材料科学基础样卷05

第1页共8页考生信息栏机械工程系材料成型及控制工程专业级班级姓名学号装订线厦门理工学院试卷200－200学年第一学期课程名称材料科学基础样卷05试卷卷别样卷材料成型及控制工程专业级班级考试方式闭卷开卷□本试卷共五大题(4页)，满分100分，考试时间120分钟。请在答题纸上作答，在试卷上作答无效。一、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分）（正确打“”，错误打“X”）1、金属键具有明显的方向性和饱和性。（）2、一般来说，在相同的温度下在铁中渗碳速度比在铁中渗铬的速度快。（）3、合金中存在杂质元素硫会使碳钢产生热脆。（）4、刃型位错的柏氏矢量与其位错线垂直，螺旋位错的柏氏矢量与其位错线平行。（）5、晶粒尺寸和形核率N、线长大速度Vg之间的关系是N/Vg越大，晶粒尺寸越大。（）6、多边化使分散的位错集中在一起形成位错墙，因位错应力场的叠加，使点阵畸变增大。（）7、区域提纯技术的理论基础是凝固过程中的溶质再分配。（）8、可锻铸铁是指锻造性能好，主要采锻造加工成形的铸铁。（）9、液－固粗糙界面可描述为微观粗糙、宏观平整。（）10、影响铸铁石墨化过程的主要因素是铸铁的成分和结晶过程的冷却速度。（）二、选择题：（本题共10小题，每题2分，共20分）（请选择一个你认为最好的答案）1、某一碳钢制造的支架刚性不足，采用以下方法，可有效解决。A、改用合金钢B、改变该支架的截面与结构形状尺寸C、进行热处理改性D、改用铝合金2、在柯肯达尔效应实验中，标记漂移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D、标记物元素的扩散第2页共8页3、再结晶结束后发生晶粒长大时的驱动力主要来自。A、宏观残余应力B、位错间作用力C、变形储存能D、高的总晶界能4、以下关于结合键的性质与材料性能的关系中，是不正确的。A、结合键能是影响弹性模量的主要因素，结合键能越大，材料的弹性模量越大。B、具有同类型结合键的材料，结合键能越高，熔点也越高。C、具有离子键和共价键的材料，塑性较差。D、随着温度升高，金属中的正离子和原子本身振动的幅度加大，导电率和导热率都会增加。5、以下各影响因素中，使成分过冷度增加的是。A、液相中温度梯度GL增大B、晶体生长速度R增大B、液相的溶质扩散系数DL变大C、平衡分配系数k0变大6、下图中，5表示的点缺陷是。A、弗兰克尔空位B、肖脱基空位C、复合空位D、置换原子7、以下关于冷变形金属的再结晶概念中不正确的是。A、再结晶是无畸变的等轴新晶逐渐取代变形晶的过程B、金属的强度、硬度下降，塑性、韧性回升，加工硬化消失C、再结晶是形核、长大过程D、晶体结构和组织都发生了变化，是一个相变过程8、原子扩散过程的驱动力是。A、组元的浓度梯度B、扩散的时间C、扩散的温度D、扩散的化学势梯度9、合金凝固时，出现成分过冷的原因是。A、由于溶质再分配导致液固界面前沿溶质分布不均匀，使熔体的实际温度低于凝固温度；B、由于溶质再分配导致液固界面前沿溶质分布不均匀，使熔体的实际温度高于凝固温度；C、液固界面前沿存在正温度差；D、液固界面前沿存在负温度差；10、金属凝固结晶时，冷却的越快，其实际结晶温度。A、越高B、越低C、越接近于理论结晶温度D、不受影响。三、填空题：（本题共30个空格，每个空格0.5分，共15分）1、材料的结合键决定其弹性模量的高低，氧化物陶瓷材料以键为主，结合键能故其弹性模量；金属材料以键为主，结合键能故其弹性模量；高分子材料的分子链上是键，分子链之间是键，故其弹性模量。2、通常，退火的冷却方式为；正火冷却的方式为；淬火的冷却方。第3页共8页考生信息栏系专业级班级姓名学号装订线3、金属塑性变形的主要方式是，其次是和。滑移是沿着面和方向进行的。4、在20，45，T7，T12几种含碳量不同的钢中，塑韧性最好的是；焊接性能最好的是；淬透性最好的是；淬硬性最好的是。5、下图中表示的晶向指数是，晶面指数是和。6、含有Ni,Cr,Mn等元素的合金钢在淬后回火过程中可能出现第二类回火脆性，其原因是。防止这类回火脆性的措施之一是。7、冷塑性变形的金属材料在低温回复阶段，变形金属的浓度和电阻率降低，内应力，但其显微组织和机械性能。8、构成陶瓷化合物的两种元素的电负性差值越大，则化合物中离子键结合的比例。四、简答、计算题（本题共7题，共40分）1、（6%）名词解释：珠光体，细晶强化。2、（5%）试在体心立方晶胞中画出（011）面和该面上的二个滑移方向，注明晶向指数。并写出对应的二个滑移系。3、（6%）用45钢制造10mm齿轮轴，成品硬度要求在23~27HRC，加工工艺过程为：轧制——热处理1——机加工——热处理2——精加工。