材料科學(xué)基礎(chǔ)考題1

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)考題卷一、名詞解釋（任選 5 題，每題 4分，共 20 分） 單位位錯；交滑移；滑移系；偽共晶；離異共晶；奧氏體；成分過冷二、選擇題（每題 2分，共 20分）1 在體心立方結(jié)構(gòu)中，柏氏矢量為 a110的位錯（ ）分解為 a/2111+a/2111 .（A）不能 （B） 能 （C） 可能 2原子擴(kuò)散的驅(qū)動力是： （ ）（A）組元的濃度梯度 （B） 組元的化學(xué)勢梯度 （C） 溫度梯度 3凝固的熱力學(xué)條件為：（ ）（ A）形核率（B）系統(tǒng)自由能增加（ C）能量守衡（D）過冷度4在 TiO2 中，當(dāng)一部分 Ti4+還原成 Ti3+，為了平衡電荷就出現(xiàn)（ ）（A） 氧離子空位 （B） 鈦離子

2、空位 （C）陽離子空位 5在三元系濃度三角形中，凡成分位于（ ）上的合金，它們含有另兩個頂角所 代表的兩組元含量相等。（A）通過三角形頂角的中垂線（B）通過三角形頂角的任一直線（ C）通過三角形頂角與對邊成 45°的直線6有效分配系數(shù) ke 表示液相的混合程度，其值范圍是（）（ A） 1<ke<k0（B）k0<ke<1（ C） ke<k0<17A和 A-B合金焊合后發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)， 測得界面向 A試樣方向移動， 則（ ） （A）A 組元的擴(kuò)散速率大于 B 組元（B）與（ A）相反（C）A、B兩組元的擴(kuò)散速率相同8A和 B組成的二元系中出現(xiàn)和兩相平

3、衡時， 兩相的成分（ x）-自由能（G） 的關(guān)系為（ ）（ A） G = G（ B） dG= dG （ C） GA= GB9凝固時不能有效降低晶粒尺寸的是以下那種方法？（）（A）加入形核劑 （ B）減小液相的過冷度（C）對液相進(jìn)行攪拌10菲克第一定律表述了穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的特征，即濃度不隨（）變化。（ A）距離（B）時間（ C）溫度三、簡答題（ 20 分）（4 分）1. 從結(jié)晶條件和過程分析純金屬和單相固溶體合金結(jié)晶時的異同點(diǎn)。（6 分）2. 簡述塑性變形對材料組織和性能的影響。（10分） 3. 試用位錯理論解釋低碳鋼冷拉伸變形時的屈服現(xiàn)象。四、作圖與計算題（每題 10分，共 40分）1. 畫出 Fe

4、-C 相圖，并將相圖中的相區(qū)按組織加以標(biāo)注。2. 假設(shè)某面心立方晶體可以開動的滑移系為 ，請回答：（1）給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量；（2）若滑移位錯為純?nèi)形诲e，請指出其位錯線方向；若滑移位錯為純螺位錯， 其位錯線方向又如何？3圖示為 Pb-Sn-Bi 相圖投影圖。問：（ 1）寫出合金 Q（wBi0.7，wSn 0.2）凝固過程及室溫組織； （2）計算合金室溫下組織組成物的相對含量。4. 根據(jù)圖示 A-B二元共晶相圖（共晶溫度為 600），將 （B）=10%的合金，用 同樣成分的籽晶在固相無擴(kuò)散、液相完全不混合的條件下進(jìn)行定向凝固制成單 晶，為了保持液 - 固界面在整個凝固過程中處于平直狀態(tài)

