材料科學(xué)基試題

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》試卷Ⅳ一、名詞解釋（20分，每題4分）偽共晶；離異共晶；枝晶偏析；成分過冷；包申格效應(yīng)二、選擇題（每題1.5分，共30分）1.如下說法哪個(gè)是正確的，A.形成點(diǎn)缺陷所引起的熵的變化使晶體能量增加B.晶體總是傾向于降低點(diǎn)缺陷的濃度C.當(dāng)點(diǎn)缺陷濃度達(dá)到平衡值時(shí)，晶體自由能最低2.位錯(cuò)線上的割階一般通過形成。A．位錯(cuò)的交割B.交滑移C.孿生3.金屬鎂的單晶體處于軟取向時(shí)塑變量可達(dá)100%-200%，但其多晶體的塑性很差，其主要原因是：A.鎂多晶體的晶粒通常較粗大C.鎂滑移系通常較少B.鎂多晶體通常存在裂紋D.因?yàn)殒V是BCC結(jié)構(gòu)，所以脆性大4.層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)之間的關(guān)系是：A.層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)交替出現(xiàn)B.層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)能量相同C.層錯(cuò)能越高，不完全位錯(cuò)伯氏矢量的模越小D.不完全位錯(cuò)總是出現(xiàn)在層錯(cuò)和完整晶體的交界處5.原子擴(kuò)散過程的驅(qū)動(dòng)力是：A.組員的濃度梯度C.擴(kuò)散的溫度B.組元的化學(xué)勢(shì)梯度D.擴(kuò)散的時(shí)間6.純金屬均勻形核時(shí)，A.當(dāng)過冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性低，相變驅(qū)動(dòng)力低，因此，形核率低；B.當(dāng)過冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性高，相變驅(qū)動(dòng)力高，因此，形核率低；C.當(dāng)過冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性低，相變驅(qū)動(dòng)力高，因此，形核率低；D.當(dāng)過冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性高，相變驅(qū)動(dòng)力低，因此，形核率低；7.欲通過形變和再結(jié)晶方法獲得細(xì)晶粒組織，應(yīng)避免。A．在臨界形變量進(jìn)行塑性變形加工C.較長(zhǎng)的退火時(shí)間D.較高的退火溫度8.既能提高金屬的強(qiáng)度，又能降低其脆性的手段是B.大變形量。A.加工硬化B.固溶強(qiáng)化C.晶粒細(xì)化D.第二相強(qiáng)化9．在三元系濃度三角形中，凡成分位于A.通過三角形頂角的中垂線上的合金，它們含有另兩個(gè)頂角所代表的兩組元含量相等。B.通過三角形頂角的任一直線C.通過三角形頂角與對(duì)邊成45°的直線10．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<k0B.k0<ke<1C.ke<k0<111．A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12．凝固時(shí)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13.A,B兩晶體，如果：C.對(duì)液相進(jìn)行攪拌A.所屬的空間點(diǎn)陣相同，則此兩晶體的結(jié)構(gòu)相同B．晶體結(jié)構(gòu)相同，它們所屬的空間點(diǎn)陣可能不同C.晶體結(jié)構(gòu)相同，它們所屬的空間點(diǎn)陣必然相同D．所屬的空間點(diǎn)陣不同，兩晶體的結(jié)構(gòu)可能相同。14．在體心立方結(jié)構(gòu)中，柏氏矢量為a[110]的位錯(cuò)分解為a/2[111]+a/2.A．不能B.能C.可能15．組成固溶體的兩組元完全互溶的條件是：A.兩組元的電子濃度相同C.兩組元的原子半徑相同B.