考研材料科学基础试题及答案DOC

材料科学基础习题叶荷11及材料班2013-1-10第三章二元合金相图和合金的凝固一、名词：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。二、简答：1.固溶体合金结晶特点？答：异分结晶；需要一定的温度范围。2.晶内偏析程度与哪些因素有关？答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。3.影响成分过冷的因素？答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。4.相图分折有哪几步？答：以稳定化合物为独立组元分割相图并分析；熟悉相区及相；确定三相平衡转变性质。三、绘图题绘图表示铸锭宏观组织三晶区。四、书后习题1、何谓相图？有何用途？答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。2、什么是异分结晶？什么是分配系数？答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。影响因素：1）分配系数k0：当k01时，k0值越小，则偏析越大；当k01时，k0越大，偏析也越大。2）溶质原子扩散能力，溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；反之，则偏析程度较大。3）冷却速度，冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。对金属性能的影响：使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低，甚至使合金不容易压力加工。也使合金的抗蚀性能降低。消除办法：扩散退火或均勺化退火6、何谓共晶反应和包晶反应？写出反应式。答：共晶反应：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。NMtEEL包晶反应：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。DtPCDL8、什么是成分过冷？答：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。9、试述纯金属与固溶体合金结晶过程中形核、长大的条件及方式有何异同？答：纯金属结晶过程中的形核、长大的条件：要满足结构起伏、能量起伏。固溶体合金结晶过程中的形核、长大的条件：要满足结构起伏、能量起伏和成分起伏。固溶体合金结晶是在一定的温度范围的异分结晶，纯金属结晶是在一定温度下的同分结晶。10、何谓相组成物和组织组成物？画出冷却曲线分析w(Sn)=70%Pb-Sn合金的平衡结晶过程，并计算室温下该合金相组成物和组织组成物的相对含量。答：相组成物：组成合金的各相组织组成物：在显微组织中能清楚地区分开，是组成显微组织的独立部分。冷却曲线：平衡结晶过程：当合金I缓慢冷却到1点时，开始从液相中结晶出β固溶体。在1~2点温度范围内，随着温度的降低，β固溶体的数量不断增多，而液相的数量不断减少，它们的成分分别沿固相线BN和液相线BE发生变化。2点时，β相和剩余液相的成分分别到达N点和E点。在温度tE、成分为E点的液相便发生共晶转变NMtEEL。在2点以下继续冷却时，将从β相(包括先共晶β相和共晶组织中的β相)和(共晶组织中的)分别析出次生相II和II。室温下该合金相组成物的相对含量：310070100%30.6%1002GWGF3702100%69.4%1002FWGF组织组成物的相对含量：+II+共晶组织（+）+2N97.570100%77.2%EN97.561.9W共晶（）E2FN7061.997.52100%22.2%ENFG97.561.91002W2E2NG7061.910097.5100%0.6%ENFG97.561.91002W13、何谓共析转变？与共晶转变比较有何异同？答：共析转变：一定成分的固相在一定温度下分解为另外两个一定成分的固相的转变过程。相同点：都是由一个相分解为两个相的三相恒温转变，三相成分点在相图上的分布是一样的。不同点：共析反应的反应相是固相，而共晶反应的反应相是液相。共析组织比共晶组织致密。第3章二元合金相图和合金的凝固复习题纲重点：二元相图的结晶过程（冷却曲线、组织变化示意图）；填写相组成物、组织组成物；杠杆定律的计算；铸锭的三个晶区。一、选择题1.二元合金在进行共晶反应时为__c______相平衡共存。a单b双c三d多2.铸造性能最佳的合金应该是__c_______成分的合金。a固溶体b亚共晶c共晶d过共晶3.在金属或合金中凡是具有___b______并与其他部分有界面分开的，均匀的组成部分，均称之为相。a相同成分，不同晶体结构b相同成分，相同晶体结构c不同成分，相同晶体结构4.相图是表示合金系中合金在___b______条件下各相的存在状态与温度，成分间的关系的图解。a常压b平衡c较慢冷却d较慢加热5.在实际冷却速度____b_____的条件下，以树枝晶方式结晶的固溶体中，先后结晶的树枝状晶体内化学成分不均匀的现象，称为枝晶偏析。a较慢b较快c适中d极为缓慢6.在_____b____下，由一定成分的液相，同时结晶出成分一定且不相同的两个固相的较变，称为共晶转变(或共晶反应)a连续降温条件b一定温度c一定冷却速度d温度变化不大条件7.在一定温度下，由成分一定的____c_____同时析出两种成分一定且不相同的____e_____的转变，称为共析转变(或共析反应)a气相b液相c固相d新液相e新固相8.在二元合金相图中，对某已知成分合金应用杠杆定律时，首先必须明确是在_____b____应用?然后必须进一步明确是在该区的___d______求解?接着要确定做为分母线及分子线段的杠杆长度。a哪个单相区中b哪个两相区中c哪种成分下d哪个温度下e什么压力下9.产生枝晶偏析的原因是由于____d_____。a液固相线间距很小，冷却缓慢b液固相线间距很小，冷却速度大c液固相线间距大，冷却缓慢d液固相线间距大，冷却速度也大二、判断题(1)共晶转变和共析转变都是从单相中产生双相的转变，而且又是在恒温下进行，处于平衡状态的三相的成分都是固定不变的。