《材料科學基礎》試題庫

一、 名詞解釋

1、鐵素體、奧氏體、珠光體、馬氏體、貝氏體、萊氏體

2、共晶轉變、共析轉變、包晶轉變、包析轉變

3、晶面族、晶向族

4、有限固溶體、無限固溶體

5、晶胞

6、二次滲碳體

7、回復、再結晶、二次再結晶

8、晶體結構、空間點陣

9、相、組織

10、偽共晶、離異共晶

11、臨界變形度

12、淬透性、淬硬性

13、固溶體

14、均勻形核、非均勻形核

15、成分過冷

16、間隙固溶體

17、臨界晶核

18、枝晶偏析

19、鋼的退火，正火，淬火，回火

20、反應擴散

21、臨界分切應力

22、調(diào)幅分解

23、二次硬化

24、上坡擴散

25、負溫度梯度

26、正常價化合物

27、加聚反應

28、縮聚反應

29、

30、

二、 選擇

1、在柯肯達爾效應中，標記漂移主要原因是擴散偶中 _____。

A、兩組元的原子尺寸不同 B、僅一組元的擴散 C、兩組元的擴散速率不同2、在二元系合金相圖中，計算兩相相對量的杠桿法則只能用于 _____。

A、單相區(qū)中 B、兩相區(qū)中 C、三相平衡水平線上

3、鑄鐵與碳鋼的區(qū)別在于有無 _____。

A、萊氏體 B、珠光體 C、鐵素體

4、原子擴散的驅動力是_____。

A、組元的濃度梯度 B、組元的化學勢梯度 C、溫度梯度

5、在置換型固溶體中，原子擴散的方式一般為 _____。

A、原子互換機制 B、間隙機制 C、空位機制

6、在晶體中形成空位的同時又產(chǎn)生間隙原子，這樣的缺陷稱為 _____。

A、肖脫基缺陷 B、弗蘭克爾缺陷 C、線缺陷7、理想密排六方結構金屬的c/a為 _____。

A、1.6 B、2×√(2/3) C、√(2/3)8、在三元系相圖中，三相區(qū)的等溫截面都是一個連接的三角形，其頂點觸及 _____。

A、單相區(qū) B、兩相區(qū) C、三相區(qū)9、有效分配系數(shù)Ke表示液相的混合程度，其值范圍是 _____。（其中Ko是平衡分配系數(shù)）

A、1<Ke<K0 B、Ko<Ke<1 C、Ke<K0<110、面心立方晶體的孿晶面是 _____。

A、{112} B、{110} C、{111}11、形成臨界晶核時體積自由能的減少只能補償表面能的 _____。

A、1/3 B、2/3 C、3/412、金屬結晶過程中（ ）：

a、臨界晶核半徑越大，形核越易；b、臨界晶核形成功越大，形核越易；

c、過冷度越大，形核越易； d、均質(zhì)形核比非均質(zhì)形核容易。

13、三元相圖中（ ）：

a、垂直截面圖上可應用杠桿定律；b、垂直截面圖上三相區(qū)域為直邊三角形；

c、四相共晶反應平面在成份投影圖上為曲邊四邊形；d、四相反應為等溫反應。

14、

三、判斷正誤(每小題1分，共10分)

正確的在括號內(nèi)畫“√”， 錯誤的畫“×”

1. 金屬中典型的空間點陣有體心立方、面心立方和密排六方三種。 ( )

2. 作用在位錯線上的力F的方向永遠垂直于位錯線并指向滑移面上的未滑移區(qū)。 ( )

3. 只有置換固溶體的兩個組元之間才能無限互溶，間隙固溶體則不能。 ( )

4. 金屬結晶時，原子從液相無序排列到固相有序排列，使體系熵值減小，因此是一個自發(fā)過程。 ( )

5. 固溶體凝固形核的必要條件同樣是ΔGB ＜0、結構起伏和能量起伏。 ( )

6. 三元相圖垂直截面的兩相區(qū)內(nèi)不適用杠桿定律。 ( )

