1、(清华大学)材料科学基础真题 2006 年及答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)一、论述题(总题数：9，分数：150.00)1.什么是 Kirkendall 效应？请用扩散理论加以解释。若 Cu-Al 组成的互扩散偶发生扩散时，界面标志物会向哪个方向移动？（分数：10.00）_2.标出图 a、b(立方晶体)和 c、d(六方晶体，用四指数)中所示的各晶面和晶向的指数：（分数：16.00）_3.已知金刚石晶胞中最近邻的原子间距为 0.1544nm，试求出金刚石的点阵常数 a、配位数 C.N.和致密度。（分数：10.00）_4.判断在 FCC 中下列位错反应能否进行，并确认在无外力作
2、用下的反应方向。123 （分数：9.00）_5.(将一根横截面积为 10cm2的 FCC 金属单晶体试棒沿轴向进行压缩试验。已知临界分切应力为0.1kgf/mm2，棒轴的初始取向为 （分数：20.00）_6.如图所示，某晶体的滑移面上有一个柏式矢量为 b 的位错环，并受到一个均匀的切应力 的作用，试分析：（分数：15.00）_7.将经过 70%拉伸冷变形的长铜棒(Cu 的熔点为 1083)一端浸入冰水中，另一端加热到 850的高温，过程持续一个小时。1画出沿该试棒长度方向温度分布图，并标出再结晶温度的大概值，对应图上的温度分布画出样品中金相组织连续变化示意图和硬度变化曲线。2解释组织和硬度变化
3、。（分数：16.00）_8.根据下图所示 A-B 二元共晶相图(共晶温度为 500)：（分数：40.00）_9.Al-4%Cu 的合金，在 190时效处理的硬度变化可参照下图，（分数：14.00）_(清华大学)材料科学基础真题 2006 年答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)一、论述题(总题数：9，分数：150.00)1.什么是 Kirkendall 效应？请用扩散理论加以解释。若 Cu-Al 组成的互扩散偶发生扩散时，界面标志物会向哪个方向移动？（分数：10.00）_正确答案：(Kirkendall 效应：在置换式固溶体的扩散过程中，放置在原始界面上的标志物朝着低熔点元素的方
4、向移动，移动速率与时间成抛物线关系。Kirkendall 效应否定了置换式固溶体中扩散的换位机制，而证实了空位机制；系统中不同组元具有不同的分扩散系数；相对而言，低熔点组元扩散快，高熔点组元扩散慢，这种不等量的原子交换造成了Kirkendall 效应。当 Cu-AI 组成的互扩散偶发生扩散时，界面标志物会向着 Al 的方向移动。)解析：2.标出图 a、b(立方晶体)和 c、d(六方晶体，用四指数)中所示的各晶面和晶向的指数：（分数：16.00）_正确答案：(1ACF(111)、AFI 、BCHE 、ADHE(010)2BC 、EC 、FN 、ME3ABDE 、ADEF 、AFFA 、BFFB4
5、AF 、DM 、FO 、FD )解析：3.已知金刚石晶胞中最近邻的原子间距为 0.1544nm，试求出金刚石的点阵常数 a、配位数 C.N.和致密度。（分数：10.00）_正确答案：( ，所以 a=0.3566nmC.N.=8-N=4)解析：4.判断在 FCC 中下列位错反应能否进行，并确认在无外力作用下的反应方向。123 （分数：9.00）_正确答案：(1反应不能进行。2能发生，向左。3能发生，向右。)解析：5.(将一根横截面积为 10cm2的 FCC 金属单晶体试棒沿轴向进行压缩试验。已知临界分切应力为0.1kgf/mm2，棒轴的初始取向为 （分数：20.00）_正确答案：(见下图。1 取
6、向三角形，初始滑移系统： 。2因为是压缩，所以转动规律： ，转轴 。3双滑移系统： 。4双滑移开始时晶体的取向：方法一：用晶带关系求解双滑移开始时晶体的取向为： 。方法二：用压缩面变化公式求解A=a-(ab)n设双滑移开始时晶体的取向为uOw，则双滑移开始时晶体的取向为： 。5所以6晶体最终的稳定取向： )解析：6.如图所示，某晶体的滑移面上有一个柏式矢量为 b 的位错环，并受到一个均匀的切应力 的作用，试分析：（分数：15.00）_正确答案：(1A 为正刃型位错，B 为右螺旋位错，C 为负刃型位错，D 为左螺旋位错，其他为混合型位错。2各段位错所受的力大小均为 b，方向垂直于位错线指向环外。
7、3在外加切应力 的作用下，位错环将向外扩散。4由公式 ，在 的作用下，此位错环要稳定不动，其最小半径为 rmin= )解析：7.将经过 70%拉伸冷变形的长铜棒(Cu 的熔点为 1083)一端浸入冰水中，另一端加热到 850的高温，过程持续一个小时。1画出沿该试棒长度方向温度分布图，并标出再结晶温度的大概值，对应图上的温度分布画出样品中金相组织连续变化示意图和硬度变化曲线。2解释组织和硬度变化。（分数：16.00）_正确答案：(1考虑铜棒为工业纯铜，对于大变形的工业纯铜可以用 0.4Tm(或 0.35Tm)估计再结晶温度。题目已知 Tm=1083=1356K，所以 Tr=0.4Tm=542K2
8、70。)解析：8.根据下图所示 A-B 二元共晶相图(共晶温度为 500)：（分数：40.00）_正确答案：(1假设液相线和固相线均为直线，从图可知 K0=CS/CL=1/2。含 10%B 的液相初始结晶时晶体中应含(10%)/2=5%B。在稳态结晶时结晶前沿成分为合金成分的固相平衡，所以液相成分为含(10%)2=20%B。从下图得知，对应 60%液相线上温度下降 400。所以，B 每上升 10%，温度下降 66.6，即。液相中最高浓度 20%和最低浓度 10%分别对应的温度为：T3=(900-266.6)766T1=(900-66.6)8330C2/=(85-60)/(60-30)=5/63成分过冷的临界温度梯度为：若取 ，得 926/cm。由已知条件并利用相关公式得)解析：9.Al-4%Cu 的合金，在 190时效处理的硬度变化可参照下图，（分数：14.00）_正确答案：(1时效开始时基体中先析出 亚稳相，该片状相的惯习面与基体共格，这时亚稳相通过阻碍位错滑移使材料硬度提高。随着时效时间延长，逐渐消失，并由 亚稳相取代。当时效继续延长，相会产生粗化，其结果使粒子间距增加，硬化效果减弱，从而使材料硬度下降。2根据相图和硬度曲线，可采用在 550保温 1h(时间的长短视工件大小决定)，在均匀化后淬火，然后在 190时效 1 天。)解析：
