点
3.在912℃ （其晶格常数为0.02464nm）转变为 （其晶格常数为0.0486nm）时的休积（             ）。
A膨胀；B收缩；C不变；D不能确定
4.渗碳体是一种（             ）
A间隙相；B金属化合物；C 间隙化合物D固溶体
5.六方晶系的[100]晶向指数，若改用四坐标轴的密勒指数标定，可表示为（             ）。
A ；B ；C ；D＝1负210；
6.晶面（110）和（1负11）所在的晶带，其晶带轴的指数为（             ）
A 负112   B 1负12   C 02负1  D0负12
7.对于平衡状态下的亚共析钢，随着含碳量的增加，其
A．硬度，强度均升高  B。硬度下降，塑性升高
C．塑性，韧性均下降  D。强度塑性均不变
8. 固溶体合金与共晶合金相比，固溶体合金通常具有如下特性
A．铸造性好  B。锻造性好  C。焊接性好  D。机械加工性好
9．含碳量1％的碳钢平衡结晶到室温，则在室温下该合金中
A相组成物为铁素体和渗碳体  B。组织组成物是铁素体和二次渗碳体
C  珠光体含量为96％     D 铁素体总含量为85%
10为获得细小的晶粒的铝合金，可采用如下工艺
A  固溶处理  B  变质处理  C  调质处理  D  冷变形和中间退火
11. 经冷变形的金属随后加热到一定温度将会发生回复再结晶，这是一个
A  低位错密度的晶粒取代高位错密度的晶粒的过程
B  也是一个形核和长大的过程
C 是一个典型的固态相变的过程
D也是重结晶过程
12 . 下贝氏体是
A含碳量饱和的单相铁素体  B呈现竹叶状
C呈现羽毛状   D  含碳过饱和的片状铁素体和碳化物组成的复相组织
13 铸铁和碳钢的主要区别在于组织中是否有
A渗碳体  B  珠光体  C  铁素体  D  莱氏体
14调幅分解是固溶体分解的一种特殊形式
A一种多晶形转变
B形核和长大的过程
C无形核的直接长大过程
D一种固溶体分解位成分不同而结构相同的两种固溶体
15 碳渗入γ- Fe中形成间隙固溶体，成为
A铁素体 B 奥氏体 C  马氏体  D 索氏体
16 通常情况下，随回火温度的升高，淬火钢的
A强度下降 B 硬度下降 C 塑性提高 D 韧性基本不变
17 影响固溶度的主要因素有
A溶质和溶剂原子的原子半径差
B 溶质和溶剂原子的电复性差
C 溶质元素的原子价
D电子浓度
18 具有光滑界面的物质在负的温度梯度下长大时
A以二维晶核方式长大
B 以螺旋方式长大  
C 以垂直方式长大
D 呈现树枝状结晶
19 利用三元相图的变温界面图可以
A 确定三元合金平衡相的成分
B 定性分析三元合金的平衡结晶过程
C确定平衡相的含量
C应用杠杆定律和重心法则
20 马氏体具有高强度的原因
A固溶强化 B相变强化C 时效强化  D 细晶强化
07年哈尔滨工业大学材料学院考研真题
大学物理部分（50分）
一、简答题（每题5分）
①1个质点，它所受的力始终指向一点，那这个力的角动量是否守恒？卫星在近地点和远地点的轨道半径分别是 和 ，求在近地点和远地点的速率比？

②绝热气体自由膨胀过程中，气体的熵是否改变？

③铁磁质在匀强磁场中，场强的变化，说明极化强度和磁感应强度之间的关系？

④电子的磁偶极距与它的轨道角动量的关系？

二、综合题（每题10分）
①完全弹性强撞前，两个小球的速度分别为 和 ，求它们在1维空间的相对速度？

②钢性双原子分子的定压热容和定体热容的比为1.4？

③求带电均匀的球体在球内和球外的场强分布？

tomwanglove2

金属材料学


一、合金元素在钢中的存在状态（10分）
二、间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同（10分）
三、二次淬火、二次硬化异同（20分）
四、低温、高温回火脆性（20分）
五、α－不锈钢为什么韧性低、脆性大（20分）
六、马氏体具有高强度、高硬度的原因（20分）
七、钢淬火后回火过程中组织性能变化和铝合金固溶处理后时效过程中的组织性能变化有何异同，并说明原因（20分）。
特种陶瓷工艺学

一、
1、对于纤维补强陶瓷复合材料，要获得高强度、高韧性的复合材料，纤维需满足什么性能要求？
2、分别列举Al2O3，SiC制备方法，并简述工艺原理。
3、采用注浆成型和干压成型方法制备特种陶瓷坯体有何优缺点？
4、说明溶胶－凝胶法制备粉体的工艺过程。
5、简述制备氧化铝透明陶瓷的工艺。
二、论述氧化锆增韧陶瓷的增韧机理。
三、Si3N4陶瓷是难烧结密化的材料，通常需要采用一些特殊的烧结方法，例如：反映烧结、重（再）烧结等。说明Si3N4陶瓷采用上述两种烧结工艺进行烧结的原理及所制备陶瓷的性能特点。
四、什么是烧结，论述烧结过程中可能的物质传递机制。

tomwanglove2

2001年
1.在晶格常数为a的面心立方晶胞中，画出{111}晶面族的全部晶面并标出各自的晶面指数，计算面间距。（12′）
2.晶粒直径为50um，若在晶界萌生位错所需要的应力约为G/30，晶粒中部有位错源，问要多大的外力才能使晶界萌生位错？（13′）
3. 含碳量为百分之3.5的铁－碳合金，在室温时由哪两个相组成？各占的重量百分数是多少？并计算室温时珠光体和莱氏体的百分含量。（12′）
4.再结晶后的晶粒大小如何计算?与哪些因素有关？为何多数金属材料再结晶后晶粒尺寸随预定形变量的关系会在百分之10变形量附近出现一个峰值？（13′）
5.材料发生蠕变时通常符合  的指数定律，对于同一种材料讨论说明式中的n 会不会随试验温度变化？试验测定n值的目的是什么？在例如800摄氏度的试验温度下，金属材料和陶瓷材料的n值由什么不同？（13′）
6.什么是电子的分子轨道？为什么有的同类原子会形成分子？有的同类原子不形成分子？是否原子间核外电子越多，形成的分子就轨道越多？是否形成的分子轨道越多，形成的分子的结合键就越强？回答问题并给予简单讨论。（12分）
7.解释名词
（1）复合强化 （2）晶界偏析（3）应变疲劳 （4）扩散激活能  （20′）
     2002年
1.画出面心立方体的（111）和（100）面，计算面间距和面密度。证实晶面的间距越大，原子面密度越高。（15′）
2.假定一块钢进行热处理时，加热到850摄氏度后，快冷到室温，铁中空位的形成能是104Kj/mol,R=8332J/K mol.。试计算，从20摄氏度加热到850摄氏度以后，空位的数目应当增加多少倍？扼要解释快速淬冷到室温后，这些“额外”的空位会出现什么情况？如果缓慢冷却呢？（12′）
3.三元相图中含有液相的四相区有哪几种形状？请分别画出并标出四个相的位置和进入与离开四相区的液相成分随温度变化的投影线，写出对应的各四相反应的 表达式。讨论四相区零自由度的含意。（13′）
4.课本第153页习题第2题。（15′）
5.比较共价键,离子键，和金属键的不同点，解释产生这三种化学键各自的主要原因，另外讨论为什么通常共价键晶体的密度比其他两种键的晶体的密度低?(13′)
6.（1）.如果不考虑畸变能，第二相粒子在晶内析出是何形态？在晶界析出呢？（2）如果不考虑界面能，析出物为何形态？是否会在晶界优先析出呢？（12′）
7.解释名词
（1）相变增韧 （2）复合强化 （3）断裂增韧 (4)再结晶 （20′）

2003年
1.当两个反号垂直相隔数个原子距离（B）的刃位错相互滑移成为一列，写出计算滑移力随水平相互距离x的表达式，试分析相互滑移作用力的变化过程？另外，图示解释，当两位错成为垂直一列时，位错间将形成什么缺陷？当B值很大时呢？（18分）
2.已知金属铱是面心立方结构，原子量是192.2g/mol,密度是22.4g/cm3,请计算铱的原子半径。（16分）
3.铁的界面能是0.78J/m2,若夹杂物a)在铁的晶界上形成球状夹杂的二面角为80°，b）沿铁的晶界面分布，分别求铁和夹杂物间的界面能。（16分）
4.在百分之15体积分数碳化硅颗粒强化的铝基复合材料中，当塑性变形百分之0.1时，碳化硅是不发生塑性变形的，只有铝基体被变形。如果，  碳化硅粒子的半径为1.2um，铝中位错b矢量为3×10－4um,此时在粒子前沿将塞积4条位错，如何计算（提示：粒子无法进行与基体等量的塑性变形将导致相应量的位错在其前沿塞积）？铝的屈服应力为200Mpa，问此时碳化硅粒子中受多大的力？此时复合材料的强度是多少？（18分）
5.写出图中立方晶系的晶面指数，写出所属面族的其他所有晶面。（会标晶面指数）(18分)
6.下图是AL-Nd二元相图，只有单相区标了出来，请指出所有的共晶，共析，包晶和异晶（成分不变只有晶体结构转变）转变的成分位置和转变温度，并写出它们各自的降温转变的反应式。（图类似于课本P245图8－31）
7.奥氏体向珠光体转变符合Avrami公式y=1-exp(-ktn),按照下表给出的试验数据，计算转变百分之95所需要的时间：
转变数量                           需要时间（s）
百分之20                             12.6
百分之80                             28.2       （20分）
8.解释名词
（1）扩散系数 （2）成分过冷 （3）再结晶  （4）布里渊区 （28分）
2004年
1.会标晶向指数。  （15分）
2.（15分）为什么单相金属的晶粒形状在显微镜下多为六边形？
3.（15分）金属中的自由电子为什么对比热贡献很小却能很好的导电？
4（15分）已知：空位形成能是1.08ev/atm,铁的原子量是55.85g/mol,铁的密度是7.65g/cm3,NA=6.023*1023,K=8.62×10-5ev/atom-K,请计算1立方米的铁在850°C下的平衡空位数目。
5.（15分）在面心立方晶体中，在（1 -11）面上，有柏氏矢量为a/2[-1 0 1]的刃位错运动，在（1 1 －1）面上有柏氏矢量为a/2[1 －1 0]的刃位错运动，当它们靠近时是否稳定？有什么变化？说明之。
6.（15分）(1)用晶向和晶面指数的组合写出面心立方，体心立方及密排六方金属的全部滑移系。（2）在面心立方晶体的单位晶胞中画出一个滑移系，并标出晶面晶向指数。
7（15分）为什么材料有时会在其屈服强度以下的应力载荷时失效？如何防止？如何进行容器只漏不断的设计？
8.（15分）根据如下给出的信息，绘制出A和B组元构成的600摄氏度到1000摄氏度之间的二元相图：A组元的熔点是940摄氏度；B组元在A组元中的溶解度在所有温度下为零；B组元的熔点是830摄氏度，A在B中的最大溶解度是700摄氏度为百分之12；600摄氏度以下A在B中的溶解度是百分之8；700摄氏度时在成分点A－百分之75B有一个共晶转变；755摄氏度时在成分点A－百分之40B还有一个共晶转变；在780摄氏度时在成分点A－百分之49B有一个稳定金属间化合物凝固发生；在755摄氏度时成分点A－百分之67B有另一个稳定金属间化合物凝固反应。
9（10分）为什么在正温度梯度下合金结晶时也会发生枝晶？凝固时合金液体中成分船头波的区域尺寸对枝晶有什么影响？另外，何种情况下发生胞状结晶组织？
10.（20分）解释名词
（1）扩散系数 （2）珠光体 （3）再结晶 （4）位错割阶