7. 物質(zhì)的擴散方向總是與濃度梯度的方向相反。 ( )

8. 塑性變形時，滑移面總是晶體的密排面，滑移方向也總是密排方向。 ( )

9. 和液固轉變一樣，固態(tài)相變也有驅動力并要克服阻力，因此兩種轉變的難易程度相似。 ( )

10. 除Co以外，幾乎所有溶入奧氏體中的合金元素都能使C曲線左移，從而增加鋼的淬透性。 ( )

四、簡答

1、簡述工程結構鋼的強韌化方法。（20分）

2、簡述Al-Cu二元合金的沉淀強化機制（20分）

3、為什么奧氏體不銹鋼（18-8型不銹鋼）在450℃～850℃保溫時會產(chǎn)生晶間腐蝕？如何防止或減輕奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕？

4、為什么大多數(shù)鑄造合金的成分都選擇在共晶合金附近？

5、什么是交滑移?為什么只有螺位錯可以發(fā)生交滑移而刃位錯卻不能？

6、根據(jù)溶質(zhì)原子在點陣中的位置，舉例說明固溶體相可分為幾類？固溶體在材料中有何意義？

7、固溶體合金非平衡凝固時，有時會形成微觀偏析，有時會形成宏觀偏析，原因何在？

8、應變硬化在生產(chǎn)中有何意義？作為一種強化方法，它有什么局限性？

9、一種合金能夠產(chǎn)生析出硬化的必要條件是什么？　

10、比較說明不平衡共晶和離異共晶的特點。

11、枝晶偏析是怎么產(chǎn)生的？如何消除？

12、請簡述影響擴散的主要因素有哪些。

13、請簡述間隙固溶體、間隙相、間隙化合物的異同點？

14、臨界晶核的物理意義是什么？形成臨界晶核的充分條件是什么？

15、請簡述二元合金結晶的基本條件有哪些。

16、為什么鋼的滲碳溫度一般要選擇在γ-Fe相區(qū)中進行？若不在γ-Fe相區(qū)進行會有什么結果？

17、一個楔形板坯經(jīng)冷軋后得到相同厚度的板材，再結晶退火后發(fā)現(xiàn)板材兩端的抗拉強度不同，請解釋這個現(xiàn)象。

18、冷軋純銅板，如果要求保持較高強度，應進行何種熱處理？若需要繼續(xù)冷軋變薄時，又應進行何種熱處理？

19、位錯密度有哪幾種表征方式？

20、淬透性與淬硬性的差別。

21、鐵碳相圖為例說明什么是包晶反應、共晶反應、共析反應。

22、馬氏體相變的基本特征？（12分）

23、加工硬化的原因？（6分）

24、柏氏矢量的意義？（6分）

25、如何解釋低碳鋼中有上下屈服點和屈服平臺這種不連續(xù)的現(xiàn)象？（8分）

26、已知916℃時，γ-Fe的點陣常數(shù)0.365nm，（011）晶面間距是多少？（5分）

27、畫示意圖說明包晶反應種類，寫出轉變反應式？（4分）

28、影響成分過冷的因素是什么？（9分）

29、單滑移、多滑移和交滑移的意義是什么？（9分）

30、簡要說明純金屬中晶粒細度和材料強度的關系，并解釋原因。（6分）

31、某晶體的原子位于四方點陣的節(jié)點上，點陣的a=b，c=a/2，有一晶面在x，y，z軸的截距分別為6個原子間距、2個原子間距和4個原子間距，求該晶面的密勒指數(shù)。

