材料科学基础期末试题

材料科学基础试卷一、填空题(20分，每空格1分)1. 相律是在完全平衡状态下，系统的 相数 、 组元数 和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式： f=C-P+2 。2. 二元系相图是表示合金系中合金的 相 与 温度 、 成分 间关系的图解。3. 晶体的空间点阵分属于 7 大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为 a=bc,=900 ，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交（任选三种）。 4. 合金铸锭的宏观组织包括 表层细晶区、柱状晶区和 中心等轴晶区 三部分。5.在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过 滑移 的方式进行的。此外还有 孪生 和 扭折 等方式。6. 成分过冷区从小到大，其固溶体的生长形态分别为平面状，胞状 和 树枝状。二、单项选择题(30分，每题1.5分)1. A.B 二组元形成共晶系，则（ A ） A. 具有共晶成分的合金铸造工艺性能最好 B. 具有亚共晶成分的合金铸造工艺性能最好 C. 具有过共晶成分的合金铸造工艺性能最好 D. 不发生共晶转变的合金铸造工艺性能最好2. 简单立方晶体的致密度为（ C ） A. 100% B. 65% C. 52% D.58%3. 运用区域熔炼方法可以（ D ）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4. 能进行攀移的位错可能是（ B ）。A. 肖克利位错 B. 弗兰克位错 C. 螺型全位错 D. 前三者都不是5. 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 B. 大变形量 C. 较长的退火时间 D. 较高的退火温度6. 实际生产中金属冷却时( C )。A. 理论结晶温度总是低于实际结晶温度; B. 理论结晶温度总是等于实际结晶温度; C. 理论结晶温度总是高于实际结晶温度; D. 实际结晶温度和理论结晶温度没关系.7. 相互作用参数的物理意义是：（ A ） A. 0表示固溶体内原子偏聚 B. 0表示固溶体内原子短程有序 C. 0表示固溶体内原子完全无序 D. 0表示固溶体内原子偏聚8. 单晶体的临界分切应力值与( C )有关。A. 外力相对于滑移系的取向B. 拉伸时的屈服应力C. 晶体的类型和纯度D. 拉伸时的应力大小9. fcc晶体中存在一刃型全位错，其伯氏矢量为，滑移面为（111），则位错线方向平行于（ B ）。A. 111 B. C. 100 D. 11010冷变形使金属中产生大量的空位、位错等晶体缺陷，对置换固溶体中的扩散过程而言，这些缺陷的存在将导致：（ D ） A. 阻碍原子的移动，减慢扩散过程 B. 对扩散过程无影响 C. 有时会加速扩散，有时会减弱扩散 D. 加速原子的扩散过程11凝固的热力学条件为：（ D ）A. 形核率 B. 系统自由能增加 C. 能量守衡 D.过冷度12下列有关固体扩散的说法中，正确的是：（ D ）A. 原子扩散的驱动力是存在浓度梯度B. 空位扩散是指间隙固溶体中溶质原子从一个间隙跳到另一个间隙C. 晶界上点着畸变交大，因而原子迁移阻力较大，所以比晶内的扩散系数要小D成分均匀的材料中也存在着扩散13 纯金属均匀形核时， D 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；14. 在三元系中出现两相平衡时，若要计算两相的百分数，则：（ B ） A. 在垂直截面上运用杠杆定理计算 B. 在水平截面上运用杠杆定理计算 C. 在投影面上运用杠杆定理计算 D. 在水平截面上运用重心法则计算5. 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：( C )A. 镁多晶体的晶粒通常较粗大 B. 镁多晶体通常存在裂纹C. 镁滑移系通常较少 D. 因为镁是BCC结构，所以脆性大16. 层错和不完全位错之间的关系是：( D )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17凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下那种方法？（ B ）A. 加入形核剂 B. 减小液相的过冷度 C. 对液相进行搅拌18菲克第一定律表述了稳态扩散的特征，即浓度不随（ B ）变化。A. 距离 B. 时间 C. 温度 D. 压力19. 立方晶体中（110）和（211）面同属于（ D ）晶带。 A. 110 B. 100 C. 211 D. 20. 在A-B二元固溶体中，当A-B对的能量小于A-A和B-B对的平均能量，该固溶体最易形成为（ B ）固溶体A. 无序 B. 有序 C. 偏聚态 D. 间隙三、简答题（20分）1. 试述孪生和滑移的异同，比较它们在塑性过程中的作用。（10分）答：相同点：a.宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形； （1分）b. 微观上，都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程； （1分）c. 不改变晶体结构。 （1分）不同点：a. 晶体中的取向滑移：晶体中已滑移部分与未滑移部分的位向相同。孪生：已孪生部分和为孪生部分的位向不同，且两者之间具有特定的位向关系。（1分）b. 位移的量滑移：沿滑移方向上原子间距的整倍数，且在一个滑移面上的总位移较大。孪生：原子的位移小于孪生方向的原子间距，一般为孪生方向原子间距的1/n。（1分）c. 变形方式滑移：不均匀切变 孪生：均匀切变 （1分）d. 对塑性变形的贡献滑移：对塑性变形的贡献很大，即总变形量大。孪生：对晶体塑性变形有限，即总变形量小。 （1分）e. 变形应力滑移：有确定的临界分应力。孪生：所需临界分切应力一般高于滑移所需的临界分切应力。 （1分）f. 变形条件滑移：一般情况先发生滑移变形孪生：当滑移变形难以进行时，或晶体对称性很低、变形温度较低、加载速率较高时。 （1分）g. 变形机制滑移：全位错运动的结果。 孪生：不全位错运动的结果。 （1分）2. 分析位错的增值机制。（5分）2. 答： 若某滑移面上有一段刃位错AB，它的两端被位错网节点钉住不能运动。（1分）现沿位错b方向加切应力，使位错沿滑移面向前滑移运动，形成一闭合的位错环和位错环内的一小段弯曲位错线。（2分）只要外加应力继续作用，位错环便继续向外扩张，同时环内的弯曲位错在线张力作用下又被拉直，恢复到原始状态，并重复以前的运动，络绎不绝地产生新的位错环，从而造成位错的增殖，并使晶体产生可观的滑移量。（2分）3. 请简述回复的机制及其驱动力。（5分）答：低温机制：空位的消失 （1分）中温机制：对应位错的滑移（重排、消失） （1分）高温机制：对应多边化（位错的滑移攀移） （1分）驱动力：冷变形过程中的存储能（主要是点阵畸变能）。 （2分）四、计算题(30分，每题10分)1、氧化镁（MgO）具有NaCl型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：（1）若其离子半径=0.066nm，0.140nm，则其原子堆积密度为多少？（2）如果/0.41，则原子堆积密度是否改变？2. Al-Cu合金相图如图所示，设分配系数K和液相线斜率均为常数，试求：(1)(Cu)=1%固溶体进行缓慢的正常凝固，当凝固分数为50%时所凝固出的固体成分；(2)经过一次区域熔化后在x=5处的固体成分，取熔区宽度l=0.5；(3)测得铸件的凝固速率R=310-4cm/s，温度梯度G=30/cm，扩散系数310-5cm/s时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。3. 有一合金试样其晶界能为0.5J/m2，在退火前原始晶粒直径为2.1610-3cm，屈服强度为108MPa。对该合金在700退火2小时后其屈服强度降低为82MPa。在退火过程中保温1小时时测得该合金放出热量为0.021J/cm3，继续保温1小时测得该合金又放出热量0.014J/cm3。求如果该合金只在700保温1小时后的屈服强度。（已知合金单位体积内界面面积Sv与晶粒直径d之间的关系为Sv=2/d，且放出的热量完全由于晶粒长大、晶界总面积减少所致。）材料科学基础试卷 答案五、计算题(30分，每题10分)1、氧化镁（MgO）具有NaCl型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：（1）若其离子半径=0.066nm，0.140nm，则其原子堆积密度为多少？（2）如果/0.41，则原子堆积密度是否改变？答：（1） 点阵常数 （3分）堆积密度 （3分）（2）堆积密度会改变，因为Pf与两异号离子半径的比值有关。 （4分）2. Al-Cu合金相图如图所示，设分配系数K和液相线斜率均为常数，试求：(1)(Cu)=1%固溶体进行缓慢的正常凝固，当凝固分数为50%时所凝固出的固体成分；(2)经过一次区域熔化后在x=5处的固体成分，取熔区宽度l=0.5；(3)测得铸件的凝固速率R=310-4cm/s，温度梯度G=30/cm，扩散系数310-5cm/s时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。答案：根据已知条件，由相图解得：k0= （1分）(1) 由正常凝固方程：，等式两边同除合金密度，得 （3分）(2) 由区域熔炼方程得 （3分）(3) 保持平直界面的临界条件为 （3分）3. 有一合金试样其晶界能为0.5J/m2，在退火前原始晶粒直径为2.1610-3cm，屈服强度为108MPa。对该合金在700退火2小时后其屈服强度降低为82MPa。在退火过程中保温1小时时测得该合金放出热量为0.021J/cm3，继续保温1小时测得该合金又放出热量0.014J/cm3。求如果该合金只在700保温1小时后的屈服强度。（已知合金单位体积内界面面积Sv与晶粒直径d之间的关系为Sv=2/d，且放出的热量完全由于晶粒长大、晶界总面积减少所致。）答案：设原始晶粒直径为d0，退火1小时的晶粒直径d1，退火两小时的晶粒半径