材料科学基试题

《材料科学基础》试卷Ⅳ一、名词解释（20分，每题4分）伪共晶；离异共晶；枝晶偏析；成分过冷；包申格效应二、选择题（每题1.5分，共30分）1.如下说法哪个是正确的，A.形成点缺陷所引起的熵的变化使晶体能量增加B.晶体总是倾向于降低点缺陷的浓度C.当点缺陷浓度达到平衡值时，晶体自由能最低2.位错线上的割阶一般通过形成。A．位错的交割B.交滑移C.孪生3.金属镁的单晶体处于软取向时塑变量可达100%-200%，但其多晶体的塑性很差，其主要原因是：A.镁多晶体的晶粒通常较粗大C.镁滑移系通常较少B.镁多晶体通常存在裂纹D.因为镁是BCC结构，所以脆性大4.层错和不完全位错之间的关系是：A.层错和不完全位错交替出现B.层错和不完全位错能量相同C.层错能越高，不完全位错伯氏矢量的模越小D.不完全位错总是出现在层错和完整晶体的交界处5.原子扩散过程的驱动力是：A.组员的浓度梯度C.扩散的温度B.组元的化学势梯度D.扩散的时间6.纯金属均匀形核时，A.当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力低，因此，形核率低；B.当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力高，因此，形核率低；C.当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力高，因此，形核率低；D.当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力低，因此，形核率低；7.欲通过形变和再结晶方法获得细晶粒组织，应避免。A．在临界形变量进行塑性变形加工C.较长的退火时间D.较高的退火温度8.既能提高金属的强度，又能降低其脆性的手段是B.大变形量。A.加工硬化B.固溶强化C.晶粒细化D.第二相强化9．在三元系浓度三角形中，凡成分位于A.通过三角形顶角的中垂线上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两组元含量相等。B.通过三角形顶角的任一直线C.通过三角形顶角与对边成45°的直线10．有效分配系数ke表示液相的混合程度，其值范围是A.1<ke<k0B.k0<ke<1C.ke<k0<111．A和A-B合金焊合后发生柯肯达尔效应，测得界面向A试样方向移动，则A.A组元的扩散速率大于B组元B.与（A）相反C.A、B两组元的扩散速率相同12．凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下那种方法？A.加入形核剂B.减小液相的过冷度13.A,B两晶体，如果：C.对液相进行搅拌A.所属的空间点阵相同，则此两晶体的结构相同B．晶体结构相同，它们所属的空间点阵可能不同C.晶体结构相同，它们所属的空间点阵必然相同D．所属的空间点阵不同，两晶体的结构可能相同。14．在体心立方结构中，柏氏矢量为a[110]的位错分解为a/2[111]+a/2.A．不能B.能C.可能15．组成固溶体的两组元完全互溶的条件是：A.两组元的电子浓度相同C.两组元的原子半径相同B.两组元的晶体结构相同D.两组元电负性相同16.在金相试样表面上几组交滑移线的产生是由于A.交滑移B.多系滑移C.单滑移D.没有滑移。17.引入空间点阵概念是为了：A.描述原子在晶胞中的位置B.描述晶体的对称性C.描述晶体结构的周期性D.同时描述晶体结构的周期性和对称性。18.从金属与合金的角度看，冷加工和热加工一般是以温度为界限区分的。A.结晶B.再结晶C.相变D.25℃19.运用区域熔炼方法可以A.使材料的成分更均匀B.可以消除晶体中的微观缺陷C.可以消除晶体中的宏观缺陷D.可以提高金属的纯度20.铸铁与碳钢的区别在于有无A．莱氏体B.珠光体C.铁素体三、简答题（26分）D.渗碳体1.请对比分析加工硬化、细晶强化、弥散强化、复相强化和固溶强化的特点和机理。（10分）2.列出二元系中各种恒温转变的类型，反应式及图形特征。（7分）3.简述宏观偏析的类型，产生的原因及防止措施。（9分）四、计算题（24分）（4分）1.请判定下列位错反应能否进行。（1）（2）（10分）2.画出Fe-Fe3C，并根据Fe-Fe3C相图，(1)分别求ω（C)=2.11%，ω（C)=4.30%的二次渗碳体的析出量。