1、材料科學基礎考題I卷一、名詞解釋（任選5題，每題4分，共20分）單位位錯；交滑移；滑移系；偽共晶；離異共晶；奧氏體；成分過冷二、選擇題（每題2分，共20分）1 .在體心立方結構中，柏氏矢量為 a110的位錯（）分解為a/2111+a/2111.（A）不能 （B）能 （C）可能2 .原子擴散的驅動力是：（）（A）組元的濃度梯度（B）組元的化學勢梯度（C）溫度梯度3 .凝固的熱力學條件為：（）（A）形核率（B）系統自由能增加（C）能量守衡（D）過冷度4 .在TiO2中，當一部分Ti4+還原成Ti3+,為了平衡電荷就出現（）（A）氧離子空位 （B）鈦離子空位 （C）陽離子空位5 .在三元系濃度三角形

2、中，凡成分位于（）上的合金，它們含有另兩個頂角所 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邊成45。的直線6. 有效分配系數ke表示液相的混合程度，其值范圍是（）（A） 1<ke<ko（B） ko<ke<1（C） ke<ko<17. A和A-B合金焊合后發生柯肯達爾效應，測得界面向A試樣方向移動，則（）（A） A組元的擴散速率大于B組元 （B）與（A）相反（C） A B兩組元的擴散速率相同8. A和B組成的二元系中出現a和B兩相平衡時，兩相的成分（x）-自由能（G）的關系為（）（A） G = G

3、b（B） dG = dGe（C） G= Gb9 .凝固時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（C）對液相進行攪拌10 .菲克第一定律表述了穩態擴散的特征，即濃度不隨（）變化。（A）距離（B）時間（C）溫度三、簡答題（20分）（4分）1.從結晶條件和過程分析純金屬和單相固溶體合金結晶時的異同點。（6分）2.簡述塑性變形對材料組織和性能的影響。（10分）3.試用位錯理論解釋低碳鋼冷拉伸變形時的屈服現象。四、作圖與計算題（每題10分，共40分）1 .畫出Fe-C相圖，并將相圖中的相區按組織加以標注。2 .假設某面心立方晶體可以開動的滑移系為,請回答：(1)

4、給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量；(2)若滑移位錯為純刃位錯，請指出其位錯線方向；若滑移位錯為純螺位錯, 其位錯線方向又如何？3 .圖示為Pb-Sn-Bi相圖投影圖。問：(1)寫出合金Q (WBi = 0.7, WSn=0.2)凝固過程及室溫組織；(2)計算合金室溫下組織組成物的相對含量。4.根據圖示A-B二元共晶相圖(共晶溫度為600C),將(B)=10%勺合金，用 同樣成分的籽晶在固相無擴散、液相完全不混合的條件下進行定向凝固制成單 品，為了保持液-固界面在整個凝固過程中處于平直狀態，試計算界面處液相所 需的最小溫度梯度(G)。(已知凝固速度 R=1cm/hi D=2X 10-5cn2/s)

5、材料科學基礎考題答案I卷一、名詞解釋（任選5題，每題4分，共20分）單位位錯；交滑移；滑移系；偽共晶；離異共晶；奧氏體；成分過冷答：單位位錯：柏氏矢量等于單位點陣矢量的位錯稱為單位位錯。交滑移：兩個或多個滑移面沿著某個共同的滑移方向同時或交替滑移，稱為交滑移。滑移系：一個滑移面和此面上的一個滑移方向合起來叫做一個滑移系。偽共品：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 品組織，這種由非共品成分的合金所得到的共晶組織稱為偽共品。離異共晶：由于非平衡共晶體數量較少，通常共晶體中的a相依附于初生a相生 長，將共晶體中另一相B推到最后凝固的晶界處， 從而使共晶體兩組成相相間的 組

6、織特征消失，這種兩相分離的共晶體稱為離異共晶。奧氏體：碳原子溶于丫 -Fe形成的固溶體。成分過冷：在合金的凝固過程中，將界面前沿液體中的實際溫度低于由溶質分布 所決定的凝固溫度時產生的過冷稱為成分過冷。二、選擇題（每題2分，共20分）1 .在體心立方結構中，柏氏矢量為a110的位錯（A ）分解為a/2111+a/21布.（A）不能 （B）能 （C）可能2 .原子擴散的驅動力是：（B ）（A）組元的濃度梯度（B）組元的化學勢梯度（C）溫度梯度3 .凝固的熱力學條件為：（D ）（A）形核率（B）系統自由能增加（C）能量守衡（D）過冷度4 .在TiO2中，當一部分Ti4+還原成Ti3+,為了平衡電荷

