材料科学基础I(B卷答案).doc

上海应用技术学院20082009 学年第一学期 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: 1655 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 号一二三四五六七八九十总 分应得分10253035100实得分 试卷共 3 页，请先查看试卷有无缺页，然后答题。一、名词解释：（每题2.5分，共10分）1、过冷度：熔点与实际凝固温度之差T称为过冷度。2、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些原子团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响。3、晶体：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列的物质称为晶体。4、固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体。二.填空题：（每空1分,共25分）1、原子间的键合可分为 物理键 和化学键两种类型，其中属于化学键的有 金属键 ， 离子键 ， 共价键 。2、菲克第一定律表达式为 ，该定律仅适用在 稳态扩散 的条件下。3、按原子尺度，把液固相界面结构分为 粗糙界面 和 光滑界面 两类。4、金属凝固时形核的方式有 均匀形核 和 非均匀形核 ，其中非均匀形核 的临界形核功较小。5、金属常见的晶体结构有 面心立方 ， 体心立方 和 密排六方 三种。6、共晶转变的反应式是，包晶转变的反应式是 。7、扩散的机制包括： 交换机制 ， 间隙机制 和 空位机制 。8、金属晶体结构间隙分 八面体间隙 和 四面体间隙 两种。9、纯金属凝固时，为细化晶粒，可采取如下措施： 增加过冷度 ，加入形核剂 ， 施加振动或搅拌 。上述措施的主要作用是： 促进形核，使形核增殖，而阻碍已形成的晶核长大 。三、问答题：（每题6分，共30分）1、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。 -2.5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。 -2.5分简言之，晶体结构=空间点阵+基元（原子、分子or离子） -1分2从晶体结构的角度，试说明间隙固溶体、间隙相以及间隙化合物之间的区别。答：从晶体结构的角度而言，间隙固溶体属于固溶体，即溶质原子溶入溶剂晶格间隙所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型；-2分而间隙相以及间隙化合物则属于中间相，即两组元在固态下相互作用而形成的一种新物质，该新相的晶体结构与A，B两组元均不相同。 -2分其中，当非金属原子半径与金属原子半径的比值rX/rM0.59时，形成具有复杂晶体结构的相，称为间隙化合物。 -2分3、为什么金属材料具有良好的延展性、导电和导热性能？答：绝大多数金属均以金属键方式结合，即金属中的自由电子和金属正离子相互作用所构成的键合。它的基本特点是：电子共有化，无饱和性，无方向性。因而每个原子有可能同更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构。 -4分当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键，从而使金属具有良好的延展性，同时，由于自由电子的存在，金属具有良好的导电和导热性能。 -2分4、二元合金无限互溶必须服从的条件有哪些？答：二元合金要能无限互溶必须服从以下条件：（1）两者的晶体结构相同，原子尺寸相近，尺寸差小于15。 -3分（2）两者有相同的原子价和相似的电负性。 -3分5、画出立方FCC 结构的示意图，说明晶胞中个原子的个数和位置，并计算此结构的致密度？解：立方FCC 结构的示意图如下：其中，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=81/8+61/2=4。此结构的致密度为：四、计算及作图题：（共35分）1、计算理想六角密堆积的c/a=? (精确到六位小数) ，需作出必要的立体图、平面图。（6分）解：由作图得： -1.5分 -1分 -3.5分2. Mn的一种同素异构体为立方结构，其晶格常数为0.632nm，为7.26g/cm3，r为0.112nm，问Mn晶胞中有几个原子？（5分）解：依题意得： -2分即： -1.5分解之得： -1分故Mn晶胞中原子数为20个。 -0.5分3、写出扩散系数相关的Arrhenius公式，并说明式中各量的名称。已知：D0=210-3 m2/s，Q=140103J/mol, T=1200K，计算此时的扩散系数。（8分）解：扩散系数相关的Arrhenius公式为： -2.5分式中，D0称为扩散常数；R为气体常数（R=NA*k），其值为8.314J/(mol K)；Q代表每摩尔原子的激活能；T为绝对温度。 -2.5分 根据已知条件，代入上述公式中得： -3分4、固溶体合金的相图如下图所示，试根据相图确定：（8分） 1) 成分为70%B的合金最后结晶的液相成分；2) 合金成分为50%B，凝固到某温度时液相含有40%B，固相含有80%B，运用杠杆定律计算此时液相和固相的相对量。解：1）由作图得：成分为70%B的合金最后结晶出来的液相成分为25%B,75%A。 -3分2) 由杠杆定律得：液相和固相的相对量分别为： -5分5、根据下图所示的Fe-Fe3C合金相图, 分析含C分别为1.2、4.5%的铁碳合金从液态平衡冷却到室温的转变过程，并指出各自室温下的组织组成物。（8分）432154231 解：含C为1.2的铁碳合金从液态平衡冷却到室温的转变过程为：-3分 1-2：L2-3：L+3-4：4-5：+Fe3CII5-5：5以下：P+ Fe3CII其室温时组织组成物