兩組元的晶體結(jié)構(gòu)相同D.兩組元電負(fù)性相同16.在金相試樣表面上幾組交滑移線的產(chǎn)生是由于A.交滑移B.多系滑移C.單滑移D.沒有滑移。17.引入空間點(diǎn)陣概念是為了：A.描述原子在晶胞中的位置B.描述晶體的對(duì)稱性C.描述晶體結(jié)構(gòu)的周期性D.同時(shí)描述晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對(duì)稱性。18.從金屬與合金的角度看，冷加工和熱加工一般是以溫度為界限區(qū)分的。A.結(jié)晶B.再結(jié)晶C.相變D.25℃19.運(yùn)用區(qū)域熔煉方法可以A.使材料的成分更均勻B.可以消除晶體中的微觀缺陷C.可以消除晶體中的宏觀缺陷D.可以提高金屬的純度20.鑄鐵與碳鋼的區(qū)別在于有無A．萊氏體B.珠光體C.鐵素體三、簡(jiǎn)答題（26分）D.滲碳體1.請(qǐng)對(duì)比分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)和機(jī)理。（10分）2.列出二元系中各種恒溫轉(zhuǎn)變的類型，反應(yīng)式及圖形特征。（7分）3.簡(jiǎn)述宏觀偏析的類型，產(chǎn)生的原因及防止措施。（9分）四、計(jì)算題（24分）（4分）1.請(qǐng)判定下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行。（1）（2）（10分）2.畫出Fe-Fe3C，并根據(jù)Fe-Fe3C相圖，(1)分別求ω（C)=2.11%，ω（C)=4.30%的二次滲碳體的析出量。(2)畫出ω（C)=4.30%的冷卻曲線。（10分）3.已知A、B、C三組元固態(tài)完全不互溶，成分為80％A、10％B、10％C的O合金在冷卻過程中將進(jìn)行二元共晶反應(yīng)和三元共晶反應(yīng)，在二元共晶反應(yīng)開始時(shí)，該合金液相成分(a點(diǎn))為60％A、20％B、20％C，而三元共晶反應(yīng)開始時(shí)的液相成分(E點(diǎn))為50%A、10%B、40%C。(1)試計(jì)算A初%、(A+B)%和(A+B+C)%的相對(duì)量。(2)寫出圖中I和P合金的室溫平衡組織。《材料科學(xué)基礎(chǔ)》試卷Ⅳ答案一、名詞解釋（20分，每題4分）偽共晶；離異共晶；枝晶偏析；成分過冷；包申格效應(yīng)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：由于非平衡共晶體數(shù)量較少，通常共晶體中的α相依附于初生α相生長(zhǎng)，將共晶體中另一相β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。枝晶偏析：是由非平衡凝固造成的，從而使先凝固的枝干和后凝固的枝干間的成分不均勻。偏析在一個(gè)晶粒范圍內(nèi)，故也稱晶內(nèi)偏析。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(shí)產(chǎn)生的過冷稱為成分過冷。包申格效應(yīng)：材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（小于4％），而后同向加載則σe升高，反向加載則σe下降。此現(xiàn)象稱之為包申格效應(yīng)。二、選擇題（每題1.5分，共30分）1.如下說法哪個(gè)是正確的，CA.形成點(diǎn)缺陷所引起的熵的變化使晶體能量增加B.晶體總是傾向于降低點(diǎn)缺陷的濃度C.當(dāng)點(diǎn)缺陷濃度達(dá)到平衡值時(shí)，晶體自由能最低2.位錯(cuò)線上的割階一般通過A形成。A．位錯(cuò)的交割B.交滑移C.孿生3.金屬鎂的單晶體處于軟取向時(shí)塑變量可達(dá)100%-200%，但其多晶體的塑性很差，其主要原因是：CA.鎂多晶體的晶粒通常較粗大C.鎂滑移系通常較少B.鎂多晶體通常存在裂紋D.因?yàn)殒V是BCC結(jié)構(gòu)，所以脆性大4.層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)之間的關(guān)系是：DA.層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)交替出現(xiàn)B.