材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷(帶答案)

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷（一）一、概念辨析題（說明下列各組概念的異同。任選六題，每小題 3分，共18分）1晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣2熱加工與冷加工3上坡擴(kuò)散與下坡擴(kuò)散4間隙固溶體與間隙化合物5相與組織6交滑移與多滑移7金屬鍵與共價(jià)鍵8全位錯(cuò)與不全位錯(cuò)9共晶轉(zhuǎn)變與共析轉(zhuǎn)變二、畫圖題（任選兩題。每題6分，共12分）1在一個(gè)簡(jiǎn)單立方晶胞內(nèi)畫出010、120、210晶向和（110）、（112）晶面。2畫出成分過冷形成原理示意圖（至少畫出三個(gè)圖）。3綜合畫出冷變形金屬在加熱時(shí)的組織變化示意圖和晶粒大小、內(nèi)應(yīng)力、強(qiáng)度和塑性 變化趨勢(shì)圖。4以“固溶體中溶質(zhì)原子的作用”為主線，用框圖法建立與其相關(guān)的各章內(nèi)容之間的聯(lián)系。三、

2、簡(jiǎn)答題（任選 6題，回答要點(diǎn)。每題 5分，共30分）1在點(diǎn)陣中選取晶胞的原則有哪些？2簡(jiǎn)述柏氏矢量的物理意義與應(yīng)用。3二元相圖中有哪些幾何規(guī)律？4如何根據(jù)三元相圖中的垂直截面圖和液相單變量線判斷四相反應(yīng)類型？5材料結(jié)晶的必要條件有哪些？6細(xì)化材料鑄態(tài)晶粒的措施有哪些？7簡(jiǎn)述共晶系合金的不平衡冷卻組織及其形成條件。8晶體中的滑移系與其塑性有何關(guān)系？9馬氏體高強(qiáng)度高硬度的主要原因是什么？10哪一種晶體缺陷是熱力學(xué)平衡的缺陷，為什么？四、分析題（任選 1題。10分）1計(jì)算含碳量w=0.04的鐵碳合金按亞穩(wěn)態(tài)冷卻到室溫后，組織中的珠光體、二次滲碳 體和萊氏體的相對(duì)含量。2由擴(kuò)散第二定律推導(dǎo)出第一定律，

3、并說明它們各自的適用條件。3試分析液固轉(zhuǎn)變、固態(tài)相變、擴(kuò)散、回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力及可能對(duì)應(yīng) 的工藝條件。五、某面心立方晶體的可動(dòng)滑移系為（111） 110. （15分）（1）指出引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量.（2）如果滑移由純?nèi)行臀诲e(cuò)引起，試指出位錯(cuò)線的方向.（3）如果滑移由純螺型位錯(cuò)引起，試指出位錯(cuò)線的方向.（4） 在 （2）,（3）兩種情況下,位錯(cuò)線的滑移方向如何?（5） 如果在該滑移系上作用一大小為0.7MPa 的切應(yīng)力，試確定單位刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)線受力的大小和方向。（點(diǎn)陣常數(shù)a=0.2nm）。六、論述題（任選1 題， 15 分）1 試論材料強(qiáng)化的主要方法、原理及工藝實(shí)現(xiàn)途徑

4、。2 試論固態(tài)相變的主要特點(diǎn)。3 試論塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響。材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷（一）參考答案3 分，共 18 分）（評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：給出每個(gè)概念的定義各得1 分，說明異同得1 分）1 晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣異：點(diǎn)的屬性、數(shù)目、有無缺陷；同：描述晶體中的規(guī)律性。2 熱加工與冷加工異：熱加工時(shí)發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶與加工硬化；冷加工只發(fā)生加工硬化；同：發(fā)生塑性變形。3 上坡擴(kuò)散與下坡擴(kuò)散異：擴(kuò)散方向；同：驅(qū)動(dòng)力化學(xué)位梯度。4 間隙固溶體與間隙化合物異：結(jié)構(gòu)與組成物的關(guān)系；同：小原子位于間隙位置。5 相與組織異：組織具有特定的形態(tài)；同：都是材料的組成部分。6 交滑移與多滑移異：多個(gè)滑移系的滑移；同：交滑移中

5、滑移系具有相同的滑移方向。7 異：電子共用范圍不同, 金屬鍵中電子屬所有原子共用, 共價(jià)鍵中屬若干原子共用同：成鍵方式為電子共用.8 異：柏氏矢量與點(diǎn)陣常數(shù)的關(guān)系不同.同：都是線缺陷,即位錯(cuò) .9 異：共晶轉(zhuǎn)變?yōu)閺囊合噢D(zhuǎn)變,共析轉(zhuǎn)變?yōu)閺墓滔噢D(zhuǎn)變.同：在恒溫下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為兩個(gè)固相.6 分，共 12 分）1 在一個(gè)簡(jiǎn)單立方晶胞內(nèi)畫出010 、 120 、 210晶向和（110） 、 （ 112）晶面。圖略；每個(gè)指數(shù)各計(jì)1 分，指數(shù)規(guī)范性1 分。 （ 參考聶金鳳圖）2 畫出成分過冷形成原理示意圖（至少畫出三個(gè)圖）。 （ 參考 ”聶金鳳 ”圖 ）圖略：每個(gè)圖各計(jì)2 分。3 綜合畫出冷變形金屬在加熱時(shí)的組

