2012山东大学考研材料科学基础

《材料科学基础》\综述2. 课程的基本内容和要求（1 ）通过学习应着重掌握材料成分、组织、结构及加工过程与性能间的相互关系。

（2 ）掌握材料的结合方式、晶体学基础、材料的晶体结构。

（3 ）掌握点缺陷、线缺陷、面缺陷的模型和特点。

（4 ）掌握纯金属的结晶过程、结晶的热力学条件、形核规律、长大规律，了解结晶理论的实际应用。

（5 ）掌握相图的基本知识，二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用方法，熟练应用铁碳相图。

（6 ）掌握三元相图的成分表示法、三元系平衡转变的定量法则、三元匀晶相图、三元共晶相图、三元相图的四相平衡转变、具有化合物的三元相图的分析方法。

（7 ）掌握单晶体的塑变、多晶体的塑变的规律，掌握塑性变形对金属组织与性能的影响，金属及合金强化的位错解释。

（8 ）掌握金属及合金在退火过程中的变化，掌握回复、再结晶、晶粒长大及金属热变形的规律。

（9 ）掌握典型钢中相变的一般规律、相变产物的生成条件、形态和结构本质，能初步选用典型热处理工艺。

第一章材料的晶体结构6 学时1. 教学内容与学时（1 ）原子的结合方式2 学时（2 ）晶体学基础2 学时（3 ）典型晶体结构及其几何特征 2 学时2. 重点与难点（1 ）重点：空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构。

（2 ）难点：六方晶系布拉菲指数标定，原子的堆垛方式。

3. 习题：1 －3 题第二章晶体缺陷12 学时1. 教学内容与学时（1 ）点缺陷2 学时（2 ）线缺陷8 学时（3 ）面缺陷2 学时2. 重点与难点（1 ）重点：位错等有关基本概念，点缺陷的平衡性质，位错的运动与晶体滑移的关系，位错的性质，柏氏矢量的性质与应用，位错反应。

（2 ）难点：位错模型，位错的应力场，不全位错的原子模型。

3. 习题：6-8,10-12 题。

第三章材料的相结构8 学时1. 教学内容与学时（1 ）固溶体1 学时（2 ）中间相1 学时（3 ）陶瓷晶体相1 学时（4 ）分子相5 学时2. 重点与难点（1 ）重点：各种相的概念及其分类方法。

《材料科学基础》试题库名词解释1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变3、晶面族、晶向族4、有限固溶体、无限固溶体5、晶胞6、二次渗碳体7、回复、再结晶、二次再结晶8、晶体结构、空间点阵9、相、组织 10、不平衡共晶、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度12、淬透性、淬硬性 13、固溶体置换固溶体间隙固溶体14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、共析（共析）（包晶）反应17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散25、负温度梯度30、柏氏矢量描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向，也是位错扫过后晶体相对滑动的量。

31、柯氏气团32、动态再结晶33、交滑移攀移34、相组织35、线缺陷36、热加工冷加工37、全位错不全位错38、位错反应39、相律40、相图描述各相平衡存在条件或共存关系的图解，也可称为平衡时热力学参量的几何轨迹。

41、点阵畸变在局部范围，原子偏离其正常的点阵位置，造成点阵畸变。

42、过冷度相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。

43、形变织构多晶形变过程中出现的晶体学取向择优的现象。

44、二次再结晶再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。

45、滑移系晶体中一个滑移面及该面上的一个滑移方向的组合称一个滑移系。

46、孪生晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程。

47、刃型位错和螺型位错模型将晶体上半部切开，插入半个晶面，再粘合起来；这样，在相当于刃端部为中心线的附近一定范围，原子发生有规则的错动。

其特点是上半部受压，下半部受拉。

这与实际晶体中的刃型位错造成的情景相同，称刃型位错模型。

同样，将晶体的前半部切开，以刃端为界使左右两部分沿上下发生一个原子间距的相对切变，再粘合起来，这时在已切动和未切动交界线附近，原子错动情况与真实的螺位错相似，称螺型位错模型。

