西北工業(yè)大學材料科學基礎模擬題及真題

1、一、簡答題（每題6分，共30分）1原子的結(jié)合鍵有哪幾種？各有什么特點？2面心立方晶體和體心立方晶體的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少？3立方晶系中，若位錯線方向為001，試說明該位錯屬于什么類型。4請說明間隙化合物與間隙固溶體的異同。5試從擴散系數(shù)公式說明影響擴散的因素。6何為過冷度？它對形核率有什么影響？ 二、作圖計算題（每題10分，共40分）1 在面心立方晶體中，分別畫出(101)、110和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？2 已知Al為面心立方晶體，原子半徑為rA。若在Al晶體的八面體間隙中能溶入最大的小原子半徑為rB，請計算rB與rA的比值

2、是多少。3 A-B二元合金中具有共晶反應如下：若共晶反應剛結(jié)束時，和相的相對含量各占50%，試求該合金的成分。4 已知銅的臨界分切應力為1Mpa，問要使面上產(chǎn)生101方向的滑移，應在001方向上施加多大的力？ 三、綜合分析題（每題15分，共30分）1按下列條件繪出A-B二元相圖：（1）A組元（熔點600）與B組元（熔點500）在液態(tài)時無限互溶；（2）固態(tài)時，A在B中的最大固溶度為wA=0.30，室溫時為wA=0.10；而B在固態(tài)下不溶于A；（3）300時發(fā)生共晶反應。在A-B二元相圖中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室溫下的相組成物及組織組成物，并計算各相組成物的相對含量。&#

3、160;2請繪出下列Fe-C合金極緩慢冷卻到室溫后的金相組織示意圖，并標注各組織。（腐蝕劑均為3%硝酸酒精）工業(yè)純鐵  20鋼  45鋼  T8鋼  T12鋼   亞共晶白口鑄鐵      一、簡答題（每題6分，共30分）1原子的結(jié)合鍵有哪幾種？各有什么特點？離子鍵：正負離子相互吸引；鍵合很強，無方向性；熔點、硬度高，固態(tài)不導電，導熱性差。共價鍵：相鄰原子通過共用電子對結(jié)合；鍵合強，有方向性；熔點、硬度高，不導電，導熱性有好有差。金屬鍵：金屬正離子于自由電子相互吸引；鍵合較強

4、，無方向性；熔點、硬度有高有低，導熱導電性好。分子鍵：分子或分子團顯弱電性，相互吸引；鍵合很弱，無方向性；熔點、硬度低，不導電，導熱性差。氫   鍵：類似分子鍵，但氫原子起關鍵作用XH-Y；鍵合弱，有方向性；熔點、硬度低，不導電，導熱性好。 2面心立方晶體和體心立方晶體的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少？ 晶胞原子數(shù)配位數(shù)致密度面心立方41274%體心立方2868%3立方晶系中，若位錯線方向為001，試說明該位錯屬于什么類型。因位錯線方向垂直于柏氏矢量，所以是刃位錯。4請說明間隙化合物與間隙固溶體的異同。相同點：小原子溶入不同點：若小原子溶入后，大小原

5、子數(shù)量成比例，在選取點陣時，大小原子點陣可以合并，這實際上改變了大原子的點陣結(jié)構(gòu)，因此認為形成新相，稱為間隙相（間隙化合物）。若小原子溶入后，分布隨機，大小原子點陣不能合并，仍然保留大原子點陣，稱為間隙固溶體。5試從擴散系數(shù)公式說明影響擴散的因素。從公式表達形式可以看出擴散系數(shù)與擴散激活能Q和溫度T有關。擴散激活能越低擴散系數(shù)越大，因此激活能低的擴散方式的擴散系數(shù)較大，如晶界和位錯處的擴散系數(shù)較大。溫度越高，原子活性越大，擴散系數(shù)越大。6何為過冷度？它對形核率有什么影響？過冷度：實際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度的差值。隨過冷度增大，形核率先增后減。二、作圖計算題（每題10分，共40分）1. 

6、;       在面心立方晶體中，分別畫出(101)、110和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？(101)110對面心立方晶體，(101)非密排面，因此它不是滑移面；110是密排方向，因此是滑移方向。但這二者不能構(gòu)成滑移系。和是密排面和密排方向，因此可以構(gòu)成滑移系。2.        已知Al為面心立方晶體，原子半徑為rA。若在Al晶體的八面體間隙中能溶入最大的小原子半徑為rB，請計算rB與rA的比值是多少。3. 

