中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料基礎(chǔ)試卷

中南大學(xué)考試試卷2001——2002學(xué)年第二學(xué)期時間110分鐘材料科學(xué)與工程課程64學(xué)時4學(xué)分考試形式：閉卷專業(yè)年級材料1999級總分100分，占總評成績70%一、名詞解釋（5分×8）1、金屬玻璃2、金屬間化合物3、離異共晶4、晶界偏聚5、科垂?fàn)枤鈭F(tuán)（CottrellAtmosphere）6、孿生7、反應(yīng)擴(kuò)散8、變形織構(gòu)二、問答題1、（10分）標(biāo)出hcp晶胞中晶面ABCDEF面、ABO面的晶面指數(shù)，OC方向、OC方向的晶向指數(shù)。這些晶面與晶向中，那些可構(gòu)成滑移系？指出最容易產(chǎn)生滑移的滑移系。2、（10分）判斷位錯反應(yīng)在面心立方晶體中能否進(jìn)行？若兩個擴(kuò)展位錯的領(lǐng)先位錯發(fā)生上述反應(yīng)，會對面心立方金屬性能有何影響。3、（10分）寫出非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程的表達(dá)式，說明影響方程中擴(kuò)散系數(shù)的主要因素。4、（10分）指出影響冷變形后金屬再結(jié)晶溫度的主要因素。要獲得尺寸細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，有那些主要措施，為什么?5、（15分）試述針對工業(yè)純鋁、Al－5％Cu合金、Al－5％Al2O3復(fù)合材料分別可能采用那些主要的強(qiáng)化機(jī)制來進(jìn)行強(qiáng)化。6、（15分）請在如下Pb－Bi－Sn相圖中（1）寫出三相平衡和四相平衡反應(yīng)式；（2）標(biāo)出成分為5％Pb，65％Bi與30％Sn合金所在位置，寫出該合金凝固結(jié)晶過程，畫出并說明其在室溫下的組織示意圖。7、（20分）Cu－Sn合金相圖如圖所示。（1）寫出相圖中三條水平線的反應(yīng)式，并畫出T1溫度下的成分－自由能曲線示意圖；（2）說明Cu－10wt％Sn合金平衡和非平衡凝固過程，分別畫出室溫下組織示意圖；（3）非平衡凝固對Cu－5wt％Sn合金的組織性能有何影響，如何消除？8、（20分）低層錯能的工業(yè)純銅鑄錠采用T＝0.5T熔點溫度熱加工開坯軋制。（1）畫出該材料分別在高、低應(yīng)變速率下熱加工時的真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線示意圖，并說明影響曲線變化的各種作用機(jī)制；（2）開坯后該金屬在室溫下繼續(xù)進(jìn)行軋制，畫出此時的真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線示意圖，并說明影響曲線變化的機(jī)制；（3）開坯后該金屬要獲得硬態(tài)、半硬態(tài)和軟態(tài)制品，最后工序中可采用那些方法，為什么？中南大學(xué)考試試卷2002——2003學(xué)年第二學(xué)期時間110分鐘材料科學(xué)與工程課程64學(xué)時4學(xué)分考試形式：閉卷一、填空（0.5X30=15分）1、fcc結(jié)構(gòu)的密排方向是_____，密排面是____，密排面的堆垛順序是_____，致密度為________，配位數(shù)是____，晶胞中原子數(shù)為___，把原子視為半徑為r的剛性球時，原子的半徑是點陣常數(shù)a的關(guān)系為_________。2、形成有序固溶體的必要條件是：（1）________，（2）_________，（3）________。3、無序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w時，合金性能變化的一般規(guī)律是：強(qiáng)度和硬度__________，塑性_______________，導(dǎo)電性_________________。4、Fe-Fe3C相圖中含碳量小于___為鋼，大于____為鑄鐵；鐵碳合金室溫平衡組織均由______和___兩個基本相組成；奧氏體其晶體結(jié)構(gòu)是____，合金平衡結(jié)晶時，奧氏體的最大含碳量是______；珠光體的含碳量是_____；萊氏體的含碳量為____；在常溫下，亞共析鋼的平衡組織是_____，過共析鋼的平衡組織是_____；Fe3CI是從_____中析出的，F(xiàn)e3CII是從____中析出的，F(xiàn)e3CIII是從____中析出的，它們的含碳量為_____。5、圖1為簡單立方點陣晶胞，其中ABC面的面指數(shù)是______，AD的晶向指數(shù)是_______。