材料科学基础考试题题库-胡心平

一、（本题满分20分）填空题（每题2分）1元素周期表中副族各列名称分别是B、B、B、B、B、B、B、B，其中，为过渡元素。2原子结合键有一次键和二次键。其中，一次键结合力较，有、共价键和。二次键结合力较弱，有范德瓦耳斯键和氢键。3晶体缺陷是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。它可以是点缺陷、线缺陷和面缺陷。其中，点缺陷是在三维空间各方向上尺寸都很，亦称零维缺陷，如，和。4在晶体学中，根据晶胞棱边长度之间的关系和晶轴夹角情况分成个晶系。1848年，布拉菲用数学分析法证明晶体中的空间点阵只有种。5如右下图示，当三个晶粒相遇于一点时，其界面能与界面夹角间应存在下述平衡关系。6相是合金中具有同一、同一并以相互隔开的均匀组成部分。根据相的结构特点，可以分为两大类固溶体与中间相。7多数金属其晶体生长特性均属于界面生长。在液固界面为的温度梯度下，晶体生长按连续生长机制，呈平面式向液相中推进。8铸锭与铸件的正常普通凝固组织，通常分为区、区和区三个部分。9K01时，胞状偏析是指在小的成分过冷区条件下晶体以状生长时胞壁富含了较溶质而造成的成分不均匀现象。它可以通过得分阅卷人来消除。10离子晶体是由正负离子通过离子键按一定方式堆积起来而形成的。其主要特点硬度、强度、熔点和沸点较、热膨胀系数小但脆性大；绝缘性好；无色透明。二、（本题满分10分）做图题（每小题5分，画在答题纸上）1如下图所示，确定为刃型位错时，位错线扫过晶体导致的表面圆形标记的变化情况。2在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向。32与1123三、（本题满分8分）判定下列位错反应能否进行，并说明理由。四、（本题满分8分）常温下，铁素体铁的点阵常数为得分阅卷人得分阅卷人得分阅卷人0286NM，分别求出（100）、（111）、（123）的晶面间距，并指出它们中晶面间距最大的晶面。五、（本题满分8分）对一材料为20钢的导轨进行气体渗碳表面热处理，其要求是距表面05MM处的含碳量达到04。已知炉内渗碳气氛可控恒定，且使工件表面含碳量为09，试用扩散第二定律估算渗碳的时间。（碳在927下的扩散系数为128X1011M2/S，ERF075507134）六、（本题满分8分）假设将合金液放入一水平容器中（如下图）并使之从左端向右端凝固，根据凝固前后溶质质量守恒，推导出固态没有扩散而液体内成分能完全均匀化的不平衡凝固中的溶质分布方程（各符号的使用必须符合图中所示）。七、（本题满分8分）根据下列实验数据确定二元共晶相图的各个关键点（共晶反应温度以及参与共晶反应各相的成分），并绘出粗略的相图，并将这些关键点标在相图上。组元A熔点为1000，组元B的熔点为700，XB为25的合金在得分阅卷人得分阅卷人得分阅卷人500下结晶完毕，并由7333的先共晶相和2667的共晶体组成，XB为50的合金在500下结晶完毕后，则由40的先共晶相与60的共晶体组成，而此合金的先共晶相总量为50。八、（本题满分30分）FEFE3C相图进行分析根据下页的FEFE3C相图进行如下分析1）分别写出1495时C含量在017，727时C含量在077，1148时C含量在43时的反应式，并指明各反应类型。写出参与各反应中各固相单相区的名称，并说明其晶胞类型。2）对于含碳量为30的铁碳合金（亚共晶白口铸铁），分析其结晶过程。3）利用杠杆定律计算该铸铁中组织组成物的质量分数。4）图中ES线的意义如何得分阅卷人一、（本题满分20分）填空题（每小题2分）1元素周期表中副族各列名称分别是B、B、B、B、B、B、B、B，其中，为过渡元素。2原子结合键有一次键和二次键。其中，一次键包括离子键、共价键和金属键。二次键结合力较，有和。3晶体缺陷是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。