《材料科學基礎I》A卷答案-

1、上海應用技術學院20102011學年第二學期 材料科學基礎I期（中?末）（A?B?C?D）試卷課程代碼：B301372 學分：2.5考試時間：100 分鐘課程序號：1027929,1027930班級:學號:姓名:我已閱讀了有關的考試規(guī)定和紀律要求，愿意在考試中遵守考場規(guī)則，如有違反將愿接受相應的處理？題號-一一二三四五六七八九十總分應得分101030：3515100 1實得分試卷共 4頁，請先查看試卷有無缺頁，然后答題？一?名詞解釋：（每題2分，共10分）固態(tài)相變:不同固相之間的轉變稱為固態(tài)相變？珠光體:鐵素體與滲碳體的機械混合物，稱為珠光體？均勻形核：新相晶核是在母相中均勻地生成的，即晶核由

2、液相中的一些原子 團直接形成，不受雜質粒子或外表面的影響？合金:由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)熔煉 ？燒結或其他方法組 合而成并具有金屬特性的物質？致密度:晶胞中原子體積與晶胞體積之比值？二.選擇題：（每空1分，共10分）1、鐵碳相圖中共析轉變溫度是（C ）?A 1495EB 1148C C 727°C2、均勻形核時，過冷度越大，臨界晶核半徑（B ）?A越大 B越小 C不變3、 由一種液相和一種固相反應形成另外一種固相的過程稱為（A ）?A包晶轉變B勻晶轉變 C共晶轉變 4、共晶反應的表達式為（C ）?C. Lr 二-5?Fe-C合金中從奧氏體中析出的滲碳體稱為（B ），從鐵

3、素體中析出的滲碳體稱為（C ）?A 一次滲碳體；B二次滲碳體；C三次滲碳體6?Cu晶體具有（B ）結構,晶體的鍵型是（D ） ?A體心立方B面心立方C密排六方D金屬鍵 E離子鍵F共價鍵G范德華力H氫鍵7?體心立方結構的密排方向是（D ），面心立方結構的密排面是（C ）?A .（001）; B. 001; C. （111）; D. 111; E. （011）; F. 011三?問答題:（每題5分共30分）1、液固相間的界面結構是怎樣影響核心長大機制的？答:晶體長大的形態(tài)與液？固兩相的界面結構有關，相界面結構分為光滑界面和粗 糙界面兩類？-2分a. 連續(xù)長大-粗糙界面，垂直式長大-1分b. 二維形

4、核-光滑界面,臺階式成長；界面上反復形核，罕見-1分c. 藉螺型位錯生長一光滑界面，永不消失的臺階，速度較慢-1分2、為什么在有過冷度下才能凝固？答：由純晶體的液？固兩相的自由能隨溫度變化曲線可以得知：液相的自由能隨溫 度變化曲線的斜率較大，而固相的自由能隨溫度變化曲線的斜率較小，兩條斜率 不同的曲線必然相交于一點，該點表示液？固兩相的自由能相等，此時兩相處于平 衡而共存，既不能完全結晶，也不能完全熔化，此溫度即為理論凝固溫度，也就是 晶體的熔點Tn?-2分由熱力學第二定律可知，過程自發(fā)進行的方向是體系自由能降低的方向，因 此要發(fā)生結晶則體系溫度必須降至低于 Tn溫度,而熔點Tn與實際凝固溫度

5、T之差 稱為過冷度？ -2 分另外,在一定溫度下，從一相轉變?yōu)榱硪幌嗟淖杂赡茏兓癁槭街校?T=Tm-T是熔點Tmff實際凝固溫度T之差？由上式可知,要使 Gv<0，必須使 A T>0,即T<Tm,所以在有過冷度下才能凝固？-1 分AG » Gs to崔-son3?比較空間點陣與晶體結構的區(qū)別？答:空間點陣與晶體結構的區(qū)別為：空間點陣是由無數(shù)幾何點在三維空間排列成的規(guī)則陣列，是晶體中質點排列的幾何學抽象？只有14種類型？-2分晶體結構則是晶體中質點在空間的具體排列方式？實際質點的排列是無限的？-2分簡言之,晶體結構=空間點陣+基元（原子？分子or離子）-1分4?畫出一