6、圖2是A-B-C三元系成分三角形的一部分，其中X合金的成分是_______________。圖2二、名詞解釋（6X5=30分）1.晶帶和晶帶軸2.柱狀晶和等軸晶3.包析反應(yīng)和共析反應(yīng)4.割階和扭折5.冷加工與熱加工三、（10分）試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點。根據(jù)冷卻速度對金屬組織的影響，現(xiàn)要獲得非晶，亞穩(wěn)相，請指出其凝固時如何控制。試說明在正溫度梯度下為什么固溶體合金凝固時可以呈樹枝狀方式成長，而純金屬則得不到樹枝狀晶。四、（20分）如圖3的二元合金相圖，（1）分析5.6%Cu合金和5.7%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時室溫組織特點；（2）Al為fcc結(jié)構(gòu)，圖中的相為何種晶體結(jié)構(gòu)？（3）指出此二元系中比較適合做變形合金何鑄造合金的成分范圍。（4）計算出亞共晶合金在溫度為TE（共晶反應(yīng)前）時的平衡分配系數(shù)。（5）設(shè)X合金平衡凝固完畢時的組織為初晶+(+θ)共晶，其中初晶占80%，則此合金中剛凝固完畢時θ組元的含量是多少？（6）繪出T=560℃溫度時各相的自由能-成分曲線示意圖。圖3五、（10分）圖4為Fe-W-C三元系的液相面投影圖。寫出1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反應(yīng)式。選擇一個合金成分其組織在剛凝固完畢時只有三元共晶。圖4圖5六、（10分）圖5所示低碳鋼的三條拉伸曲線，A、塑性變形；B、去載后立即再行加載；C、去載后時效后再加載。試回答下列問題：1解釋圖示三曲線的屈服現(xiàn)象及B，C中屈服點上升的原因。2屈服現(xiàn)象對沖壓制件表面質(zhì)量有何不利影響。七、（10分）戶外用的架空銅導(dǎo)線（要求一定的強(qiáng)度）和戶內(nèi)電燈用花線，在加工之后可否采用相同的最終熱處理工藝？為什么？八、（10分）如何提高固溶體合金的強(qiáng)度九、（10分）試說明晶界對材料性能及變形的影響。十、（10分）簡單說明原子擴(kuò)散對材料的影響；舉兩個實例說明金屬中的上坡擴(kuò)散現(xiàn)象。十一、（15分）工業(yè)純銅的熔點為1083，在劇烈冷變形后的工業(yè)純銅板上取三個試樣，第一個試樣加熱到200，第二個試樣加熱到500，第三個試樣加熱到800，各保溫一小時，然后空冷。試畫出各試樣熱處理后的顯微組織示意圖，說明它們在強(qiáng)度和塑性方面的區(qū)別及原因。中南大學(xué)考試試卷2002——2003學(xué)年第二學(xué)期時間110分鐘材料科學(xué)與工程課程64學(xué)時4學(xué)分考試形式：閉卷專業(yè)年級材料2000級總分100分，占總評成績70%一、填空（0.5X30=15分）1、fcc結(jié)構(gòu)的密排方向是_____，密排面是____，密排面的堆垛順序是_____，致密度為________，配位數(shù)是____，晶胞中原子數(shù)為___，把原子視為半徑為r的剛性球時，原子的半徑是點陣常數(shù)a的關(guān)系為_________。2、形成有序固溶體的必要條件是：（1）________，（2）_________，（3）________。3、無序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w時，合金性能變化的一般規(guī)律是：強(qiáng)度和硬度__________，塑性_______________，導(dǎo)電性_________________。4、Fe-Fe3C相圖中含碳量小于___為鋼，大于____為鑄鐵；鐵碳合金室溫平衡組織均由______和___兩個基本相組成；奧氏體其晶體結(jié)構(gòu)是____，合金平衡結(jié)晶時，奧氏體的最大含碳量是______；珠光體的含碳量是_____；萊氏體的含碳量為____；在常溫下，亞共析鋼的平衡組織是_____，過共析鋼的平衡組織是_____；Fe3CI是從_____中析出的，F(xiàn)e3CII是從____中析出的，F(xiàn)e3CIII是從____中析出的，它們的含碳量為_____。5、圖1為簡單立方點陣晶胞，其中ABC面的面指數(shù)是______，AD的晶向指數(shù)是_______。6、圖2是A-B-C三元系成分三角形的一部分，其中X合金的成分是_______________。圖2二、名詞解釋（6X5=30分）1.晶帶和晶帶軸2.柱狀晶和等軸晶3.包析反應(yīng)和共析反應(yīng)4.割階和扭折5.