材料科学试卷.pdf

本试卷共本试卷共 4 页，此页为页，此页为 A 卷第卷第 1 页页 （注：参加重修考试者请在重修标识框内打钩） 中中 原原 工工 学学 院院 2002009 920201010 学年学年 第第 2 2 学期学期 材科、材控材科、材控专业专业 材料科学基础材料科学基础 课程期末试卷课程期末试卷 题题 一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九 十十 总分总分 一、填空题（每空 1 分，共 20 分） 1、扩散按是否有新相生成可分为_和_。 2、根据相的结构特点，可以分为_和_。 3、根据柏氏矢量与位错线之间的关系，按垂直、平行和夹角大于 0 度并小于 90 度。 则相应的位错类型分别为_,_,_ 4、面心立方晶体中存在的间隙有_和_，对于铁素体来说 碳原子位于铁原子组成的_间隙内。 5、在生产中，控制晶粒尺寸的主要途径有_、 _、振动和搅拌等。 6、金属塑性变形两种最基本的变形方式为：_和_ 7、位错反应必须满足的两个条件是_ 、 _。 8、对于二元合金系，当三相平衡时。其自由度为_，此时三个平衡相成 分为定值 9、马氏体按其基本形态可分为_和_。 10、金属固溶体结晶形核比纯金属形核所多的基本条件为_。 二、判断正误（正确的打“” ， 错误的打“” ， 每题 1 分， 共 10 分） 1、 （ ）螺位错在运动中，既可能滑移，也可能攀移。 2、 （ ）两条相互平行的刃位错和螺位错都不存在使对方运动的应力场。 3、 （ ）对于同种元素作为溶剂形成的间隙固溶体和间隙化合物，二者晶体结构相 同。 4、 （ ）再结晶、二次再结晶都是形核-长大过程。 5、 （ ）一个位错环既可能是纯的螺位错，也可能是纯的刃位错。 6、 （ ）固溶体晶粒内存在枝晶偏析，主轴与枝间成分不同，所以整个晶粒不是一 个相。 7、 （ ）铸铁的平衡结晶过程中只有共晶转变而没有共析转变。 8、 （ ）铁素体与奥氏体的根本区别在于晶体结构不同。 9、 （ ）在任何温度下，液相中出现的最大结构起伏都是晶核。 10、 （ ）在共晶线上利用杠杆定律可以计算出共晶体的相对量，而共晶线属于三相 区，所以杠杆定律不仅适用于两相区，也适用于三相区。 三、三、选择题（每选择题（每题题分，共分，共 1010 分分） 1、 （ ） 下列组织中最硬的是_。 A 铁素体 B 珠光体 C 渗碳体 2、 （ ） 奥氏体的晶体结构为_。 A 体心立方 B 面心立方 C 密排立方 3、 （ ）下列稳态凝固中，哪一种情况下会出现宏观偏析严重。 A 凝固速度非常缓慢 B 凝固速度很大 C 一般条件 4、 （ ）在下列哪一种温度分布情况下，生长形态为树枝状生长。 A 正温度梯度 B 负温度梯度 5、 （ ）生产中使用的区域熔炼提纯方法是利用哪一种偏析情况。 A 微观偏析 B 宏观偏析 C 比重偏析 6、 （ ）一个不含空位的实整晶体在热力学上是_。 A 稳定的 B 不稳定的 C 既可能稳定也可能不稳定 7、 （ ）由于界面前沿液相中的成分差别所引起的过冷称为_ A 临界过冷 B 动态过冷 C 成分过冷 B 卷卷 重修标识重修标识 班级班级 姓名姓名 学号学号 装订线 本试卷共本试卷共 4 页，此页为页，此页为 A 卷第卷第 2 页页 8、 （ ）扩散的驱动力从本质上来讲是： A 浓度梯度 B 化学位梯度 C 应力梯度 9、( ) 多边形化是发生在回复的哪个阶段 A 低温回复 B 中温回复 C 高温回复 10、 （ ）根据虚功原理，得到位错受力的大小 F=_ A b B b2 