2005年
1（15分）名词解释
空间点阵   间隙相  成分过冷  反应扩散  连续脱溶
2（20分）判断题
(1)属于同一种空间点阵的晶体可以具有不同的晶体结构
（2）一个位错环不可能处处都是螺位错，也不可能处处都是刃位错。
（3）致密度高的密排金属作为溶剂形成间隙固溶体时，其溶解度总比致密度低的金属小。
（4）非共晶成分的合金，经较快冷却而形成的全部共晶组织称为伪共晶。
（5）液态金属结晶时，形成临界晶核时体积自有能的减少只能补偿新增表面能的1/3.
（6）单晶体的临界分切应力主要取决于晶体的类型及纯度，而与外力的大小和取向无关。
（7）强化金属材料的各种手段，其出发点都在于制造无缺陷的晶体或设置位错运动的障碍。
（8）一般情况下，高纯金属比工业纯度金属更容易发生再结晶。
（9）纯金属经同素异构转变后，会产生组织和结构方面的变化。
（10）调幅分解过程中发生溶质原子的上坡扩散。
3.黄铜是一种Cu-Zn合金，可由于蒸发而失去锌，（锌的沸点低达900°C）.。设经900摄氏度10分钟处理后，在深度1mm处合金的性能将发生某种变化，如果只能容许在0.5mm处的性能发生这一程度的变化，那么这种合金在800摄氏度能停留多长时间？（已知锌在铜中的扩散激活能Q＝20000R）  (15分)
4.下图中给出两个纯螺型位错，其中一个含有一对扭折，另一个含有一对割阶，图中箭头方向为位错线的正方向，问：
（1）这两对位错线何者为扭折，何者为割阶？它们属于什么类型位错？
（2）假定图上所示的滑移面为面心立方晶体的（111）面，问哪一对位错线可以通过自身的滑动而消除，说明理由。
（3）含有割阶的螺位错在滑移时是怎样形成空位的？
（4）指出各位错中多余半原子面的位置。
（注：一定要把位错部分吃透）
5.下图是-A-B-C三元相图富A角的投影图
（1）说明E点是什么四相反应？写出它的反应式，并说明判断依据。
（2）什么成分合金的结晶组织是（忽略二次相）
a)  a+(a+Am Bn +Aj Ck )
b)  (a+Am Bn)+ (a+Am Bn +Aj Ck )
注：图不好画，只要把三元相图搞明白就可以了。
6.（1）假设原子为钢球，直径不因晶体结构改变而改变，计算从r-Fe转变为a-Fe的体积膨胀率。
（2）用x射线测得912摄氏度时r-Fe和r-Fe的点阵常数分别为0.3633nm和0.2892nm。计算r-Fe转变为r-Fe的体积膨胀率。
（3）比较（1）（2）结果，说明原子半径随配位数改变的规律。
为了区分两种弄混的碳钢，工作人员分别截取了A,B两块试样，加热至850摄氏度保温后，以极缓慢的速度冷至室温，观察金相组织，结果如下：
A试样的先共析铁素体面积时百分之41.6，珠光体的面积是百分之58.4，B试样的二次渗碳体面积是百分之7.3，珠光体面积是百分之92.7。
设铁素体和渗碳体的密度相同，铁素体中的含碳量为零，试求A,B两种碳钢的含碳量。
8.Cu为面心立方结构，x射线测定的点阵常数a=0.3615nm,
（1）按钢球密堆模型计算最近邻原子中心距离是多少？以任何以原子为中心，这样距离的原子数目是多少？
（2）在一个晶胞内画出一个能发生滑移的晶面，并标出指数。
（3）在所画晶面上指出一个可滑移的晶面，并标出指数。
（4）若铜晶体表面恰平行于（0 0 1）面，当在[0 0 1]晶向施加应力，使所有滑移面上均发生滑移时，图示在表面上可能看到的滑移线痕迹。

2006年
1.名词解释
晶带  上坡扩散  不连续脱熔  加工硬化  伪共晶
2.T＝0K时，金属中的自由电子有没有热振动？为什么？
3.在立方晶体中画出以下晶面和晶向：【112】，【－210】，（102）  
（11－2）
4.在面心立方晶体中，同一个（111）面上的两个位错a/2[00-1]和 a/2[-110]在相互靠近时是否稳定？将发生什么变化？写出位错反应。
5.a,b,c三个相相交与一个三叉结点，a相所张的二面角为82°，b相所张的二面角为110°，ab表面能为0.3J/m2,求 ac和 bc表面能。
6.分别列出对纯金属和合金可能采取的强化机制。
7.Al-Mn相图如图所示，写出相图中的全部恒温转变反应式及类型。
（图类似于P245图8－31，会这种类型的题目）
8.850摄氏度渗碳与950摄氏度渗碳相比，优点是热处理后产品晶粒细小。
a)计算上述两个温度下碳在r-Fe中的扩散系数，已知D0=2.0*10-5m2/s Q=140*103J/mol.。
b）850摄氏度渗碳需用多长时间才能获得950摄氏度渗碳5小时的渗层厚度（不同温度下碳在r-Fe 中的溶解度的差别可忽略）

chlin86

华中科技大学

        考试科目：材料成形原理　　　　　
        适用专业：材料加工工程　　　　　
A卷
一、名词解释
非均质形核——依靠外来夹杂或型壁界面所提供的异质界面非自发地形核，称为异质形核，或非均质形核。
成分过冷——由固—液界面前方溶质的再分配引起的过冷。
定向凝固——又称定向结晶，是使金属或合金在熔体中定向生长晶体的一种工艺方法。
反应性气孔——金属液和铸型之间或在金属液内部发生化学反应所产生的气孔，称为反应性气孔。
带状偏析——在铸锭或厚壁铸件中出现的和凝固液出界面相平行的偏析，有时是连续出现，有时则是间断的。

二、简述题
影响液态金属界面张力的主要因素是什么？
影响液态金属界面张力的主要因素是：(1)金属的熔点，金属的熔点、沸点越高，则表面张力往往就越大；(2)温度，大多数金属和合金的表面张力随温度升高而降低，但对铸铁、碳钢、铜及其合金则相反。(3)溶质元素，表明活性元素降低界面张力，非表明活性元素增加表面张力、
单相合金平面生长的条件是什么？
        单相合金平面生长的条件是：
       
防止凝固组织产生缩孔缩松的途径主要有哪几种？
防止凝固组织产生缩孔缩松的途径主要有：(1)定向凝固或同时凝固；(2)调整浇注温度和浇注速度；(3)冒口、补贴和冷铁的应用；(4)加压补缩。

为什么使用碱性焊条比酸性焊条对工件表面铁锈（FeO•nH2O）更敏感？
碱性焊条属低氢型焊条，这类焊条的熔渣不具备氧化性，一旦有氢侵入熔池，将很难脱出，而酸性焊条的熔渣有一定的氧化性，可以起脱氢的作用。因此，碱性焊条比酸性焊条对工件表面铁锈（FeO•nH2O）更敏感
如何消除焊件内部的残余应力？
        可采用热处理、锤击和振动等方法消除焊件内部的残余应力
6. 熔焊接头和钎焊接头在连接机理上有何区别？
           熔焊接头与钎焊接头均采用热能实现不可拆卸的焊接接头，但钎焊时仅钎科熔化，而母材不熔化，在连接处—般不易形成共同的晶粒，只是依靠液态钎料润湿母材表面，二者相互扩散而形成钎焊接头
        7. 焊接工艺参数（有效热功率q和焊接速度v）对低碳钢薄板焊接（平对接焊缝）的温度场有何影响？
当热源的有效热功率q一定时，焊接速度v越大，某一温度的等温线所包围的范围显著缩小；当焊接速度v一定，随q的增大，一定温度的等温线所包围的范围显著增大；当q/v保持一定，即线能量E为常数时，同时增大q和v，此时等温线在热源移动方向会伸长，而在宽度方向变化较小。
8. 低碳钢焊缝的室温组织是什么？（5分）
低碳钢焊缝碳含量较低，高温奥氏体固态相变后得到铁素体加珠光体组织。固态相变时首先沿奥氏体晶界析出共析铁素体，然后发生共析反应
                 A→P(F+ Fe3C)
式中的A是奥氏体；P是珠光体；F是铁素体；Fe3C是渗碳体。焊缝金属过热时，还会出现魏氏组织，即铁素体在奥氏体晶界呈网状析出，或在奥氏体晶内沿一定方向析出的呈长短不一的针状或片条状脆性组织。

三、何谓一阶张量？何谓二阶张量？
   


四、何谓塑性指标，它是否具有普遍与绝对的意义？





五、试写出计算摩擦应力的两个常用公式。



        六、在金属塑性加工的理论分析中，常将实际的金属材料分成哪几种材料模型？并画出对应的真实应力－应变曲线的示意图。
       

       
B卷
焊   接
(分析计算题)

第一题
答题关键点：
设，Cd为合金元素在熔敷金属中的含量：Ce为合金元素的原始含量；Cew为合金元素在焊丝中的含量；Cco为合金元素在药皮中的含量；Kb为焊条药皮的质量系数，即单位长度焊条中药皮质量与焊芯质量之比。过渡系数为：



若考虑合金元素在焊接中的损失，则焊缝金居中某合金元素的实际浓度Cw为

为熔合比, Cb为某元素在母材中的质量分数，Cd为熔敷金属(即真正过渡到熔池中去的那部分焊条金属)中某元素的质量分数。
0.2 X 1.5% + (1-0.2) X Cd≥12%
Cd≥14.6%