32、證明理想密排六方結構的軸比c/a=1.633。

33、立方晶系的(111)，(110)，(123)晶面族各包含多少晶面，寫出它們的密勒指數(shù)。

34、說明柏氏矢量的確定方法，如何利用柏氏矢量和位錯線來判斷位錯的類型？

35、簡要說明成分過冷的形成及其對固溶體組織形態(tài)的影響。

36、為什么晶粒細化既能提高強度，也能改善塑性和韌性？

37、共析鋼的奧氏體化有幾個主要過程？合金元素對奧氏體化過程有什么影響？

38、提高鋼材耐蝕性的主要方法有哪些？為什么說Cr是不銹鋼中最重要的合金元素？

39、何為位錯反應？如何判斷一個位錯反應能否進行？

40、根據(jù)凝固理論，試述細化晶粒的基本途徑。

41、分析金屬冷變形度的大小對再結晶晶粒尺寸的影響，說明原因。

42、簡述成分過冷的形成以及成分過冷對固溶體生長形態(tài)的影響。

43、位錯增值機理

五、計算、作圖

1、已知碳在r—Fe中的擴散常數(shù)D0＝2.0×10-5m2/s，擴散激活能Q＝1.4X105J/mol（R＝8.31J/(molK))。碳勢均為CP＝1.1％C的條件下對20#鋼在880℃進行滲碳，為達到927℃滲碳5h同樣的效果，滲碳時間應為多少？(12分)

2、對fcc結構的晶體(點陣常數(shù)為a)

(1)分別計算原子在[100]，[110]和[111]晶向上的原子密度，并說明哪個晶向是密排方向：

(2)計算原子在(100)，(110)和(111)晶面上的原子密度和三個面的面間距，并指出面間距最大的晶面。

3、寫出附圖1.1所示立方晶格中晶面ABCD和晶向CE的指數(shù)；在右圖單胞中畫出晶面(111)和該面上屬于<112>三個晶向，并標出具體指數(shù)。(12分)

4、已知碳在γ-Fe中擴散時，D0 =2.0×10-5m2/s，Q=1.4×105J/mol。當溫度在927℃時，求其擴散系數(shù)為多少？（已知摩爾氣體常數(shù)R=8.314J/mol?K）

5、作圖表示立方晶體的、、晶面和、、晶向。（每題2分，共10分）

6、已知A（熔點600℃）與B（熔點500℃）在液態(tài)無限互溶，固態(tài)時A在B中的最大固溶度（質(zhì)量分數(shù)）為ωA＝0.30，室溫時為ωA＝0.10；但B在固態(tài)和室溫時均不溶于A。在300℃時，含ωB=0.40的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應。試繪出A-B合金相圖；并分析ωA=0.20、ωA=0.80的合金在室溫下的組織組成物和相組成物的相對量。

7、繪出Fe-Fe3C相圖，標出鐵碳相圖上的C、E、F、G、K、P、S點，說明ECF、PSK水平線和ES、GS曲線的意義，其上發(fā)生的轉變及生成的組織組成物。

8、已知某低碳鋼 σ 0 =64KPa ， K=393.7 ，若晶粒直徑為 50μm ，該低碳鋼的屈服強度是多少？

9、試計算 BCC 晶體最密排面的堆積密度。

10、面心立方結構和密排六方結構金屬中的原子堆垛方式和致密度是否有差異?請加以說明。

11、計算wc＝3.3％的鐵碳合金常溫下萊氏體的相對含量，組織中珠光體的相對含量和共析滲碳體的含量。（9分）

12、已知Cu的原子量為63.5，原子半徑是0.1278 nm。( 20分)

（1）計算銅的密度、點陣常數(shù)和最大面間距。

（2）在立方晶胞（圖1.）中標出下列晶面和晶向（要求用字母標出，如oa:[001]，等等）：

（011）、（11`1）、(`221)、[102]、[`110]、[11`1]

（3）以上哪些晶面和晶向互相垂直？

13、柏氏矢量的物理意義是什么？根據(jù)柏氏矢量如何區(qū)分螺型位錯和刃型位錯？什么是全位錯和不全位錯？簡述位錯反應條件。無外力作用時，位錯反應 能否進行？（18分）

14、假設在鎂晶體中，由一個位錯源放出的位錯移到晶體表面，使晶體表面產(chǎn)生高度約為10-4cm的滑移臺階，問有多少個位錯運動至表面？（已知b=3.2 A）