写出各热处理工序的名称、目的、冷却介质和室温组织。4、（6%）请问下图中曲线1和曲线2是什么曲线？试简要说明固溶体合金生长形态与成分过冷的关系。5、（5%）碳原子在917C扩散进入纯铁，在1.0mm深处达到某一浓度需要10小时。问在1000C同样的扩散气氛下在1.2mm深度达到相同的浓度需要多长时间？（碳原子在纯铁中的扩散激活能为137520J/mol，R=8.314J/mol.K，扩散方程的解为：)2(0DtxerfCCCCss）。第4页共8页6、（6%）试用固态相变动力学知识解释共析钢冷却等温转变曲线与加热等温曲线形状有何不同。7、（6%）试计算面心立方（FCC）晶体的晶格致密度。五、相图题（本题共4题，共15分）1、（5%）试45钢平衡冷却到在727C时，试用杠杆定律计算（1）共析相变后组织中的先共析铁素体和珠光体各占多少；（2）共析相变后铁素体相和渗碳体相各占多少。2、（3%）在下图所示的成分三角形中，试问定用10kg的P成分合与与10kg的S成分合合熔化后的成分中A、B、C的质量百分数各为多少？请在图中标出表示M成分的点。3、（3%）已知BACTTT，试画出下列三元匀晶相图的四个典型等温截面投影图。4、（4%）试画出温度小于1154C，Fe-Fe3C相图中钢部分的相图，并在图上示意性地绘出淬火热处理时，零件加热的加热温度区间。第5页共8页参考答案一、判断题：（本题共10小题，每题1分，共10分）12345678910××××二、选择题（本题共10小题，每题2分，共20分）12345678910BCDDBADDBB三、填空题：（本题共30个空格，每个空格0.5分，共15分）1、离子键或共价键；最大；最大；金属键；较大；较高；共价键，分子键；较低。2、炉冷；空冷；水冷或油冷。3、滑移，孪生和扭折。滑移面和滑移方向。4、20钢；20钢；T7钢；T12钢。5、]312[，111和031。6、Sb、Sn、P等杂质元素在原奥氏体晶界上偏聚。回火后快速冷却（减少杂质，加Mo,只要求答对其中一个）。7、点缺陷，下降，基本不变。8、越大。四、简答、计算题（本题共7题，共40分）1、（6%）答：珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。答：细晶强化是由于晶粒减小，晶粒数量增多，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。+3细晶强化是唯一的同时增大强度和塑性的强化机制。2、（5%）答：滑移系：011]111[011]111[第6页共8页3、（6%）答：热处理1热处理2热处理名称完全退火淬火+高温回火（调质）目的降低硬度，获得高硬度和调整硬度，增加塑性改善切削性能耐磨性和韧性，获得较好的综合机械性能冷却介质炉冷水冷空冷室温组织铁素体+珠光体马氏体回火索氏体4、（6%）答：曲线1为液相内的实际温度曲线2为由于溶质再分配，液相内浓度不同的各点对应的液相凝固温度。随着两曲线相割量增加，成分过冷从无到有，从小到大，固溶体合金晶体生长形态由平面状态胞状枝晶状等轴枝晶状转变。5、（5%）答：依题意，常数osscccc，由扩散方程的解得222111tDxtDx，所以，4.142112121222DDtDDxxt又扩散系数)exp(101RTQDD，)exp(202RTQDD其中，11902739171T（K），12732T（K）所以，)exp()exp()exp()exp(1212212121TTTTRQRTQRTQRTQRTQDD404.0)1190127311901273314.8137520exp(82.52t（hr）6、（6%）答：共析钢冷却时随等温转变温度降低，过冷度增大，相变推动力增大，但另一方面温度降低，原子扩散能力降低，这两个因素综合作用的结果，导致等温冷却转变曲线呈“C”型曲线。共析钢加热等温转变曲线，随等温转变温度增加，过热度增加，相变推动力增加，同时原子扩散能力也增加，不会出现“C”曲线。第7页共8页7、（6%）解：FCC晶胞中原子数n=4晶格常数为a,原子半径ar42致密度一个晶胞的体积晶胞中原子占据的体积K3333)42(34434aaarn74.062五、相图题（本题共4题，共15分）1、（4%）解：共析相变后组织为（1）先共析铁素体组织：%7.410218.077.045.077.0W珠光体组织：%3.58%7.411PW（2）共析相变后的相组成：相：%6.930218.067.645.067.6W渗碳体相：%4.6%6.9313CFeW2、（3%）答：M成分：WA=45%WB=30%WC=25%M点如图上标注3、（3%）答：第8页共8页（图略）(1)CTT(2)ACTTT(3)BATTT(4)BTT4、（4%）答：