0.8 X (Ccw + 0.4 X Cco) = Cd

Cco≥23.2%

含Mn量为75%的锰铁合金粉的量≥(23.2％) / (75%)=31%

第二题
答题关键点：
合金化的目的首先是为了补偿在高温下金属由于蒸发或氧化等造成的损失。其次是为了消除缺陷，改善焊缝金属的组织与性能，或为了获得具有特殊性能酌堆焊金属。如用堆焊的方法过渡Cr、Mo、W、Mn等合金元素，使工件表面具有耐磨性、热硬性、耐热和耐蚀等性能。
常用的合金化方式有：
    (1)通过合金焊丝或带极，把所需的合金元素加入焊丝或带极内。
    (2)通过药芯焊丝或药皮(或焊剂)，把所需合金元素以铁合金或纯金属的形式加入药芯焊丝的药芯内或焊条药皮(或焊剂)内。
        (3)通过合金粉末，将合金元素按比例配制成具有一定粒度的合金粉末，把它送人焊接区或直接涂敷在焊件表面。
        此外，还可以通过从金属氧化物中还原金属的方式(如锰、硅的还原反应)来合金化，但这种合金化的程度有限，并还会造成焊缝的增氧。

第三题
答题关键点：
        16Mn为不易淬火的低合金钢。HAZ分为四个区。
        (1) 熔合区，是焊缝与母材相邻的部位，最高温度处于固相线与液相线之间。所以又称为半熔化区。此区虽然较窄、但是，由于晶界与品内局部熔化，成分与组织不均匀分布，过热严重，塑性差，所以是焊接接头的薄弱环节。
    (2) 过热区，过热区的温度范围处于固相线到1100℃左右。由于加热温度高，奥氏体过热，晶检严重长大，故又称之为祖晶区。焊后冷却时．奥氏体相变产物也因晶粒粗化使塑性、韧性下降，慢冷时还会出现魏氏组织。过热区也是焊接接头的簿弱环节。
    (3) 相变重结晶区(正火区)，该区母材已完全A化，该区处于1100℃—Ac3(约900℃)之间．由于奥氏体晶粒细小，空冷后得到晶粒细小而均匀的珠光体和铁素体，相当于热处理时的正火组织。因此，其塑性和韧性很好。
    (4) 不完全重结晶区，Ac1—Ac3范围内的HAZ属于不完全重结晶区。由于部分母材组织发生相变重结晶F+PA，且奥氏体晶粒细小，冷却转变后得到细小的F+P，而未奥氏体化的F受热后长大，使该晶粒大小、组织分布不均匀，虽然受热不严重但性能不如相变重结晶区。

第四题
答题关键点：
氢的影响主要体现在4个方面，即：氢脆、白点、气孔和冷裂纹。
减少氢含量的主要措施有：限制氢的来源、冶金处理脱氢、控制熔池存在的时间和冷却速度、焊后加热工件脱氢。


C卷(75分)
金属塑性成形力学
第一题：


第二题：














第三题：











D卷答案
液态金属凝固学
细化凝固组织的生核剂主要有哪几类，其生核作用的机理分别是什么？
答案要点：
        加入生核剂的目的是强化非均质形核。根据生核质点的作用过程，生核剂主要有以下四类：
        (1) 直接作为外加晶核的生核剂，这种生核剂通常是与欲细化相具有界面共格对应的高熔点物质或同类金属、非金属碎粒．它们与欲细化相间具有较小的界面能，润湿角小，直接作为有效衬底促进非自发生核。
        (2) 生核剂中的元素能与液态金属中的某元素形成较高熔点的稳定化合物，这些化合物与欲细化相间具有界面共相对应关系和较小的界面能，促进非均质生核。
        (3) 通过在液相中造成很大的微区富集而造成结晶相通过非均质形核而提前弥散析出的生核剂，其余以此为基底形核，易为共晶析出。
        (4) 含强成分过冷元素的生核剂，这类生核剂使晶粒根部或分枝，产生缩颈，易于通过熔体流动及冲击产生晶粒的游离；强化界面前沿熔体内部的非均质形核；强成分过冷元素的界面富集对晶体生长具有抑制作用，降低晶体生长速度，也使品粒细化。
       
二、解答步骤
根据题目提供的Al-Cu相图参数可知：


当凝固20%时，fs = 20%, fL = 80%, C0 = 10%


共晶体所占比例为为时的

故：
即凝固完毕时，共晶体所占比例为：23.63％
若凝固条件改为完全平衡凝固，当时，未凝固的即全为共晶体。




        凝固后试棒中共晶体的数量为15.78％。

三、何谓热力学能障和动力学能障？凝固过程使如何克服这两个能障的？

答案要点：
    热力学能障——由被迫处于高自由能过渡状态下的界面原子所产生，能直接影响到体系自由能的大小，界面自由能即属于这种情况。
    动力学能障——由金属原子穿越界面过程所引起，原则上与驱动力的大小无关而仅取决于界面的结构与性质，激活自由能即属于这种情况。
    热力学能障对生核过程影响很大，动力学能障在晶体生长过程中则具有重要的作用。液态金属凝固过程中必须克服热力学和动力学两个能障。
    液态金属在成分、温度、能量上是不均匀的，即存在成分、相结构和能量三个起伏，也正是这三个起伏才能克服凝固过程中的热力学能障和动力学能障，使凝固过程不断地进行下去。
    凝固过程中产生的固－液界面使体系自由能增加，导致凝固过程不可能瞬时完成，也不可能同时在很大约范围内进行，只能逐渐地形核生长，逐渐地克服两个能障，才能完成液体到固体的转变。同时，界面的特征及形态又影响着晶体的形核和生长。也正是由于这个原因，使高能态的界面范围尽量缩小，至凝固结束时成为范围很小的晶界。

四、试述析出性气孔的特征、形成机理及主要防止措施。
答案要点：
        金属液在冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及从液面排除而产生的气孔称为析出性气孔。
    这类气孔在铸件断面上大面积分布，靠近冒口、热节等温度较高的区域，其分布较密集，形状呈团球形，裂纹多角形，断续裂纹状或混合型。
    析出性气孔的形成机理是：合金凝固时，气体溶解度急剧下降，由于溶质的再分配，在固－液界面前的液相中气体溶质富集，当其浓度过饱和时，产生很大的析出动力，在现成的衬底上气体析出，形成气泡，保留在铸件中成为析出性气孔。
    防止措施：
减少金属液的原始含气量(减少金属液的吸气量、对金属液进行除气处理)；
阻止金属液气体析出(提高冷却速度、提高铸件凝固时的外压)；
型(芯)砂处理(减少砂型(芯)在浇注时的发气量、使砂型(芯)易于排气)

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        适用专业：材料加工工程　　　　　　　　　　　　
        (除画图题外，所有答案都必须写在答题纸上，写在试
        题上及草稿纸上无效，考完后试题随答题纸交回)
注意：本试卷分A、B、C、D四部分，其中A卷为必作题卷，B、C、D卷为选作题卷(任选其中一卷)，各卷满分为75分，总分150分。
例如：A卷(75分)＋B卷(75分)＝150分；或：A卷(75分)＋C卷(75分)＝150分
      或：A卷(75分)＋D卷(75分)＝150分。

A卷(75分)

一、名词解释(2×5＝10分)
1.非均质形核；2.成分过冷；3.定向凝固；4.反应性气孔；5.带状偏析

二、简述题(8×5＝40分)
1.影响液态金属界面张力的主要因素是什么？
2.单相合金平面生长的条件是什么？
3.防止凝固组织产生缩孔缩松的途径主要有哪几种？
4.为什么使用碱性焊条比酸性焊条对工件表面铁锈（FeO•nH2O）更敏感？
5.如何消除焊件内部的残余应力？
6.熔焊接头和钎焊接头在连接机理上有何区别？
        7.焊接工艺参数（有效热功率q和焊接速度v）对低碳钢薄板焊接（平对接焊缝）的温度场有何影响？
8.低碳钢焊缝的室温组织是什么？
       

        试卷编号：416 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　共　3 　页
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三、(6分) 何谓一阶张量？何谓二阶张量？
四、(6分) 何谓塑性指标，它是否具有普遍与绝对的意义？
五、(6分) 试写出计算摩擦应力的两个常用公式。
        六、(7分) 在金属塑性加工的理论分析中，常将实际的金属材料分成哪几种材料模型？并画出对应的真实应力－应变曲线的示意图。
B卷(75分)
焊   接
(分析计算题)
        一、(20分) 已知焊条药皮质量系数为0.4，焊丝含Mn量为9%，其过渡系数为0.8，母材含Mn量为1.5%，熔合比为0.2。要求焊缝中Mn≥12%以确保其耐磨性能，药皮中要加入多少含Mn量为75%的锰铁合金粉？
二、(20分) 在焊接工艺中，合金化的目的是什么？常采用哪几种合金化方式？
三、(20分) 16Mn焊接HAZ的组织区域有哪几种？分别分析它们的形成条件。
        四、(15分) 焊缝金属中，氢的影响主要体现在哪几个方面？如何减少焊缝金属中氢的含量？
C卷(75分)
金属塑性成形力学
(21分) 试从等效应力的定义式出发，证明：

    式中，是应力偏张量。
        二、(33分) 设有薄壁圆筒，半径为r，两端面是半径为r的薄壁半球壳，设壁厚全部为t<<r，承受内压P，如下图所示。设圆筒为Mises刚塑性材料，屈服应力为σs。试求：
    (1) 忽略径向应力σr，确定圆筒与半球壳哪一部分先屈服？
    (2) 设屈服时的塑性功率密度为c(c>0)，试求对应的应变速率张量？
       
        试卷编号：416 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　共　 3　  页
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　　　　试卷编号：416 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　共　　3　 页
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        三、(21分)大圆筒拉深为小圆筒，如下图所示。设变形只发生在工件的圆锥面上，锥面与轴线的夹角为α，不计接触面上的摩擦应力，且忽略凹模出口处的弯曲效应，圆筒的厚度为t且在拉深时保持不变，设材料的真实应力为s，试用主应力法求拉深力。



D卷(75分)
液态金属凝固学
(15分)细化凝固组织的生核剂主要有哪几类，其生核作用的机理分别是什么？
(20分)用Al-10%Cu合金浇注一水平细长试棒，使其自左至右单向凝固，并保持固－液界面为平面，当固相无Cu的扩散，液相中Cu均匀混合时，求：
凝固20%时，固液界面的和。
凝固完毕，共晶体所占比例。
如果凝固条件现改为完全平衡凝固，凝固后试棒中共晶体的数量有多少？
           (Al-Cu合金相图的主要参数：，，，。)
(20分)何谓热力学能障和动力学能障？凝固过程是如何克服这两个能障的？
(20分)试述析出性气孔的特征、形成机理及主要防止措施。

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        题上及草稿纸上无效，考完后试题随答题纸交回)
注意：本试卷分A、B、C、D四部分，其中A卷为必作题卷，B、C、D卷为选作题卷(任选其中一卷)，各卷满分为75分，总分150分。
例如：A卷(75分)＋B卷(75分)＝150分；或：A卷(75分)＋C卷(75分)＝150分
      或：A卷(75分)＋D卷(75分)＝150分。