C /b 四、四、名词解释（每题名词解释（每题 3分，共分，共 15分）分） 1、组织： 2、回复： 3、包晶反应： 4、成分过冷： 5、离异共晶 五、五、 画图题（共画图题（共 5分）分） 在单位晶胞中，表示出立方晶体的（111） ， （010）晶面和011，321，231 晶向 六、简答题（六、简答题（2525 分）分） 1、试从单胞原子数、原子半径、密排面、密排方向、致密度、配位数等方面描述三 种常见金属的晶体结构特点（6 分） 班级班级 姓名姓名 学号学号 装订线 本试卷共本试卷共 4 页，此页为页，此页为 A 卷第卷第 3 页页 2、简述扩散需要的基本条件。 （4 分） 3、简述纯金属结晶相变形核的热力学条件、能量条件、结构条件。 （6 分） 4、简述影响置换固溶体的溶解度因素（4 分） 5、简述金属铸锭的宏观组织有何特点以及形成过程？（5 分） 班级班级 姓名姓名 学号学号 装订线 本试卷共本试卷共 4 页，此页为页，此页为 A 卷第卷第 4 页页 七、综合题（七、综合题（1515 分）分） 下图为 Fe-Fe3C 平衡相图。请回答下列问题（15 分） （1）请标出各特性点的温度和成分。 （2）在相图中标出七类合金室温下的平衡组织。 （3）铁碳合金随含碳量的增加而存在哪些渗碳体类型。 （4）分析含碳量 4.0%的合金平衡冷却过程，说明其室温相组成物和组织组成物， 并求出各组织组成物室温时占整个合金的百分含量。 班级班级 姓名姓名 学号学号 装订线 本试卷答案共本试卷答案共 3 页，此页为第页，此页为第 1 页页 中中 原原 工工 学学 院院 20092010 学年学年 第第 2 学期学期 材科、材科材科、材科专业专业 材料科学基础材料科学基础 课程期末试卷标准答案（即评分标准）课程期末试卷标准答案（即评分标准） 一、填空题（每空一、填空题（每空 1 1 分，共分，共 2020 分）分） 1原子扩散、反应扩散 2固溶体、中间相 3刃型位错、螺型位错、混合位错 4四面体间隙、八面体间隙、八面体间隙 5控制过冷度、变质处理 6、滑移、孪生 7、几何条件、能量条件 8、0 9、片状马氏体、板条马氏体 10、成分条件（成分起伏） 二、判断正误（正确的打“二、判断正误（正确的打“ ” ，错误的打“” ，错误的打“ ” ，每题” ，每题 1 1 分，共分，共 1010 分）分） 1 ； 2 ； 3 ； 4 ； 5； 6 ； 7 ； 8. ； 9 ； 10。 三、选择题三、选择题 （每题（每题 1 1 分，共分，共 1010 分）分） 1 C 2B 3A 4 B 5 B 6 B 7C 8B 9 C 10A 四、名词解释（每题四、名词解释（每题 2 2 分，共分，共 1010 分）分） 1、组织-指材料中各相的相对量、尺寸形状及分布等组合特征。组织对材料的 性能有重要影响。 2、回复-冷变形金属在低温加热时，其显微组织无可见变化，但其物理、力学 性能却部分恢复到冷变形以前的过程。 （冷变形后的金属，加热的一定温度，组织 未发生改变以前，而发生的亚结构的变化，以及性能的部分变化。 ） 3、包晶反应-在一定温度下，由一个固定成分的液相与一个固定成分的固相作 用，生成另一个成分固定的固相的反应。 4、成分过冷-固溶体合金凝固时，完全是由于界面前沿液相中的成分差别所引 起的过冷。 5、离异共晶-当合金发生共晶反应时，先共晶相数量很多，而共晶量很少时，有 时与共晶组织中与共晶相相同的那一相，就会依附在先共晶相上成核长大，另一相 则剩余下来，形成了以先共晶相为基体，另一相连续或断续地包围先共晶相晶粒的 组织。