冷加工與熱加工三、（10分）試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點。根據(jù)冷卻速度對金屬組織的影響，現(xiàn)要獲得非晶，亞穩(wěn)相，請指出其凝固時如何控制。試說明在正溫度梯度下為什么固溶體合金凝固時可以呈樹枝狀方式成長，而純金屬則得不到樹枝狀晶。四、（20分）如圖3的二元合金相圖，（7）分析5.6%Cu合金和5.7%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時室溫組織特點；（8）Al為fcc結(jié)構(gòu)，圖中的相為何種晶體結(jié)構(gòu)？（9）指出此二元系中比較適合做變形合金何鑄造合金的成分范圍。（10）計算出亞共晶合金在溫度為TE（共晶反應(yīng)前）時的平衡分配系數(shù)。（11）設(shè)X合金平衡凝固完畢時的組織為初晶+(+θ)共晶，其中初晶占80%，則此合金中剛凝固完畢時θ組元的含量是多少？（12）繪出T=560℃溫度時各相的自由能-成分曲線示意圖。中南大學(xué)考試試卷2003——2004學(xué)年第二學(xué)期時間110分鐘材料科學(xué)與工程課程64學(xué)時4學(xué)分考試形式：閉卷專業(yè)年級材料2001級總分100分，占總評成績70%一.名詞解釋（3分/個＝18分）1.變溫截面2.過冷度3.偏析反應(yīng)4.固溶體5.成分過冷6.形核功。二.寫出固溶體的分類（10分）：三.試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點及成因。（12分）四.根據(jù)Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖回答下列問題：（40分）1）畫出Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖；2）寫出下列Fe3CII含量最多的合金；珠光體含量最多的合金；萊氏體含量最多的合金。3）標(biāo)注平衡反應(yīng)的成分及溫度，寫出平衡反應(yīng)式。4）分析Fe-1%C合金的平衡凝固過程，并計算室溫下其中相組成物和組織組成物的百分含量，5）根據(jù)Fe-Fe3C狀態(tài)圖確定下列三種鋼在給定溫度下的顯微組織（填入表中）含碳量溫度顯微組織溫度顯微組織0.4770℃停留一段時900℃間0.771.0680℃剛達(dá)到770℃剛達(dá)到770℃700℃6）畫出1200℃時各相的自由能---成分曲線示意圖。五.圖為Cu-Zn-Al合金室溫下的等溫截面和2%Al的垂直截面圖，回答下列問題：（20分）1）在圖中標(biāo)出X合金（Cu-30%Zn-10%Al）的成分點。Y2）計算Cu-20%Zn-8%Al和Cu-25%Zn-6%Al合金中室溫下各相的百分含量，其中α相成分點為Cu-22.5%Zn-3.45%Al，γ相成分點為Cu-18%Zn-11.5%Al。3）分析圖中Y合金的凝固過程。中南大學(xué)考試試卷2004——2005學(xué)年第二學(xué)期時間110分鐘材料科學(xué)與工程課程64學(xué)時4學(xué)分考試形式：閉卷專業(yè)年級材料2002級總分100分，占總評成績70%1.（10分）畫出fcc晶胞中（111）晶面上的所有[110]晶向；在hcp晶胞中畫出晶向和晶面。圖1fcc晶胞圖2hcp晶胞2.（10分）舉出凝固理論在金屬材料結(jié)晶中的幾個應(yīng)用，加以簡單說明。3.（10分）畫出Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖，根據(jù)相圖回答下列問題：a.標(biāo)出合金在室溫下的組織組成；b.寫出相圖中三個等溫反應(yīng)式；c.分析含碳量為0.45％的合金的平衡冷卻過程；計算其在室溫下的組織組成物的相對百分含量；d.畫出0.45％C的合金在1148℃時的成分－自由能曲線示意圖；e.試分析元素C及Cr在Fe中的可能存在形式及其作用。圖3Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖4.（10分）試總結(jié)位錯在金屬材料中的作用。5.（10分）分析原子擴(kuò)散在金屬材料中的作用。6.（10分）分析多晶體金屬的變形過程及影響多晶體金屬變形的因素。7.（10分）分析層錯能對金屬熱塑性變形的影響。8.（10分）提高金屬材料強(qiáng)度的途徑有哪些?9.（10分）解釋下列名詞：成分過冷；離異共晶；反應(yīng)擴(kuò)散；面角位錯；晶界偏聚10.（10分）如圖Pb-Sn-Bi三元合金相圖，試寫出圖中五條單變量線及P點、E點反應(yīng)的反應(yīng)式；分析圖中合金2的平衡結(jié)晶過程，指出它的開始凝固溫度。