A卷(75分)
简述题
1. (5分) 为什么过冷度是液态合金结晶的驱动力？
2. (5分) 液态合金的流动性和充型能力有何本质区别？
3. (5分) 什么样的界面才能成为异质形核的衬底？
4. (5分) 何谓析出性气孔，有何特征？
5. (5分) 生产中如何防止密度偏析的形成？
        6. (10分) 简述产生焊接应力与变形的原因及消除或减少残余应力与变形的方法。
7. (9分) 简述低碳钢焊接时氧与金属作用的特点及其对焊接质量的影响。
        8. (6分) 下图是不同焊接顺序时焊缝横向收缩引起的横向应力分布。试写出各图的焊接方向或顺序。(注：图在2页)
9. (6分) 何谓塑性加工？它有何优点？
10. (7分) 简述塑性变形的基本力学方程有哪几种？其作用如何？
11. (6分) 试写出摩擦应力计算的两种常用公式，并说明在塑性加工中的应用条件。
        12. (6分) 写出两种屈服准则的数学表达式，并说明其物理意义。

       

       

        试卷     编号：416 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　共　3 　页
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                                   (A卷第8题图)

B卷(75分)
焊   接
(15分) 堆焊时，设母材含Mn量为1%，熔敷金属含Mn量为15%，熔合比为0.5，要求焊缝金属含Mn量不小于13%。问：什么是熔合比？应堆焊多少层才能满足焊缝中Mn含量的要求(写出计算步骤)？
(25分) 试述氢致裂纹的特点、形成机理及防止措施。
(20分) 试述焊接低碳调质钢时，热影响区组织分布及性能变化的特点。
(15分) 根据熔渣的成分和性能，焊接时的熔渣有哪几种类型？试述熔渣的主要作用。
C卷(75分)
金属塑性成形力学
(18分) 设有一高为H的圆柱体，先均匀拉深到2H，再均匀压缩为H，设在变形过程中体积不变，试分别求出这二个阶段的对数应变、等效对数应变及最终的对数应变、等效对数应变。
(18分) 一薄壁管，内径Ф80mm，壁厚4mm，承受内压p，材料的屈服应力为200 MPa, 假定管壁上的径向应力。试用Mises屈服准则分别求出下列情况下管子屈服时的p：a) 管子两端自由；b) 两端封闭。
(18分) 已知刚塑性变形体中的某质点处的平面应力张量为 MPa，应变分量，试求应变增量张量及塑性功增量密度。       
        试卷编号：416 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　共　 3　  页
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        4.  (21分) 如下图，将一板厚为t、直径为D0的圆板坯拉深成内径为d0的圆筒件。假设（1）板料为理想刚塑性体，其屈服应力为Y；（2）成形过程板厚不变，且忽略凹模入口处的弯曲效应和模具间隙；（3）压边力为Q，考虑接触面上的摩擦, 摩擦系数为μ，作用于压边面上的摩擦力与凸缘外缘部的径向应力σr的作用等效。试用主应力法求拉深高度为h时刻的拉深力。
       
D卷(75分)
液态金属凝固学
(20分) 液态合金凝固时的热过冷和成分过冷有何区别？成分过冷对单相合金晶体生长方式有何影响？
(25分) 某二元合金相图如下图所示，合金液成分为C0 = 40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固，温度梯度大到足以使固液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合，试求：
平衡分配系数k0。
凝固10%时，固液界面的和。
凝固完毕，共晶体所占比例。
画出凝固后的试棒中溶质B的浓度沿试棒长度的分布曲线，并注明各特征成分及其位置。
       
        3.  (20分) 铸件典型宏观组织是由哪几部分构成的，它们的特征和形成机理如何？
        4.  (10分) 试分析缩孔、缩松形成条件及形成原因的异同。

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A卷
简述题
        1. 为什么过冷度是液态合金结晶的驱动力？
        结晶过程的发生必须是液相的自由能高于固相的自由能，液相金属与固相金属自由能之差即为结晶的驱动力，要获得结晶过程所必需的驱动力，一定要使实际结晶的温度低于理论结晶温度，即要有一定的过冷度，才能满足热力学条件。

2. 液态合金的流动性和充型能力有何本质区别？
        液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮毂清晰的铸件的能力，称为液态金属的充型能力。液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力，同时又受到外界条件，如铸型的性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。
        液态金属本身的流动能力，称为流动性。由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定的，而与外界条件无关。因此，流动性也可认为是确定条件下的充型能力。

3. 什么样的界面才能成为异质形核的衬底？
        界面两侧夹杂和晶核的原子排列方式相似，原子间距相近，或在一定范围内成比例，就可能实现界面的共格对应。当点阵的失配度δ≤5%，为完全共格，形核能力强；5%≤δ≤25%为部分共格，夹杂物衬底有一定的形核能力；δ＞25%为不共格，夹杂物衬底无形核能力。

4. 何谓析出性气孔，有何特征？
   析出性气孔——金属液在冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及从液面排除而产生的气孔；这类气孔在铸件断面上大面积分布，靠近冒口、热节等温度较高的区域，其分布较密集，形状呈团球形，裂纹多角形，断续裂纹状或混合型。
       

5. 生产中如何防止密度偏析的形成？
   防止或减轻密度偏析的方法有以下几种：
   (1) 增加铸件的冷却速度、使初生相来不及上浮或下沉。
   (2) 加入第三种合金元素，形成熔点较高的、密度与液相接近的树枝状化合物，使其首先结晶并形成树枝状骨架，阻止偏折相的沉浮。
   (3) 尽量降低合金的浇注温度和浇注速度。

6. 简述产生焊接应力与变形的原因及消除或减少残余应力与变形的方法。
    温度改变导致“热胀冷缩”，非均匀的温度变化（如局部的加热、冷却）导致金属内部的不均匀“热胀冷缩”从而产生应力。工件冷却后保留在工件内部的内应力称为残余应力。局部的固态相变也能产生内应力。
减小或消除应力方法：结构设计、工艺措施、热处理、机械振动、机械加载等。
变形：残余应力的存在必然导致原工件形状的少量改变，也称为残余变形。
有整体变形、局部变形。
影响因素：材料热物理性能、膨胀系数、导热性、工艺因素、焊接热输入、焊接次序等。
防止方法：结构设计、工艺（反变形、刚性固定、预留收缩量）、矫正（机械、火焰）。

7. 简述低碳钢焊接时氧与金属作用的特点及其对焊接质量的影响。
    低碳钢中能有限溶解氧，生成的氧化物能溶于相应的金属中。氧在铁液中以原子氧和FeO两种形式存在。氧对金属有氧化作用。
气体中氧与金属的作用：2FeO→2Fe+O2
实际焊接电弧区的氧化可以是：
Fe+O→FeO
Fe+CO2→FeO+CO
Fe+H2O→FeO+H2
当温度升高，或O2、CO2、H2O增多时，[FeO]多
影响：氧化物性能变差（强度、塑性、韧性）、气孔
控制：纯化焊材、控制焊接工艺参数、冶金脱氧（脱氧剂）。

8.下图是不同焊接顺序时焊缝横向收缩引起的横向应力分布。试写出各图的焊接方向或顺序。
   a)直通焊  b)从中间向两端焊  c)从两端向中间焊

9. 何谓塑性加工？它有何优点？
    材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为塑性成形。
        与其他加工方法(如金属的切削加工、铸造、焊接等)相比，金属塑性成形有如下优点:
        (1) 组织、性能好；
        (2) 材料利用率高；
        (3) 尺寸精度高；  
        (4) 生产效率高，适于大批量生产。

10. 简述塑性变形的基本力学方程有哪几种？其作用如何？
    有力平衡方程、几何方程、应变连续方程、屈服准则、应力—应变关系(本构关系)五种。
        力平衡方程: 反映微元体的力平衡, 应力分量之间的关系。
        几何方程: 位移与应变之间的关系。
        应变连续方程: 应变分量之间的关系。
        屈服准则: 材料产生初始屈服和后继屈服的判据。
        应力—应变关系: 应变增量与应力偏量之间的关系。

11. 试写出摩擦应力计算的两种常用公式，并说明在塑性加工中的应用条件。
    (1) 库伦摩擦条件
        不考虑接触面上的粘合现象，认为摩擦符合库伦定律，即摩擦力与接触面上的正压力成正比，其数学表达式为
       
式中  T——摩擦力；
          τ——摩擦切应力；
          Pn——接触面上的正压应力；
         μ——外摩擦系数(简称摩擦系数)。
        适用于正压力不太大、变形量较小的冷成形工序
        (2) 常摩擦力条件
        接触面上的摩擦切应力τ与被加工金属的剪切屈服强度K成正比，即
       
式中，  m——摩擦因子，取值范围为0~1。
        在热塑性成形时，常采用最大摩擦力条件。

12. 试写出摩擦应力计算的两种常用公式，并说明在塑性加工中的应用条件。
   
        Tresca屈服准则:

式中，σmax、σmin分别代表最大、最小的主应力。
K为材料屈服时的最大切应力值，也称剪切屈服强度。
意义: 当受力物体(质点)中的最大切应力达到某一定值时，该物体就发生屈服。

Mises屈服准则:
       
或
       
式中 :  σs——材料的屈服点；
            K——材料的剪切屈服强度。
意义: 在一定的变形条件下，当受力物体内一点的应力偏张量的第二不变量达到一定值时，该点就开始进入塑性状态。

       
B卷   焊   接
        1. 答题要点：熔合比：焊缝金属中，熔入母材的金属所占的比例。
        n=3

        CWM=0.53*0.01+(1-0.53)*0.15=0.1325      即13.25%

2. 答题要点：
        氢致裂纹易在中、高碳钢及合金钢、钛及钛合金、BCC材料有淬硬M相变材料等的焊接时产生。主要产生在HAZ粗晶区。常具有延迟特征。
        裂纹形貌：端部尖锐，断口无氧化、液膜特征；穿晶。
        形成机理：淬硬组织、氢、拘束应力。
防止措施：材料成份选择与控制；预热及后热、保温处理；降低扩散氢含量；降低残余应力水平；低强度匹配。

3. 答题要点：
        与母材焊前热处理状态有关。
        焊前为正火或退火状态，焊前母材为F+P组织。HAZ主要由完全淬火区和不完全淬火区组成。完全淬火区，M（或M+B），靠近焊缝高温区为粗大的M组织。不完全淬火区，M+F。
        焊前为调质态，母材为回火组织，HAZ可分为完全淬火区、不完全淬火区和回火区。
        性能变化：HAZ的硬化、脆化、软化及综合力学性能的变化。
        调整措施：调整成分与HAZ组织状态；合理的焊接工艺（合理的线能量、预热）。