6、織變化示意圖和晶粒大小、內(nèi)應(yīng)力、強(qiáng)度和塑性變化趨勢(shì)圖。（ 參考 ”張耕 ”圖 ）圖略：組織示意圖計(jì)2 分，每個(gè)指標(biāo)各計(jì)1 分。三、簡(jiǎn)答題（任選6 題，回答要點(diǎn)。每題5 分，共 30 分）1 在點(diǎn)陣中選取晶胞的原則有哪些？反映對(duì)稱性；相等的棱和角最多；直角最多；體積最小。（每條計(jì)1 分；敘述計(jì)1 分）2 簡(jiǎn)述柏氏矢量的物理意義與應(yīng)用。代表位錯(cuò)；判斷位錯(cuò)類型；表示晶體滑移的方向與大??；守+恒性及其推論。（每條計(jì)1 分）3 二元相圖中有哪些幾何規(guī)律？相區(qū)接觸法則；三相區(qū)是一條水平線；三相區(qū)中間是由它們中相同的相組成的兩相區(qū)；單相區(qū)邊界線的延長(zhǎng)線進(jìn)入相鄰的兩相區(qū)。（每條計(jì)1 分；敘述計(jì)1 分）4 如何

7、根據(jù)三元相圖中的垂直截面圖和液相單變量線判斷四相反應(yīng)類型？圖略。（垂直截面圖部分2.5 分，單變量線部分2.5 分。 ）5 材料結(jié)晶的必要條件有哪些？過冷；結(jié)構(gòu)起伏；能量起伏；成分起伏（合金）。（每項(xiàng)計(jì)各1 分，敘述1 分）6 細(xì)化材料鑄態(tài)晶粒的措施有哪些？提高過冷度；變質(zhì)處理；振動(dòng)與攪拌。（每項(xiàng)各計(jì)1.5分，敘述0.5 分）7 簡(jiǎn)述共晶系合金的不平衡冷卻組織及其形成條件。（1） 偽共晶-非共晶合金得到的完全共晶組織; 條件 : 冷卻速度快, 合金成分位于共晶點(diǎn)附件 .（2） 不平衡共晶-共晶線以外的合金得到的共晶組織; 條件 : 冷卻速度快, 合金成分位于共晶線以外端點(diǎn)附近.（3） 離異共晶

8、-兩相分離的共晶組織; 條件 : 不平衡條件下, 合金成分位于共晶線以外端點(diǎn)附近;平衡條件下, 合金成分位于共晶線以內(nèi)端點(diǎn)附近.8 晶體中的滑移系與其塑性有何關(guān)系？（1） 一般滑移系越多,塑性越好;（2） 與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)有關(guān);（3） 與同時(shí)開動(dòng)的滑移系數(shù)目有關(guān).9 馬氏體高強(qiáng)度高硬度的主要原因是什么？固溶強(qiáng)化; 細(xì)晶強(qiáng)化; 相變強(qiáng)化. （要求簡(jiǎn)要論述）10 哪一種晶體缺陷是熱力學(xué)平衡的缺陷，為什么？是點(diǎn)缺陷. 因?yàn)樵谝欢舛赛c(diǎn)缺陷存在的情況下晶體的能力可達(dá)到最低狀態(tài).四、分析題（任選1 題。 10 分）1 計(jì)算含碳量w=0.04 的鐵碳合金按亞穩(wěn)態(tài)冷卻到室溫后，組織中的珠光體、

9、二次滲碳體和萊氏體的相對(duì)含量。分別為 10.6%, 3.10% 和 86.30%。（計(jì)算過程1 分，每個(gè)結(jié)果各計(jì)3 分。 ）2 由擴(kuò)散第二定律推導(dǎo)出第一定律，并說明它們各自的適用條件。略。(參考聶金鳳推導(dǎo))五、某面心立方晶體的可動(dòng)滑移系為(1E) 110. (15分)每小題3分。(1)指出引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量.a110/2.(2)如果滑移由純?nèi)行臀诲e(cuò)引起，試指出位錯(cuò)線的方向.112(3)女呼滑移由純螺型位錯(cuò)引起，試指出位錯(cuò)線的方向.110(4)在(2),(3)兩種情況下，位錯(cuò)線的滑移方向如何 ？ 分別平行和垂直于柏士矢量-具體指數(shù)。(5)如果在該滑移系上作用一大小為0.7MPa的切應(yīng)力