7、就出現（A）（A）氧離子空位 （B）鈦離子空位 （C）陽離子空位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邊成45。的直線6 .有效分配系數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< k 0 <17 .A和A-B合金焊合后發生柯肯達爾效應，測得界面向A試樣方向移動，則（A ）（A） A組元的擴散速率大于B組元（B）與（A）相反（ C） A、 B 兩組元的擴散

8、速率相同8 . A和B組成的二元系中出現a和B兩相平衡時，兩相的成分（x）-自由能（G）的關系為（ B ）（A） G = Gb （B） dG = dGe（C） G= Gb9凝固時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）減小液相的過冷度（C）對液相進行攪拌10菲克第一定律表述了穩態擴散的特征，即濃度不隨（B ）變化。（A）距離 （B）時間（C）溫度三、簡答題 （ 20 分）（ 4 分） 1. 從結晶條件和過程分析純金屬和單相固溶體合金結晶時的異同點。（ 8 分） 2. 簡述塑性變形對材料組織和性能的影響。（ 8 分） 3. 試用位錯理論解釋低碳鋼冷拉伸變形時的屈服現

9、象。1. 答：相同點： 結晶條件都需要過冷度， 結晶過程都經過形核和長大。 （ 2 分）不同點： 純金屬是在恒溫結晶， 其形核只需要能量起伏和結構起伏。 而單相固溶體合金是在一個溫度范圍內結晶， 其形核不但需要能量起伏和結構起伏， 還需要成分起伏。 （ 2 分）2. 答：組織結構：（1）形成纖維組織：晶粒沿變形方向被拉長；（2）形成位錯胞；（3）晶粒轉動形成變形織構。 （ 3 分）力學性能：位錯密度增大，位錯相互纏繞，運動阻力增大，造成加工硬化。（ 1 分）物理化學性能： 其變化復雜， 主要對導電， 導熱， 化學活性， 化學電位等有影響。（ 2 分）體系能量：包括兩部分：（1）因冷變形產生大量

10、缺陷引起點陣畸變，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應力和宏觀內應力。這兩部分統稱為存儲能，其中前者為主要的。 （ 2 分）3. 答：低碳鋼中的少量碳、 氮原子與晶體中的位錯發生交互作用， 主要是彈性交互作用，形成柯氏氣團，對位錯起釘扎作用，使其運動阻力增大，導致應力 -應變曲線上出現上屈服點， 當位錯擺脫柯氏氣團的釘扎作用后， 應力下降出現下屈服點， 發生屈服伸長（2分）；繼續變形，由于位錯密度增加產生應變硬化作用，應力又 復提高（2分）。這時卸載后立即加載，由于位錯已擺脫柯氏氣團的釘扎作用， 故不出現屈服現象（2分）；若放置一段時間或加熱一定時間，由于

11、碳、氮原子 又與位錯發生交互作用形成柯氏氣團，故又出現屈服現象，因位錯密度的增加， 故此時的屈服應力升高（2分）。三、作圖與計算題（每題10分，共40分）1 .畫出Fe-C相圖，并將相圖中的相區按組織加以標注。r *Pg圖5分，組織標定5分2 .假設某面心立方晶體可以開動的滑移系為，請回答:（1）給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量；（2）若滑移位錯為純刃位錯，請指出其位錯線方向；若滑移位錯為純螺位錯, 其位錯線方向又如何？合=一Oil4 4分）答：(1 )單位位錯的柏氏矢量2(2 )純刃位錯的位錯線方向與b垂直，且位于滑移面上，為2丁1 (3分)；純螺位錯的位錯線與 b平行，為011 o（3分）3

12、 .圖示為Pb-Sn-Bi相圖投影圖。問：(1)寫出合金Q (WBi = 0.7, wsn=0.2)凝固過程及室溫組織;(2)計算合金室溫下組織組成物的相對含量。Sh穌PE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 的延長線向E3E移動；液相成分達到E3E后發生共晶反應，L (Sn+ Bi)共，液 相成分延E3E向E移動；液相成分達到E后，發生三元共晶反應L (Sn+ Bi + B)共，隨后冷卻不再變化。(5分)室溫組織為：Bi初+ (Sn+ Bi)共+ ( Sn+ Bi + B )共(2分)(2) w 初= 2.88; W(Sn+Bi)共=0.407; w(Sn+ Bi + B)共= 0.305(3分)4.根據圖示A-B二元共晶相圖(共晶溫度為600C),將(B)=10%勺合金，用同樣成分的籽晶在固相無