4. 答题要点：
               在焊接中，根据熔渣的成分和性能可以分为三种：盐型熔渣（主要由金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成）、盐-氧化物型熔渣（主要由氟化物和强金属氧化物组成）、氧化物型熔渣（主要由金属氧化物组成）。
        作用：
        机械保护，与空气隔离，防止液态熔池氧化和氮化，防止高温时金属被氧化。
        冶金处理作用，如脱O、S、P；去H；去杂质；合金化
        改善焊接工艺性能，电弧易于引燃、稳定，易操作易脱渣；保证焊缝成形



C卷  金属塑性成形力学
1. 答题要点：







































D卷 液态金属凝固学

1. 液态合金凝固时的热过冷和成分过冷有何区别？成分过冷对单相合金晶体生长方式有何影响？
        答题要点：
        热过冷——液态凝固时所需过冷完全由传热所提供。
        成分过冷：凝固时由于溶质再分配造成固液界面前沿溶质浓度变化，引起理论凝固温度的改变而在液固界面前液相内形成的过冷。
        成分过冷对单相合金晶体生长方式影响：
        (1) 无“成分过冷”的平面生长。当单相合金晶体生长条件符合：           界面前方不产生成分过冷。界面将以平向生长方式生长。宏观平坦的界面是等温的，以恒定的平衡成分向前推进。获得成分完全均匀的单相固溶体柱状晶甚至单晶体。
        (2) 窄成分过冷区的胞状生长。当单相合金晶体生长符合条件：
时，界面前方产生一个窄成分过冷区，晶体生长以胞状晶方式生长。
        (3) 较宽成分过冷区的柱状树枝晶生长。随着界面前方成分过冷区加宽，凸起晶胞将向熔体伸展更远；原来胞晶抛物状界面逐渐变得不稳定。晶胞生长方向开始转向优先的结晶生长方向，胞晶的横向也将受晶体学因素的影响而出现凸缘结构，当成分过冷加强时，凸缘上又会出现锯齿结构即二次枝晶。将出现二次枝晶的胞晶称为胞状树枝晶，或柱状树枝晶。
        (4) 宽成分过冷区的自由树枝晶生长。当固一液界面前方液体中成分过冷的最大值大于液体中非均质生核所需要的过冷度ΔT异时,在柱状枝晶生长的同时，界面前方这部分液体将发生新的形核过程，导致晶体在过冷的液体中自由成核生长，并长成树枝晶，这称为自由树枝晶，此后的凝固过程便是等轴晶不断向液体内部推进的过程。
       
2. 解答步骤
根据题目提供的相图参数可知：


当凝固10%时，fs = 10%, fL = 90%, C0 = 40%


共晶体所占比例为为时的

故：
即凝固完毕时，共晶体所占比例为：44.4％
成分的分布如图：
       

3. 铸件典型宏观组织是由哪几部分构成的，它们的特征和形成机理如何？

答题要点：
    铸件典型宏观组织是由表面细晶粒区、柱状晶区和内部等轴晶区三个部分构成的，他们的特征分别是：
表面细晶粒区。是紧靠铸型壁的激冷组织，也称激冷区，由无规则排列的细小等轴晶所组成。
柱状晶区。由垂直于型壁（沿热流方向）彼此平行排列的柱状晶粒所组成。
内部等轴晶区。由各向同性的等轴晶组成。等轴晶的尺寸比表面细晶粒区的晶粒尺寸粗大。
各区的形成机理如下：
表面细晶粒区的形成。铸型壁附近熔体受到强烈的激冷作用而大量形核，形成无方向性的表面细等轴晶组织，也叫“激冷晶”。此区形成的前提条件是，抑制铸件形成稳定的凝固壳层，凝固壳层形成，界面处晶粒单向散热，则晶粒逆热流方向择优生长而形成柱状晶。
柱状晶主要是从表面细晶粒区形成并发展而来的，稳定的凝固完层一旦形成，处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下，便转而以枝晶状延伸生长。由于各技晶主干方向互不相同，那些主干与热流方向相平行的枝晶，较之取向不利的相邻枝晶生长得更为迅速．它们优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长。在逐渐淘汰掉取向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织。
内部等轴晶区的形成，是由于剩余熔体内部晶核自由生长的结果。

4. 试分析缩孔、缩松形成条件及形成原因的异同。

答案要点：
        缩孔形成原因是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值。产生的条件，是铸件由表及里地逐层凝固（而不是整个体积同时凝固），缩孔集中在最后凝固的地方。
        形成缩松的基本原因也是由于合金的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。但是，形成缩松的条件是合金的结晶温度范围较宽，倾向于体积凝固，缩孔分散，或是在缩松区域内铸件断面的温度梯度小，凝固区域较宽，合金液几乎同时凝固，因液态和凝固收缩所形成的细小孔洞分散且得不到外部合金液的补充而造成的。铸件的凝固区域越宽，就越倾向于产生缩松。

chlin86

入学考试自命题试题
考试科目：材料成形原理                     
适用专业：材料加工工程、数字化材料成形、环境科学与工程

（除画图题外，所有答案都必须写在答题纸上，写在试题纸上及草稿纸上无效，考完后试题随答题纸交回）















       


























       
       




























       
























       


二OO七年招收硕士研究生
入学考试自命题试题
考试科目：材料成形原理                     
适用专业：材料加工工程、数字化材料成形、环境科学与工程

（除画图题外，所有答案都必须写在答题纸上，写在试题纸上及草稿纸上无效，考完后试题随答题纸交回）















       


























       
       




























       






















二OO七年招收硕士研究生
入学考试自命题试题
考试科目：材料成形原理                     
适用专业：材料加工工程、数字化材料成形、环境科学与工程

（除画图题外，所有答案都必须写在答题纸上，写在试题纸上及草稿纸上无效，考完后试题随答题纸交回）

chlin86

华中科技大学

        考试科目：材料成形原理　　　  　　　　　　　　　
        适用专业：材料加工工程、数字化材料成形、环境科学与工程
       
(本答案按“液态成形理论基础”、“连接成形理论基础”和“金属塑性成形力学”三个部分列出)
(A卷部分)
三、简述题
1. 影响液态金属界面张力的主要因素是什么？
    影响液态金属界面张力的主要因素是：(1)金属的熔点，金属的熔点、沸点越高，则表面张力往往就越大；(2)温度，大多数金属和合金的表面张力随温度升高而降低，但对铸铁、碳钢、铜及其合金则相反。(3)溶质元素，表明活性元素降低界面张力，非表明活性元素增加表面张力、

2. 简述纯金属晶体宏观长大方式。
        晶体的宏观长大方式有平面生长方式和树枝晶生长方式。当固－液界面前方液体中的为正温度梯度时，界面前方液体的过冷区及过冷度很小，晶体生长时凝固潜热的析出方向同晶体生长方向相反，一旦某一晶体生长伸入液相区就会被重新熔化，导致晶体以平面方式生长。当固－液界面前方液体中的为负温度梯度时，界面前方液体的过冷区较大，界面上凸起的晶体将快速伸入过冷液体中，成为树枝晶生长方式。

3. 影响铸件凝固方式的因素有哪些？
        影响铸件凝固方式的因素有二，一是合金的化学成分；二是铸件断面上的温度梯度。纯金属和共晶成分的合金，凝固区TL-TS＝0，属层状凝固；当合金的液相线温度和固相线温度相差很大时，此时凝固范围很宽，则称为体积凝固方式或称糊状凝固方式。但是，若温度梯度较小时，铸件的凝固方式由层状变成糊状的凝固方式。


4. 成分过冷的判据是什么？
   成分过冷的判据是：

   其中：GL为固液界面前方的温度梯度，v为生长速度，mL为液相线斜率，C0为溶质的原始浓度，k0为溶质分配系数，DL为溶质在液相中的扩散系数。

5. 何为反应性气孔，有何特征？
        金属液和铸型之间或在金属液内部发生化学反应所产生的气孔，称为反应性气孔。
    金属一铸型间反应性气孔，通常分布在铸件表面皮下1~3mm，表面经过加工或清理后，就暴露出许多小气孔，所以通称皮下气孔，形状有球状、梨状。
    另一类反应性气孔是金属内部化学成分之间或与非金属夹杂物发生化学反应产生的，呈梨形或团球形，均匀分布。

B卷(75分)
液态成形理论基础
1. 答案要点：
   (1) 立方体晶核的吉布斯自由能的变化：

        对上式求导：
       
        令，可得临界晶核的边长
                         
        又：               
       
        所以：
       
                     
(2) 在过冷度时，球形晶核的临界自由能变化为

        因为 、、L、相同，
        所以，球形晶核比立方晶核更容易形成。

2. 答案要点：
   (1) 由题目给出的参数可计算出k0。
                 
   凝固10%时，fs = 10%, fL = 90%, C0 = 1%


(2) 共晶体所占比例为为时的
       
       
即凝固完毕时，共晶体所占比例为：1.47％





          (3) 成分的分布如图：
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
3. 答案要点：
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
        由于灰铸铁和球墨铸铁的共晶凝固方式和石墨长大的机理不同，产生缩孔和缩松的倾向性有很大差别。
        灰铸铁共晶团中的片状石墨，与枝晶间的共晶液体直接接触，因此片状石墨长大时所产生的体积膨胀大部分作用在所接触的晶间液体上，迫使它们通过枝晶间通道去充填奥氏体枝晶间由于液态收缩和凝固收缩所产生的小孔洞，从而大大降低厂灰铸铁产生缩松的严重程度。这就是灰铸铁的所谓“自补缩能力”。
        被共晶奥氏体包围的片状石墨．由于碳原子的扩散作用，在横向上也要长大，但是速度很慢。石墨片在横向上长大而产生的膨胀力作用在共晶奥氏体上，使共晶团膨胀，并传到邻近的共晶团上或奥氏体枝晶骨架上，使铸件产生缩前膨胀。这种缩前膨胀会抵消一部分自补缩效果，但是，由于这种横向的膨胀作用很小而且是逐渐发生的，同时因灰铸铁在共晶凝固中期，在铸件表面已经形成硬壳，因此灰铸铁的缩前膨胀一般只有0.1%~0.2%左右。所以，灰铸铁件产生缩松的倾向性较小。
        球墨铸铁在凝固过程中，当石墨球长大到一定程度后．四周形成奥氏体外壳、碳原于是通过奥氏体外壳扩散到共晶团中使石墨球长大，当共晶团长大到相互接触后，石墨化膨胀所产生的膨胀力，只有一小部分作用在晶间液体上，而大部分作用在相邻的共晶团上或奥氏体枝晶上，趋向于把它们挤开。因此，球墨铸铁的缩前膨胀比灰铸铁大得多。由于按照体积凝固方式凝固，铸件表面在凝固后期没有形成坚固的外壳，如果铸型刚度不够，膨胀力将迫使型壁外移。随着石墨球的长大，共晶团之间的间隙逐步扩大，使得铸件普遍膨胀。共晶团之间的间隙就是球墨铸铁的显微缩松，并布满铸件整个断面，所以球墨铸铁铸件产生缩松的倾向性很大。如果铸件厚大，球墨铸铁铸件这种较大的缩前膨胀也会导致铸件产生缩孔。如果铸型刚度足够大，石墨化的膨胀力能够将缩松挤合。在这种情况下，球墨铸铁也可看作是具有“自补缩”能力。
       