(∨)(2)在二元合金系中，只有共晶成分的合金在结晶时才能发生共晶转变，其它任何成分的合金在结晶时都不可能发生共晶转变。(×)(3)在二元合金系中，只有共析成分的合金在结晶时才能发生共析转变，其它任何成分的合金在结晶时都不可能发生共析转变。(×)(4)二元合金结晶过程中共晶转变和共析转变的反应式和转变产物都是相同的。(×)(5)在二元合金相图中，液相线与固相线之间的垂直距离(温度间隔)及其水平距离(成分间隔)比较大的合金，铸造时流动性比较好，偏析倾向及产生热裂纹的倾向均比较小。(×)(6)在二元合金相图中，在三相平衡的水平线上，当转变正在进行时不能应用杠杆定律。但在转变尚未开始之前或转变刚刚完成后，在水平线上可以应用杠杆定律。(∨)(7)在二元合金相图中，固态下只要α相、β相有溶解度变化，那么整个α+β两相区内各成分合金，室温下的平衡组织中均同时存在次生相，αⅡ和βⅡ。(×)三.在图4—30所示相图中，请指(1)水平线上反应的性质；(2)各区域的组织组成物；(3)分析合金I，II的冷却过程；(４)室温下合金I，II的组织组成物的相对量表达式；7.(1)高温区水平线为包晶线，包晶反应：Lj+δk→αn中温区水平线为共晶线，共晶反应：Ld′→αg+βh(2)各区域组织组成物如图4—30中所示。(3)I合金的冷却曲线和结晶过程如附图2.9所示。1～2，均匀的液相L。2～3匀晶转变，L→δ不断结晶出δ相。3～3′，发生包品反应L+δ→α。3′～4，剩余液相继续结晶为α。4，凝固完成，全部为α。4～5，为单一α相，无变化。5～6，发生脱溶转变α→βII。室温下的组织为α+βII。II合金的冷却曲线和结晶过程如附图2.10所示。1～2，均匀的液相L。2～3，结晶出α初，随温度下降α相不断析出，液相不断减少。3～3′，剩余液相发生共晶转变L→α+β。3′～4，α→βII，β→αII，室温下的组织为。α初+（α+β）共+βII(4)室温时，合金I、II组织组成物的相对量可由杠杆定律求得。合金I：第一章原子排列与晶体结构1.fcc结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是,晶胞中原子数为，把原子视为刚性球时，原子的半径r与点阵常数a的关系是；bcc结构的密排方向是，密排面是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是；hcp结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是,，晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是。2.Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是，每个晶胞中八面体间隙数为，四面体间隙数为。3.纯铁冷却时在912发生同素异晶转变是从结构转变为结构，配位数，致密度降低，晶体体积，原子半径发生。4.在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。在hcp晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。5.求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。6在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知铅为fcc面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm。第二章合金相结构一、填空1）随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度，塑性，导电性，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数。2）影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1）；（2）；（3）；（4）和环境因素。3）置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。4）按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为和。5）无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度，塑性，导电性。6）间隙固溶体是，间隙化合物是。二、问答1、分析氢，氮，碳，硼在-Fe和-Fe中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。已知元素的原子半径如下：氢：0.046nm，氮：0.071nm，碳：0.077nm，硼：0.091nm，-Fe：0.124nm，-Fe：0.126nm。2、简述形成有序固溶体的必要条件。第三章纯金属的凝固1.填空1.在液态纯金属中进行均质形核时，需要起伏和起伏。2液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括两部分，其中自由能是形核的阻力，是形核的动力；临界晶核半径rK与过冷度T关系为，临界形核功GK等于。3动态过冷度是指。4在工厂生产条件下，过冷度增大，则临界晶核半径，金属结晶冷却速度越快，N/G比值，晶粒越。5.获得非晶合金的基本方法是。二、问答1根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。2试根据凝固理论，分析通常铸锭组织的特点。3简述液态金属结晶时，过冷度与临界晶核半径，形核功及形核率的关系。4铜的熔点Tm=1356K，熔化热Hm=1628J/cm2，=177×10－7J/cm，点阵常数a=0.3615nm。求铜T=100时均匀形核的临界核心半径。5：何谓过冷，过冷度，动态过冷度，它们对结晶过程有何影响？6根据冷却速度对金属凝固后组