这种两相分离的组织称为离异共晶。 五、五、 画图题（共画图题（共 5分）分） 六、简答题（六、简答题（2525 分）分） 1、试从单胞原子数、原子半径、密排面、密排方向、致密度、配位数等方面描述三 种常见金属的晶体结构特点（6 分） 答案要点：1）面心立方的特点： 单胞原子数：4、原子半径ar 4 2 密排面: 111 、 密排方向: 110、致密度 0.74、配位数:12 2）体心立方的特点： 单胞原子数：2、原子半径ar 4 3 密排面: 110 、 密排方向: 111、致密度 0.68、配位数:8 3）密排六方的特点： 单胞原子数：6、原子半径ar 密排面: 0001 、 密排方向: 1120、致密度 0.74、配位数:12 B 卷卷 本试卷答案共本试卷答案共 3 页，此页为第页，此页为第 2 页页 2、简述扩散需要的基本条件。 （4 分） 答案要点：扩散需要的基本条件为： 1）温度要足够高； 2）时间要足够长； 3）扩散原子要固溶； 4）扩散要有驱动力。 3、简述纯金属结晶相变形核的热力学条件、能量条件、结构条件。 （6 分） 答案要点： （1）热力学条件：分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力学条件为 （ G0） ， 才有（ GB 0） 。即只有过冷，才能使（ G 0） 。 （2 分） （2）能量条件：由临界晶核的形成功（A= s/3）可知，当形成一个临界晶核时， 还有 1/3 的表面能必须依靠液体中的能量起伏来提供。 （2 分） （3）结构条件：液体中存在结构起伏，是结晶产生晶核的基础。因此，结构起伏是 结晶过程必须具有的结构条件。 （2 分） 4、简述影响置换固溶体的溶解度因素（4 分） 答案要点： （1）尺寸因素：尺寸差别大，引起点阵畸变严重，固溶度会小。 （2）晶体结构因素：晶体结构相同，固溶度大。不相同，则固溶度小。 （3）电负性差因素：电负性差越小，越易形成固溶体，且固溶度越大，电负性差值 越大，越易形成化合物。 （4）电子浓度因素：由于极限电子浓度的限制，使固溶体固溶度受限，超过某一极 限值，便会形成新相。 5、简述金属铸锭的宏观组织有何特点以及形成过程？（5 分） 答案要点：在铸锭组织中，一般有三层晶区。 （1） 最外层为细晶区。其形成是由于模壁温度较低，液体的过冷度较大所至，因 而形核率较高所致。 （1 分） （2）中间为柱状晶区。其形成是模壁温度升高，晶核的成长率大于晶核的形成率， 且沿垂直于模壁方向的散热较为有利。在细晶区中取向有利的晶粒优先生长为柱状 晶。 （2 分） （3）中心为等轴晶区。由于凝固条件不同，其形成是由于模壁温度进一步升高，液 体过冷度进一步降低，剩余液体中散热方向已不明显，处于均匀冷却状态，同时， 未熔杂质，残断支晶等以集中与剩余液体中，这些都促使了等轴晶的形成。 （2 分） 七、综合题（七、综合题（1515 分）分） 解： （1）见图（3 分）特性点能标出全部给满分，否则每少两个扣 1 分。 （2）见图（3 分） 本试卷本试卷答案共答案共 3 页，此页为第页，此页为第 3 页页 （3） ： （2 分） 三次渗碳提（薄片状）-共析渗碳体（层片状）-二次渗碳体（网 状）-共晶渗碳体（连续基体）-一次渗碳体（粗大片状） （4） ： （7 分） 铁碳合金平衡冷却过程如下（文字叙述也可） （2 分） L L+ 2.11+ Ld + Fe3C+ Ld P+ Fe3C+ Ld 该合金室温时，相组成物为铁素体(F)和渗碳体(Fe3C)(1 分) 组织组成物为：珠光