【冲刺】2027 年中国铁道科学研究院 080500 材料 科学与工程《803 材料科学基础 2：材料科学基础》 考研冲刺模拟五套题及参考答案

考研专业课模拟试题 模拟试题简介 试题名称： 【冲刺】2027 年中国铁道科学研究院 080500 材料科学与工程《803 材料科学基础 2：材料科学基础》考 研冲刺模拟五套题及参考答案 试题题型： 名词解释+计算题+简答题+综合分析题 参考书目： 《材料科学基础》胡赓祥 适用院系： （000）不分院系所

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考研专业课模拟试题 目录 2027 年中国铁道科学研究院 080500 材料科学与工程《803 材料科学基础 2：材料科学基础》考研冲刺模 拟五套题及参考答案（一） ............................................................................................................................4 2027 年中国铁道科学研究院 080500 材料科学与工程《803 材料科学基础 2：材料科学基础》考研冲刺模 拟五套题及参考答案（二） ..........................................................................................................................15 2027 年中国铁道科学研究院 080500 材料科学与工程《803 材料科学基础 2：材料科学基础》考研冲刺模 拟五套题及参考答案（三） ..........................................................................................................................27 2027 年中国铁道科学研究院 080500 材料科学与工程《803 材料科学基础 2：材料科学基础》考研冲刺模 拟五套题及参考答案（四） ..........................................................................................................................35 2027 年中国铁道科学研究院 080500 材料科学与工程《803 材料科学基础 2：材料科学基础》考研冲刺模 拟五套题及参考答案（五） ..........................................................................................................................46

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考研专业课模拟试题 2027 年考研专业课模拟试题-冲刺阶段使用 2027 年中国铁道科学研究院 080500 材料科学与工程《803 材料科学基础 2：材料科学基础》考研冲刺模 拟五套题及参考答案（一） 一、名词解释 1． 金属键青岛掌ㅎ心博イ阅电子书 【答案】金属正离子与自由电子之间的相互作用所构成的金属原子间的结合力称为金属键。 2． 均匀形核 【答案】在均一相中靠自身结构起伏和能量起伏等条件形成晶核。 3． 滑移系 【答案】晶体中一个可滑移面及该面上一个可滑移晶向合称一个滑移系。 4． 临界形核功 【答案】形成临界晶核时自由能的增量。 5． 晶胞 【答案】构成晶格的最基本单元。 6． 金属间化合物 【答案】 金属与金属、 金属与某些非金属之间形成的化合物， 结构与组成金属间化合物的纯金属不同， 一般具有熔点髙、硬度高、脆性大的特点。 二、计算题 7． 已知纯铜的熔化潜热为 度为 230K，

，熔点为 ，点阵常数为 ，发生均匀形核的过冷 。求铜的临界晶核半径 及临界晶核中所含的铜原子数。

【答案】临界晶核半径青岛掌㈄心博阅电子书

临界晶核体积 铜为面心立方结构，每个晶胞含有 4 个铜原子。晶胞体积

故临界晶核中所含的铜原子数

个

8． 铝酸钇 的晶体结构为钙钛矿型，钇占据角顶位置，氧占据面心位置，铝占据体心位置。已知 铝 、 钇 和 氧 的 电 负 性 分 别 为 1.61 、 1.22 、 3.44 ， 离 子 半 径 分 别 为 67.5pm 、 104pm 、 126pm 。(1)圆出结构；(2)判断键性；(3)铝填充的是什么空隙，计算说明其配位数是否合理； (4)用鲍林规则分析其结构稳定性。 【答案】如图 1 所示。青岛掌ы心博➷⋛阅电子书

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图1 (2)键型由原子电负性差值决定： 为离子键。 为离子键。 (3)铝填充的是氧八面体空隙，其配位数由正负离子半径比决定： ，铝离子配位数 CN=6，合理。 (4)鲍林规则，负离子电价等于其周围正离子配给该负离子各静电键强度的总和，与氧相邻的有 4 个 和2个 ，即: 该结构是稳定的。 9 ． 将一根横截面积为 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 ，棒轴的初始取向为 ，请回 【答案】 (1)初始滑移系统(要求写出具体指数)。 (2)滑移开始时的转动规律和转轴。 (3)双滑移系统。 (4)双滑移开始时晶体的取向(即此时棒轴方向)。 (5)双滑移开始时的轴向压力 P(不考虑物理硬化)。 (6)晶体最终的稳定取向(假设试棒在达到稳定取向前不断裂)。 答:见下图。

(1) (2)因为是压缩，所以转动规律： (3)双滑移系统： (4)双滑移开始时晶体的取向： 用晶带关系求解

图 取向三角形，初始滑移系统： ，转轴 。 。

。

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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：

。

10．再结晶过程的温度－时间关系遵守阿尔亨纽斯关系，下图是铝在变形 75%再结晶时的时间与温度关 系， 其中开始再结晶的曲线如图中 。问 ， 再结晶结束曲线如图中 。 已知 温度下使用能否发生再结晶？并求再结晶激活能 Q。

图 【答案】

将 代入上式，解得 该直线方程为

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考研专业课模拟试题 图 14． 有一面心立方金属的 滑移系的临界分切应力为 0.82MPa,拉力轴与 X 轴夹角为 轴夹角为 ，与 Z 轴夹角为 ，当沿该方向拉伸时，求材料的屈服强度。 【答案】设力轴的晶向指数为 ，与 X、Y、Z 轴的夹角分别为 ，则 ， 与Y