中南大學(xué)考試試卷2005——2006學(xué)年第二學(xué)期時間110分鐘材料科學(xué)與工程課程64學(xué)時4學(xué)分考試形式：閉卷專業(yè)年級材料2003級總分100分，占總評成績70%一、名詞解釋：（本題28分，每小題4分）1.螺型位錯2.非平衡偏聚3.小角晶界4.滑移系5.變形織構(gòu)6.再結(jié)晶起始溫度7.動態(tài)再結(jié)晶二、簡答題1.（12分）銅的熔點為1083，在冷變形后的工業(yè)純銅板上取三個試樣，第一個試樣加熱到200，第二個試樣加熱到500，第三個試樣加熱到800，各保溫一小時，然后空冷。試畫出各試樣熱處理后的顯微組織示意圖（3×2分/個＝6分），說明它們在強(qiáng)度和塑性方面的區(qū)別及原因（6分）。2.（10分）戶外用的架空銅導(dǎo)線（要求一定的強(qiáng)度）和戶內(nèi)電燈用花線，在加工之后可否采用相同的最終熱處理工藝？為什么？3.（10分）說明塑性變形后的組織、性能的變化。4.（10分）什么是屈服，解釋其產(chǎn)生原因。5.（15分）制定一種測定再結(jié)晶溫度的方案。6.（15分）試分析在fcc中，下列位錯反應(yīng)能否進(jìn)行?并指出其中三個位錯的性質(zhì)類型？反應(yīng)后生成的新位錯能否在滑移面上運動？中南大學(xué)考試試卷答案2001——2002學(xué)年第二學(xué)期時間110分鐘材料科學(xué)與工程課程64學(xué)時4學(xué)分考試形式：閉卷專業(yè)年級材料1999級總分100分，占總評成績70%三、名詞解釋（5分×8）9、金屬玻璃10、金屬間化合物11、離異共晶12、晶界偏聚13、科垂?fàn)枤鈭F(tuán)（CottrellAtmosphere）14、孿生15、反應(yīng)擴(kuò)散16、變形織構(gòu)參考答案：1.金屬玻璃：指金屬從液態(tài)凝固后其結(jié)構(gòu)與液態(tài)金屬相同的固體；2.金屬間化合物：金屬與金屬、金屬與某些非金屬之間形成的化合物，結(jié)構(gòu)與組成金屬間化合物的純金屬不同，一一般具有熔點高、硬度高、脆性大的特點。3.離異共晶：有共晶反應(yīng)的合金中，如果成分離共晶點較遠(yuǎn)，由于初晶數(shù)量多，共晶數(shù)量很少，共晶中與初晶相同的相依附初晶長大，共晶中另外一個相呈現(xiàn)單獨分布，使得共晶組織失去其特有組織特征的現(xiàn)象；4.晶界偏聚：由于晶內(nèi)與晶界上的畸變能差別或由于空位的存在使得溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子在晶界上的富集現(xiàn)象；5.科垂?fàn)枤鈭F(tuán)：溶質(zhì)原子在刃型位錯周圍的聚集的現(xiàn)象，這種氣團(tuán)可以阻礙位錯運動，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效應(yīng)等結(jié)果；6.孿生：是晶體塑性變形的一種重要方式，晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對于另一部分晶體作均勻切變，使得相鄰部分晶體取向不同，并以切變晶面（攣晶面）成鏡面對稱；7.反應(yīng)擴(kuò)散：伴隨有化學(xué)反應(yīng)而形成新相的擴(kuò)散稱為反應(yīng)擴(kuò)散，如從金屬表面向內(nèi)部滲入金屬時，滲入元素濃度超過溶解度出現(xiàn)新相；8.變形織構(gòu)：經(jīng)過塑性變形后原來多晶體中位向不同的晶粒變成取向基本一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)為織構(gòu)，若織構(gòu)是在塑性變形中產(chǎn)生的，稱為變形織構(gòu)。四、問答題1、（10分）標(biāo)出hcp晶胞中晶面ABCDEF面、ABO面的晶面指數(shù)，OC方向、OC方向的晶向指數(shù)。這些晶面與晶向中，那些可構(gòu)成滑移系？指出最容易產(chǎn)生滑移的滑移系。參考答案：ABCDEF面的晶面指數(shù)為（0001）或（001）；面的晶面指數(shù)為；OC方向的晶向指數(shù)為或[010]；方向的晶向指數(shù)為或[011]；（0001）與、與可構(gòu)成滑移系；其中滑移系（0001）容易產(chǎn)生滑移。2、（10分）判斷位錯反應(yīng)在面心立方晶體中能否進(jìn)行？若兩個擴(kuò)展位錯的領(lǐng)先位錯發(fā)生上述反應(yīng)，會對面心立方金屬性能有何影響。參考答案：參照幾何條件和能量條件要求，位錯反應(yīng)可以進(jìn)行；反應(yīng)后位錯不可動，影響晶體的加工硬化機(jī)制和斷裂性能。