7、0;      A-B二元合金中具有共晶反應如下：若共晶反應剛結(jié)束時，和相的相對含量各占50%，試求該合金的成分。設合金成分為c，由題知：得：c %0.55%4.        已知銅的臨界切分應力為1Mpa，問要使面上產(chǎn)生101方向的滑移，應在001方向上施加多大的力？對立方晶系，兩晶向h1k1l1和h2k2l2夾角公式為：故滑移面的法線與拉力軸方向001的夾角為：同理，滑移方向101與拉力軸方向001的夾角為：由分切應力公式得：三、綜合分析題（每題15分，共30分）1按下

8、列條件繪出A-B二元相圖：1)        A組元（熔點600）與B組元（熔點500）在液態(tài)時無限互溶；2)        固態(tài)時，A在B中的最大固溶度為wA=0.30，室溫時為wA=0.10；而B在固態(tài)下不溶于A；3)        300時發(fā)生共晶反應。在A-B二元相圖中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室溫下的相組成物及組織組成物，并計算各相組成物的相對含量。AB 

9、         相組成：A          組織組成：AAII     2請繪出下列Fe-C合金極緩慢冷卻到室溫后的金相組織示意圖，并標注各組織。（腐蝕劑均為3%硝酸酒精）工業(yè)純鐵：  F20鋼：  F+P45鋼：  F+PT8鋼：  PT12鋼：       P+Fe3C網(wǎng)狀亞共晶白

10、口鑄鐵：P+Ld一、簡答題（每題6分，共30分）1工程材料分為哪幾類？它們的結(jié)合鍵如何？2根據(jù)凝固理論，請分析細化鑄錠晶粒的途徑及原理3固溶體非平衡凝固時，形成微觀偏析和宏觀偏析的原因有何區(qū)別？4請為置換固溶體、間隙固溶體、間隙化合物、正常價化合物、電子化合物和間隙化合物各舉一具體例子。5為什么細晶強化可以同時提高合金強度、硬度、塑性和韌性？二、作圖計算題（每題10分，共40分）1 鈦的晶胞（密排六方）體積在20時為0.106nm3，其c/a1.59，求：（1）c、a的值；（2）鈦原子半徑。2 已知鉬為體心立方結(jié)構(gòu)，請回答：（1）    畫出其晶胞示意圖；（2）&

11、#160;   在圖中畫出一個可能的滑移系，并標明滑移面和滑移方向的指數(shù)。3   一碳鋼在平衡冷卻條件下，室溫組織為珠光體二次滲碳體，其中珠光體含量為90%。請確定該碳鋼的含碳量，并畫出組織示意圖。4 假設某面心立方晶體可以開動的滑移系為，請回答：（1）    給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量；（2）    若滑移位錯為純?nèi)形诲e，請指出其位錯線方向；若滑移位錯為純螺位錯，其位錯線方向又如何？三、綜合分析題（每題15分，共30分）1根據(jù)下列已知條件繪出A-B二元共晶相圖： i. 

12、            tA > tB（tA 、tB為A、B的熔點）； ii.            共晶反應為； iii.          B在A中的固溶度隨溫度的下降而減小，室溫時為wB0.03；A在B中的固溶度不隨溫度變化，  

13、0; 并請回答： （1）分析wB=0.85的合金平衡結(jié)晶過程； （2）計算該合金室溫下的相組成物及組織組成物。（忽略二次相）8.      一楔型純銅鑄錠，經(jīng)間距恒定的軋輥軋制（如圖）；   （1）    請畫出軋制后，錠子的晶粒示意圖。   （2）    畫出將該錠子進行再結(jié)晶退火后，晶粒示意圖。并分析原因。 一、簡答題（每題5分，共30分）1何為空間點陣？它與晶體結(jié)構(gòu)有何異、同？2請簡述晶界有哪些特征？3何為固溶

14、強化？置換固溶體與間隙固溶體相比,哪個的固溶強化效果強？請簡述影響固溶度的因素。4請簡述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。5什么是反應擴散？請簡述其特點。6簡述在什么情況下會發(fā)生單滑移、多滑移和交滑移，它們的滑移線形貌特征是什么 二、作圖計算題（每題10分，共40分）1 請計算簡單立方和體心立方晶體的（100）、（110）和（111）晶面的面間距（假設兩種點陣的點陣常數(shù)都是a）。2 在面心立方晶體中，分別畫出 、和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向為<001>，請問哪些滑移系可以開動？3 請判定下列反應能否進行，若能夠進行

15、，則在簡單立方晶胞內(nèi)繪出參加反應位錯的柏氏矢量。1)        2)        4 已知三元簡單共晶的投影圖，見附圖，1)        請畫出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成；2)        請畫出X合金平衡冷卻時的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應。eABCXD三、綜合分析題（每題15分，共30分）1已知Mg

16、-Ni合金系中一個共晶反應：L23.5%NiÛa純Mg+Mg2Ni54.6%Ni設有C1和C2兩種合金，C1為亞共晶，C2為過共晶。這兩種合金的初生相質(zhì)量分數(shù)相等，但室溫時C1中a(即Mg)的總量是C2中a總量的2.5倍，請確定C1和C2的成分。2.        某工廠對一大型零件進行淬火處理，經(jīng)過1100加熱后，用冷拉鋼絲繩吊掛，由起重吊車送往淬火水槽，行至途中鋼絲突然發(fā)生斷裂。該鋼絲是新的，且沒有瑕疵，是分析該鋼絲繩斷裂的原因。綜合模擬測試一、簡答題（每題6分，共30分）1.   

