吉林大学研究生入学考试材料科学基础2014年真题

吉林大学研究生入学考试材料科学基础2014年真题

1、名词解释（50分）

1.1 均聚物和共聚物

1.2 本征半导体和掺杂半导体

1.3 金属键和氢键

1.4 离子晶体中的弗伦克尔缺陷和肖脱基缺陷

1.5 铁碳合金中的马氏体和回火马氏体

1.6 位错和柏氏矢量

1.7 共晶反应和包晶反应

1.8 晶体点阵和晶胞

1.9 高分子材料中的链节与单体

1.10交联型聚合物和硫化

2、简答下列问题（40 分）

2.1 画出BCC晶胞中的（110）晶面在晶胞中位置示意图，并在这个晶面上画出两个属于<111>的晶向。

2.2 对比说明铝铜合金的固溶+人工时效处理工艺和铁碳合金的淬火+回火的工艺过程和强化机理。

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本书著者onlyi，系吉林大学2010届金属材料工程专业统招本科生，2014年考生，2013年9月中旬（吉大小学期机械设计课程设计结束后）开始着手准备考研，报考专业为吉林大学材料学院材料加工工程专业。初试成绩为：政治78，英语64，数学123，材料科学基础135，总分400。本书著者对本资料大全的评价为：全面、认真、可靠。希望对读者有所帮助。本书为有偿阅读，索取资料请联系QQ1299873718(注明材科)，Tel=13578706324.为另读者放心，特在以下附录本书部分内容，读者可根据以下内容评价本书的实用性。

吉林大学考研

材料科学基础专业课知识点总结及相关例题

第一章：绪论

一、知识点归纳

1、材料的分类

1.1 金属：具有光泽而不透明，富有延性、展性及导电性、导热性的这一类物质；

1.2 陶瓷：各种无机非金属固体材料；

1.3 聚合物：由小重复结构单元（链节）组成的具有高分子链的固态非金属，通常是有机物的物质。

2、其他材料：

2.1 复合材料：以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料，特点：比重小，比强度、比模量大；

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3.1三种典型的金属晶体结构

	体心立方（FCC）	面心立方（BCC）	密排六方（HCP）
质点模型
点阵常数	a	a	a、c
原子数目（n）
配位数（CN）	8	12	12
原子半径（R）
致密度（APF）
滑移面	{110}	{111}	{0001}
滑移方向	<111>	<110>
滑移系个数
密排面原子堆垛
堆垛方式	BCC没有另外两种致密，堆垛层间为ABCDEF	FCC和HCP密排面上原子的堆垛方式完全相同，每个原子均相切，每个球接触到的同种球的个数为12，为纯金属中最密集的结构，FCC:ABCABC；HCP:ABABAB

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1.9、影响置换固溶体溶解度的因素

(1).晶体结构：晶体结构相同是形成无限互溶的固溶体的必要条件；

(2).原子尺寸：原子半径差△r<15%时，利于形成溶解度较大的固溶体，△r>15%时，溶解度下降；

(3).化学亲和力：电负性越接近，越易溶；

(4).原子价因素：溶质原子价浓度越高，越易形成化合物，溶解度越低；

(5).价电子因素：合金中价电子数目与原子数目的比值e/a=1.4为极限浓度，e/a>1.4时固溶体不稳定，易形成其它相；高价在低价中的溶解度大于低价在低价中的溶解度；

(6).温度：温度越高，溶解度越大；

1.10、固溶体性质

(1).点阵常数的改变：

对置换固溶体来说，rB>rA时，溶质原子周围点阵常数膨胀，平均点阵常数增大；而rB<rA时，溶质原子周围点阵常数收缩，平均点阵常数减小；

对间隙固溶体来说，点阵常数随溶质原子总是增大的，这种影响比置换固溶体大得多；

(2).产生固溶强化；

(3).物理和化学性质改变：随着固溶度增加，点阵畸变增大，电阻率增加，同时电阻温度系数降低。

2、位错

2.1、刃型位错、螺型位错、混合位错

	刃型位错	螺型位错	混合位错
定义	一种一维线缺陷，形态上可描述为晶体中存在的多余半原子面的末端附近区域所形成的原子错排组态	一种一维线缺陷，形态上可描述为相互平行的相邻晶面间依次错粘合在一起形成的螺旋斜面的中心线附近区域所形成的原子错排	当柏氏矢量与位错线既不平行也不垂直而交成任意角度时，则是刃型位错和螺型位错组成的混合位错
图形
移动关系