它可以是点缺陷、线缺陷和面缺陷。其中，线缺陷是在三维空间中个方向上尺寸很，亦称维缺陷，主要是。4金属晶体中的结合键是金属键，最常见的典型金属通常具有（A1/FCC、体心立方A2/BCC和A3/三种晶体结构。5对如右图所示的小角度对称倾侧晶界而言，当晶界两侧的晶粒位向差很小时，晶界基本上由位错组成。则位错间距D与位向差之间的关系为6相是合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。根据相的结构特点，可以分为两大类即与。7多数金属其晶体生长特性均属于粗糙界面连续生长。在液固界面为正的温度梯度下，晶体生长按机制，呈向液相中推进。在负的温度梯度下，晶体呈状向液体中生长。8偏析是铸锭或铸件组织在凝固过程中所产生的现象。总体而言，它可以有和两种。9K01时，树枝偏析是指不平衡凝固并以生长时，枝干溶质浓度，枝间的偏析现象。它可以通过退火来消除。10离子晶体是由正负离子通过离子键按一定方式堆积起来而形成的。其主要特点是硬度高、强度大、熔点和沸点较高、热膨胀系数但脆性；绝缘性；无色透明。二、（本题满分10分）画图题（每小题5分，画在答题纸上）1如下图所示，确定为螺型位错时，位错线扫过晶体导致的表面圆形标记的变化情况。2在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向。（2）3和236三、（本题满分8分）判定下列位错反应能否进行，并说明理由。四、（本题满分8分）916下FE的点阵常数为得分阅卷人得分阅卷人得分阅卷人0365NM，分别求出（100）、（111）、（123）的晶面间距，并指出它们中晶面间距最大的晶面。五、（本题满分8分）考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于T100时，计算A临界晶核尺寸；B从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化GV；C从液态转变到固态时，临界尺寸R处的自由能的变化GV。已知铝的熔点TM993K，单位体积熔化热LM1836109J/M3，固液界面自由能（表面张力）L/S93J/M2，原子体积V01661029M3。六、（本题满分8分）为了获得高纯度材料，在工业中经常采用区域熔炼的方法。假设将合金放入一水平放置的熔化舟中，用一宽度为L的感应器自左端加热，让合金由左向右顺序凝固（如下图），根据溶质的量不变原理，推导出重熔凝固后的溶质分布方程（假设合金在不平衡凝固时液体内合金的成分不能均匀化）。得分阅卷人得分阅卷人七、（本题满分8分）金属变形后产生大量的位错是纯金属强化的一个原因，其中位错的FR源增殖方式是其重要的机制，试以下图FR源的动作图为基础，解释FR位错增殖方式。八、（本题满分30分）FEFE3C相图进行分析根据下页的FEFE3C相图进行如下分析1）分别写出直线HJB、ECF、PSK各发生哪种类型的相的反应，并写出它们的反应式以及参与各反应中各固相单相区的名称及其晶胞类型。2对于含碳量为040的铁碳合金（亚共析钢），说明从1600开始冷却到室温过程中的平衡组织变化过程。3）计算在727下珠光体的含量。并用杠杆定律分析合金中相的相对含量。4）图中GS线的意义如何得分阅卷人得分阅卷人一、（本题满分12分,每小题2分）名词解释1、加工硬化2、稳态结构3、低碳钢的应变时效4、配位数5、置换固溶体6、同素异构转变二、（本题满分10分,每小题2分）选择题1、关于间隙固溶体与间隙化合物说法正确的是A二者在结构方面不同B二者力学性能相近C二者结合键相同D二者物理性能相近2、下列对晶体与非晶体描述正确的是A晶体有熔点和性能的各向异性；非晶体有熔点和性能的各向同性B晶体有熔点和性能的各向异性；非晶体没有熔点，性能为各向同性C晶体没有熔点和性能的各向异性非晶体有熔点，性能为各向同性D晶体有熔点和性能的各向异性非晶体也有熔点和性能的各向异性3、晶界不包括A大角度晶界B小角度晶界C孪晶界D表面4、能得到非晶态合金的技术是A定向凝固技术B尖端形核技术C急冷凝固技术D垂直提拉技术5、下列不属于FEFE3C相图中的组成相是A铁素体B奥氏体C渗碳体D石墨三、（本题满分10分,每小题5分）画图题1在简单立方晶胞中绘出01、（102）晶面1得分阅卷人得分阅卷人和01、102晶向。