17、;   請簡述刃型位錯、螺型位錯的主要特征。2.      相互垂直的位錯運動后發(fā)生交割，原位錯可能會發(fā)生什么變化？在后續(xù)的位錯運動中可能會有什么影響？3.      什么是離異共晶？如何發(fā)生的？4.      簡述平衡結(jié)晶與非平衡結(jié)晶的不同之處。5.      形成無限固溶體的條件是什么？簡述原因。6.      在固態(tài)下晶體

18、的線缺陷對溶質(zhì)原子的擴散有何影響二、作圖計算題（共40分）1.      在A滑移面上有一環(huán)形位錯，所受切應力如圖所示，試分析在平面位錯環(huán)上各段屬于哪種類型的位錯？作圖表示位錯運動的方向？（俯視觀看）（8分）b2.      根據(jù)Fe-Fe3C相圖畫出含碳0.65的鐵碳合金的冷卻曲線。指出平衡冷卻室溫下相組成物、組織組成物是什么？并計算其相對含量。（12分）3、下圖為Cu-Zn相圖，圖中有多少三相平衡，寫出它們的反應式。（8分）4、已知單晶銅的111滑移系的臨界分切應力k為1MPa，請問：

19、60;   要使面上產(chǎn)生方向的滑移，則在方向上應施加多大的應力？    假設在單晶銅中只開動滑移系，那么隨著滑移的進行，拉伸試樣中面會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？它對隨后的進一步變形有何影響？（12分）三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.      為了細化純鋁板晶粒，采用冷變性的方法將其變形35，之后采用620退火1，組織反而粗化，增大冷變形至80以上，再于620退火1，組織仍然粗大。分析其原因，指出上述工藝不合理之處并擬定一種合理的晶粒細化工藝。（再0.4溶 純鋁熔點為660）2. 

20、60;    簡述60#鋼（含碳0.6%）平衡結(jié)晶（假設為均勻形核）需要滿足的條件。綜合模擬測試 參考答案一 簡答題（每題6分，共30分）1.        請簡述刃型位錯、螺型位錯的主要特征答：刃型位錯：²    晶體中有一個額外原子面，形如刀刃插入晶體²    刃型位錯周圍的點陣發(fā)生了彈性畸變²    位錯線可以是折線或曲線, 但位錯線必與滑移（矢量）方向垂直²&

21、#160;   只有一個確定的滑移面²    位錯線的移動方向與晶體滑移方向平行（一致）²    位錯線與柏氏矢量垂直螺型位錯：Ø    上下兩層原子發(fā)生錯排，錯排區(qū)原子依次連接呈螺旋狀Ø    位錯線周圍點陣產(chǎn)生了彈性畸變；Ø    螺型位錯與晶體滑移方向平行，故位錯線一定是直 線Ø    螺型位錯的滑移面是不確定的，凡是包含

22、螺型位錯的平面均可作為它的滑移面；Ø    位錯線的移動方向與晶體滑移方向相互垂直。Ø    位錯線與柏氏矢量平行2.        相互垂直的位錯運動后發(fā)生交割，原位錯可能會發(fā)生什么變化？在后續(xù)的位錯運動中可能會有什么影響？答：交割后在原位錯線上留下對方柏氏矢量大小、方向的扭轉(zhuǎn)或割接，但是該位錯線仍是原柏氏矢量。所有的割階都是刃型位錯，而扭折可以是刃位錯也可以是螺位錯在后續(xù)位錯運動中，由于：扭折與原位錯同一滑移面，可隨主位錯線一起運動，幾乎不產(chǎn)

23、生阻力，并在線張力的作用下易消失割階與原位錯線不在同一滑移面，故除非割階產(chǎn)生攀移，否則割階就不能跟隨主滑移線一起運動，成為位錯運動的障礙，稱為割階硬化3.        什么是離異共晶？如何發(fā)生的？答：在共晶水平線的兩個端部附近，由于共晶量少，領先相相依附在初生相上，另一相獨立存在于晶界，在組織學上失去共晶體特點，稱為離異共晶。有時，也將端部以外附近的合金，在非平衡凝固時得到的少量共晶，稱為離異共晶。4.        簡述平衡結(jié)晶與非平衡結(jié)晶的不同之處。

24、答：平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度非常緩慢，液相和固相中擴散均很充分的情況下的結(jié)晶。非平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度比較快，擴散不充分的情況下的結(jié)晶。5.        形成無限固溶體的條件是什么？簡述原因。答：形成固溶體時，溶質(zhì)原子的溶入會使溶劑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生點陣畸變，使體系自由能升高。間隙固溶體中溶質(zhì)原子溶入溶劑間隙中引起的點陣畸變較大，故不能形成無限互溶；置換固溶體中溶質(zhì)原子取代了溶劑原子的位置，晶格畸變較小。當溶質(zhì)、溶劑尺寸相差越小，晶格畸變越小，能量越低，溶解度越大；兩組元具有相同的晶體結(jié)構(gòu)可形成無限互溶。6.  

