1、2009 年清华大学材料科学基础真题试卷及答案解析(总分：42.00，做题时间：90 分钟)一、综合分析题(总题数：5，分数：42.00)1.分别写出图 3-1 所示 5 种晶体结构所属的布拉维点阵类型。 （分数：2.00）_在图 3-2 所示的应力一应变曲线中，分别指出(标出对应的纵坐标或横坐标的位置即可)： （分数：14.00）(1).弹性极限(elastic limit)。（分数：2.00）_(2).条件屈服强度(offset yield strength or yield strength) 0.2。（分数：2.00）_(3).抗张强度(tensile strength)。（分数：2.
2、00）_(4).破坏强度(breaking strength)。（分数：2.00）_(5).断裂延伸率(elongation to failure)。（分数：2.00）_(6).弹性模量(modulus of elasticifv)。（分数：2.00）_(7).在晶胞图中给出下列晶向上的单位向量长度(即最短原子问距，用点阵常数表示)： FCC 晶体中：110_； _。 BCC 晶体中：111_； _。 HCP 晶体中：1010_；（分数：2.00）_有一 BCC 单晶试棒，棒轴为 （分数：12.00）(1).初始滑移系统。（分数：2.00）_(2).双滑移系统。（分数：2.00）_(3).开始
3、双滑移时的切变量 。（分数：2.00）_(4).滑移过程中的转动规律和转轴。（分数：2.00）_(5).试棒的最终取向(假定试棒在达到稳定取向前不断裂)。（分数：2.00）_(6).分析图 3-3 位错环 的性质，在切应力下的作用下，位错及晶体将分别如何运动?(画出位错环运动过程中位错环及晶体形状的变化) （分数：2.00）_假设将纯铁工件在 800进行渗碳，且工件表面碳的质量分数为 6.69%。（分数：6.00）(1).示意画出工件表面至心部的碳质量分数分布曲线，在所画曲线图中填写出相应的相组成物。（分数：2.00）_(2).说明碳质量分数按照上述曲线分布的原因。（分数：2.00）_(3).
4、冷加工金属的微观组织(见图 3-4a)，随温度升高(在某一温度下保温足够长时间)会发生从图3.4ad 的变化，试从微观组织(包括驱动力和过程)和宏观性能两个方面，依次对上述变化加以解释。（分数：2.00）_请根据图 3-5 所示二元共晶相图分析和解答下列问题： （分数：8.00）(1).分析合金、的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线。（分数：2.00）_(2).说明室温下、的相和组织是什么，并计算出相和组织的相对含量。（分数：2.00）_(3).如果希望得到共晶组织和 5%的 初的合金，求该合金的成分。（分数：2.00）_(4).分析在快速冷却条件下，、合金获得的组织有何不同。（分数：2.00）_2
5、009 年清华大学材料科学基础真题试卷答案解析(总分：42.00，做题时间：90 分钟)一、综合分析题(总题数：5，分数：42.00)1.分别写出图 3-1 所示 5 种晶体结构所属的布拉维点阵类型。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：a)面心立方；b)简单立方点阵；c)简单立方点阵；d) (简单)六方点阵；e)面心立方点阵。)解析：在图 3-2 所示的应力一应变曲线中，分别指出(标出对应的纵坐标或横坐标的位置即可)： （分数：14.00）(1).弹性极限(elastic limit)。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：A 点对应的纵坐标为弹性极限(elastic limit)
6、。)解析：(2).条件屈服强度(offset yield strength or yield strength) 0.2。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：B 点对应的纵坐标为条件屈服强度 0.2 (offset yield strength or yield strength)。)解析：(3).抗张强度(tensile strength)。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：C 点(应力一应变曲线最高点)对应的纵坐标为抗张强度(tensile strength)。)解析：(4).破坏强度(breaking strength)。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：D 点对应
7、的纵坐标为破坏强度(breaking strength)。)解析：(5).断裂延伸率(elongation to failure)。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：E 点或 E“对应的横坐标为断裂延伸率(elongation to failure)。)解析：(6).弹性模量(modulus of elasticifv)。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：(7).在晶胞图中给出下列晶向上的单位向量长度(即最短原子问距，用点阵常数表示)： FCC 晶体中：110_； _。 BCC 晶体中：111_； _。 HCP 晶体中：1010_；（分数：2.00）_正确答案：(正确