(2)画出ω（C)=4.30%的冷却曲线。（10分）3.已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O合金在冷却过程中将进行二元共晶反应和三元共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为50%A、10%B、40%C。(1)试计算A初%、(A+B)%和(A+B+C)%的相对量。(2)写出图中I和P合金的室温平衡组织。《材料科学基础》试卷Ⅳ答案一、名词解释（20分，每题4分）伪共晶；离异共晶；枝晶偏析；成分过冷；包申格效应伪共晶：在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。离异共晶：由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的α相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。枝晶偏析：是由非平衡凝固造成的，从而使先凝固的枝干和后凝固的枝干间的成分不均匀。偏析在一个晶粒范围内，故也称晶内偏析。成分过冷：在合金的凝固过程中，将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷称为成分过冷。包申格效应：材料经预先加载产生少量塑性变形（小于4％），而后同向加载则σe升高，反向加载则σe下降。此现象称之为包申格效应。二、选择题（每题1.5分，共30分）1.如下说法哪个是正确的，CA.形成点缺陷所引起的熵的变化使晶体能量增加B.晶体总是倾向于降低点缺陷的浓度C.当点缺陷浓度达到平衡值时，晶体自由能最低2.位错线上的割阶一般通过A形成。A．位错的交割B.交滑移C.孪生3.金属镁的单晶体处于软取向时塑变量可达100%-200%，但其多晶体的塑性很差，其主要原因是：CA.镁多晶体的晶粒通常较粗大C.镁滑移系通常较少B.镁多晶体通常存在裂纹D.因为镁是BCC结构，所以脆性大4.层错和不完全位错之间的关系是：DA.层错和不完全位错交替出现B.层错和不完全位错能量相同C.层错能越高，不完全位错伯氏矢量的模越小D.不完全位错总是出现在层错和完整晶体的交界处5.原子扩散过程的驱动力是：BA.组员的浓度梯度C.扩散的温度B.组元的化学势梯度D.扩散的时间6.纯金属均匀形核时，DA.当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力低，因此，形核率低；B.当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力高，因此，形核率低；C.当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力高，因此，形核率低；D.当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力低，因此，形核率低；7.欲通过形变和再结晶方法获得细晶粒组织，应避免A。A．在临界形变量进行塑性变形加工C.较长的退火时间D.较高的退火温度8.既能提高金属的强度，又能降低其脆性的手段是C。A.加工硬化B.固溶强化C.晶粒细化D.第二相强化B.大变形量9．在三元系浓度三角形中，凡成分位于A上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两组元含量相等。A.通过三角形顶角的中垂线B.通过三角形顶角的任一直线C.通过三角形顶角与对边成45°的直线10．有效分配系数ke表示液相的混合程度，其值范围是BA.1<ke<k0B.k0<ke<1C.ke<k0<111．A和A-B合金焊合后发生柯肯达尔效应，测得界面向A试样方向移动，则AA.A组元的扩散速率大于B组元B.与（A）相反C.A、B两组元的扩散速率相同12．凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下那种方法？BA.加入形核剂B.减小液相的过冷度C.对液相进行搅拌13.A,B两晶体，如果：CA.所属的空间点阵相同，则此两晶体的结构相同B．晶体结构相同，它们所属的空间点阵可能不同C.晶体结构相同，它们所属的空间点阵必然相同D．所属的空间点阵不同，两晶体的结构可能相同。14．