25、60;     在固態(tài)下晶體的線缺陷對溶質(zhì)原子的擴散有何影響？答：管道機制陷阱機制二 作圖計算題（共30分）1、根據(jù)Fe-Fe3C相圖畫出含碳0.65的鐵碳合金的冷卻曲線。指出平衡冷卻，室溫下相組成物、組織組成物是什么？并計算其相對含量。（12分）參考答案： L g g g aa Fe3CIIIg (aFe3C）共析相組成： a + Fe3C 組織組成：F + P + Fe3CIII（少量、忽略）室溫下，相的相對含量： 室溫下，組織相對含量： 忽略2、在A滑移面上有一環(huán)形位錯，所受切應力如圖所示，試分析在平面位錯環(huán)上各段屬于哪種類型的位錯？作圖表示位錯運

26、動的方向？（俯視觀看）（8分）答： bb正刃負刃右螺左螺位錯運動方向3、下圖為Cu-Zn相圖，圖中有多少三相平衡，寫出它們的反應式。（8分）答：包晶反應+ L;包晶反應+ L;包晶反應+ L;包晶反應+ L;包晶反應+ L;共析反應r +;4、已知單晶銅的111滑移系的臨界分切應力k為1MPa，請問：要使面上產(chǎn)生方向的滑移，則在方向上應施加多大的應力？假設在單晶銅中只開動滑移系，那么隨著滑移的進行，拉伸試樣中面會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？它對隨后的進一步變形有何影響？（10分）（1）滑移面的法線方向和拉力軸 的夾角 與拉力軸的夾角 需要施加的力 （2）（111）面會發(fā)生轉(zhuǎn)動。晶面轉(zhuǎn)動使晶體位相發(fā)生改變，使

27、滑移面和滑移方向逐漸趨于平行拉伸軸線方向，從而使后續(xù)塑性變形所需外力進一步增大。三 綜合題（每題15分，共30分）1、為了細化純鋁板晶粒，采用冷變性的方法將其變形35，之后采用620退火1，組織反而粗化，增大冷變形至80以上，再于620退火1，組織仍然粗大。分析其原因，指出上述工藝不合理之處并擬定一種合理的晶粒細化工藝。（再0.4溶 純鋁熔點為660 ）答：前一種為臨界變形度下變形，高溫退火再結(jié)晶驅(qū)動力小，形核少，晶粒粗大；后種工藝，在大變形下，根據(jù)再0.4溶 計算，T再100，故再結(jié)晶溫度不得大于200為宜，由于采用了620高溫退火，晶粒異常長大（二次再結(jié)晶），造成晶粒粗大。正確工藝：70%

28、以上冷變形，之后150退火1h2、簡述60#鋼（含碳0.6%）平衡結(jié)晶（假設為均勻形核）需要滿足的條件答：體積自由能變化DGv < 0結(jié)構(gòu)條件：能量條件：驅(qū)動力晶核形核功能量起伏來自要求要求結(jié)構(gòu)起伏熱力學條件：過冷度T0需要形成晶胚晶胚能否形成穩(wěn)定晶核成分條件：選分結(jié)晶液固相成分不同存在溶質(zhì)原子再分配綜合模擬測試一、簡答題（每題6分，共30分）1.      請簡述工程材料的分類。2.      請簡述滑移和孿生變形的特點？3.     

29、若將一位錯線的正方向定義為原來的反向，此位錯的柏氏矢量是否改變？位錯的類型是否改變？4.      動態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶后的組織有何差別？力學性能有何差別？5.      請簡述金屬間化合物的一般特性。二、作圖計算題（每題10分，共40分）1.      設有一條內(nèi)徑為30mm的厚壁管道，被壁厚0.1mm的鐵膜隔開。由管子一端通入氮氣，保持鐵膜一側(cè)活性氮原子濃度為1200 mol/m3，另一側(cè)為100 mol/m3。如果在700下測得通過管道的

30、氮氣流量為2.8×10-4 mol/s，求此時氮原子在鐵中的擴散系數(shù)。2.      請在立方晶胞中繪出和兩晶面，并計算其夾角。共析鋼過共晶白口鑄鐵Al-5.0wt%CuAl-13%Si3.      請分別繪出室溫下，共析鋼、過共晶白口鑄鐵平衡組織；Al-5.0wt%Cu合金平衡組織；Al-13%Si合金平衡組織。4.      已知簡單三元共晶的投影圖，且A-B共晶溫度最高，B-C共晶溫度稍低，A-C共晶溫度最低。請繪出介于B-C和

31、A-C共晶溫度之間的等溫截面，以及AE垂直截面圖，并標注各區(qū)域的相組成。eABCE三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.      請以層片狀共晶組織為例，論述二元共晶時如何滿足成分條件。2.      根據(jù)Al-Zr二元相圖回答：1)        寫出1490、1250、975、940的相變反應，并判斷反應類型。2)        畫出x50.0合金

32、平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并標明各階段的相變反應。3)        計算x30.0合金平衡結(jié)晶到室溫下的相組成。綜合模擬測試 參考答案一、簡答題（每題6分，共30分）1.      請簡述工程材料的分類。答：金屬材料，陶瓷材料，高分子材料，復合材料。2.      請簡述滑移和孿生變形的特點？答：滑移變形特點：1）平移滑動：相對滑動的兩部分位向關系不變2）滑移線與應力軸呈一定角度3）滑移不均勻性：滑移集中在某些晶面上4）滑移線先于