4. 答案要点
    内部等轴晶区的形成是由于剩余熔体内部晶核自由生长的结果。关于等轴晶晶核来源及形成有四种理论
        (1) 过冷熔体直接形核理论
        随着柱状晶层向内推移和溶质再分配，在固－液界面前沿产生成分过冷，当成分过冷的过冷度大于非自发生核所需过冷度时，则产生晶核并长大，导致内部等轴晶的形成。
        (2) 激冷晶游离理论
        浇注期间和凝固初期的激冷晶游离随着液流漂移到铸件心部，通过增殖，长大形成内部等轴晶。
        (3) 型壁晶粒脱落和枝晶熔断、游离理论
        型壁晶体或柱状枝晶在凝固界面前方的熔断、游离和增殖——理论基点为溶质再分配。
        (4) “结晶雨”游离理论
        根据这一理论，凝固初期在液面处的过冷熔体中产生过冷并形成晶核及生长成小晶体，这些小晶体或顶部凝固层脱落的分枝由于密度比液态金属大而像雨滴似地降落，形成游离晶体。这些小晶体在生长的柱状晶前面的液态金属中长大形成内部等轴晶。  
       
       
       

(A卷部分)
二、判断题：（判断下列论述是否正确。答错不扣分，答对每小题1.5分）
速度快，焊缝中柱状晶成长的最大速度有时可能超过焊接速度。（错）
低合金高强钢焊接时，通常的焊接工艺为：采取预热、后热处理，大的线能量。（错）
当电弧电压增加时，熔池的最大深度增大；焊接电流增加，熔池的最大宽度增大。（错）
电弧电压增加，焊缝含氮量增加；焊接电流增加，焊缝含氮量减少。(对)
药皮熔点高于熔渣熔点，而且药皮熔点越高，则熔渣的熔点越高。(对)
酸性渣一般称为长渣，碱性渣为短渣。前者不适宜于仰焊，后者可适用于全位置焊。(对)

三、简述题（16分）
        (6) 是碱性焊条还是酸性焊条对工件表面铁锈（FeO·nH2O）更敏感？简述其理由。（4分）
答：碱性焊条对铁锈更敏感。（1.5分）
        碱性渣中含SiO2，TiO2等酸性氧化物少，FeO的活度大，容易向液态金属扩散，使其焊缝含氧量增加。（2.5分）

(7) 什么是HAZ？简述HAZ脆化的类型及产生条件。（6分）
答：熔焊时在焊接热源作用下，焊缝周围母材发生组织和性能变化的区域称为热影响区（HAZ）。（1.5分）
    HAZ脆化有多种类型：粗晶脆化、组织脆化、析出脆化、氢脆等。（1分）
    粗晶脆化：熔合区和过热区因热循环峰值温度高，常发生粗晶脆化；（1分）
        组织脆化：焊接低合金高强钢时，因冷却速度慢可能在HAZ某些区域形成M-A组元；（1分）
        析出脆化：焊前母材为过饱和固溶体，在焊接热作用下产生时效或回火效果，碳化物或氮化物析出造成塑性及韧性下降；（1分）
        氢脆：氢扩散至HAZ而引起的塑性下降（脆化）。（0.5分）

(8) 简述焊接熔池的特征。（6分）
答：熔池体积小，冷却速度大；（1.5分）
    熔池温度高，熔池金属处于过热状态；（1.5分）
    熔池金属处于运动状态，熔池中存在着各种力的作用；（1.5分）
    熔池界面的导热性好，温度梯度大。（1.5分）

C卷(75分)
连接成形理论基础

三、论述题（75分）

以手弧焊为例，试分析对接焊缝横向焊接残余应力的分布状态及消除或减小焊接残余应力的方法。（15分）

答：1）横向残余应力由两部分组成：一是由焊缝及HAZ的纵向收缩引起的；二是由于焊缝及HAZ的横向收缩引起的。离焊缝距离越远，应力值越低。（1分）
    2）纵向收缩引起的横向应力，焊缝两端产生横向压应力，焊缝中段产生横向拉应力，焊缝两端压应力最大值比拉应力最大值大得多。焊缝越长，中间段拉应力会有所降低，并逐渐趋于零。（6分，未能正确画出示意图扣1-2分）
    3）横向收缩引起的横向残余应力分布与焊接方向、焊接顺序有关。（2分）
            直通焊、从中间向两端焊、从两端向中间焊时的横向应力分布：（画出下列示意图a），b），c）各给1分，共3分）

    4）减小或消除焊接残余应力的方法：
    合理的结构设计；合理的焊接工艺；采用热处理方法、机械法、共振法等方法。（3分，没有一定的展开论述，酌扣1～1.5分）
   
分析焊接时热裂纹产生的原因，并以奥氏体钢焊接为例说明防止热裂纹的措施。（15分）
答：
        热裂纹主要有凝固裂纹和液化裂纹。
        焊接热裂纹的形成原因：(7分)
    焊接热裂纹是一种高温沿晶断裂而形成的裂纹。焊缝凝固过程中，在枝晶间存在低熔共晶的薄层，此时材料的塑性变形能力很低，在冷却过程中不可避免的产生收缩应变，当收缩应变大于材料此时的塑性应变的能力时，即产生焊接热裂纹。
    焊缝在凝固过程中所出现的晶间塑性应变能力的应变区间叫做脆性温度区，不同材料有不同的脆性温度区，温度区越大，产生热裂纹的危险性越大。
        奥氏体钢焊接热裂纹的影响因素(4分，未答全者酌扣0.5～1分)
        a.化学成分偏析：奥氏体钢由于含镍量高,有害杂质P和S的有害作用显著增强。单相奥氏体焊缝中，P的偏析、Si的偏析，形成低熔共晶。
    b.焊缝的组织：奥氏体钢焊缝晶粒大小的影响，晶粒越粗越易产生裂纹。
    c.焊缝冷却的速度    （层间温度、热输入量）
    d.焊缝的形状  （成形系数）
    e.拘束度
        焊接热裂纹的控制措施(4分，未答全者酌扣0.5～1分)
        a.成分控制：控制含硫量、含磷量；
        焊接材料的选择，奥氏体焊条的选择，焊缝组织控制（控制δ含量），加入细化晶粒元素（Mo、V、Ti、Nb）
        b.工艺措施  限制过热、控制成形系数、控制熔合比、降低拘束度、严格要求装配质量

已知焊条药皮质量系数为0.4，焊丝中含Mn9％，其过渡系数为0.8，母材中含Mn1.5%, 熔合比0.2。要求焊缝中含Mn≥12％以确保其耐磨性能，药皮中要加入多少含Mn75％的锰铁合金粉？（15分）

答：计算依据
        合金元素的过渡系数：熔敷金属中的实际含量与它原始含量之比。



式中，Cd为合金元素在熔敷金属中的含量；Ce为合金元素的原始含量；Ccw为合金元素在焊丝中的含量；Cco药皮中的含量；Kb焊条的质量系数，即单位长度焊条药皮质量与焊芯质量之比。（写出上式，5分）
    而焊缝金属中合金元素Mn的实际浓度与熔合比的关系为：

        （写出上式，5分）
        由此两式，可以计算，若焊缝中Mn≥12％，药皮中Mn的含量至少为23.2%。
        （计算至此加3分）
        则需加至少30.9%的含Mn75％的锰铁合金粉。（）
        （计算至此加2分）


试述焊接时活性熔渣对金属的氧化方式，并以CO2气体保护焊为例，说明选择焊丝的原则及脱氧措施。（15分）
答：活性熔渣对金属的氧化方式：
        1）扩散氧化（4分）
        FeO既溶于渣，又溶于钢液，因此能在熔渣与钢液之间进行扩散分配，在一定温度下平衡时，它在两相中的浓度符合分配定律：
        温度不变时，增加熔渣中的FeO浓度，它将向液态金属中扩散，使金属中的氧含量增加。
        2）置换氧化（4分）
        铁或其它金属置换出其它氧化物中元素而自身氧化的过程。
        [Fe]+(XO)   ←→  (FeO)+[X]

    3）CO2气体保护焊时，硅-锰联合脱氧原则。常在焊丝中加适当比例的锰和硅，可以减少焊缝中的夹杂物，脱氧产物可形成硅酸盐MnO·SiO2，各国实用的焊丝中[Mn]/[Si]=1.5～3。（4分）
        常用脱氧方法：锰的脱氧、硅的脱氧、硅锰联合脱氧、扩散脱氧等。（3分，不能写出相关反应式酌扣1～1.5分）

下图是几种因素对结晶形态的影响，其中纵、横坐标各代表什么？并结合该图讨论焊接熔池凝固组织的特点。？并结合该图讨论焊接熔池凝固组织的特点。（15分）
       
        答：纵坐标C0（%）表示溶质浓度，横坐标为G/R1/2 ，(3分)其中G表示温度梯度，R表示结晶速度。（2分）




        该图表明，焊缝结晶形态主要决定于合金中的溶质的浓度C0、结晶速度R和液相中温度梯度G的综合作用。(1分)
        在熔池两侧翼边界，由于结晶速度R 非常小，温度梯度G 较大，G/R1/2则很大，成分过冷接近于零，满足平面晶生长的条件。（3分）
        随着凝固界面远离熔合区边界向焊缝中心推进时, 结晶速度R 逐渐增大，而温度梯度G 减小, 在某一时刻以后，将发生成分过冷，平面生长将转为胞状生长；（3分）
        随着成分过冷的进一步加大，树枝晶生长的方式逐渐占主导地位，在到达熔池尾端结束凝固时， G/R1/2最小, 成分过冷度最大，有可能形成等轴树枝晶区。（3分）