5、，試計算界面處液相所 需的最小溫度梯度 （G） 。（已知凝固速度 R=1cm/h，D=2×10-5cm2/s）材料科學(xué)基礎(chǔ)考題答案卷一、名詞解釋 (任選 5題，每題 4分，共 20 分) 單位位錯；交滑移；滑移系；偽共晶；離異共晶；奧氏體；成分過冷 答：單位位錯：柏氏矢量等于單位點(diǎn)陣矢量的位錯稱為單位位錯。交滑移：兩個或多個滑移面沿著某個共同的滑移方向同時或交替滑移， 稱為交滑 移。滑移系：一個滑移面和此面上的一個滑移方向合起來叫做一個滑移系。 偽共晶：在非平衡凝固條件下， 某些亞共晶或過共晶成分的合金也能得全部的共 晶組織，這種由非共晶成分的合金所得到的共晶組織稱為偽共晶。離異共晶

6、： 由于非平衡共晶體數(shù)量較少， 通常共晶體中的相依附于初生相生 長，將共晶體中另一相推到最后凝固的晶界處， 從而使共晶體兩組成相相間的 組織特征消失，這種兩相分離的共晶體稱為離異共晶。奧氏體：碳原子溶于 -Fe 形成的固溶體。成分過冷： 在合金的凝固過程中， 將界面前沿液體中的實(shí)際溫度低于由溶質(zhì)分布 所決定的凝固溫度時產(chǎn)生的過冷稱為成分過冷。二、選擇題 (每題 2分，共 20 分)1在體心立方結(jié)構(gòu)中，柏氏矢量為 a110的位錯( A )分解為 a/2111+a/2111 .(A) 不能 (B) 能 (C) 可能 2原子擴(kuò)散的驅(qū)動力是： ( B )(A) 組元的濃度梯度 (B) 組元的化學(xué)勢梯度

7、 (C) 溫度梯度 3凝固的熱力學(xué)條件為：( D )( A)形核率(B)系統(tǒng)自由能增加( C)能量守衡(D)過冷度4在 TiO2 中，當(dāng)一部分 Ti4+還原成 Ti3+，為了平衡電荷就出現(xiàn)( A)(A) 氧離子空位 (B) 鈦離子空位 (C)陽離子空位5在三元系濃度三角形中，凡成分位于(A )上的合金，它們含有另兩個頂角所代表的兩組元含量相等。(A)通過三角形頂角的中垂線(B) 通過三角形頂角的任一直線( C)通過三角形頂角與對邊成 45°的直線6有效分配系數(shù) ke 表示液相的混合程度，其值范圍是( B )（A）1<ke<k0 （B）k0<ke<1（C）ke&

8、lt; k 0 <17A和 A-B合金焊合后發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)， 測得界面向 A試樣方向移動，則（ A ） （A）A 組元的擴(kuò)散速率大于 B 組元（B）與（ A）相反（C）A、B兩組元的擴(kuò)散速率相同8A和 B組成的二元系中出現(xiàn)和兩相平衡時， 兩相的成分（ x）-自由能（G） 的關(guān)系為（ B ）（ A） G = G（ B） dG= dG （ C） GA= GB9凝固時不能有效降低晶粒尺寸的是以下那種方法？（ B ） （A）加入形核劑 （ B）減小液相的過冷度（C）對液相進(jìn)行攪拌10菲克第一定律表述了穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的特征，即濃度不隨（B ）變化。（ A）距離（B）時間（ C）溫度三、簡答題 （20

9、分） （4 分）1. 從結(jié)晶條件和過程分析純金屬和單相固溶體合金結(jié)晶時的異同點(diǎn)。 （8 分）2. 簡述塑性變形對材料組織和性能的影響。（8 分）3. 試用位錯理論解釋低碳鋼冷拉伸變形時的屈服現(xiàn)象。1.答：相同點(diǎn)：結(jié)晶條件都需要過冷度， 結(jié)晶過程都經(jīng)過形核和長大。（2 分）不同點(diǎn)：純金屬是在恒溫結(jié)晶， 其形核只需要能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏。 而單相固溶 體合金是在一個溫度范圍內(nèi)結(jié)晶， 其形核不但需要能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏， 還需要 成分起伏。（ 2 分）2. 答：組織結(jié)構(gòu)： （1）形成纖維組織：晶粒沿變形方向被拉長； （2）形成位錯胞； （3）晶粒 轉(zhuǎn)動形成變形織構(gòu)。（3 分）力學(xué)性能：位錯密度增大，位錯