2.2、柏式回路、柏氏矢量

柏式回路：在实际晶体中的任意一个原子出发，围绕位错（避开位错线附近的严重畸变区）作一回路，要求柏氏回路的方向和位错线的正方向成右螺旋关系，回路的每一步都联结相邻的原子，在完整晶格中按同样的方法和步数作相同的回路，结果回路并不封闭，由终点向起点引一矢量 ，使得该回路闭合，矢量就称为位错的柏氏矢量；

柏氏矢量：是反映位错周围点阵畸变积累的物理量，矢量方向表示位错的性质和取向，而大小表示畸变的强度，称为位错强度；

柏氏矢量的特征：①.守恒性：与回路起点及其途经无关；②.矢量性：一个柏氏矢量可以分解为几个柏氏矢量位错，则分解后之和与原来相等；③.唯一性：一根位错线有唯一的柏氏矢量；④.连续性：位错有连续性，不能中断于晶体内部，可以形成位错环或终止于晶界。

2.3、单位位错、位错密度

单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错；

位错密度：单位体积内含有位错线的总长度，实际中定义为单位面积内穿过位错线长度；

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3.7、晶粒尺寸、晶粒个数

晶粒尺寸：从材料任一横截面上测量的晶粒直径的平均值；

晶粒个数 ；

3.8、晶界的特征

①.点阵畸变大，存在晶界能；

②.原子排列不规则，宏观表现为晶界强度和硬度高于晶内；

③.原子在晶界处扩散速度比晶内快，晶界处原子偏离平衡位置，具有高的动能，并且存在诸如空穴、杂志原子、位错等缺陷；

④.固态相变时新相易于在晶界处优先形核；

⑤.晶界能高，原子处于不稳定状态，杂质原子富集，晶界腐蚀速度快；

二、相关课后题

例1：Calculate the equilibrium number of vacancies per cubic meter for copper at 1000℃. The energy for vacancy formation is 0.9eV/atom. The atomic weight and density (1000℃) for copper are 63.5g/mol and 8.40g/cm3, respectively.

Solution:

，

；

Farther consideration:

。

由此可见：材料中缺陷数是一个非常大的绝对值，却是一个非常小的相对值。

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第十一章：相变

一、知识要点

1、匀晶反应、共晶反应、共析反应、包晶反应

匀晶反应：由液相结晶出单相固溶体的过程， ；

共晶反应：随着冷却过程，一个液相等温可逆地转变为两个紧密结合的新固相的反应， ；

共析反应：随着冷却过程，一个固相等温可逆地转变为两个紧密结合的新固相的反应， ；

包晶反应：随着冷却过程，一个固相和一个液相等温可逆地转变为一个新固相的反应， ；

2、奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体、贝氏体、马氏体

奥氏体：具有面心立方结构的 ，碳溶解于 中形成的间隙固溶体；

铁素体：具有体心立方结构的 ，碳溶解于 中形成的间隙固溶体；

渗碳体：铁与碳形成的化合物Fe3C，含碳量为6.69%；

珠光体：由共析成分的奥氏体转变而得到的在一些钢和铸铁中出现的显微结构，是由 和渗碳体交互形成的层状或片状的组成；

索氏体：钢经正火或等温转变所得到的铁素体与渗碳体的机械混合物，索氏体组织属于珠光体类型的组织，但其组织比珠光体组织细；

屈氏体：通过奥氏体等温转变所得到的由铁素体与渗碳体组成的极弥散的混合物，是一种最细的珠光体类型组织，其组织比索氏体组织还细；

莱氏体：由液态金属发生共晶反应的 与Fe3C形成的共晶体(WC=4.3%)，其温度高于727℃；

变态莱氏体：室温时，莱氏体中的奥氏体转变为珠光体，为P与Fe3C的机械混合物，金相为鱼骨状；

贝氏体：钢与合金中发生的奥氏体的转变产物，珠光体和马氏体转变发生的温度区间产生贝氏体，贝氏体的显微组织结构由 和精细分散的碳化物组成；

马氏体：过饱和碳的亚稳态相，是奥氏体的无扩散转变产物；

回火马氏体：加热温度约为150-200℃，回火后得到的碳在 中过饱和度减小的固溶体；

回火屈氏体：回火温度为350~500摄氏度，由马氏体在低于珠光体形成温度时分解而得到铁素体基体与大量弥散分布的细粒状渗碳体的混合组织，叫做回火屈氏体，也叫极细珠光体。即碳化物和a-相的混合物。