12BI的熔点是2715，SB的熔点是6307，BI和SB在液态和固态时均能彼此无限互溶，WBI50的合金在520时开始结晶出成分为WSB87的固相。WBI80的合金在400时开始结晶出成分为WSB64的固相。在空白图上绘制BISB相图，并标出各线和各相区名称，然后腾抄到答题纸上，并说明相图类型。四、（本题满分20分）FEFE3C相图进行分析根据下页的FEFE3C相图进行如下分析1）分别写出1495时C含量在017，727时C含量在077，1148时C含量在43时的反应式，并指明各反应类型。写出参与各反应中各固相单相区的名称，并说明其晶胞类型。2）对于含碳量为30的铁碳合金（亚共晶白口铸铁），利用杠杆定律计算该铸铁中组织组成物的质量分数。五、（本题满分24分，每小题6分）简答及计算题1说明并判断以下位错能否进行A/210A/621A/311112对于面心立方晶体，设其晶格常数为A，分别求出（100）、（111）、（123）的晶面间距，并指出它们中晶面间距最大的晶面。3）请说明钢中板条马氏体和片状马氏体的形态并分别粗略说明它们的性能。4）简要说明铸锭凝固组织的特点并说明中心等轴晶形成的原因。得分阅卷人得分阅卷人六、（本题满分24分，每小题8分）应用拓展题1对一材料为20钢的导轨进行气体渗碳表面热处理，其要求是距表面05MM处的含碳量达到04。已知炉内渗碳气氛可控恒定，且使工件表面含碳量为09，试用扩散第二定律估算渗碳的时间。（碳在927下的扩散系数为128X1011M2/S，ERF075507134）2假设将合金液放入一水平容器中（如下图）并使之从左端向右端凝固，根据凝固前后溶质质量守恒，推导出固态没有扩散而液体内成分能完全均匀化的不平衡凝固中的溶质分布方程（各符号的使用必须符合图中所示）。3单晶体拉伸时，在某些晶面中会产生滑移。假设单晶体的滑移面法向得分阅卷人方向与外力的夹角为，滑移方向与拉力轴的夹角为，且滑移方向、拉力轴和滑移面三者不在一平面内，如下图所示，求滑移面上的分切应力，并说明这种分切应力的性质以及它与材料屈服点的关系。一、（本题满分12分，每小题2分）名词解释1、形变织构2、单相组织3、扩散第一定律4、枝晶偏析5、原子无规行走模型6、扩散型相变二、（本题满分10分，每小题2分）选择题1、下列对金属键描述正确的是A无方向性和饱和性B有方向性和饱和性C有方向性无饱和性D无方向性有饱和性2、金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种，它们的晶胞中原子数分别为A4；2；6B6；2；4C4；4；6D2；4；63、下列对液固粗糙界面描述正确的是A微观粗糙，宏观平整B微观粗糙，宏观粗糙C微观平整，宏观粗糙D微观平整，宏观平整4、下列不属于铸锭中宏观偏析的是A正常偏析B枝晶偏析C反常偏析D比重偏析5、晶粒大小对金属的性能有重要影响。晶粒越小，A金属的强度越高，塑性越好B金属的强度越高，塑性越差C金属的强度越低，塑性越好D金属的强度越低，塑性越差三、（本题满分10分，每小题5分）画图题得分阅卷人得分阅卷人1在简单立方晶胞中绘出31、110晶向2和（31）、110晶面。2根据以下各成分合金的冷却曲线（曲线的转折点已给出），在空白图上绘制相图然后腾抄到答题纸上，并说明相图类型。四、（本题满分20分）FEFE3C相图进行分析根据下页的FEFE3C相图进行如下分析2）分别写出直线HJB、ECF、PSK各发生哪种类型的相的反应，并写出它们的反应式以及参与各反应中各固相单相区的名称及其晶胞类型。