在体心立方结构中，柏氏矢量为a[110]的位错A分解为a/2[111]+a/2.A．不能B.能C.可能15．组成固溶体的两组元完全互溶的条件是：BA.两组元的电子浓度相同C.两组元的原子半径相同B.两组元的晶体结构相同D.两组元电负性相同16.在金相试样表面上几组交滑移线的产生是由于B。A.交滑移B.多系滑移C.单滑移D.没有滑移17.引入空间点阵概念是为了：CA.描述原子在晶胞中的位置B.描述晶体的对称性D.同时描述晶体结构的周期性和对称性。C.描述晶体结构的周期性18.从金属与合金的角度看，冷加工和热加工一般是以B温度为界限区分的。A.结晶B.再结晶C.相变D.25℃19.运用区域熔炼方法可以DA.使材料的成分更均匀B.可以消除晶体中的微观缺陷C.可以消除晶体中的宏观缺陷D.可以提高金属的纯度20.铸铁与碳钢的区别在于有无AA．莱氏体B.珠光体C.铁素体三、简答题（26分）D.渗碳体1.请对比分析加工硬化、细晶强化、弥散强化、复相强化和固溶强化的特点和机理。（10分）（2分）答案：加工硬化：是随变形使位错增殖而导致的硬化；细晶强化：是由于晶粒减小，晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。该强化机制是唯一的同时增大强度和塑性的机制。（2分）弥散强化：又称时效强化。是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制和绕过机制。（2分）复相强化：由于第二相的相对含量与基体处于同数量级是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。（2分）固溶强化：由于溶质原子对位错运动产生阻碍。包括弹性交互作用（柯氏气团）、电交互作用（玲木气团）和化学交互作用。（2分）2.列出二元系中各种恒温转变的类型，反应式及图形特征。（7分，每一种类型1分）3.简述宏观偏析的类型，产生的原因及防止措施。（9分）答案：（1）正常偏析：（1分）产生原因：当合金的分配系数k0<1时，先凝固的外层中溶质含量较后凝固的内层低，因此合金铸件中心所含溶质质量浓度较高的偏析称为正常偏析。（1分）防止措施：一般难以完全避免。（1分）（2）反偏析：（1分）形成原因：原来铸件中心部位应该富集溶质元素，由于铸件凝固时发生收缩而在树枝晶之间产生空隙，加上温度的降低，液体内气体析出而形成压强，使铸件中心溶质质量浓度较高的液体沿着柱状晶之间的“渠道”被压向铸件表层，形成反偏析。（1分）防止措施：扩大铸件中心等轴晶带，阻止柱状晶的发展，使富集溶质的液体不易从中心排向表层；减少液体中的气体含量等。（1分）（3）比重偏析：（1分）形成原因：由于初生相与溶液之间密度相差悬殊，轻者上浮，重者下沉，从而导致上下成分不均匀的偏析称为比重偏析。（1分）防止措施：增大铸件的冷却速度，使初生相来不及上浮或下沉；加入第三种合金元素，形成熔点较高的，密度与液相接近的树枝晶化合物，在结晶初期形成树枝骨架。分）（1四、作图与计算题（24分）（4分）1.请判定下列位错反应能否进行。（1）几何条件：，满足几何条件能量条件：满足能量条件，反应可以进行。（2分）（2）几何条件：，满足几何条件能量条件：满足能量条件，反应可以进行。（2分）（10分）3.画出Fe-Fe3C相图，并根据Fe-Fe3C相图，(1)分别求ω（C)=2.11%，ω（C)=4.30%的二次渗碳体的析出量。(2)画出ω（C)=4.30%的冷却曲线。图（5分）答案：（1）ω（C)=2.11%时，Fe3CⅡ=ω（C)=4.30%时，共晶中奥氏体的量为：×100%=22.6%（1分）×100%=52.18%（1分）则共晶中奥氏体可析出Fe3CⅡ的量为：Fe3CⅡ=52.18×=11.8%（1分）[或者先求ω（C)=4.30%时铁碳合金在共析反应前的渗碳体的总量为（Fe3C）t=×100%=60%（1分）然后从（Fe3C）t中减去共晶中Fe3C的量，即得Fe3CⅡ的量Fe3CⅡ=（）×100%=11.8%（1分）](2)ω（C)=4.30%的冷却曲线（2分）Fe3CⅢα（10分）5.已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O合金在冷却过程中将进行二元共晶反应和三元共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％