8、答案：如图 3-7 所示。 )解析：有一 BCC 单晶试棒，棒轴为 （分数：12.00）(1).初始滑移系统。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：棒轴 位于 取向三角形中，BCC 的滑移系统为 。 初始滑移系统：)解析：(2).双滑移系统。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：双滑移系统： )解析：(3).开始双滑移时的切变量 。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：利用 L=l+(l.n)b 得 双滑移开始时，有 得： 所以，开始双滑移时的 )解析：(4).滑移过程中的转动规律和转轴。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：单滑移时转轴为 )解析：(5).试棒的最终取向(假定
9、试棒在达到稳定取向前不断裂)。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：试棒的最终取向为 )解析：(6).分析图 3-3 位错环 的性质，在切应力下的作用下，位错及晶体将分别如何运动?(画出位错环运动过程中位错环及晶体形状的变化) （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：AB 为正刃型，CD 为负刃型；BC 为右螺型，DA 为左螺型。位错环的运动及晶体形状的变化如图 3-9 所示。 )解析：假设将纯铁工件在 800进行渗碳，且工件表面碳的质量分数为 6.69%。（分数：6.00）(1).示意画出工件表面至心部的碳质量分数分布曲线，在所画曲线图中填写出相应的相组成物。（分数：2.00）_正确答
10、案：(正确答案：如图 3-10 所示。 )解析：(2).说明碳质量分数按照上述曲线分布的原因。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：二元合金扩散时会发生反应扩散，且扩散层中不会存在两相共存区。在扩散中，一旦达到相图相分解线成分，便发生相变，浓度发生突变。即在二元系扩散系统中，只存在彼此相连的单相区，单相区的浓度按抛物线规律下降，而不存在平衡共存的两相区。)解析：(3).冷加工金属的微观组织(见图 3-4a)，随温度升高(在某一温度下保温足够长时间)会发生从图3.4ad 的变化，试从微观组织(包括驱动力和过程)和宏观性能两个方面，依次对上述变化加以解释。（分数：2.00）_正确答案：(正确答
11、案：1图 3-4a 所对应的为加工组织，其特点为： (1) 存在变形储能和内应力，大量非平衡点缺陷，高位错密度。 (2) 拉长的晶粒和晶界。 (3) 变形织构。 (4) 高强度，高硬度，较低的延展性。 2图 3-4b 所对应的为回复过程，其特点为： (1) 回复的驱动力为变形储能。 (2) 回复过程中变形引起的宏观(一类)内应力全部消除，微观(二类)内应力大部分消除。 (3) 回复过程组织不发生变化，仍保持变形状态伸长的晶粒；但空位浓度下降至平衡浓度，电阻率下降，晶体密度增加；同一滑移面异号位错相互抵消造成位错密度略有下降。 (4) 高温回复阶段刃型位错通过滑移、攀移运动发生多边形过程，造成加
12、工硬化现象保留，强度、硬度略有下降，塑性稍有提高。 3图 3-4c 所对应的为再结晶过程，其特点为： (1) 变形储能全部释放，点阵畸变(三类内应力)消除。 (2) 组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒。 (3) 伴随再结晶过程原子的重新排列，位错密度大大降低，变形过程所产生的复杂位错交互作用消失，加工硬化现象消失。 (4) 力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前状态。 4图 3-4d 所对应的为晶粒长大过程，其特点为： (1) 晶粒长大的驱动力是界面能的降低。 (2) 晶粒长大是大晶粒吞并小晶粒的过程。 (3) 引起一些性能变化，如强度、塑性、韧性下降。
13、 (4) 伴随晶粒长大，还发生其他结构上的变化，如再结晶结构等。)解析：请根据图 3-5 所示二元共晶相图分析和解答下列问题： （分数：8.00）(1).分析合金、的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：合金、的平衡结晶过程及冷却曲线分别如图 3-11a 和 b 所示。 )解析：(2).说明室温下、的相和组织是什么，并计算出相和组织的相对含量。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： 初 + ，相组成与组织组成比例相同 ： 初 + (+) 共 ， )解析：(3).如果希望得到共晶组织和 5%的 初的合金，求该合金的成分。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：设所求合金成分为 x )解析：(4).分析在快速冷却条件下，、合金获得的组织有何不同。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：合金在快冷条件下可能得到少量的共晶组织，且呈现离异共晶的形态，合金中的 量会减少，甚至不出现；合金在快冷条件下 初 呈树枝状，且数量减少。共晶体组织变细小，相对量增加。)解析：