33、滑移帶出現(xiàn)：由滑移線構(gòu)成滑移帶5）特定晶面，特定晶向?qū)\生變形特點：1) 部分晶體發(fā)生均勻切變2) 變形與未變形部分呈鏡面對稱關系，晶體位向發(fā)生變化3) 臨界切分應力大4) 孿生對塑變貢獻小于滑移5) 產(chǎn)生表面浮凸3.      若將一位錯線的正方向定義為原來的反向，此位錯的柏氏矢量是否改變？位錯的類型是否改變？答：柏氏矢量反向。位錯類型不變，符號改變。4.      動態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶后的組織有何差別？力學性能有何差別？答：動態(tài)再結(jié)晶后獲得中心有畸變的等軸晶，晶粒內(nèi)部有被纏結(jié)位錯分割的亞晶。

34、靜態(tài)再結(jié)晶后獲得低位錯密度的等軸晶。一般，動態(tài)再結(jié)晶后的強度、硬度比靜態(tài)再結(jié)晶的高。5.      請簡述金屬間化合物的一般特性。答：金屬間化合物種類繁多，機構(gòu)復雜，一般具有極高的硬度，較高的熔點，塑形差。往往具有特殊的物理化學性質(zhì)。二、作圖計算題（每題10分，共40分）1.      設有一條內(nèi)徑為30mm的厚壁管道，被壁厚0.1mm的鐵膜隔開。由管子一端通入氮氣，保持鐵膜一側(cè)活性氮原子濃度為1200 mol/m3，另一側(cè)為100 mol/m3。如果在700下測得通過管道的氮氣流量為2.8&#

35、215;10-4 mol/s，求此時氮原子在鐵中的擴散系數(shù)。答：滿足擴散第一定律應用條件，得：活性氮原子通量為：鐵膜中活性氮原子濃度梯度為：由擴散第一定律：2.      請在立方晶胞中繪出和兩晶面，并計算其夾角。答： =19.1°3.      請分別繪出室溫下，共析鋼、過共晶白口鑄鐵平衡組織；Al-5.0wt%Cu合金平衡組織；Al-13%Si合金平衡組織。4.      已知簡單三元共晶的投影圖，且A-B共晶溫度最高，B-C共晶溫

36、度稍低，A-C共晶溫度最低。請繪出介于B-C和A-C共晶溫度之間的等溫截面，以及AE垂直截面圖，并標注各區(qū)域的相組成。eABCE答：ABCLL+A+BL+AL+BL+B+CL+CEALL+AL+CL+B+CA+B+CL+A+C三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.      請以層片狀共晶組織為例，論述二元共晶時如何滿足成分條件。答：首先通過成分起伏獲得某一組元的富集并形成共晶中的某一相（領先相），此時會在其周圍形成另一組元的富集，比較容易滿足另一相的形成條件，從而形成共晶中的另一相。如此反復，滿足成分條件，交替形核，而形成共晶。形核后，兩

37、相與液相的界面處均會形成溶質(zhì)原子的富集，溶質(zhì)原子通過橫向擴散，滿足兩相生長所需的成分條件，實現(xiàn)液固界面的推進。2.      根據(jù)Al-Zr二元相圖回答：1)        寫出1490、1250、975、940的相變反應，并判斷反應類型。2)        畫出x50.0合金平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并標明各階段的相變反應。3)       

38、 計算x30.0合金平衡結(jié)晶到室溫下的相組成。答：1)        1490：L Al3Zr + Al2Zr 共晶反應1250：Al3Zr4 + Al3Zr2 AlZr 包析反應975：-Zr + AlZr2 AlZr3 包析反應940：-Zr + AlZr3 -Zr 包析反應2)        LLAl3Zr2Al3Zr2 + Al3Zr4Al3Zr4 + Al3Zr2 AlZrAlZrL Al3Zr2 + Al3Zr43)  &#

39、160;     x30.0合金室溫下相組成為：AlZr3 AlZr2 AlZr3中含Al25，AlZr2中含Al33.3綜合模擬測試一、簡答題（每題5分，共30分）1.      什么是柏氏矢量？它有哪些特征？2.      固溶體的固溶度受哪些因素的影響？3.      請總結(jié)并簡要回答二元合金平衡結(jié)晶過程中，單相區(qū)、雙相區(qū)和三相區(qū)各相成分的變化規(guī)律。4.    

40、  什么是上坡擴散？哪些情況下會發(fā)生上坡擴散？ 5.      何謂固溶強化？請簡述其機制。6.      室溫下對某種金屬材料進行塑性變形，可能發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶嗎？為什么？二、作圖計算題（每題8分，共40分）1.      請比較FCC晶體中和兩位錯的畸變能哪個大。2.      面心立方晶體沿001方向拉伸，可能有幾個滑移系開動？請寫出各滑移系指數(shù)，并分別繪圖示之。3. &#

41、160;    假設某合金平衡結(jié)晶時形成的臨界晶核為邊長為a的立方體。已知該合金體系的液固界面能為，單位體積自由能差為GB。請推導均勻形核時臨界晶核邊長a*和臨界形核功G*的表達式。4.      500時，Al在Cu中的擴散系數(shù)為2.6×10-17 m2/s；1000時則為1.6×10-12 m2/s。請計算該擴散偶的D0和擴散激活能Q。（R=8.314J/mol·K）5.      請根據(jù)附圖繪出簡單三元共晶相圖中AF所代表的垂直截