10、相互纏繞，運(yùn)動阻力增大，造成加工硬化。（1 分）物理化學(xué)性能： 其變化復(fù)雜， 主要對導(dǎo)電，導(dǎo)熱，化學(xué)活性，化學(xué)電位等有影響。（2 分）體系能量：包括兩部分： （1）因冷變形產(chǎn)生大量缺陷引起點(diǎn)陣畸變，使畸變能增 大； （2）因晶粒間變形不均勻和工件各部分變形不均勻引起的微觀內(nèi)應(yīng)力和宏觀 內(nèi)應(yīng)力。這兩部分統(tǒng)稱為存儲能，其中前者為主要的。（2 分）3. 答：低碳鋼中的少量碳、氮原子與晶體中的位錯發(fā)生交互作用， 主要是彈性交互作用， 形成柯氏氣團(tuán)，對位錯起釘扎作用，使其運(yùn)動阻力增大，導(dǎo)致應(yīng)力 -應(yīng)變曲線上 出現(xiàn)上屈服點(diǎn)， 當(dāng)位錯擺脫柯氏氣團(tuán)的釘扎作用后， 應(yīng)力下降出現(xiàn)下屈服點(diǎn)， 發(fā) 生屈服伸長（ 2

11、分）；繼續(xù)變形，由于位錯密度增加產(chǎn)生應(yīng)變硬化作用，應(yīng)力又 復(fù)提高（ 2 分）。這時卸載后立即加載，由于位錯已擺脫柯氏氣團(tuán)的釘扎作用， 故不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象（ 2 分）；若放置一段時間或加熱一定時間，由于碳、氮原子 又與位錯發(fā)生交互作用形成柯氏氣團(tuán)，故又出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，因位錯密度的增加， 故此時的屈服應(yīng)力升高（ 2 分）。三、作圖與計算題（每題 10分，共 40 分）1. 畫出 Fe-C 相圖，并將相圖中的相區(qū)按組織加以標(biāo)注。 答：圖 5 分，組織標(biāo)定 5 分2. 假設(shè)某面心立方晶體可以開動的滑移系為 ，請回答：（ 1） 給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量；（2）若滑移位錯為純?nèi)形诲e，請指出其位錯線方向；

12、若滑移位錯為純螺位錯， 其位錯線方向又如何？答：（ 1 ）單位位錯的柏氏矢量2 ）純?nèi)形诲e的位錯線方向與4 分）為 （3 分）；b 垂直，且位于滑移面上，純螺位錯的位錯線與 b 平行，為3圖示為 Pb-Sn-Bi 相圖投影圖。（1）寫出合金 Q（ wBi0.7，wSn0.2）凝固過程及室溫組織；（2）計算合金室溫下組織組成物的相對含量。答：（1）冷卻至液相面析出 Bi ：L Bi 初，隨溫度降低 Bi 增多，液相成分延 Bi-Q 的延長線向 E3E 移動；液相成分達(dá)到 E3E 后發(fā)生共晶反應(yīng)， L （SnBi）共，液 相成分延 E3E 向 E移動；液相成分達(dá)到 E 后，發(fā)生三元共晶反應(yīng) L （SnBi ）共，隨后冷卻不再變化。（5 分）室溫組織為： Bi 初（ Sn Bi ）共（ SnBi ）共（2 分）（2）wBi 初2.88 ；w（SnBi）共0.407 ； w（SnBi ）共 0.305（3 分）4. 根據(jù)圖示 A-B二元共晶相圖（共晶溫度為 600），將 （B）=10%的合金，用同樣成分的籽晶在固相無擴(kuò)散、液