一名词解释1 空间点阵2 合金3 离异共晶4 奥氏体5 反偏析6 滑移系7 柏氏矢量8 柯氏气团9 动态再结晶10 交滑移11 晶胞12 不平衡共晶31 相14 成分过冷15 异质形核16 置换固溶体17 不全位错18 位错反应19反应扩散20 热加工21 晶体结构22 伪共晶23 相律24 间隙固溶体25 枝晶偏析26 晶胞27 全位错28 铃木气团29 冷加工30 复滑移二问答题1说明各种原子结合键(五种键)的形成和本质，画出其示意图。

比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。

画图说明固溶体中溶质原子的偏聚、有序、无序等分布状态，并说明其形成过程。

2 根据回复与再结晶的有关原理，画图说明一块纯锡板被子弹击穿后，弹孔周围晶粒尺寸的分布情况。

3画图表示位错与第二相粒子的作用机制？4 画图说明金属熔液过冷度和形核率之间的关系，并解释其原因。

5从能量角度说明上坡扩散的可行性以及应力引起上坡扩散的原因。

6 如下图所示，已知位错环ABCD的柏氏矢量为b, 切应力为 ，问：（1）位错环的各边分别是什么位错？（2）设想在晶体中怎样才能得到这个位错？（3）在图中切应力的作用下，位错环将如何运动？7 试述固态相变的特点。

说明过饱和Al-Cu合金各脱溶析出相的形态和结构特征，画出各析出相的析出动力学曲线。

画图说明调幅分解发生的能量条件。

8 试述晶粒大小对金属室温强度和塑性、韧性的影响。

9 共晶系中二元合金在不平衡结晶条件下将产生什么组织，分析其形成条件、形成过程和组织特征。

10 对钨板在1100℃、锡板在室温进行加工变形，它们的组织、性能变化有何异同？11 在一个简单立方晶胞内画出一个（110）晶面和一个[112]晶向。

12 如何根据一根位错线的柏氏矢量来判断其所导致的晶体滑移的方向和大小？13 在什么条件下可在三元相图的垂直截面中判断四相反应类型？如何判断？14 根据下图，用组织组成物填写各区，说明合金1在不平衡冷却条件下可能得到什么组织？1m e nαA B% → B15位错的线张力可表示为T＝αGb2, 求一曲率半径为R、柏氏矢量为b的位错保持弯曲平衡所需的切应力。

第10章回复与再结晶§1 冷变形金属在加热时的变化一、显微组织的变化二、性能的变化（一）力学性能的变化回复阶段：强度、硬度、塑性等力学性能变化不大。

再结晶阶段：随加热温度升高，强度、硬度显著下降，塑性急剧升高。

当晶粒长大时，强度、硬度继续下降，塑性在晶粒严重粗化时，也下降。

（二）物理性能的变化回复阶段：，密度变化不大，电阻明显下降；再结晶阶段：密度急剧升高。

（三）内应力的变化回复阶段，内应力部分消除；再结晶阶段，内应力全部消除。

§2 回复一、回复过程中微观结构的变化机制回复：回复的驱动力：弹性畸变能的降低。

根据回复阶段加热温度及内部结构变化特征、机制不同，将其分为三类：（一）低温回复温度：0.1T m~0.3 T m。

结构变化：主要是点缺陷的运动，空位浓度降低。

（二）中温回复温度：0.3T m~0.5 T m。

结构变化：除点缺陷的运动外，位错也开始运动，位错密度降低。

（三）高温回复温度：≥0.5 T m。

结构变化：位错运动发生多边化，形成亚晶结构；总的应变能下降。

二、回复动力学特点：①无孕育期；②变化速率先快后慢；③最后趋于恒定值。

回复过程的表达式：dx / dt= - cx (c=c0exp(-Q/RT))→ln(x0/x)= c0texp(-Q/RT)。

如果采用两个不同温度将同一冷变形金属的性能回复到同样程度，则有：三、去应力退火§3 再结晶再结晶：经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。

再结晶是一个显微组织彻底改组、变形储能充分释放、性能显著变化的过程。

一、再结晶的形核及长大形核的两种方式：晶界凸出形核、亚晶形核。

（一）晶界凸出形核变形度较小时，再结晶核心一般以凸出形核方式形成。

如右图所示。

若界面由I向II推进，则：当α>π/2时，晶界可以自发生长，因此，凸出形核所需的能量条件为：ΔE>2σ/ lΔE-单位体积A、B相邻晶粒储存能差；ΔA-增加的晶界面积。