回火索氏体：回火索氏体是马氏体于高温回火（500℃—600℃）时形成的，在光学金相显微镜下放大500~600倍以上才能分辨出来，其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织，它也是马氏体的一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物的混合物，此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物，常温下是一种平衡组。

3、共晶结构、共晶相

共晶结构：具有共晶成分的液体凝固得到的两相显微结构组织；

共晶相：共晶结构中存在的两相中的一相。

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(2014-1998)材料科学基础17年真题

吉林大学研究生入学考试材料科学基础2014年真题

1、名词解释（50分）

1.1 均聚物和共聚物

1.2 本征半导体和掺杂半导体

1.3 金属键和氢键

1.4 离子晶体中的弗伦克尔缺陷和肖脱基缺陷

1.5 铁碳合金中的马氏体和回火马氏体

1.6 位错和柏氏矢量

1.7 共晶反应和包晶反应

1.8 晶体点阵和晶胞

1.9 高分子材料中的链节与单体

1.10交联型聚合物和硫化

2、简答下列问题（40 分）

2.1 画出BCC晶胞中的（110）晶面在晶胞中位置示意图，并在这个晶面上画出两个属于<111>的晶向。

2.2 对比说明铝铜合金的固溶+人工时效处理工艺和铁碳合金的淬火+回火的工艺过程和强化机理。

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吉林大学研究生入学考试材料科学基础2013年真题

1、对比解释下列概念（50 分）

1.1 晶体 非晶体 准晶体

　　1.2 比强度 屈服强度

　　1.3 自然时效 人工时效 过时效

　　1.4 弹性变形 滞弹性

　　1.5 点缺陷 面缺陷 线缺陷

　　1.6 均匀形核和非均匀形核

　　1.7 冷加工 热加工

　　1.8 结晶 再结晶

　　1.9 韧性断裂 脆性断裂

　　1.10共晶反应 共析反应

2、简答下列问题（40 分）

　　2.1 试画出刃型位错，螺型位错的位错线与柏氏矢量的关系图，并说明在切应力作用下，刃型位错线的滑移方向和晶体的滑移方向以及螺型位错位错线滑移方向及晶体滑移方向。

　　2.2 结晶和玻璃转变过程的异同，以及两者形成材料的性能特点。

　　2.3 金属晶体，陶瓷晶体，聚合物晶体在结构和性能上的异同。

　　2.4 画出面心立方的晶体结构，并给出r和晶格常数a的关系。写出面心立方晶体所涉及的滑移面以及滑移方向以及滑移系个数，比较其与密排六方晶体塑性变形能力的大小并给出解释。

3、论述题（30 分）

3.1 Consider one such alloy that initially has a uniform carbon concentration of 0.25wt% and is to be treated at 950℃. If the concentration of carbon at the surface is suddenly brought to and maintained at 1.20wt%, how long will it take to achieve a carbon content of 0.80wt% at a position 0.5mm below the surface? The diffusion coefficient for carbon in iron at this temperature is 1.6×10-11 m2/s; assume that the steel piece is semi-infinite.

