考研之材料科学基础考研真题

一、名词解释（每小题3分。

共30分）
晶界内吸附交滑移：上坡扩散：纤维组织：枝晶偏析：伪共晶组织：重心法则：配位数：致密度：晶带
二、答题（每小题10分、共50分）
1．在一个面心立方晶系的晶胞中画出晶面（111）和（112），并写出两晶面交线的晶向指数。

2．位错反应的条件是什么？判断下列反应能否进行
（1） a【100】—>a /2【111】+ a /2【111】(2) a /2【101】+ a /6【121】—> a 【111】
3．试推导菲克第二定律
4．试述柯氏气团理解释低碳钢存在屈服平台现象
5．简答液—固界面的类型及晶体生长的方式
三、默画Fe—FeC
相图，并分析0..5%C合金的平衡凝固过程，计算在室温其平
3
衡组织组成的重量分数和想组成的重量分数（20）
答案：
一、名次解释
晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的，常偏聚于晶界交滑移：螺位错，在一滑移面运动受阻，转到另一滑移面上继续滑移。

上坡扩散：扩散物质由浓度低处向浓度高处进行的扩散。

纤维组织：晶粒及加杂物沿受力方向呈条带状态分布。

枝晶偏析：在非平衡凝固条件下，若固溶体以树枝状结晶并长大，则枝干与枝间会出现成分差别，称为~。

伪共晶组织：非平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的合金也可能全部转变为共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织，称为~。

重心法则：处于三者相平衡的合金，其成分必位于共扼三角形重心位置。

配位数：晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数
致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数
晶带：相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合
二、1．
2． 反应条件：
1）．几何条件：∑b 前=∑b 后
2）．能量条件：∑b 2
前〉∑b 2后
(1)几何条件满足；
能量条件：∑b 2
前=（a ）2 [(1) 2+02+02]=a 2
,（5分）
∑b 2后=（a 2）2 [12+12+12]+ (a 2)2 [12 +(－1) 2+(-1)2]= 232
a 2a <a 2
32,故反应不能进行 （2）几何条件满足
能量条件：∑b 2
前=（a 2）2[12+02+（-1）2]+（6a ）2 [（-1）2+22+12]= 322a ∑b 2
后=（3a ）2 [12+12+（-1）2]= 32a 3
22
a 〉32a ，故反应能进行 3．菲科第二定律
设扩散流量为J ，扩散系数为D ，体积浓度为C ，图阴影部分
体积的横截面积为A ，则：
物质流入速率＝J 1A
物质流出速率＝J 2A ＝J 1A ＋dx x JA ∂∂）（ 物质积存速率＝J 1A －J 2A ＝－Adx x
J ∂∂ 积存速率又可写为Adx t
C ∂∂（2分） 故Adx t C ∂∂＝－Adx x
J ∂∂，即t C ∂∂＝－x J ∂∂
将扩散第一定律：J ＝－D
dx
dC 代入，得： t C ∂∂＝)(x
C D x ∂∂∂∂
4．
溶质原子形成的应力场与位错应力场可发生交互作用。

比溶剂原子大的溶质原子倾向于聚集在刃型位错受张力一侧，比溶剂原子小的溶质原子倾向于聚集在刃型位错受压力一侧，从而形成了包围着位错线的比较稳定分布的溶质原子“气团”，称～（5分）。