水中月888

2001年
1.在晶格常数为a的面心立方晶胞中，画出{111}晶面族的全部晶面并标出各自的晶面指数，计算面间距。（12′）
2.晶粒直径为50um，若在晶界萌生位错所需要的应力约为G/30，晶粒中部有位错源，问要多大的外力才能使晶界萌
生位错？（13′）
3. 含碳量为百分之3.5的铁－碳合金，在室温时由哪两个相组成？各占的重量百分数是多少？并计算室温时珠光体
和莱氏体的百分含量。（12′）
4.再结晶后的晶粒大小如何计算?与哪些因素有关？为何多数金属材料再结晶后晶粒尺寸随预定形变量的关系会在
百分之10变形量附近出现一个峰值？（13′）
5.材料发生蠕变时通常符合 的指数定律，对于同一种材料讨论说明式中的n 会不会随试验温度变化？试验测定n值
的目的是什么？在例如800摄氏度的试验温度下，
金属材料和陶瓷材料的n值由什么不同？（13′）
6.什么是电子的分子轨道？为什么有的同类原子会形成分子？有的同类原子不形成分子？是否原子间核外电子越多，
形成的分子就轨道越多？是否形成的分子轨道越多，形成的分子的结合键就越强？回答问题并给予简单讨论。（12分）
7.解释名词
（1）复合强化 （2）晶界偏析（3）应变疲劳 （4）扩散激活能 （20′）

abma2006

青岛科技大学2006年研究生入学考试试卷
考试科目：  材料科学基础  （答案全部写在答题纸上）
1.        选择题（只有一个正确答案）：（30分）
1)        A和A-B合金焊合后发生柯肯达尔效应，测得界面向A试样方向移动，则__________。
A.   A组元的扩散速率大于B组元    B.   B组元的扩散速率大于A组元
C.   和扩散速率大小无关
2)        立方晶体中（110）和（211）面同属于__________晶带。
A. [110]    B. [100]    C. [211]    D [ ]
3)        __________, 位错滑移的派－纳力越小。
A.位错宽度越大    B.滑移方向上的原子间距越大    C. 相邻位错的距离越大
4)        对面心立方晶体暴露在晶体外表面最可能的晶面是__________。
  A．(110)       B．(111)         C．(100)
5)        在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为       •。
A.原子互换机制    B间隙机制     C空位机制
6)        形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的        。
A  1/3       B 2/3       C 3/4      D 1/2
7)        铸铁与碳钢的区别在于有无        。
A 莱氏体   B 珠光体   C铁素体
8)        面心立方（fcc）结构的铝晶体中，每个铝原子在本层（111）面上的原子配位数为     。
A 12           B 6          C 4           D 3
9)        简单立方晶体的致密度为       。
A  100%     B 65%     C 52%      D 58%
10)        不能发生攀移运动的位错是       。
A 肖克莱不全位错    B 弗兰克不全位错    C 刃型全位错
2.        简要回答下列问题：(20分)
1)        金属凝固的驱动力和阻力是什么？
2)        金属凝固时形核功的来源是什么？
3)        金属原子扩散的驱动力是什么？影响扩散最主要的因素是什么？
4)        晶界偏析的驱动力是什么？
5)        对于单晶体来说主要变形方式是什么？
6)        回复和再结晶转变的驱动力是什么？
7)        金属的空位形成能和迁移能与金属的熔点有和关系？
8)        金属晶体中出现空位时，将会引起体积和密度怎样变化？
3.        在立方晶系中画出（111）和 两晶面，标出二者的交线，并指出交线晶向指标。(14分)
4.        已知铜的熔点为1083C，熔化潜热为1.88103J/cm3,比表面能为1.4410-5J/cm2
(1)试计算铜在853C均匀形核时临界晶核半径；（2）已知铜的原子量为63.5，密度为8.9g/cm3,求临界晶核中的原子数。(14分)
5.        若单晶体铜的表面恰好是{100}晶面，假设晶体可以在各个滑移系上进行滑移。使讨论表面上可能见到的滑移线形貌（滑移线的方位和它们之间的夹角）？若单晶体表面为{111}呢？（14分）
6.        金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒？ (10分)
7.        有一bcc晶体的（ ）[111]滑移系的临界分切应力为60MPa，试问在[001]和[010]方向必须施加多大的应力才会产生滑移？(14分)
8.        碳在-Fe中的扩散系数大于碳在-Fe中的扩散系数，为什么渗碳不在-Fe中进行，而在-Fe中进行呢？(10分)
9.        用一冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000C，加热完毕，当吊出工件时钢丝绳发生断裂。试分析其原因。(10分)
10.        组元A和B在液态完全互溶，但在固态互不溶解，且形成一个与A、B不同晶体结构的中间化合物，由热分析测得下列数据：
含B量[w(B) / %]        液相线温度(℃)        固相线温度(℃)
0        —        100
20        900        750
40        765        750
43        —        750
50        930        750
63        —        1040
80        850        640
90        —        640
100        —        800
(a)画出平衡相图，并注明各区域的相、各点的成分及温度，并写出中间化合物的分子式(原子量A=28，B=24)。(b)100kg的w(B)为20%的合金在800℃平衡冷却到室温，最多能分离出多少纯A？(14分)

hexiyuren

课程 材料科学基础
（共3页，共十题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图不必重画,直接做在试卷上）
一、填空题（1.5×20=30分）
     1. 结晶学晶胞是（ ）。
     2. 扩散的基本推动力是（ ），一般情况下以（ ）形式表现出来，扩散常伴随着物质的（ ）。
     3. 晶面族是指（ ）的一组晶面，同一晶面族中，不同晶面的（ ）。
     4. 向MgO、沸石、TiO2、萤石中，加入同样的外来杂质原子，可以预料形成间隙型固溶体的固溶度大小的顺序将是（ ）。
     5. 根据烧结时有无液相出现，烧结可分为（ ），在烧结的中后期，与烧结同时进行的过程是（ ）。
     6. 依据硅酸盐晶体化学式中（ ）不同，硅酸盐晶体结构类型主要有（ ）。
     7. 液体表面能和表面张力数值相等、量纲相同，而固体则不同，这种说法是（ ）的，因为（ ）。
     8. 二级相变是指（ ），发生二级相变时，体系的（ ）发生突变。
     9. 驰豫表面是指（ ），NaCl单晶的表面属于是（ ）。
    10. 固态反应包括（ ），化学动力学范围是指（ ）。
    11．从熔体结构角度，估计a长石、b辉石(MgO•SiO2)、c镁橄榄石三种矿物的高温熔体表面张力大小顺序（ ）。

二、CaTiO3结构中，已知钛离子、钙离子和氧离子半径分别为  0.068nm，  0.099nm， 0.132nm。（15分）
    1. 晶胞中心的钛离子是否会在八面体空隙中“晃动”；
    2. 计算TiCaO3的晶格常数；
    3. 钛酸钙晶体是否存在自发极化现象，为什么？
三、在还原气氛中烧结含有TiO2的陶瓷时，会得到灰黑色的TiO2-x：（15分）
    1．写出产生TiO2-x的反应式；
    2．随还原气氛分压的变化，该陶瓷材料的电导率和密度如何变化？
    3．从化学的观点解释该陶瓷材料为什么是一种n型半导体。
四、选择题：下列2题任选1题（12分）
    1. 简述金属材料、无机非金属材料以及高分析材料腐蚀的特点。
    2. 试述材料疲劳失效的含义及特点。
五、现有三种陶瓷材料，它们的主要使用性能如下：（15分）
材料        最佳性能        用途
Y2O3        透明，光线传递        光学激光杆
Si3N4        高温强度，抗蠕变        燃气轮机部件
含Co铁氧体        较顽力        高能量永久磁铁
    在烧结过程中希望材料获得预期的显微结构以使材料最佳性能充分发挥，在控制显微结构因素和工艺条件上应主要考虑哪些相关因素？
六、熔体结晶时：（1）图示核化速率-温度、晶化速率-温度关系及其对总结晶速率的的影响；
                （2）核化速率与晶化速率的不同对新相的显微结构有何影响，为什么？
                （3）指出在哪一温度范围内对形成玻璃有利，为什么？（12分）
七、X射线给出立方MgO的晶胞参数是0.4211nm，它的密度是3.6g/cm3。（Mg2+和O2-、Al3+摩尔质量分别是24.3和16、27）（12分）
    1． 求单位晶胞中有多少Mg2+和O2-；
    2． 若有0.05molAl2O3溶解于晶格中，计算密度改变百分数是多少？
八、当反应物通过产物层的扩散控制速率时，由NiO和Cr2O3的球形颗粒形成NiCr2O4晶体，假定NiO颗粒包围着Cr2O3 颗粒，反应符合杨德动力学规律。（15分）
    1. 请绘出反应初期的反应模型，并推导反应初期的形成速率关系；
    2. 在1300度，NiCr2O4中DCr3+>DNi2+>DO2-，试问哪一个离子控制着NiCr2O4的形成速率？为什么？
    3. 如将细铂丝涂在两种氧化物NiO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样
品进行扩散退火(标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散)。在保持电中性的前提下，判断铂丝将向哪一方向移动？
九、下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：（24分）
    1. 判断化合物S1、S2、S3的性质；
    2. 用箭头表示相区界线温度变化方向及界线性质；
    3. 划分副三角形，并写出各三元无变量点的平衡过程及性质；
    4. 用规范化写法写出M点对应组分的平衡结晶过程；
    5. N点对应的三元组成点加热时在那一点温度下开始出现液相？哪一点温度下完全熔化？  
第9题图







武汉理工大学2004年研究生入学考试试题
课程 材料科学基础
（共3页，共十题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图不必重画，直接做在试题纸上）
一、判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正（30分）
      1. 结晶学晶胞是反映晶体结构周期性的最小重复单元。
      2. 热缺陷是温度高于绝对零度时，由于晶体组成上的不纯净性所产生的一种缺陷。
      3. 晶面指数通常用晶面在晶轴上截距的互质整数比来表示。
      4. 固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中所形成的单相均匀的固体。
      5. 扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。
      6. 初次再结晶的推动力是晶界过剩的自由焓。
      7. 在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液相和一个气相。
      8. 临界冷却速率是形成玻璃所需要的最小冷却速率，临界冷却速率越大越容易形成非晶体。
      9. 马氏体相变是一种无扩散性相变，相变时成分发生变化但结构不变。
      10.在临界温度、临界压力时，化学势及其一阶偏导数连续，二阶偏导数不连续的相变为二级相变，发生二级相变时，体系的体积和热焓发生突变。
      11.驰豫表面是指在平行于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面。
      12.固态反应包括界面化学反应和反应物通过产物层的扩散等过程，若化学反应速率远大于扩散速率，则动力学上处于化学动力学范围。
二、ZnS的一种结构为闪锌矿型结构，已知锌离子和硫离子半径分别为rZn2+=0.068nm，rs2-0.156nm，原子质量分别为65.38和32.06。
      1. 画出其晶胞结构投影图；
      2. 计算ZnS的晶格常数；
      3. 试计算ZnS的晶体的理论密度。（15分）
三、FeO结构属于NaCl型结构，其中氧的摩尔分数 x0=0.52，晶格常数为0.429nm，由于存在正离子缺位，所以对应地存在一部分Fe3+离子。试计算
      1.这种氧化铁中Fe2+/Fe3+离子比值
      2.这种氧化铁的密度。（10分）
四、陶瓷材料制成的器件在外界温度发生急剧变化时为什么容易发生开裂或破碎？如何提高陶瓷材料抗热震性能？（8分）
五、试述高分子材料老化的类型及原因。（12分）
六、金属材料、陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？晶粒大小对材料的宏观性质有何影响?工艺上如何控制晶粒尺寸？（15分）
七、根据玻璃的形成条件，对下列几种物质形成玻璃的难易程度进行排序，并说明理由。（10分）
      Cu          SiO2          Na2O          SiO2           Na2O          2SiO2          NaCl
八、从材料科学角度分析晶体的实际强度为什么远低于理论强度。（10分）
九、已知Zn2+和Cr3+在尖晶石ZnCr2O4中的自扩散系数与温度的关系分别为