層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)能量相同C.層錯(cuò)能越高，不完全位錯(cuò)伯氏矢量的模越小D.不完全位錯(cuò)總是出現(xiàn)在層錯(cuò)和完整晶體的交界處5.原子擴(kuò)散過程的驅(qū)動(dòng)力是：BA.組員的濃度梯度C.擴(kuò)散的溫度B.組元的化學(xué)勢(shì)梯度D.擴(kuò)散的時(shí)間6.純金屬均勻形核時(shí)，DA.當(dāng)過冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性低，相變驅(qū)動(dòng)力低，因此，形核率低；B.當(dāng)過冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性高，相變驅(qū)動(dòng)力高，因此，形核率低；C.當(dāng)過冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性低，相變驅(qū)動(dòng)力高，因此，形核率低；D.當(dāng)過冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性高，相變驅(qū)動(dòng)力低，因此，形核率低；7.欲通過形變和再結(jié)晶方法獲得細(xì)晶粒組織，應(yīng)避免A。A．在臨界形變量進(jìn)行塑性變形加工C.較長(zhǎng)的退火時(shí)間D.較高的退火溫度8.既能提高金屬的強(qiáng)度，又能降低其脆性的手段是C。A.加工硬化B.固溶強(qiáng)化C.晶粒細(xì)化D.第二相強(qiáng)化B.大變形量9．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(duì)邊成45°的直線10．有效分配系數(shù)ke表示液相的混合程度，其值范圍是BA.1<ke<k0B.k0<ke<1C.ke<k0<111．A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AA.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12．凝固時(shí)不能有效降低晶粒尺寸的是以下那種方法？BA.加入形核劑B.減小液相的過冷度C.對(duì)液相進(jìn)行攪拌13.A,B兩晶體，如果：CA.所屬的空間點(diǎn)陣相同，則此兩晶體的結(jié)構(gòu)相同B．晶體結(jié)構(gòu)相同，它們所屬的空間點(diǎn)陣可能不同C.晶體結(jié)構(gòu)相同，它們所屬的空間點(diǎn)陣必然相同D．所屬的空間點(diǎn)陣不同，兩晶體的結(jié)構(gòu)可能相同。14．在體心立方結(jié)構(gòu)中，柏氏矢量為a[110]的位錯(cuò)A分解為a/2[111]+a/2.A．不能B.能C.可能15．組成固溶體的兩組元完全互溶的條件是：BA.兩組元的電子濃度相同C.兩組元的原子半徑相同B.兩組元的晶體結(jié)構(gòu)相同D.兩組元電負(fù)性相同16.在金相試樣表面上幾組交滑移線的產(chǎn)生是由于B。A.交滑移B.多系滑移C.單滑移D.沒有滑移17.引入空間點(diǎn)陣概念是為了：CA.描述原子在晶胞中的位置B.描述晶體的對(duì)稱性D.同時(shí)描述晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對(duì)稱性。C.描述晶體結(jié)構(gòu)的周期性18.從金屬與合金的角度看，冷加工和熱加工一般是以B溫度為界限區(qū)分的。A.結(jié)晶B.再結(jié)晶C.相變D.25℃19.運(yùn)用區(qū)域熔煉方法可以DA.使材料的成分更均勻B.可以消除晶體中的微觀缺陷C.可以消除晶體中的宏觀缺陷D.可以提高金屬的純度20.鑄鐵與碳鋼的區(qū)別在于有無AA．萊氏體B.珠光體C.鐵素體三、簡(jiǎn)答題（26分）D.滲碳體1.請(qǐng)對(duì)比分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)和機(jī)理。