位错要挣脱气团的束缚而运动，需要较大的力，这就形成了上屈服点；儿一旦挣脱之后位错的运动就比较容易，因此有应力降落，出现下屈服点和水平平台。

5．
光滑界面和粗糙界面
光滑界面：生长依赖在界面上出现台阶，有3种方式：二维晶核，螺型位错，孪晶面。

后2种可连续生长。

粗糙界面：由于界面上有50％的结晶空位，液相原子进入这些空位使晶体均匀连续地生长。

三、
图略
组织组成物：F+P
W 先共析F ＝=⨯--%1000218
.077.050.077.036.1% Wp=1-36.1%=62.9%
相组成: α+Fe 3C
W α==⨯-%10069
.650.069.692.5% W Fe 3C =1- 92.5%=7.5%
一、 解释下列名词的物理意义（每小题3分、共30分）
晶界内吸附，菲克第一定律，上坡扩散，形变织构，枝晶偏析,
伪共晶组织，直线法则，配位数，致密度，晶带
二、 简答下列各题（每小题10分、共50分）
1．在一个面心立方晶胞中画出下列晶面和晶向（012），（321-），[012]，[1
-
23]
2．位错反应的条件是什么？判断下列反应能否进行: (1) ]111[2]111[2]100[--+→a a a (2) ]111[3]211[6]110[2a a a →+-- 3．试述形成置换固溶体的条件和影响置换固溶体溶解度的因素
4．试用柯氏气团理解释低碳钢存在屈服平台现象
5．简答液—固界面的类型及晶体生长的方式
三、默画Fe —Fe 3C 相图，并分析0.4%C 合金的平衡凝固过程，计算在室温其平
衡组织组成的重量分数和相组成的重量分数（20分）
答案：
一、名次解释
晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的，常偏聚于晶界 菲克第一定律：在稳态扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质的通量J 与浓度梯度(dC/dx)成正比。

J=-D(dC/dx)
上坡扩散：扩散物质由浓度低处向浓度高处进行的扩散。

形变织构：金属变形量较大时，由于晶粒的转动，各晶粒的取向趋于一致，即形成择优取向，称为~
枝晶偏析：在非平衡凝固条件下，若固溶体以树枝状结晶并长大，则枝干与枝间会出现成分差别，称为~。

伪共晶组织：非平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的合金也可能全部转变为共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织，称为~。

直线法则：三元系统两相平衡共存时，合金成分点与两平衡相的成分点必须位于一条直线上。

配位数：晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数
致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数
晶带：相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合
二、1．
2． 反应条件：
1）．几何条件：∑b 前=∑b 后
2）．能量条件：∑b 2
前〉∑b 2后
(1)几何条件满足；
能量条件：∑b 2
前=（a ）2 [(1) 2+02+02]=a 2
,（5分）
∑b 2后=（a 2）2 [12+12+12]+ (a 2)2 [12 +(－1) 2+(-1)2]= 232
a 2a <a 2
32,故反应不能进行 （2）几何条件满足
能量条件：∑b 2
前=（a 2）2[12+02+（-1）2]+（6a ）2 [（-1）2+22+12]= 322a ∑b 2
后=（3a ）2 [12+12+（-1）2]= 32a 3
22
a 〉32a ，故反应能进行 3．
溶质原子置换溶剂原子（占据结点位置）形成的固体为～。

（2分）影响因素：组元的晶体结构，原子尺寸因素，化学亲和力，电子浓度的作用（原子价因素）（各2分）
4．
溶质原子形成的应力场与位错应力场可发生交互作用。

比溶剂原子大的溶质原子倾向于聚集在刃型位错受张力一侧，比溶剂原子小的溶质原子倾向于聚集在刃型位错受压力一侧，从而形成了包围着位错线的比较稳定分布的溶质原子“气团”，称～（5分）。

位错要挣脱气团的束缚而运动，需要较大的力，这就形成了上屈服点；儿一旦挣脱之后位错的运动就比较容易，因此有应力降落，出现下屈服点和水平平台。

5．
光滑界面和粗糙界面
光滑界面：生长依赖在界面上出现台阶，有3种方式：二维晶核，螺型位错，孪晶面。

后2种可连续生长。

粗糙界面：由于界面上有50％的结晶空位，液相原子进入这些空位使晶体均匀连续地生长。

三、
图略
组织组成物：F+P
W 先共析F ＝=⨯--%1000218.077.040.077.049.45% Wp=1-49.45%=50.55%
相组成:
α+Fe 3C W α==⨯-%10069.640.069.694.02% W
Fe 3C =1-94.02%=5.98%。