15、在鋁試樣中測得晶粒內(nèi)部的位錯密度為5x1013m-2，假定位錯全部集中在亞晶界上，且每個亞晶粒的截面均為正六邊形，而位錯全為刃位錯，其柏氏矢量b=a/2[101]≈2x10-10m，如亞晶粒之間的傾角為5°，試求亞晶界上的位錯間距和亞晶粒的平均大小。

16、在立方晶系的晶胞內(nèi)畫出具有下列密勒指數(shù)的晶面和晶向：

17、在870℃比在930℃滲碳有一定優(yōu)越性，淬火變形小又可得到較細的晶粒，碳在γ鐵中的D0=2.0×10-5m2/s,Q=140×103J/mol,請計算：(10分)

(a) 870℃時碳在γ鐵中的擴散系數(shù)；

(b) 將滲層加深一倍需多長時間？

(c) 若規(guī)定0.3%C作為滲碳層厚度的量度，則在930℃滲碳10小時的滲層厚度為870℃滲碳10小時的多少倍？

(氣體常數(shù)R=8.314J/mol·K, 滲層厚度)

18、位錯線與柏氏矢量，切應力方向，位錯線運動方向以及晶體滑移方向的關系？

六、綜合

1、試分析冷塑性變形對合金組織結構、力學性能、物理化學性能、體系能量的影響。

2、對鐵碳合金(wc＝0.0015)經(jīng)過完全退火后：(20分)

（1） 在室溫下包含哪些組成相，計算其相對量。

（2） 在室溫下由哪些組織組成物構成，畫出組織示意圖，并計算各自的相對量。

(3) 在室溫下該合金經(jīng)過較大的塑性變形(例如壓縮50％)，其組織會發(fā)生哪些變化？

(4) 變形后再經(jīng)過750℃充分保溫后緩慢冷卻到室溫，所得到的組織與原完全退火的組織有哪些差別？

3、請根據(jù)所附二元共晶相圖分析解答下列問題：
（1） 分析合金I、II的平衡結晶過程，并繪出冷卻曲線；
（2） 說明室溫下I、II的相和組織是什么？并計算出相和組織的相對含量；
（3） 如果希望得到共晶組織和5%的β初的合金，求該合金的成分；
（4）分析在快速冷卻條件下，I、II兩合金獲得的組織有何不同。

4、敘述板條馬氏體和下貝氏體的組織形態(tài)，并說明板條馬氏體和下貝氏體具有良好強韌性的原因。

5、試述冷變形金屬在加熱時，其組織和性能發(fā)生的變化。

6、試論述含碳量對鐵碳合金平衡組織和性能的影響。

7、論述影響擴散的主要因素。

8、求體心立方結構中的四面體和八面體間隙的半徑及其中心位置的坐標。

9、45鋼的過冷奧氏體連續(xù)轉變曲線如圖所示，請回答下列問題：（共15分）

（1）說明圖中A1線、Ms、1線、2線、3線表示的意義。

（2）過冷奧氏體轉變產(chǎn)物有哪些？寫出各種轉變產(chǎn)物的名稱、相變類型、組織形態(tài)和性能特點；

（3）在V1、V2、V3、V4 冷卻速度下，各得到何種組織？

（4）指出與V1、V2、V3、V4相對應的熱處理工藝名稱是什么？

10、就Fe-Fe3C相圖，回答下列問題：

1. 默畫出Fe-Fe3C相圖，用相組成物填寫相圖；

2. 分析含碳量為1.0wt%的過共析鋼的平衡結晶過程，并繪出室溫組織 示意圖。

3. 計算相圖中二次滲碳體和三次滲碳體可能的最大含量。

4．已知某鐵碳合金室溫時的相組成物為鐵素體和滲碳體，鐵素體占

82%，試求該合金的含碳量和組織組成物的相對量。

11、

右圖為固態(tài)有限互溶三元共晶相圖的投影圖，請回答下列問題：

（1）指出三個液相面的投影區(qū)；

（2）指出e3E線和E點表示的意義；

（3）分析合金N的平衡結晶過程。

12、