      1. 试求1403K时Zn2+和Cr3+在ZnCr2O4中的扩散系数。
      2. 如将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样品进行扩散退火。(标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散)。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？
      3.画出ZnO和Cr2O3接触、反应并形成ZnCr2O4的反应模型，并写出接触界面上的化学反应。（16分）
十、下图是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：
      1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条线上温度下降方向及界线的性质；
      2．判断化合物D、F的性质；
      3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式；
      4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程；
      5．写出组成点H在完全平衡条件下的冷却时，液相组成点刚到达E4点和结晶结束时各相的百分含量（用线段比表示）。（24分）


























武汉理工大学2003年研究生入学考试试题
课程 材料科学基础
（共3页，共十一题，答题时不必抄题，标明题目序号，相图直接做在试卷上）
一、解释下列基本概念（1.5×20=30分）
      初次再结晶；二次再结晶；上坡扩散；扩散通量；高分子的链结构；高分子的聚集态结构；位错滑移，位错爬移；结晶学晶胞；弥勒指数；玻璃转变 温度；非晶态结构弛豫；金属固溶体；金属间化合物；重构表面；弛豫表面；一级相变；重构型转变；广义固相反应；矿化剂
二、白云母的理想化学式为KAl2[AlSi3O10](OH)2，其结构如下图所示，试分析白云母的结构类型、层的构成及结构特点、层内电性及层间结合。（15分）
第2题图
三、BaTiO3和CaTiO3均为钙钛矿型结构但BaTiO3晶体具有铁电性而CaTiO3却没有，请给予解释。（10分）
四、分析小角度晶界和大角度晶界上原子排列特征以及对材料动力学的扩散过程有何影响？（8分）
五、在制造ZrO2耐火材料时通常会加入一定量的CaO以改善耐火材料的性能，试解释其作用原理，并写出杂质进入基质的固溶方程式。（10分）
六、从金属、硅酸盐、高聚物材料的结构、熔体特征等方面分析这三类材料的结晶有什么共性及个性。（15分）
七、已知新相形成时除过界面能以外单位体积自由焓变化为1×108J/m3，比表面能为1 J/m2，应变能可以忽略不计。试计算界面能为体积自由能的1%时球形新相的半径。与临界半径比较，此时的新相能否稳定长大？形成此新相时系统自由焓变化为多少？（12分）
八、写出下图三元无变量点的平衡过程，指出无变量点的性质，画出三元无变量点与对应的副三角形的几何分布关系。（8分）
第8题图
九、根据下面的三元系统相图回答问题（22分）
      1. 指出图中化合物S1、S2、S3的性质
      2. 用箭头在图中标出界线温度变化方向及界线性质
      3. 写出组成点1的平衡冷却过程
      4. 组成点2冷却时最先析出种晶相？在哪一点结晶结束?最终产物是什么？
      5. 组成点3加热时在哪一点开始出现液相？在哪一点完全熔化？ 第9题图
十、根据碱金属、碱土金属、过渡金属、贵金属的能带结构之差异分析各种金属导电性的差别。（10分）
十一、选作题（下列3题任选1题，10分）
      1. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述金属材料的结构特征及主要性质。
      2. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述陶瓷材料的结构特征及主要性质。
      3. 从组成、结合健、原子排列等方面阐述高分子材料的结构特征及主要性质。
  
第11题图

民警同志

1992年哈尔滨工业大学金属学与热处理学科入学考试题

1:纯金属结晶时,若形核方式为均匀形核,假定晶核的形状为小立方体,求临界晶核的边长a。(15分)
2:何谓固溶体?试述固溶体的分类及其形成条件?(15分)
3:试阐述冷变形金属再加热时,其组织和性能的变化。(15分)
4:试阐述马氏体的晶体结构,组织及其对性能(强度和韧性)的影响。(15分)
5:试阐述淬透性与实际零件淬硬层深度的区别及影响因素。(12分)
6:制造汽车板簧应选用什么牌号的钢?说明这种钢最终热处理工艺及得到的组织,为什么这些组织具有高的弹性极限?(13分)
7:下图为固态下有限溶解的三元共晶相图的投影图,试阐述O点成分合金的结晶过程及室温组织。(15分)

民警同志

1994年哈尔滨工业大学金属学与热处理学科入学考试题

1:论述铁碳合金平衡组织中铁素体和渗碳体的形态,特征和数量对合金组织和性能的影响。(15分)
2:非均匀形核比均匀形核更容易进行的原因是什么?(15分)
4:试述金属的热加工对其组织性能有何影响?(15分)
5:试述马氏体的强韧性。(15分)
7:试述晶体长大方式及其影响因素。(15分)
8:试述淬火钢的回火转变,阐明硅提高回火抗力的本质,以及钨,钒造成二次硬化的原因。(10分)


备注:3,6题由于涉及到图,不好编辑,又个人觉得太偏的题目故没有编辑下来,见谅~~

民警同志

1995年哈尔滨工业大学金属学与热处理学科入学考试题

1:名词解释10分)
伪共晶,柏氏矢量,回火稳定性,二次硬化,临界变形温度
2:画出由两个包晶反应,一个共析反应及一个包析反应所组成的二元合金状态图。(15分)
3:根据下面三元共晶相图的投影图,画出cd线的垂直截面图。(15分)
4:什么是成分过冷?成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织有何影响?(15分)
5:论述贝氏体转变的特点,并阐述下贝氏体具有高强韧性的原因。(20分)
6:写出制造汽车或拖拉机齿轮常用的一种钢号,并阐述预备热处理,最终热处理的目的,工艺及使用状态下的组织和性能。(15分)
7:论述共析钢CCT曲线与TTT曲线的异同。(10分)


备注:3题由于自己不会画图,所以没有图提供给大家,很抱歉,但是如果大家使用〈〈金属学与热处理〉〉(哈工大出版社出版的,第三版)将其课后相关习题搞懂的话,对于考试就没有任何问题的。

民警同志

1997年哈尔滨工业大学金属学与热处理学科入学考试题

1:试就渗碳体形态的变化阐述含碳量对铁碳合金平衡组织及机械的影响;(20分)
2:在A-B二元合金相图中,A组元的熔点为1000℃,B组元为700℃;WB为25%的合金在500℃结晶完毕,并由220/3%的先共晶α相与80/3%的(α+β）共晶体所组成；WB为50%的合金在500℃结晶完毕后由40%的先共晶α相与60%的(α+β）共晶体所组成，而此合金中α相的总量占50%;试画出概略的A-B二元合金相图,并分析说明当非平衡冷却时WB=4.5%的合金组织中(在α相的晶界处）出现了少许β相的原因。（20分)
3:试就多晶体金属的塑性变形过程阐述金属的晶粒越细强度越高,塑性和韧性越好的原因。(20分)
4:试述钢中马氏体的基本类型,晶体结构,组织形态特征,性能特点,并说明低碳钢马氏体具有高韧性的原因。(20分)
5:什么是再结晶温度?叙述影响再结晶晶粒大小的因素。(10分)
6:为什么过共析碳钢淬火加热温度采用Ac1+30-50℃,而不是Accm+30-50℃?

民警同志

1998年哈尔滨工业大学金属学与热处理学科入学考试题

1:试回答以下问题:
   ①画出立方晶系的(121)面及[121]方向;画出六方晶系的(1211)面及[2111]方向.注意红色标记的几个数字上面要加横线,说明是负向。
   ②什么是晶带?六方晶系中的(1121),(1211),(3211)及(1122)晶面哪些属于[1123]晶带?(10分)
2:根据纯金属结晶的临界晶核半径,说明细化铸态金属晶粒的方法,并分析原因。(10分)
3:什么是成分过冷?画出示意图,阐述成分过冷形成,并说明成分过冷形成,并说明成分过冷对晶体长大方式及铸锭组织的影响。(20分)
6:什么是第Ⅰ,第Ⅱ类回火脆性:产生条件,原因是什么?如何避免与消除。
7:以共析碳钢片状珠光体为例说明奥氏体形成过程(着重论述奥氏体晶体长大过程,试画出示意图)。(20分)


备注:由于没有安装Microsoft公式3.0公式编辑器,由几个数字没有编辑好,不过用红色已经标记出来了,大家自己注意,4,5题由于涉及到图,不好编辑,又个人觉得太偏的题目故没有编辑下来,见谅~~

民警同志

1999年哈尔滨工业大学金属学与热处理学科入学考试题

1:在立方晶系中,画出通过(0,0,0),(0,1,0),(1/2,1,1)三点的[120]晶向。(15分)
2:试阐述纯金属和固溶体合金结晶条件及长大方式的异同点。(15分)
3:根据Fe-Fe3C相图,指出铁碳合金中的渗碳体由哪五种?说明它们的形成条件(成分,温度)与形态特点,并计算它们在铁碳合金中的最大含量(%)(20分)
4:根据组元间互不溶解的三元共晶相图的投影图,说明O成分的合金平衡结晶过程,并计算出室温下该合金的相组织组成物的相对含量。(10分)
5:试阐述强化金属的各种基本方法及机制。(15分)
6:试述共析钢淬火后在回火过程中的组织转变过程,写出三种典型的回火组织。(15分)
7:含碳量为1.2%的碳钢其原始组织为片状珠光体加网状渗碳体,为了获得回火马氏体加粒状渗碳体组织,应采用哪些热处理工艺?写出工艺名称和工艺参数(加热问题,冷却方式)。注:该合金的Ac1=730℃,Accm=820℃。


备注:4题由于自己不会画图,所以没有图提供给大家,很抱歉,但是如果大家使用〈〈金属学与热处理〉〉(哈工大出版社出版的,第三版)将其课后相关习题搞懂的话,对于考试就没有任何问题的。

梦虫飞飞

http://jpkc.nwpu.edu.cn/jp2004/07/mncs/mncs15.htm
２００２年上海交大硕士研究生入学考题

森林女孩

亲爱的朋友们,感谢你们一直以来对材料版块的支持和对我的信任.我很想满足大家的要求为大家上传一些真题.可是我的时间和能力有限.不能找到那么多学校历年的试卷大家共同分享.为此欢迎大家上传些试题.

森林女孩

亲爱的朋友们,首先感谢你们对本版的支持,但是希望大家不要发有关求购或售卖的帖子.因为论坛有版规,这样的帖子是要被删除的。但是我很理解大家渴求真题的焦急心情,也希望能够帮助大家.如果有需要出售或求购试题的,请到http://www.iky.cn。也希望大家不要轻信他人,以防上当受骗.最后祝愿大家能够梦想成真.

[ 本帖最后由 森林女孩 于 2007-9-15 20:32 编辑 ]