3、（10分）寫出非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程的表達(dá)式，說明影響方程中擴(kuò)散系數(shù)的主要因素。參考答案：非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程的表達(dá)式為，若擴(kuò)散系數(shù)D不隨濃度變化，則可以簡化為；影響方程中擴(kuò)散系數(shù)的主要因素有溫度、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、固溶體類型、擴(kuò)散元素性質(zhì)、擴(kuò)散組元濃度等。4、（10分）指出影響冷變形后金屬再結(jié)晶溫度的主要因素。要獲得尺寸細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，有那些主要措施，為什么?參考答案：影響冷變形后金屬再結(jié)晶溫度的主要因素有：變形程度、微量雜質(zhì)和合金元素、金屬晶粒度、加熱時間、加熱速度；要獲得尺寸細(xì)小的再結(jié)晶晶粒主要措施有：加大冷變形程度，加入微量合金元素，提高加熱速度、采用細(xì)晶粒金屬。5、（15分）試述針對工業(yè)純鋁、Al－5％Cu合金、Al－5％Al2O3復(fù)合材料分別可能采用那些主要的強(qiáng)化機(jī)制來進(jìn)行強(qiáng)化。參考答案：對工業(yè)純鋁主要的強(qiáng)化機(jī)制為加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化；Al－5％Cu合金的強(qiáng)化機(jī)制為固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化；Al－5％Al2O3復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制為加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化。6、（15分）請在如下Pb－Bi－Sn相圖中（3）寫出三相平衡和四相平衡反應(yīng)式；（4）標(biāo)出成分為5％Pb，65％Bi與30％Sn合金所在位置，寫出該合金凝固結(jié)晶過程，畫出并說明其在室溫下的組織示意圖。參考答案：（1）三相平衡反應(yīng)式：E2E線：L→Bi＋Sn；E1E線：L→Bi＋Pb；E點為四相平衡，其反應(yīng)式為L→Bi＋Sn＋Pb。（2）合金所在位置（略）；該合金凝固過程為：析出初晶L→Bi，剩余液相析出二元共晶，L→Bi＋Sn，再從多余液相中析出三元共晶L→Bi＋Sn＋Pb；室溫下的組織為Bi初晶＋（Bi＋Sn）二元共晶＋（Bi＋Sn＋Pb）三元共晶，室溫下的組織示意圖（略）。7、（20分）Cu－Sn合金相圖如圖所示。（4）寫出相圖中三條水平線的反應(yīng)式，并畫出T1溫度下的成分－自由能曲線示意圖；（5）說明Cu－10wt％Sn合金平衡和非平衡凝固過程，分別畫出室溫下組織示意圖；（6）非平衡凝固對Cu－5wt％Sn合金的組織性能有何影響，如何消除？參考答案：（1）相圖中三條水平線的反應(yīng)式（溫度由高到低）：包晶反應(yīng)：L＋α→β，共析反應(yīng)β→α＋γ，共析反應(yīng)γ→α＋δ；T1溫度下的成分－自由能曲線示意圖（略）；（2）Cu－10wt％Sn合金平衡凝固過程：析出初晶α，凝固后得到單相固溶體α，Cu－10wt％Sn合金非平衡凝固過程：析出初晶α，發(fā)生包晶反應(yīng)L＋α→β形成β，β分布在α枝晶間隙，隨后還發(fā)生共析反應(yīng)β→α＋γ和γ→α＋δ，最后形成α枝晶之間分布有塊狀δ或（α＋δ）共析體；室溫下組織示意圖（略）。（3）Cu－10wt％Sn合金非平衡凝固時由于溶質(zhì)原子在分配而產(chǎn)生枝晶偏析；造成合金鑄錠強(qiáng)度低、加工塑性差，枝晶偏析還使合金耐腐蝕性能降低；消除枝晶偏析可以采用將鑄錠在略低于固相線溫度長時間均勻化退火。8、（20分）低層錯能的工業(yè)純銅鑄錠采用T＝0.5T熔點溫度熱加工開坯軋制。（4）畫出該材料分別在高、低應(yīng)變速率下熱加工時的真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線示意圖，并說明影響曲線變化的各種作用機(jī)制；（5）開坯后該金屬在室溫下繼續(xù)進(jìn)行軋制，畫出此時的真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線示意圖，并說明影響曲線變化的機(jī)制；（6）開坯后該金屬要獲得硬態(tài)、半硬態(tài)和軟態(tài)制品，最后工序中可采用那些方法，為什么？