所以 滑移系，其中之一为

，即拉力轴方向为[121],参考(001)标准极图可找出 2 个等效 ，故

所以

三、简答题 15．何为成分过冷？说明其产生原因。其主要影响因素有哪些？在单晶生长中如何克服？ 【答案】(1)由于第二成分的加入，在固液界面处，熔体凝固点下降，远离界面的熔体仍然保持高熔 点，由于杂质存在，固液界面处存在分配系数 ，式中 D 为扩散系数，造成 ，杂质浓度高于平均浓度 ，随距离变化为：

，当熔体冷却速度较大

时，液态温度低于凝固温度，造成液滴被晶体所包围，形成散射颗粒，这种现象称为成分过冷。 (2)克服成分过冷可加大温度梯度，减小生长速率 R。 16．再结晶完成后的晶粒长大过程中，晶粒的平衡形貌(二维条件下)是直的六边形；多于六边的晶粒将吞 并少于六边的晶粒两长大。解释原因。青岛掌ж心博阅电子书 【答案】晶粒呈直六边形且两边界成 夹角时，各界面张力平衡，晶界稳定，如下图 a 所示；若晶 粒呈直七边形，则外角小于 而造成过大的向外的界面张力合力，从而使三叉晶界结点 A 向晶外移动到 B，以保持结点处的界面张力平衡到保持 的夹角关系；其结果使相邻两侧晶界为向外凹的弯曲界面，产 生向外的压应力并向外迁移，从而使该晶粒 1 变大，2、3 晶粒缩小，如下图 b、c 所示。少于六边晶粒的 变化可类似讨论。

图

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图 【答案】由图査得

图 将以上两个式子相除

两边取对数

将

代入，解出

8． 画出面心立方与体心立方的初级晶胞，求出基矢及基矢之间的夹角。 【答案】面心立方晶胞可取作菱形如图 1 所示，菱形的三个基矢青岛掌е心博┼阅电子书

基矢间的夹角 cos =1/2 所以

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考研专业课模拟试题 三、简答题 15．试分析冷变形量对再结晶晶粒尺寸的影响。青岛掌ㅗ心博阅电子书 【答案】当冷变形度小于临界变形度时，再结晶后晶粒基本保持冷变形前的状态，因储存能很少， 实际上再结晶并没有进行，因此冷变形量与再结晶晶粒的尺寸无关；当冷变形度增大至临界变形度时， 冷变形储存能足以驱动苒结晶的进行，但因整体变形度小且不均匀，只有少数变形度大的地方能够形成 晶核并长大，此时因 G＞＞N，仅有少数晶核形成又迅速长大，故再结晶后晶粒达到最大；超过临界变形 度后，冷变形量与再结晶晶粒的尺寸成反比，当变形度达到一定的数量时，晶粒尺寸基本不变。青岛掌 ㅠ心博┨阅电子书 16．某固溶体合金的相图如下图所示，试根据相图确定： 成分分别为 l0%B 和 50%B 的合金，若凝固时均发生偏析，哪种合金的偏析程度更大，为什么？

图 【答案】成分为 50%的合金偏析更大，这是因为固态时的成分偏析是由于固溶体合金凝固过程中存在 溶质分配现象造成的。含 Ni50%的铸件在凝固过程中溶质变化的浓度差值大，而且凝固过程中经过温度变 化的区间也大，这些都会造成溶质分配的不均匀程度增加，因此凝固后铸件的偏析越严重。 17．试指出三种以上细化金属材料晶粒的方法及其原理。 【答案】(1)增加过冷度。由于晶粒数与形核率 N 成正比，而与晶粒长大速率 成反比，所以提高 就可细化晶粒。而且当增大过冷度时，虽然 N 与 都增大，而 N 增大速率比 快。因此， 随 过冷度的增加而增大，即晶粒变细。 (2)加入形核剂。在熔液凝固前加入一些细小的形核剂，使之分散在熔液中，作为不均匀形核所需的 现成基底，这样能使晶核数大大提高，晶核显著细化。 (3)震动细化。使金属熔液在振动作用下进行凝固，一方面提高了液相的形核率，另一方面使生长的 晶体破碎，从而提供更多的结晶核心，从而达到细化晶粒的目的。 18．简述纯金属晶体长大的机制。青岛掌ш心博♬阅电子书 【答案】晶体长大机制是指晶体微观长大方式，它与液-固界面结构有关。 具有粗糙界面的物质，因界面上约有 50%的原子位置空着，这些空位都可接受原子，故液体原子可以 单个进入空位，与晶体相连接，界面沿其法线方向垂直推移，呈连续式长大。 具有光滑界面的晶体长大，不是单个原子的附着，而是以均匀形核的方式，在晶体学小平面界面上形 成一个原子层厚的二维晶核与原界面间形成台阶，单个原子可以在台阶上填充，使二维晶核侧向长大，在 该层填满后，则在新的界面上形成新的二维晶核，继续填满，如此反复进行。青岛掌㈄心博阅电子书 若晶体的光滑界面存在有螺型位错的露头，则该界面成为螺旋面，并形成永不消失的台阶，原子附着 第 51 页 共 55 页

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