2012年山东大学研究生入学考试
材料科学基础试卷A卷（A B卷选择其一答题，不可混搭选择，B卷较难，有很多刘智恩课本没讲到的东西，故未选）
一名词解释5*3=15
空间点阵枝晶偏析间隙固溶体重心法则成分起伏
二简答8*10=80
1.影响固溶度的因素有哪些？形成无限置换固溶体的必要条件有哪些？
2.纯金属的冷却曲线上为什么有个平台？平台温度就是熔点温度吗？
3.分析固态相变的阻力
4.回火阶段微观组织的变化如何？性能发生什么变化，为什么？
5.解释扩散第一和第二定律的含义，其中各个字母含义是什么？
6.TTT和CCT曲线是什么，有什么区别？
7.奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是如何产生的，如何防止？
8.碳素工具钢T12正火后硬度在250HBS以上，不利于机械加工，为什么有时还要正火处理？为了便于机械加工并为淬火做好准备，在正火后还需进行何种热处理，获得何种组织？
三作图1*5=5
1. 在密排六方中做出[2 -1 -1 0]和[-1 2 -1 0]，在（0 -1 1 0）面上做出（2 -1 -1 3）
四计算与证明10+15=25
1.均匀形核晶核为边长为a的立方体时，试求临界晶核边长a*和临界形核功
2.铝铜合金扩散问题，给出激活能Q ，R,温度T1=100℃下扩散10h，问T2=150℃需多长
时间？（刘智恩书例题5.5.2）
五作图分析15+10=25
1．画出Fe-C相图标出各点成分温度各区域组织
2．画出含C 1.0%的冷却曲线，和其室温下组织示意图，并求各组织的含量。

2010年材料科学基础2012年材料科学基础2013年兰大考研材料学真题回忆版2013年兰大考研材料学真题回忆版材料科学基础一、简答(8X10分)八个题共80分1、用波尔模型解释氢原子模型，并解释波尔模型的缺陷是什么2、解释热塑性塑料韧性变形时的分子结构变化3、解释替换扩散与间隙扩散机制4、解释并画出下列两种材料的能带图，指出受主与施主能级，a)P-型半导体b）n-型半导体5、解释孪晶与孪晶界，并说明机械孪晶与退火孪晶的区别6、在工程中，工程师在检测桥梁或混凝土结构时候时，发现有裂纹会在裂纹尖端打一个小孔，什么作用（为什么）?7、磁性的产生有什么方式，为什么会有铁磁性和亚铁磁性8、说明LASER来源哪里？laser的工作原理二、计算题与设计题;1-5各10分，6题20分1、FCC固溶体最大间隙位置是在（1/2,0,0）（0,1/2,0）（0,0,1/2）处，计算间隙大小2、乙烯分子量15000，求聚合度3、电容V=1500，Q=4X10-5c（a）求真空填充时的电容板面积（b）中间填氧化铝时（介电常数9）的电容板的面积4、一个ZnS掺杂材料带隙能，问在什么条件下能发生跃迁5、计算FCC晶体中（a）晶胞中的原子个数，晶格a（b）原子相关数（c）原子尺寸（d）堆垛因子数6、一复合材料，用硼纤维作成的6360-Al，其中硼纤维直径d=，在其外面刷一层钨W后直径是107mm。

基体体积分数占49% ，纤维体积分数占51%。

在受轴向拉伸应力时，等应力条件下，该复合材料拉伸模量是多少，（其中硼纤维拉伸模量为170GPa，基体拉伸模量，钨的拉伸模量470GPa）2014年804材料科学基础回忆版今年的题出得怎么说，很传统。

回到了07年以前的状态，几乎全部是金属学的内容，也就是专业课那本书翻译版第一本的内容，也许有些人没拿那些当重点所以觉得难，也许有的人没见过近两年真题，所以重点复习的就是金属学，总之。