參考答案：（1）該材料熱加工時的真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線示意圖（略），[注意曲線中均應(yīng)有應(yīng)力峰值，在高應(yīng)變速率下出現(xiàn)應(yīng)力峰值后曲線基本水平，在低應(yīng)變速率下出現(xiàn)應(yīng)力峰值后曲線呈波浪]。高應(yīng)變速率下曲線分三個階段：未發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的加工硬化階段，動態(tài)再結(jié)晶加劇階段，完全動態(tài)再結(jié)晶階段（此時加工硬化與再結(jié)晶軟化達(dá)到平衡，曲線接近水平，達(dá)到穩(wěn)態(tài)流變階段）低應(yīng)變速率下完全動態(tài)再結(jié)晶階段呈波浪形，是反復(fù)動態(tài)再結(jié)晶軟化－加工硬化－動態(tài)再結(jié)晶軟化交替進(jìn)行的結(jié)果；（2）開坯后金屬在室溫下繼續(xù)進(jìn)行軋制的真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線示意圖（略）；真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線一直上升，直至斷裂，主要機(jī)制為加工硬化；（3）開坯后要獲得硬態(tài)金屬，可以進(jìn)行冷加工，機(jī)制為加工硬化；獲得軟態(tài)制品，可采用冷加工后再結(jié)晶退火；獲得半硬態(tài)制品，可采用冷加工后回復(fù)退火，或者完全再結(jié)晶退火后適當(dāng)冷變形。中南大學(xué)考試試卷答案2002——2003學(xué)年第二學(xué)期時間110分鐘材料科學(xué)與工程課程64學(xué)時4學(xué)分考試形式：閉卷專業(yè)年級材料2000級總分100分，占總評成績70%一、填空1、[110]；(111)；ABCABC……..；0.74；12；4；2、異類原子之間相互吸引力大于同類原子之間吸引力；一定的化學(xué)成分；較慢的冷卻速度3、升高；降低；降低4、2.11％C；2.11％C；鐵素體和滲碳體（α和Fe3C）；fcc；2.11％；0.77％；4.3％；鐵素體珠光體；珠光體和Fe3CII；液相；先共晶奧氏體；鐵素體；6.69％5、（101）；6、20%A-40%B-40%C二、名詞解釋（6X5=30分）1.晶帶和晶帶軸2.柱狀晶和等軸晶3.包析反應(yīng)和共析反應(yīng)4.割階和扭折5.冷加工與熱加工1.晶帶和晶帶軸：許多平行于同一晶向的不同的晶面組的總稱為晶帶，而與這些晶面組平行的晶向稱為晶帶軸；2.柱狀晶和等軸晶：金屬晶體結(jié)晶過程中沿著散熱方向優(yōu)先生長形成的長條形晶粒稱為柱狀晶，而如果晶粒長大時沒有擇優(yōu)方向，向各個方向長大速度基本相等所得到的晶粒稱為等軸晶；3.包析反應(yīng)和共析反應(yīng)：由兩個固相反應(yīng)得到一個固相的過程為包析反應(yīng)，而由一個固相分解得到其它兩個固相的反應(yīng)為共析反應(yīng)4.割階和扭折：位錯運動過程中與其它位錯交截后形成一定的位錯交截折線，若交截后的位錯折線在原來位錯的滑移面上，此位錯折線稱為扭折，若交截后的位錯折線垂直于原來位錯的滑移面，此位錯折線稱為割階；5.冷加工與熱加工：通常根據(jù)金屬材料的再結(jié)晶溫度來加以區(qū)分，在再結(jié)晶溫度以上的加工稱為熱加工，低于再結(jié)晶溫度又是室溫下的加工稱為冷加工。三、（10分）試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點。根據(jù)冷卻速度對金屬組織的影響，現(xiàn)要獲得非晶，亞穩(wěn)相，請指出其凝固時如何控制。試說明在正溫度梯度下為什么固溶體合金凝固時可以呈樹枝狀方式成長，而純金屬則得不到樹枝狀晶。通常鑄錠組織的特點為外層的細(xì)等軸晶，鑄錠表面向里有柱狀晶，心部為粗大等軸晶；要獲得非晶可以以極快速度將金屬液體冷卻，要獲得亞穩(wěn)相也必須使冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過平衡冷卻速度；由于溶質(zhì)原子再分配造成成分過冷使固溶體合金正溫度梯度下凝固時也可以呈樹枝狀方式成長，而純金屬則需要在負(fù)溫度梯度下才能得到樹枝狀晶。四、（20分）如圖3的二元合金相圖，（13）分析5.6%Cu合金和5.7%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時室溫組織特點；（14）Al為fcc結(jié)構(gòu)，圖中的相為何種晶體結(jié)構(gòu)？