（10分）（2分）答案：加工硬化：是隨變形使位錯(cuò)增殖而導(dǎo)致的硬化；細(xì)晶強(qiáng)化：是由于晶粒減小，晶粒數(shù)量增多，尺寸減小，增大了位錯(cuò)連續(xù)滑移的阻力導(dǎo)致的強(qiáng)化；同時(shí)由于滑移分散，也使塑性增大。該強(qiáng)化機(jī)制是唯一的同時(shí)增大強(qiáng)度和塑性的機(jī)制。（2分）彌散強(qiáng)化：又稱時(shí)效強(qiáng)化。是由于細(xì)小彌散的第二相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)化。包括切過機(jī)制和繞過機(jī)制。（2分）復(fù)相強(qiáng)化：由于第二相的相對(duì)含量與基體處于同數(shù)量級(jí)是產(chǎn)生的強(qiáng)化機(jī)制。其強(qiáng)化程度取決于第二相的數(shù)量、尺寸、分布、形態(tài)等，且如果第二相強(qiáng)度低于基體則不一定能夠起到強(qiáng)化作用。（2分）固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙。包括彈性交互作用（柯氏氣團(tuán)）、電交互作用（玲木氣團(tuán)）和化學(xué)交互作用。（2分）2.列出二元系中各種恒溫轉(zhuǎn)變的類型，反應(yīng)式及圖形特征。（7分，每一種類型1分）3.簡(jiǎn)述宏觀偏析的類型，產(chǎn)生的原因及防止措施。（9分）答案：（1）正常偏析：（1分）產(chǎn)生原因：當(dāng)合金的分配系數(shù)k0<1時(shí)，先凝固的外層中溶質(zhì)含量較后凝固的內(nèi)層低，因此合金鑄件中心所含溶質(zhì)質(zhì)量濃度較高的偏析稱為正常偏析。（1分）防止措施：一般難以完全避免。（1分）（2）反偏析：（1分）形成原因：原來鑄件中心部位應(yīng)該富集溶質(zhì)元素，由于鑄件凝固時(shí)發(fā)生收縮而在樹枝晶之間產(chǎn)生空隙，加上溫度的降低，液體內(nèi)氣體析出而形成壓強(qiáng)，使鑄件中心溶質(zhì)質(zhì)量濃度較高的液體沿著柱狀晶之間的“渠道”被壓向鑄件表層，形成反偏析。（1分）防止措施：擴(kuò)大鑄件中心等軸晶帶，阻止柱狀晶的發(fā)展，使富集溶質(zhì)的液體不易從中心排向表層；減少液體中的氣體含量等。（1分）（3）比重偏析：（1分）形成原因：由于初生相與溶液之間密度相差懸殊，輕者上浮，重者下沉，從而導(dǎo)致上下成分不均勻的偏析稱為比重偏析。（1分）防止措施：增大鑄件的冷卻速度，使初生相來不及上浮或下沉；加入第三種合金元素，形成熔點(diǎn)較高的，密度與液相接近的樹枝晶化合物，在結(jié)晶初期形成樹枝骨架。分）（1四、作圖與計(jì)算題（24分）（4分）1.請(qǐng)判定下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行。（1）幾何條件：，滿足幾何條件能量條件：滿足能量條件，反應(yīng)可以進(jìn)行。（2分）（2）幾何條件：，滿足幾何條件能量條件：滿足能量條件，反應(yīng)可以進(jìn)行。（2分）（10分）3.畫出Fe-Fe3C相圖，并根據(jù)Fe-Fe3C相圖，(1)分別求ω（C)=2.11%，ω（C)=4.30%的二次滲碳體的析出量。(2)畫出ω（C)=4.30%的冷卻曲線。圖（5分）答案：（1）ω（C)=2.11%時(shí)，F(xiàn)e3CⅡ=ω（C)=4.30%時(shí)，共晶中奧氏體的量為：×100%=22.6%（1分）×100%=52.18%（1分）則共晶中奧氏體可析出Fe3CⅡ的量為：Fe3CⅡ=52.18×=11.8%（1分）[或者先求ω（C)=4.30%時(shí)鐵碳合金在共析反應(yīng)前的滲碳體的總量為（Fe3C）t=×100%=60%（1分）然后從（Fe3C）t中減去共晶中Fe3C的量，即得Fe3CⅡ的量Fe3CⅡ=（）×100%=11.8%（1分）](2)ω（C)=4.30%的冷卻曲線（2分）Fe3CⅢα（10分）5.已知A、B、C三組元固態(tài)完全不互溶，成分為80％A、10％B、10％C的O合金在冷卻過程中將進(jìn)行二元共晶反應(yīng)和三元共晶反應(yīng)，在二元共晶反應(yīng)開始時(shí)，該合金液相成分(a點(diǎn))為60％A、20％B、20％