不说了，期待自己有个好结果吧。

1．清华大学材料科学基础历年考研真题及详解2009年清华大学材料科学基础（与物理化学或固体物理）考研真题及详解2008年清华大学材料科学基础（与物理化学或固体物理）考研真题及详解2007年清华大学材料科学基础（与物理化学或固体物理）考研真题及详解清华大学2007年攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目：材料科学基础（与物理化学或固体物理）适用专业：材料科学与工程一、（5分）证明：对于立方晶系，有二、（10分）画出下述物质的一个晶胞：金刚石 NaCl 闪锌矿纤锌矿石墨三、（10分）请导出摩尔分数为x A、x B的二元系中的综合扩散系数D与分扩散系数D A、D B之间的关系。

四、（10分）根据图1-1所示的铁碳平衡相图，回答以下问题：1．写出在1495℃、1154℃、1148℃、738℃和727℃发生的三相平衡反应的反应式。

2．画出含碳量的过共析钢在室温下的平衡组织，并计算其中二次渗碳体的百分数。

3．含碳量的亚共晶白口铸铁在从液相平衡冷却到室温时会发生什么三相平衡反应和两相平衡反应（可用热分析曲线表示）？室温下该成分的铸铁中有没有二次渗碳体？如有的话，计算其百分数。

五、（10分）1．解释冷变形金属加热时回复、再结晶的过程及特点。

2．已知Cu-30％Zn合金的再结晶激活能为250kJ/mol，此合金在400℃的恒温下完成再结晶需要1h，试求此合金在390℃的恒温下完成再结晶需要多少小时。

六、（15分）沿铝（A1）单晶的方向拉伸，使其发生塑性变形，请确定：1．画出立方晶系的标准投影，并由此确定初始滑移系统。

2．转动规律和转轴。

图1-1　第四题图3．双滑移系统。

4．双滑移开始时晶体的取向和切变量。

5．双滑移过程中晶体的转动规律和转轴。

6．晶体的最终取向。

七、（15分）有一面心立方单晶体，在（111）面滑移的柏氏矢量为的右螺型位错，与在面上滑移的柏氏矢量为的另一右螺型位错相遇于此两滑移面交线，并形成一个新的全位错。

第5章相图§1 相、相平衡及相图制作一、相几个概念：1．体系：2．相：3．均匀：二、相平衡与相律相平衡的热力学条件：每个组元在各相中的化学位必须相等。

恒压下，相律的表达式：f=c-p+1 （f：自由度；c：为系统组元数；p：为平衡相数目）三、相图的表示与测定表示方法：质量分数和摩尔分数。

测定方法：较多，常用热分析方法。

§2 二元匀晶相图匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。

匀晶相图：完全具有匀晶转变的相图。

一、相图分析以Cu-Ni相图为例进行说明：二、固溶体的平衡凝固（一）固溶体平衡凝固过程及组织（以上图为例说明）与纯金属相比，固溶体的凝固过程具有如下特点：①固溶体合金凝固时结晶出来的固相成分与原液相成分不同。

所以固溶体凝固形核时，除需要能量起伏和结构起伏外，还需要成分起伏，因而其凝固形核比纯金属困难。

②固溶体凝固需要一定的温度范围，在此温度范围的每一温度下，只能凝固出一定数量的固相。

需要着重指出的是，在每一温度下，平衡凝固实质包括三个过程：①液相内的扩散过程。

②固相的继续长大。

③固相内的扩散过程。

（二）杠杆定律三、固溶体的非平衡凝固与微观偏析（一）非平衡凝固过程（二）微观偏析1．晶内偏析（枝晶偏析）：2．晶内偏析（枝晶偏析）对合金性能的影响：3．消除办法：四、固溶体的非平衡结晶与宏观偏析平衡分配系数（k0）：在一定温度下，液、固两平衡相中溶质浓度的比值。

即：k0=c S /c L。

（有两种情况：k0<1和k0>1）正常凝固过程：不考虑固相内部的原子扩散，而仅讨论液体中由于扩散、对流或进行搅拌所造成的溶质混合现象的凝固过程。

正常凝固过程包括以下三种情形：（一）液相内溶质完全混合冷却条件：缓慢。

液相内溶质原子的混合情形：扩散、对流、搅拌，溶质原子完全混合。

成分分布：（z-已凝固部分长度，L-合金棒全长）（二）液相内原子部分混合冷却条件：较快。

液相内溶质原子的混合情形：靠近固态面的液体流速为零，其它部位液体的流速较大，因此扩散不能把凝固时排出的溶质原子都输送到对流液体中，结果在边界层造成原子的聚集。