　　3.2 在同一坐标系中画出金属晶体和半晶态聚合物的应力应变曲线。两曲线分别可以分为几个阶段？各个阶段发生了哪些变化？并说明两种材料强化和软化的机理。

4、画图讨论题（30 分）

　　4.1 给出的钢是1.0%的过共析钢，回答下列问题：

　　（1）画出完整的 Fe-Fe3C 相图，标出关键点的温度和成分。

　　（2）写出各相区的相组成物和组织组成物。

　　（3）写出1.0%钢冷却过程的组织转变过程，画出冷却曲线，并示意画出各阶段组织变化过程。计算Fe3CⅡ的含量。

　

吉林大学研究生入学考试材料科学基础2012年真题

1、名词解释

1.1 线型，支链型，交联型高分子

1.2 点缺点，面缺陷，线缺陷

1.3 稳态、非稳态扩散

1.4 金属键、共价键、分子键

1.5 穿晶断裂、沿晶断裂

1.6 均匀形核、非均匀形核

1.7 固溶体、间隙固溶体、置换固溶体

1.8工程应力，工程应变，真应力，真应变

1.9 金属晶体塑性变形中的滑移线、滑移面

1.10 过饱和固溶体的连续脱溶、不连续脱溶

2、简答题

2.1、根据电中性原理，分析陶瓷晶体中存在的点缺陷类型和结构；

2.2、叙述Frank-Read位错源增殖过程；

2.3、叙述钢中淬火马氏体在回火过程中的组织转变过程，并指出该过程中各阶段材料性能的特点；

2.4、画出BCC晶胞，并标出<111>晶向、(110)晶面上的原子分布。

3、铁碳相图

3.1画出完整的铁碳相图，并回答下列问题；

(1).标出关键点的成分和温度；

(2).写出各相区的相组成物和组织组成物；

(3).铁碳合金的室温组织由20%的 相和80%的珠光体组成，计算出该合金的化学成分；

(4).写出上述问题(3)中合金从液相到室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和主要阶段的组织示意图。

4、分析题

4.1、画出半结晶态高分子材料的拉伸变形和断裂的应力-应变曲线，该曲线可以划分出哪几个阶段？每个阶段中材料的内部发生了哪些变化？

4.2、结合共析钢TTT曲线，设计几种冷却方式，分别从过冷奥氏体中获得如下几种组织。

（1）100%马氏体；

（2）100%贝氏体；

（3）100%珠光体；

（4）珠光体+铁素体；

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吉林大学研究生入学考试材料科学基础2008年真题

1、对比解释下列概念（50分）

1.1 半导体、聚合物

1.2 金属晶体结构、陶瓷晶体结构

1.3 螺型位错、混合型位错

1.4 共价键、范德华健

1.5 晶胞、晶粒

1.6 间隙扩散、空位扩散

1.7 弹性变形、滞弹性

1.8 滑移、滑移系

1.9 中间固溶体、金属间化合物

1.10 固溶处理、人工时效

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吉林大学研究生入学考试材料科学基础2003年真题

1、对比解释下列概念

1.1共晶转变、匀晶转变

1.2空间点阵、晶体结构

1.3滑移带、位错的滑移

1.4再结晶、动态再结晶

1.5扩散、上坡扩散

1.6马氏体转变、珠光体转变

2、绘出Fe-Fe3C相图，标出P、S、E、C点的成分，共晶转变和共析转变的温度各相区的平衡相。并

（1）分析1.2%C碳钢从液态冷却到室温时的平衡结晶过程，画出结晶过程示意图。

（2）回答室温下该合金的平衡组织中有哪几种组织。

（3）计算室温下该合金各组织组成物的相对含量。

3、比较说明均匀形核和非均匀形核的异同点，说明非均匀形核比均匀形核容易的原因，探讨优良的形核剂应该具备的共同特征。

4、比较纯金属结晶过程和固溶体结晶过程中哪一个更容易结晶出树枝状晶？为什么？对铸造组织有何影响？

5、画示意图说明三元合金匀晶合金相图的变温截面和二元匀晶合金相图之间的差别。

6、说明金属塑性变形过程中产生加工硬化的原因，及其对机械零件生产和服役过程的意义。

7、比较淬火后的回火产物（回火珠光体、回火索氏体、回火屈氏体）和奥氏体直接分解产物（珠光体、索氏体、回火屈氏体）之间的力学性能上的差别。在材料使用过程中如果用后者代替前者，可能存在的技术风险有哪些？生产成本有哪些差别？

8、画出立方晶系{111}晶面族示意图，写出该晶面族中各晶面的晶面指数。

9、比较说明珠光体转变和马氏体转变的异同。

学习了，不错，讲的太有道理了

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