42、面，并標明各個相區(qū)的相組成；繪出合金X的冷卻曲線，并標明各階段的相變反應或相組成eABCXF三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.      請分析回復、再結(jié)晶、正常長大、二次再結(jié)晶的熱力學驅(qū)動力和動力學特征。2.      Al-Cu相圖的局部如附圖所示，請分析并回答：1）5.6%Cu合金和5.8%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時，室溫下的組織特征。2）已知Al為FCC結(jié)構(gòu)，請問圖中的a相是什么晶體結(jié)構(gòu)？為什么？3）請計算亞共晶合金在共晶反應前一刻的平衡分配系數(shù)。4）設X合金平衡結(jié)

43、晶完成時的組織為a初+(a+)共，其中a初占80%。請問，該合金剛剛凝固完畢時相的含量有多少。綜合模擬測試 參考答案一、簡答題（每題5分，共30分）1.      什么是柏氏矢量？它有哪些特征？答：柏氏矢量是描述晶體中位錯性質(zhì)及其引起畸變方向、程度的一種數(shù)學方法。 它具有唯一性、同一性和可加性。 2.      固溶體的固溶度受哪些因素的影響？答：原子尺寸、晶體結(jié)構(gòu)、電負性、電子濃度。3.      請總結(jié)并簡要回答二元合金平衡結(jié)晶過程中，單相區(qū)

44、、雙相區(qū)和三相區(qū)各相成分的變化規(guī)律。答：單相區(qū)：相成分為合金平均成分，不隨溫度變化； 雙相區(qū)：兩相成分分別位于該相區(qū)的邊界，并隨溫度沿相區(qū)邊界變化； 三相區(qū)：三相具有確定成分，且不隨結(jié)晶過程變化。 4.      什么是上坡擴散？哪些情況下會發(fā)生上坡擴散？ 答：由低濃度處向高濃度處擴散的現(xiàn)象稱為上坡擴散。 應力場作用、電場磁場作用、晶界內(nèi)吸附作用和調(diào)幅分解反應等情況下可能發(fā)生上坡擴散。 5.      何為固溶強化？請簡述其強化機制。答：固溶強化就是溶質(zhì)原子通過某種方式阻礙位錯運動，從而使合金強

45、度提高的現(xiàn)象。其主要機制包括：（1）柯氏氣團，即溶質(zhì)原子與基體原子尺寸不同，產(chǎn)生的彈性應力場對位錯運動產(chǎn)生阻礙；（2）玲木氣團，即溶質(zhì)原子降低了基體的層錯能，使位錯分解稱為擴展位錯，阻礙位錯運動；（3）電交互作用，即溶質(zhì)原子為帶電粒子，與位錯形成靜電作用力，阻礙位錯運動。 6.      室溫下對某種金屬材料進行塑性變形，能發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶嗎？為什么？答：可能。若再結(jié)晶溫度低于室溫，則室溫下的變形屬于熱變形，就可能發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。二、作圖計算題（每題8分，共40分）1.      請比較FCC晶體

46、中和兩位錯的畸變能哪個較大。答： 故：b1能量較低。 2.      面心立方晶體沿001方向拉伸，可能有幾個滑移系開動？請寫出各滑移系指數(shù)，并分別繪圖示之。答：可能開動的有8個。分別是： 、 、 、 、3.       假設某合金平衡結(jié)晶時形成的臨界晶核為邊長為a的立方體。已知該合金體系液固界面能為，單位體積自由能差為GB。請推導均勻形核時臨界晶核邊長a*和臨界形核功G*的表達式。答：G = a3GB + 6a2 4.      50

47、0時，Al在Cu中的擴散系數(shù)為2.6×10-17 m2/s；1000時則為1.6×10-12 m2/s。計算該擴散偶的D0和擴散激活能Q。（R=8.314J/mol·K）答： Q=180435.396 J/mol =3×10-19 J/atom D0=4.056×10-5 m2/s 5.      請根據(jù)附圖作出簡單三元共晶相圖中AF所代表的垂直截面，并標明各個相區(qū)的相組成；繪出合金X的冷卻曲線，并標明各階段的相變反應或相組成eABCXFLLBLA+BLA+B+CA+B+CLL+CL+A+CL+

48、B+CA+B+CAFL+A三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.      請分析回復、再結(jié)晶、正常長大、二次再結(jié)晶的熱力學驅(qū)動力和動力學特征。答：熱力學驅(qū)動力動力學特征回復存儲能（點陣畸變能）馳豫過程再結(jié)晶存儲能（點陣畸變能）形核長大正常長大總界面能長大二次再結(jié)晶總界面能總表面能長大2.      Al-Cu相圖的局部如附圖所示，請分析并回答：1）分析5.6%Cu合金和5.8%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時，室溫下的組織特征。2）已知Al為FCC結(jié)構(gòu)，請問圖中的a相是什么晶體結(jié)構(gòu)

49、？為什么？3）請計算亞共晶合金在共晶反應前一刻的平衡分配系數(shù)。4）設X合金平衡結(jié)晶完成時的組織為a初+(a+)共，其中a初占80%。請問，該合金剛剛凝固完畢時相的含量有多少。答：1）  5.6%Cu合金平衡結(jié)晶至室溫組織為a初+II ，快速冷卻至室溫將還出現(xiàn)少量非平衡共晶組織 ；5.8%Cu合金平衡結(jié)晶組織為a初+(a+)共+II ，快冷組織會出現(xiàn)離異共晶 。2）  a相仍然是FCC結(jié)構(gòu) 。a相為固溶體，保持Al的晶體結(jié)構(gòu)。 3）  4）  X=11.2%Cu 綜合模擬測試一、簡答題（每題5分，共30分）1.    