10、，試確定單位刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)線受力的大小和方向。(點(diǎn)陣常數(shù)a=0.2nm)。方向：垂直于位錯(cuò)線-具體指數(shù)。結(jié)果：9.9 * 10-11MN/m六、論述題(任選 1題，15分)1試論材料強(qiáng)化的主要方法及其原理。固溶強(qiáng)化.原理：晶格畸變、柯氏氣團(tuán)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；方法：固溶處理、淬火等。細(xì)晶強(qiáng)化：原理：晶界對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用。方法：變質(zhì)處理、退火等。彌散強(qiáng)化：原理：第二相離子對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用；方法：形成第二硬質(zhì)相如球化退 火、變質(zhì)處理等。相變強(qiáng)化：原理：新相為高強(qiáng)相或新相對(duì)位錯(cuò)的阻礙。方法：淬火等。加工硬化；原理：形成高密度位錯(cuò)等。方法：冷變形等。答案略。每個(gè)要點(diǎn) 3分。2試論固態(tài)相變的主要特點(diǎn)

11、。(參考聶金鳳試卷)答案略。每個(gè)要點(diǎn) 3分。3試論塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響。(參考姜程程試卷)組織：纖維組織、形變織構(gòu)、位錯(cuò)胞；性能：加工硬化、物性變化每個(gè)要點(diǎn)3分。材料科學(xué)基礎(chǔ)考試試卷（第一套）課程號(hào) 6706601060考試時(shí)間 120分鐘適用專業(yè)年級(jí)（方向）：材料科學(xué)與工程專業(yè)2006級(jí)考試方式及要求：閉卷考試題號(hào)一一三四五六總分得分閱卷人一、名詞解釋（簡(jiǎn)短解釋，每題2分，共20分）空間點(diǎn)陣線缺陷吸附滲碳體組織固態(tài)相變穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散形核率調(diào)幅分解霍爾 - 配奇方程平衡凝固二、選擇題（只有一個(gè)正確答案，每題1 分，共 10 分）1、彎曲表面的附加壓力 P總是（） 曲面的曲率中心。A. 指向

12、 B. 背向 C. 平行D. 垂直2、潤(rùn)濕的過程是體系吉布斯自由能（） 的過程。A.升高 B.降低 C.不變D.變化無規(guī)律3、一級(jí)相變的特點(diǎn)是，相變發(fā)生時(shí)，兩平衡相的() 相等，但其一階偏微分不相等。A. 熵 B. 體積 C. 化學(xué)勢(shì) D. 熱容4、固溶體合金的凝固是在變溫下完成的，形成于一定溫度區(qū)間，所以在平衡凝固條件下所得到的固溶體晶粒()A. 成分內(nèi)外不均勻B. 不同溫度下形成的各晶粒成分是不同的C.晶粒內(nèi)外，晶粒形成不分先后，同母液成分是一致的5、強(qiáng)化金屬材料的各種手段，考慮的出發(fā)點(diǎn)都在于()A. 制造無缺陷的晶體或設(shè)置位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙B. 使位錯(cuò)增殖C. 使位錯(cuò)適當(dāng)?shù)臏p少6、既能提高金

13、屬的強(qiáng)度，又能降低其脆性的手段是()A. 加工硬化B. 固溶強(qiáng)化C. 晶粒細(xì)化7、根據(jù)顯微觀察，固液界面有兩種形式，即粗糙界面與光滑界面，區(qū)分兩種界面的依據(jù)是值大小()A. a<=2為光滑界面 B. a>=1為光滑界面 C. a>=5為光滑界面8、滲碳處理常常在鋼的奧氏體區(qū)域進(jìn)行，這是因?yàn)?)A. 碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)比在鐵素體中大B. 碳在奧氏體中的濃度梯度比在鐵素體中大C. 碳在奧氏體中的擴(kuò)散激活能比在鐵素體中小9、界面能最低的相界面是()A. 共格界面B. 孿晶界 C. 小角度晶界10、鐵碳合金組織中的三次滲碳體來自于()A 奧氏體；B 鐵素體；C 二次滲碳體三、簡(jiǎn)述題(每題4 分，共 20 分)1、固-固相變與液-固相變有什么區(qū)別。2、為什么非均勻形核比均勻形核更容易？3、解釋回復(fù)的定義，回復(fù)階段具有哪些特點(diǎn)？4、分析影響晶界遷移率的主要因素。5、寫出立方品系的321晶面族和 112晶向族中的全部等價(jià)晶面和晶向的具 體指數(shù)。四、請(qǐng)畫出片狀馬氏體顯微組織示意圖5 分）五、請(qǐng)寫出面心立方、體心立方、密排六方金屬晶體中密排面上單位位錯(cuò)的柏氏矢量。（ 5 分）六、綜合題（40分）1、試從晶界的結(jié)構(gòu)特征和能量特征分析晶界的特點(diǎn)。（ 10 分）2、請(qǐng)分別計(jì)算面心立方晶體（fcc ）中（100） 、 （ 110） 、 （ 1