6、個立方晶胞的立體圖，并注明各晶軸及軸間夾角？答:5、在立方晶胞中畫出以下晶面和晶向：(010)?(312)?(111)?211?110?321 ?(O,hO)J211321(0,1,0)6?寫出菲克第二定律的表達式，并說明方程中各量及符號的名稱和意義？答:菲克第二定律為：£P D （訂P +訂P + 心 ）-3分式中,D為擴散系數(shù)，其單位為-沖"是擴散物質的質量濃度：:,其其單位為kg/m3?-2分四?相圖分析題：（共35分）1、A-B二元合金相圖如下圖，試求：（1）在圖中標出液相線？固溶度曲線和固相線，并指明水平線的反應類型？（5分）（2）分析含B為x的合金的冷卻過程中組

7、織的變化?（6分）該合金的室溫組織為下圖中的哪個？（3分）答:液相線為GbD個溶度曲線為aE,PF;固相線為Ga,PD? 3分水平線反映類型：包晶反應，-*： ?2分 t>ti, L;1 分t=ti, L T 0（ ；1 分t在tlt2之間，液相中不斷析出：相；1分t=t2, L;2 分t<t2,r - ?1 分3分2、下圖所示為Fe-FmC合金相圖：（21分）（1）在圖中標出碳在奧氏體中的溶解度曲線，碳在鐵素體中的溶解度曲線和奧氏體中開始析出鐵素體的轉變線？（3分）(2) 指明水平線的反應類型，并寫出對應的反應式？(6分)(3) 指出圖中合金I的類型,并分析其冷卻過程中的組織變化

8、及最后得到的室溫組織？(6分)(4) 指出該合金的室溫相組成，并計算各相的相對含量？(6分)2分:L溶解度曲線；PQ鐵素體的轉變線(1)ES 為答:H12(2)包晶反應共晶反應：L FeC為奧(3)合金I的類型是過共析鋼？1分冷卻過程中的組織變化：t>ti, L;t=tl , L r :;1分t在t1t2之間,液相中不斷析出 相到t2;t=t2,液相全部轉變?yōu)楣滔?，之后相不?分t=t3, Fe3C H?1分t=t4：訐：m：；'Fe3C1分最后得到的室溫組織：P+FesCjj1分指出該合金的室溫相組成，并計算各相的相對含量?(6 分)合金的室溫相組成是:相和Fe3C ?2分共析

9、反應：L FeC2分相含量=船F(xiàn)esC 口相含量P -06.690五？計算題(15分)1.碳在 - Fe中的擴散系數(shù)可近似地用下式計算：Do=2.0 x 10-5mi/s擴散激活能Q=14(X 103 J/mol(a)計算在927C時碳在 -Fe中的擴散系數(shù)；(b)計算為了得到與927E滲碳10h相同的效果,在870T滲碳需要多長時間?(不同溫度下碳在- Fe中溶解度的差別可忽略不計)?(5分)解:(a)擴散系數(shù)相關的Arrhenius公式為:D = D0 expRT-2分根據(jù)已知條件，代入上述公式中得：De =2.0 X0-5exp-140000/8.31*(927+273)=1.6 X0-

10、11 m2/s(b)根據(jù)Dt -C(常數(shù)河得：-1分D8 708 70= D9 279 2 7-1分1.6 10J1 10 3600,D927t9271.6"、IU "T0"、3600r小870 一 D870- 2.0 10° exp-140000/8.31 (870 273) 一.S-1分2.分別計算體心立方晶體結構和面心立方晶體結構的單胞內原子數(shù)及致密度?(5解:對于立方FCC結構而言，晶胞中原子分別位于頂角和面積中心處，晶胞中原子的個數(shù)為:n=8X1/8+6 X/2=4?-1分4、234( a)3 嚴 0.74 a-1.5 分43nr 3此結構的致密度為：K J-a而對于立方BCC結構而言，晶胞中原子分