（15）指出此二元系中比較適合做變形合金何鑄造合金的成分范圍。（16）計算出亞共晶合金在溫度為TE（共晶反應(yīng)前）時的平衡分配系數(shù)。（17）設(shè)X合金平衡凝固完畢時的組織為初晶+(+θ)共晶，其中初晶占80%，則此合金中剛凝固完畢時θ組元的含量是多少？（18）繪出T=560℃溫度時各相的自由能-成分曲線示意圖。圖3（1）5.6%Cu合金在平衡結(jié)晶時室溫組織為，快速冷卻不平衡結(jié)晶時室溫組織還出現(xiàn)少量非平衡共晶組織（α＋θ）共晶；5.7%Cu合金在平衡結(jié)晶時室溫組織為α＋θⅡ＋（α＋θ）共晶，快速冷卻不平衡結(jié)晶時室溫組織出現(xiàn)離異共晶；（2）fcc結(jié)構(gòu)；（3）Cu含量少于5.65％的合金；（4）k0＝0.17（5）9.7％（6）T=560℃溫度時各相的自由能-成分曲線示意圖如圖。五、（10分）圖4為Fe-W-C三元系的液相面投影圖。寫出1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反應(yīng)式。選擇一個合金成分其組織在剛凝固完畢時只有三元共晶。圖4圖5各四相平衡反應(yīng)式分別為，1700℃：L＋WC＋W→η，1200℃：L＋η→WC＋γ，1085℃：L→γ＋WC＋γ；Ⅰ合金成分其組織在剛凝固完畢時只有三元共晶。六、（10分）圖5所示低碳鋼的三條拉伸曲線，A、塑性變形；B、去載后立即再行加載；C、去載后時效后再加載。試回答下列問題：1解釋圖示三曲線的屈服現(xiàn)象及B，C中屈服點上升的原因。2屈服現(xiàn)象對沖壓制件表面質(zhì)量有何不利影響。1.由于柯垂耳氣團(tuán)的影響2.屈服現(xiàn)象使得沖壓制件表面不平整。七、（10分）戶外用的架空銅導(dǎo)線（要求一定的強(qiáng)度）和戶內(nèi)電燈用花線，在加工之后可否采用相同的最終熱處理工藝？為什么？不能采用相同的最終熱處理工藝，戶外用的架空銅導(dǎo)線一般用回復(fù)退火，戶內(nèi)電燈用花線采用再結(jié)晶退火。八、（10分）如何提高固溶體合金的強(qiáng)度固溶強(qiáng)化，加工硬化，細(xì)晶強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化九、（10分）試說明晶界對材料性能及變形的影響。晶界影響到材料的各個方面，具有晶界能，影響到多晶材料中的第二相的形狀，晶界可以運動，有晶界偏聚，晶界電荷變化，承擔(dān)載荷傳遞作用，晶界熔點低，易過燒，晶界是易擴(kuò)散通道，晶界處易形核，晶界易受腐蝕；晶界對金屬材料在常溫下強(qiáng)化，高溫下弱化十、（10分）簡單說明原子擴(kuò)散對材料的影響；舉兩個實例說明金屬中的上坡擴(kuò)散現(xiàn)象。原子擴(kuò)散對材料的影響如鑄中晶粒形核和長大、晶界運動、氧化…….等許多過程均牽涉到原子擴(kuò)散；金屬中的上坡擴(kuò)散實例如柯垂耳氣團(tuán)的形成，調(diào)幅分解過程等。十一、（15分）工業(yè)純銅的熔點為1083，在劇烈冷變形后的工業(yè)純銅板上取三個試樣，第一個試樣加熱到200，第二個試樣加熱到500，第三個試樣加熱到800，各保溫一小時，然后空冷。試畫出各試樣熱處理后的顯微組織示意圖，說明它們在強(qiáng)度和塑性方面的區(qū)別及原因。試樣熱處理后的顯微組織示意圖（略，分別為纖維組織，再結(jié)晶組織和晶粒長大組織）；200加熱試樣強(qiáng)度高，塑性低，500加熱試樣強(qiáng)度低，塑性好，800加熱試樣強(qiáng)度更低。中南大學(xué)考試試卷答案2003——2004學(xué)年第二學(xué)期時間110分鐘材料科學(xué)與工程課程64學(xué)時4學(xué)分考試形式：閉卷專業(yè)年級材料2001級總分100分，占總評成績70%1.名詞解釋（3分/個＝18分）變溫截面：三元相圖中垂直成分三角形的截面；過冷度：ΔT指Tm與Tn的差值二維平面長大；偏析反應(yīng)：+稱為包析反應(yīng)；固溶體：一個固體組元（溶質(zhì)）溶解在另外一個組元（溶劑）晶格中，保持溶劑晶格特點的物質(zhì)；成分過冷：合金凝固中由于溶質(zhì)原子再分配形成的過冷；形核功：金屬凝固過程中形成晶核需要的額外能量。2.寫出固溶體的分類（10分）：置換、間隙固溶體；有限、無限固溶體；有序、無序固溶體；一次、二次固溶體；3.試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點及成因。解答：根據(jù)金屬結(jié)晶過程的形核和長大理論以及鑄錠的散熱過程，可以得出通常鑄錠組織的特點為最外層為細(xì)小等軸晶，靠內(nèi)為柱狀晶，最內(nèi)層為粗大等軸晶。