《材料科学基础I》A卷答案

1、上海应用技术学院20102011学年第二学期材料科学基础I期（中?末）（A?B?C?D）试卷课程代码：B301372学分：2.5考试时间：100分钟课程序号：1027929,1027930班级:学号:姓名:我已阅读了有关的考试规定和纪律要求，愿意在考试中遵守考场规则，如有违反将愿接受相应的处理？题号-一一二三四五六七八九十总分应得分101030：35151001实得分试卷共4页，请先查看试卷有无缺页，然后答题？一?名词解释：（每题2分，共10分）固态相变:不同固相之间的转变称为固态相变？珠光体:铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体？均匀形核：新相晶核是在母相中均匀地生成的，即晶核由液相中的一

2、些原子团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响？合金:由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼？烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质？致密度:晶胞中原子体积与晶胞体积之比值？二.选择题：（每空1分，共10分）1、铁碳相图中共析转变温度是（C）?A1495EB1148CC727°C2、均匀形核时，过冷度越大，临界晶核半径（B）?A越大B越小C不变3、由一种液相和一种固相反应形成另外一种固相的过程称为（A）?A包晶转变B匀晶转变C共晶转变4、共晶反应的表达式为（C）?C.Lr二-5?Fe-C合金中从奥氏体中析出的渗碳体称为（B），从铁素体中析出的渗碳体称为（C）?A一次渗碳体；B二

3、次渗碳体；C三次渗碳体6?Cu晶体具有（B）结构,晶体的键型是（D）?A体心立方B面心立方C密排六方D金属键E离子键F共价键G范德华力H氢键7?体心立方结构的密排方向是（D），面心立方结构的密排面是（C）?A.（001）;B.001;C.（111）;D.111;E.（011）;F.011三?问答题:（每题5分共30分）1、液固相间的界面结构是怎样影响核心长大机制的？答:晶体长大的形态与液？固两相的界面结构有关，相界面结构分为光滑界面和粗糙界面两类？-2分连续长大-粗糙界面，垂直式长大-1分a. 二维形核-光滑界面,台阶式成长；界面上反复形核，罕见-1分藉螺型位错生长一光滑界面，永不消失的台阶，

4、速度较慢-1分2、为什么在有过冷度下才能凝固？答：由纯晶体的液？固两相的自由能随温度变化曲线可以得知：液相的自由能随温度变化曲线的斜率较大，而固相的自由能随温度变化曲线的斜率较小，两条斜率不同的曲线必然相交于一点，该点表示液？固两相的自由能相等，此时两相处于平衡而共存，既不能完全结晶，也不能完全熔化，此温度即为理论凝固温度，也就是晶体的熔点Tn?-2分由热力学第二定律可知，过程自发进行的方向是体系自由能降低的方向，因此要发生结晶则体系温度必须降至低于Tn温度,而熔点Tn与实际凝固温度T之差称为过冷度？-2分另外,在一定温度下，从一相转变为另一相的自由能变化为式中，T=Tm-T是熔点Tmff实际

5、凝固温度T之差？由上式可知,要使Gv<0，必须使AT>0,即T<Tm,所以在有过冷度下才能凝固？-1分AG»Gsto崔-son3?比较空间点阵与晶体结构的区别？答:空间点阵与晶体结构的区别为：空间点阵是由无数几何点在三维空间排列成的规则阵列，是晶体中质点排列的几何学抽象？只有14种类型？-2分晶体结构则是晶体中质点在空间的具体排列方式？实际质点的排列是无限的？-2分简言之,晶体结构=空间点阵+基元（原子？分子or离子）-1分4?画出一个立方晶胞的立体图，并注明各晶轴及轴间夹角？答:5、在立方晶胞中画出以下晶面和晶向：(010)?(312)?(111)?211?110

6、?321?(O,hO)J211321(0,1,0)(0,1,0)6?写出菲克第二定律的表达式，并说明方程中各量及符号的名称和意义？答:菲克第二定律为：£PD（訂P+訂P+心）-3分式中,D为扩散系数，其单位为-冲"是扩散物质的质量浓度：:,其其单位为kg/m3?-2分四?相图分析题：（共35分）1、A-B二元合金相图如下图，试求：（1）在图中标出液相线？固溶度曲线和固相线，并指明水平线的反应类型？（5分）（2）分析含B为x的合金的冷却过程中组织的变化?（6分）该合金的室温组织为下图中的哪个？（3分）答:液相线为GbD個溶度曲线为aE,PF;固相线为Ga,PD?3分水平线反映

7、类型：包晶反应，-*：?2分t>ti,L;1分t=ti,LT0（；1分t在tlt2之间，液相中不断析出：相；1分t=t2,L;2分t<t2,r-?1分3分2、下图所示为Fe-FmC合金相图：（21分）（1）在图中标出碳在奥氏体中的溶解度曲线，碳在铁素体中的溶解度曲线和奥氏体中开始析出铁素体的转变线？（3分）(2) 指明水平线的反应类型，并写出对应的反应式？(6分)(3) 指出图中合金I的类型,并分析其冷却过程中的组织变化及最后得到的室温组织？(6分)(4) 指出该合金的室温相组成，并计算各相的相对含量？(6分)2分2分:L溶解度曲线；PQ铁素体的转变线(1)ES为答:H12(2)包

8、晶反应共晶反应：LFeC为奥共析反应：LFeC(3)合金I的类型是过共析钢？1分冷却过程中的组织变化：t>ti,L;t=tl,Lr:;1分t在t1t2之间,液相中不断析出相到t2;t=t2,液相全部转变为固相，之后相不变1分t=t3,Fe3CH?1分t=t4：讦：m：；'Fe3C1分最后得到的室温组织：P+FesCjj1分指出该合金的室温相组成，并计算各相的相对含量?(6分)合金的室温相组成是:相和Fe3C?2分2分相含量=船FesC口相含量FesC口相含量P-06.690五？计算题(15分)1.碳在-Fe中的扩散系数可近似地用下式计算：Do=2.0x10-5mi/s扩散激活能Q

9、=14(X103J/mol(a)计算在927C时碳在-Fe中的扩散系数；(b)计算为了得到与927E渗碳10h相同的效果,在870T渗碳需要多长时间?(不同温度下碳在-Fe中溶解度的差别可忽略不计)?(5分)解:(a)扩散系数相关的Arrhenius公式为:D=D0expRT-2分根据已知条件，代入上述公式中得：De=2.0X0-5exp-140000/8.31*(927+273)=1.6X0-11m2/s(b)根据Dt-C(常数河得：-1分D870870=D927927-1分1.610J1103600,D927t9271.6"、IU"T0"、3600r小870一D870-2.010°exp-140000/8.31(870273)一.S-1分2.分别计算体心立方晶体结构和面心立方晶体结构的单胞内原子数及致密度?(5解:对于立方FCC结构而言，晶胞中原子分别位于顶角和面积中心处，晶胞中原子的个数为:n=8X1/8+6X/2=4?-1分4、234(a)3严0.74a-1.5分43nr3此结构的致密度为：KJ-a而对于立方BCC结构而言，