材料科學(xué)基礎(chǔ)期末試題1

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)考題 卷一、名詞解釋?zhuān)ㄈ芜x5題，每題4分，共20分）單位位錯(cuò)；交滑移；滑移系；偽共晶；離異共晶；奧氏體；成分過(guò)冷答：?jiǎn)挝晃诲e(cuò)：柏氏矢量等于單位點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)稱(chēng)為單位位錯(cuò)。交滑移：兩個(gè)或多個(gè)滑移面沿著某個(gè)共同的滑移方向同時(shí)或交替滑移，稱(chēng)為交滑移。滑移系：一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向合起來(lái)叫做一個(gè)滑移系。偽共晶：在非平衡凝固條件下，某些亞共晶或過(guò)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(chēng)為偽共晶。離異共晶：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(zhǎng)，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

2、相分離的共晶體稱(chēng)為離異共晶。奧氏體：碳原子溶于-Fe形成的固溶體。成分過(guò)冷：在合金的凝固過(guò)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(shí)產(chǎn)生的過(guò)冷稱(chēng)為成分過(guò)冷。2、 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(cuò)( A )分解為a/2111+a/2.(A) 不能 (B) 能 (C) 可能2原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是： ( B )(A) 組元的濃度梯度 (B) 組元的化學(xué)勢(shì)梯度 (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(guò)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

3、）(A) 氧離子空位 (B) 鈦離子空位 (C)陽(yáng)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(gè)頂角所代表的兩組元含量相等。（A）通過(guò)三角形頂角的中垂線（B）通過(guò)三角形頂角的任一直線（C）通過(guò)三角形頂角與對(duì)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< k0 <17A和A-B合金焊合后發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)，測(cè)得界面向A試樣方向移動(dòng)，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

4、成的二元系中出現(xiàn)和兩相平衡時(shí)，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(shí)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(guò)冷度 （C）對(duì)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(shí)間 （C）溫度三、簡(jiǎn)答題（20分）（4分）1. 從結(jié)晶條件和過(guò)程分析純金屬和單相固溶體合金結(jié)晶時(shí)的異同點(diǎn)。（8分）2. 簡(jiǎn)述塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響。（8分）3. 試用位錯(cuò)理論解釋低碳鋼冷拉伸變形時(shí)的屈服現(xiàn)象。相同點(diǎn)：結(jié)晶條件都需要過(guò)冷度，結(jié)晶過(guò)程都經(jīng)過(guò)形核和

5、長(zhǎng)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(gè)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(zhǎng)； (2)形成位錯(cuò)胞；(3)晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)形成變形織構(gòu)。 力學(xué)性能：位錯(cuò)密度增大，位錯(cuò)相互纏繞，運(yùn)動(dòng)阻力增大，造成加工硬化。物理化學(xué)性能：其變化復(fù)雜，主要對(duì)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(chēng)

6、為存儲(chǔ)能，其中前者為主要的。 3. 答：低碳鋼中的少量碳、氮原子與晶體中的位錯(cuò)發(fā)生交互作用，主要是彈性交互作用，形成柯氏氣團(tuán)，對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，使其運(yùn)動(dòng)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(cuò)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(zhǎng)（2分）；繼續(xù)變形，由于位錯(cuò)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(shí)卸載后立即加載，由于位錯(cuò)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(shí)間或加熱一定時(shí)間，由于碳、氮原子又與位錯(cuò)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(cuò)密度的增加，故此時(shí)的屈服應(yīng)力升高（2分）。四、作圖與計(jì)算題（每題10分，共40分

7、）1. 畫(huà)出Fe-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(kāi)動(dòng)的滑移系為，請(qǐng)回答：（1）給出滑移位錯(cuò)的單位位錯(cuò)柏氏矢量；（2）若滑移位錯(cuò)為純?nèi)形诲e(cuò)，請(qǐng)指出其位錯(cuò)線方向；若滑移位錯(cuò)為純螺位錯(cuò)，其位錯(cuò)線方向又如何？3圖示為Pb-Sn-Bi相圖投影圖。問(wèn)：（1）寫(xiě)出合金Q（wBi0.7，wSn0.2）凝固過(guò)程及室溫組織；（2）計(jì)算合金室溫下組織組成物的相對(duì)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(wú)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(gè)凝固過(guò)程中處于平直狀態(tài)，試計(jì)算界面處液

8、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 四、作圖與計(jì)算題（每題10分，共40分）1. 畫(huà)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(kāi)動(dòng)的滑移系為，請(qǐng)回答：（1） 給出滑移位錯(cuò)的單位位錯(cuò)柏氏矢量；（2）若滑移位錯(cuò)為純?nèi)形诲e(cuò)，請(qǐng)指出其位錯(cuò)線方向；若滑移位錯(cuò)為純螺位錯(cuò)，其位錯(cuò)線方向又如何？答：（ 1 ）單位位錯(cuò)的柏氏矢量 ； （4分）（ 2 ）純?nèi)形诲e(cuò)的位錯(cuò)線方向與 b 垂直，且位于滑移面上， 為 （3分）；純螺位錯(cuò)的位錯(cuò)線與 b 平行，為 011。 （3分）3圖

9、示為Pb-Sn-Bi相圖投影圖。問(wèn)：（1）寫(xiě)出合金Q（wBi0.7，wSn0.2）凝固過(guò)程及室溫組織；（2）計(jì)算合金室溫下組織組成物的相對(duì)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(zhǎng)線向E3E移動(dòng)；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(dòng)；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（SnBi）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