4.根據(jù)鐵碳亞穩(wěn)平衡相圖回答下列問題：解答：Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖如圖。圖Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖1）Fe3CII含量最多的合金、珠光體含量最多的合金、萊氏體含量最多的合金的合金成分分別為含碳量2.11%，0.77%，4.3%。2）平衡反應(yīng)的成分及溫度，反應(yīng)式為：1495℃，L0.53＋δ0.09－A0.17，包晶反應(yīng)；1148℃，L4.3A2.11＋Fe3C，共晶反應(yīng)；727℃，A0.77－F0.0218+Fe3C，共析反應(yīng)；－3）凝固過程：935℃：L—γ，γ—Fe3CⅡ，γ—F＋Fe3CⅡ（P）室溫下相組成為F＋Fe3CⅡ，其中；室溫下組織組成為P＋Fe3CⅡ，其中，F(xiàn)e3CⅡ％＝1－P％＝1.9%。4）三種鋼在給定溫度下的顯微組織如表。1200℃時各相的自由能---成分曲線示意圖如圖含碳量溫度顯微組織溫度顯微組織0.4770℃停留一段時P+F900℃A+F間0.771.0680℃P剛達(dá)到770℃剛達(dá)到770℃A700℃P+Fe3CⅡA+Fe3C5Cu-Zn-Al合金室溫下的等溫截面和2%Al的垂直截面圖，回答問題：解答：1）Cu-30%Zn-10%Al合金的成分點見圖中X點。2）Cu-20%Zn-8%Al合金，位于α+γ兩相區(qū)邊界線上，由α＋γ兩相組成。Cu-25Zn-6Al合金位于α＋γ的三相區(qū)中，由α＋＋γ的三相區(qū)組成，可以從圖中讀出各相成分點：＋α：Cu-22.6Zn-3.45Al,γ：Cu-18Zn-11.5Al,β：Cu-30Zn-4Al故Cu-20Zn-8Al合金中α％＝×100％＝43.50%，γ％＝1－α％＝56.5%Cu－25Zn－6Al合金中＝×100％=50%α%=(1-)×43.5%=21.75%,γ％=(1-)×56.5%=28.25%3)Y合金凝固過程：L－α，L－α＋β，β－α中南大學(xué)考試試卷答案2004——2005學(xué)年第二學(xué)期時間110分鐘材料科學(xué)與工程課程64學(xué)時4學(xué)分考試形式：閉卷專業(yè)年級材料2002級總分100分，占總評成績70%11.（10分）畫出fcc晶胞中（111）晶面上的所有[110]晶向；在hcp晶胞中畫出晶向和晶面。圖1fcc晶胞圖2hcp晶胞參考答案：fcc晶胞如圖1，ACE所在晶面為（111）晶面，[110]晶向為OD方向。hcp晶胞如圖2，晶向為Oa3反方向，晶面為ABCD面。12.（10分）舉出凝固理論在金屬材料結(jié)晶中的幾個應(yīng)用，加以簡單說明。參考答案：鑄錠組織控制、單晶體制備、非晶體制備等……。13.（10分）畫出Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖，根據(jù)相圖回答下列問題：a.標(biāo)出合金在室溫下的組織組成；b.寫出相圖中三個等溫反應(yīng)式；c.分析含碳量為0.45％的合金的平衡冷卻過程；計算其在室溫下的組織組成物的相對百分含量；d.畫出0.45％C的合金在1148℃時的成分－自由能曲線示意圖；e.試分析元素C及Cr在Fe中的可能存在形式及其作用。參考答案a．畫Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖如圖3所示。圖3Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖b．合金在室溫下的組織組成：相圖中從左到右依次為：F，F(xiàn)＋Fe3CⅢ，F(xiàn)＋P，P，＋P＋Fe3CⅡ，Ld，Ld＋Fe3CⅠ；P＋Fe3CⅡ，Ldc．含碳量為0.45％的合金的平衡冷卻過程為：L，L→A，A，A→Fe3CⅡ，A→P，室溫下得到P＋Fe3CⅡ組織；d．略e．元素C在Fe中可以固溶在Fe中，起到強(qiáng)化作用，與Fe形成化合物如Fe3C，分布形態(tài)不好會降低合金強(qiáng)度與塑性；Cr可以固溶在Fe中，起到強(qiáng)化作用，Cr也可與Fe、C形成合金碳化物。14.（10分）試總結(jié)位錯在金屬材料中的作用。參考答案要點位錯在金屬材料中可以起到強(qiáng)化作用，通過位錯運動完成塑性變形，合金中位錯與溶質(zhì)原子發(fā)生作用形成氣團(tuán)造成屈服現(xiàn)象和應(yīng)變時效，位錯是第二相形核的擇優(yōu)場所，位錯影響擴(kuò)散速度。15.（10分）分析原子擴(kuò)散在金屬材料中的作用。參考答案要點液態(tài)金屬的凝固