2对于含碳量为040的铁碳合金（亚共析钢），说明从1600开始冷却到室温过程中的平衡组织变化过程。并计算在727下珠光体的含量。五、（本题满分24分，每小题6分）简答及计算题1根据位错反应条件，说明并判断以下位错能否反应A/210A/62A/611112对于体心立方晶体，设其晶格常数为A,分别求出（100）、（111）、（123）的晶面间距，并指出它们中晶面间距最大的晶面。3）简要说明钢中马氏体相变的基本特征，以及马氏体的主要形态。得分阅卷人得分阅卷人4）请简要说明冷变形金属回复阶段性能与组织的变化。六、（本题满分24分，每小题8分）应用拓展题1考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即T1，100，计算A临界晶核尺寸；B从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化GV；C从液态转变到固态时，临界尺寸R处的自由能的变化GV。已知铝的熔点TM993K，单位体积熔化热HF1836109J/M3，固液界面自由能（表面张力）L/S93J/M2，原子体积V016610得分阅卷人29M3。2为了获得高纯度材料，在工业中经常采用区域熔炼的方法。假设将合金放入一水平放置的熔化舟中，用一宽度为L的感应器自左端加热，让合金由左向右顺序凝固（如下图），根据溶质的量不变原理，推导出重熔凝固后的溶质分布方程（假设合金在不平衡凝固时液体内合金的成分不能均匀化）。3金属变形后产生大量的位错是纯金属强化的一个原因，其中位错的FR源增殖方式是其重要的机制，试以下图FR源的动作图为基础，解释FR位错增殖方式。一、（本题满分12分,每小题2分）名词解释1、晶胞2、空间点阵3、线缺陷4、合金5、固溶体6、派纳力二、（本题满分10分,每小题2分）选择题1、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于_。A、单相区中B、两相区中C、三相平衡水平线上2、面心立方晶体的孪晶面是_。A、112B、110C、1113、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为_。A、肖脱基缺陷B、弗兰克尔缺陷C、线缺陷4、铸铁与碳钢的区别在于有无_。A、莱氏体B、珠光体C、铁素体5、在柯肯达尔效应中，界面移动主要原因是扩散偶中_。A、两组元的原子尺寸不同B、仅一组元的扩散C、两组元的扩散速率不同三、（本题满分10分,每小题5分）画图题1在简单立方晶胞中绘出10、（012）晶面和10、012晶向。112根据以下不同温度下的自由能成分曲线在空白图上粗略地绘制相图，然后腾抄到答题纸上，并说明相图类型。四、（本题满分20分）FEFE3C相图进行分析根据下页的FEFE3C相图进行如下分析1）写出各单相区的名称，并说明固相单相区中各相的晶胞类型。2）直线ECF发生哪种类型的相的反应，写出它们的反应式。3）对于含碳量为33的铁碳合金，说明从1250开始冷却到室温的过程中平衡组织变化过程。五、（本题满分24分，每小题6分）简答及计算题1说明并判断以下位错能否进行A100A010A/2111A/21112916下FE的点阵常数为0365NM，分别求出（100）、（111）、（123）的晶面间距，并指出它们中晶面间距最大的晶面。3）均匀形核功和非均匀形核功之间的关系是什么并说明非均匀形核的重要性。4）调幅分解反应和一般的形核长大机制是什么它们有何不同六、（本题满分24分）论述题结合本课程的学习，列举出你认为非常重要的四个方程式并且说明它们在材料研究中的应用。得分阅卷人得分阅卷人一、（本题满分12分）名词解释每小题2分1、晶胞2、晶体缺陷3、相图4、宏观偏析5、体扩散6、扩散型相变二、（本题满分10分）选择题每小题2分1、菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随_变化。A、距离B、时间C、温度2、理想