材料科学基础期末试题2

《材料科学基础》试卷Ⅱ一、名词解释（20分，每题4分）全位错；再结晶；珠光体；形变织构；成分过冷全位错：伯什矢量等于点阵矢量的位错。再结晶：经受形变的材料在加热时发生的以无畸变晶粒取代变形晶粒的过程珠光体：铁碳合金共析转变的产物，是共析铁素体和共析渗碳体的层片状混合物。形变织构：随塑性变形量增加，变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。离异共晶：由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的α相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。二、填空题（17分，每空1分）1．原子扩散的驱动力是：组元的化学势梯度2．凝固的热力学条件为：过冷度3.某金属凝固时的形核功为△G*，其临界晶核界面能为△G，则△G*和△G的关系为：△G*=1/3△G4．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。5．金属液体在凝固时产生临界晶核半径的大小主要取决于过冷度。6．菲克第一定律表述了稳态扩散的特征，即浓度不随时间变化。7.冷变形金属加热过程中发生回复的驱动力是：冷变形过程中的存储能8.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。9.合金铸锭的缺陷可分为缩孔和偏析两种。10.相图是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。三、选择题（20分，每题2分）1．在体心立方结构中，柏氏矢量为a[110]的位错(A)分解为a/2[111]+a/2]111[.(A)不能(B)能(C)可能2．在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为（C）A．原子互换机制B.间隙机制C.空位机制3．A和B组成的二元系中出现α和β两相平衡时，两相的成分（x）-自由能（G）的关系为（B）（A）Gα=Gβ（B）dGα=dGβ（C）GA=GB4．A和A-B合金焊合后发生柯肯达尔效应，测得界面向A试样方向移动，则（A）（A）A组元的扩散速率大于B组元（B）与（A）相反（C）A、B两组元的扩散速率相同5．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6.从金属与合金的角度看，冷加工和热加工一般是以(B)温度为界限区分的。A.结晶B.再结晶C.相变D.25℃7.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8.单晶体的临界分切应力值与（A）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.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10.铸铁与碳钢的区别在于有无（A）A．莱氏体B.珠光体C.铁素体D.渗碳体四、简答题（17分）(4分)1.为什么滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。(7分)2.什么是成分过冷？它对液-固界面的形貌有何影响？(6分)3.对于金属-金属型共晶，决定其形貌是片状或棒状的因素是什么？1.答案：因为原子密度最大的晶面其面间距最大，点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；（2分）滑移方向为原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子间距最短，即位错b最小。（2分）2.答案：成分过冷：在合金的凝固过程中，由界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷称为成分过冷。（3分）它对液-固界面的形貌影响为：成分过冷由小到大，液固界面的形貌由平面状过渡到胞状再到树枝状。（4分）3.答案：主要取决于两个因素：（1）两相的体积分数，如果有一相的体积分数小于27%时，则形成棒状共晶，否则形成片状共晶；（3分）（2）两相之间的界面能，界面能小，则形成片状共晶。一般情况下，当两相有固定的位向关系时则可能形成片状共晶。（3分）五、作图与计算题（26分）（6分）1．已知液态纯镍在1.013×105Pa（1大气压），过冷度为319K时发生均匀形核，设临界晶核半径为1nm，纯镍熔点为1726K，熔化热ΔHm＝18075J/mol，摩尔体积Vs＝6.6cm3/mol，试计算纯镍的液－固界面能和临界形核功。（10分）1.画出Fe-C相图，并将相图中的相区按组织加以标注。（10分）2．图示为Pb-Sn-Bi相图投影图。问：（1）写出合金Q（wBi＝0.7，wSn＝0.2）凝固过程及室温组织；（2）计算合金室温下组织组成物的相对含量。《材料科学基础》试卷Ⅱ答案五、作图与计算题（26分）（6分）1．已知液态纯镍在1.013×105Pa（1大气压），过冷度为319K时发生均匀形核，设临界晶核半径为1nm，纯镍熔点为1726K，熔化热ΔHm＝18075J/mol，摩尔体积Vs＝6.6cm3/mol，试计算纯镍的液－固界面能和临界形核功。答：因为BGr2，mmBTTHTHLG（2分）所以25/1053.222cmJTTHrGrmB（2分）JTHVTGGAmBv9106.13163161222323（2分）（10分）1.画出Fe-C相图，并将相图中的相区按组织加以标注。答：（10分）2．图示为Pb-Sn-Bi相图投影图。问：（1）写出合金Q（wBi＝0.7，wSn＝0.2）凝固过程及室温组织；（2）计算合金室温下组织组成物的相对含量。答：（1）冷却至液相面析出Bi：LBi初，（1分）随温度降低Bi增多，液相成分延Bi-Q的延长线向E3E移动；液相成分达到E3E后发生共晶反应，L（Sn＋Bi）共，（1分）液相成分延E3E向E移动；液相成分达到E后，发生三元共晶反应L（Sn＋Bi＋β）共，随后冷却不再变化。（1分）室温组织为：Bi初＋（Sn＋Bi）共＋（Sn＋Bi＋β）共（1分）（2）wBi初＝0.288；（2分）w（Sn＋Bi）共＝0.407；（2分）w（Sn＋Bi＋β）共＝0.305（2分）