50、;  工程材料包括哪幾類，各有何特點？2.      固體中常見的有哪些相結(jié)構(gòu)？3.      何謂平衡結(jié)晶？何謂非平衡結(jié)晶？4.      擴散第一定律和第二定律的應用條件是什么？ 5.      何謂臨界變形度？6.      請簡述共晶反應的主要特征。二、作圖計算題（每題8分，共40分）1.   

51、60;  請計算fcc晶體的致密度。2.      現(xiàn)有Zn在Cu中的稀固溶體，已知Zn的擴散系數(shù)在727時的擴散系數(shù)為3.67×10-11cm2/s，在327時為8.32×10-18cm2/s，請確定Zn在Cu中的擴散激活能。（R=8.314J/mol·K）3.      一個fcc晶體在方向在2MPa正應力下屈服，已測得開動的滑移系是，請確定使該滑移系開動的分切應力。4.      請繪出Cu含量為4的

52、Al-Cu合金，經(jīng)過80%和20冷變形后的金相組織。80%20%5.      請分別在晶胞中繪出（110）、（111）晶面，111、001晶向。三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.      若需要對純鋁試樣進行強化，可以采用什么強化手段？通過何種手段實現(xiàn)？2.      試分析金屬結(jié)晶（均勻形核）的熱力學條件、結(jié)構(gòu)條件及能量條件。綜合模擬測試 參考答案一、簡答題（每題5分，共30分）1.    &

53、#160; 固溶體晶粒內(nèi)存在偏析，主軸與枝間成分不同，整個晶粒還是不是一個相？答：仍然是一個相，因為固溶體可以有相應的成分變化范圍。2.      固體中常見的有哪些相結(jié)構(gòu)？答：固溶體中常見的相結(jié)構(gòu)有固溶體，化合物，非晶相，分子相。3.      何謂平衡結(jié)晶？何謂非平衡結(jié)晶？答：平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度非常緩慢，液相和固相中擴散均很充分的情況下的結(jié)晶。非平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度比較快，擴散不充分的情況下的結(jié)晶。4.      擴散第一定律的應用條件是什

54、么？對于濃度梯度隨時間變化的情況，能否應用擴散第一定律？答：擴散第一定律的應用條件是穩(wěn)態(tài)擴散，即與時間無關的擴散。對于非穩(wěn)態(tài)擴散的情況也可以應用擴散第一定律，但必須對其進行修正。5.      按熱力學分，固態(tài)相變有哪幾類？分類依據(jù)是什么？鐵碳合金中，F(xiàn)e3CII的形成屬于其中的哪一類？答：按熱力學分固態(tài)相變分為一級相變、二級相變和高級相變。Fe3CII的形成屬于一級相變。6.      復合材料按增強體形態(tài)可以分為哪幾類？答：可以分為連續(xù)纖維增強復合材料、短纖維增強復合材料和顆粒增強復合材料。

55、二、作圖計算題（每題8分，共40分）1.      已知H原子半徑r為0.0406nm，純鋁是fcc晶體，其原子半徑R為0.143nm，請問H原子溶入Al時處于何種間隙位置？答：fcc晶體的八面體間隙，四面體間隙。 根據(jù)題意知，因此H原子應處于八面體間隙。2.      現(xiàn)有Zn在Cu中的稀固溶體，已知Zn的擴散系數(shù)在727時的擴散系數(shù)為3.67×10-11cm2/s，在327時為8.32×10-18cm2/s，請確定Zn在Cu中的擴散激活能。（R=8.314J/mol

56、83;K）答：；3.      一個fcc晶體在方向在2MPa正應力下屈服，已測得開動的滑移系是，請確定使該滑移系開動的分切應力。答： 4.      對于Cu含量0.04的Al-Cu合金，經(jīng)過80%冷變形后，分別在700K，350K保溫1小時，請畫出緩慢冷卻到室溫后的金相組織，并分析兩組織出現(xiàn)差異的原因。答：700K退火1小時后發(fā)生形成單一相，冷卻是脫溶出相。250K則僅發(fā)生回復，金相組織保持冷變形的組織形態(tài)。繪圖略5.      請根據(jù)附圖作

57、出簡單三元共晶相圖的垂直截面，并標明各個相區(qū)的相組成；繪出合金X的冷卻曲線，并標明各階段的相變反應或相組成eABCXFDLLBLA+BLA+B+CA+B+CLL+CL+A+CL+B+CA+B+CDFL+A三、綜合分析題（每題15分，共30分）1.      若需要對純鋁試樣進行強化，可以采用什么強化手段？通過何種手段實現(xiàn)？答：細晶強化，可以通過快速結(jié)晶或變形再結(jié)晶實現(xiàn)； 加工硬化，經(jīng)適當?shù)睦渌苄宰冃魏罂梢蕴岣邚姸取?.      圖示Cu-Cd二元相圖全圖及其400600范圍的局部放大：1）請根

58、據(jù)相圖寫出549、547、544、397和314五條水平線的三相平衡反應類型及其反應式；2）已知相成分為wcd =46.5，400時相的成分為wcd =57，請計算400時wCd50合金的相組成。答： 1）549：包晶反應，（Cu）+ L 547：包晶反應， + L 544：共晶反應，L + 397：包晶反應， + L 314：共晶反應，L +（Cd）2） 或 綜合模擬測試一、簡答題（每題5分，共30分）1.      已知fcc晶體的致密度比bcc晶體的大，請解釋為什么fcc的固溶度仍比bcc的大？2.   &#

59、160;  請簡述影響固溶體固溶度的因素有哪些。3.      均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一表面能，為什么非均勻形核比均勻形核容易？4.      原子的熱運動如何影響擴散？5.      如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變形？6.      基體、增強體和界面在復合材料中各起什么作用？二、作圖計算題（每題10分，共40分）1. &#

60、160;    請分別計算簡單立方晶體與面心立方晶體（100）、（110）和（111）晶面的間距。2.      已知某晶體在500時，每1010個原子中可以形成有1個空位，請問該晶體的空位形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)A0.0539，波耳滋曼常數(shù)K1.381×10-23 J / K）3.      請判定在fcc中下列位錯反應能否進行：三、綜合分析題1.        如附圖所示，請

61、分析：（22分）1)      兩水平線的反應類型，并寫出反應式；2)      分析Ab、bg、gd、d、 dh、 he、eB七個區(qū)域室溫下的組織組成物（ j點成分小于g點成分）；3)      分析I、II合金的平衡冷卻過程，并注明主要的相變反應；4)      寫出合金I平衡冷卻到室溫后相組成物相對含量的表達式及合金II平衡冷卻到室溫后組織組成物相對含量的表達式。t/k n jg i d h

62、A b c1 g c2 d h e BIII2.        請對比分析回復、再結(jié)晶、正常長大、異常長大的驅(qū)動力及力學性能變化。（8分）綜合模擬測試 參考答案一、簡答題（每題5分，共30分）1.      已知fcc晶體的致密度比bcc晶體的大，請解釋為什么fcc的固溶度仍比bcc的大？答：間隙分為四面體間隙和八面體間隙。在fcc中八面體間隙較大，而bcc中因八面體間隙為扁八面體間隙，故其四面體間隙較大。因此fcc晶體能夠容納更多的溶質(zhì)原子。2.  &#

63、160;   請簡述影響固溶體固溶度的因素有哪些。答：1）原子尺寸因素：置換固溶體的溶質(zhì)與溶劑原子尺寸越相近固溶度越大。 間隙固溶體的溶質(zhì)原子與溶劑間隙尺寸越相近固溶度越大。 2）晶體結(jié)構(gòu)因素：置換固溶體溶質(zhì)溶劑的晶體結(jié)構(gòu)相似固溶度越大。 3）電負性因素：溶質(zhì)與溶劑的電負性越相近固溶度越大。 4）電子濃度因素：電子濃度越低固溶度越大。3.      均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一表面能，為什么非均勻形核比均勻形核容易？答：非均勻形核與均勻形核的臨界晶核半徑相等，但非均勻形核的

64、臨界晶核體積小。非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一表面能，但非均勻形核的表面能小于均形核的表面能，即非均勻形核的臨界形核功小。因此非均勻形核比較容易。4.      原子的熱運動如何影響擴散？答：原子熱運動越強烈，原子的躍遷距離增大，躍遷頻率增大，躍遷幾率增大，將使得擴散系數(shù)增大，即促進擴散。5.      如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變形？答：冷、熱變形溫度的分界是再結(jié)晶溫度。6.      基體、增強體和界面在復合材料中各起什么作用？答：基體：

65、1）固定和粘附增強體2）保護增強體免受物理化學損傷3）隔離和阻斷損傷。 增強體：1）承擔載荷；2）阻礙基體變形。 界面：協(xié)調(diào)變形二、作圖計算題（每題10分，共40分）1.      請分別計算簡單立方晶體與面心立方晶體（100）、（110）和（111）晶面的間距。晶面（100）（110）（111）簡單立方（1分）（2分）（2分）面心立方（1分）（2分）（2分）2.      已知某晶體在500時，每1010個原子中可以形成有1個空位，請問該晶體的空位形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)A0.0539

66、，波耳滋曼常數(shù)K1.381×10-23 J / K）答：3.      請判定在fcc中下列位錯反應能否進行：答：幾何條件：能量條件：滿足幾何條件和能量條件，反應可以進行。三、綜合分析題1.        如附圖二所示，請分析：（22分）1)      兩水平線的反應類型，并寫出反應式；2)      分析Ab、bg、gd、d、 dh、 he、eB七個區(qū)域室溫下的組織組成物（ j點成分小于g點成分）；3)      分析I、II合金的平衡冷卻過程，并注明主要的相變反應；4)      寫出合金I平衡冷卻到室溫后相組成物相對含量的表