材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷(二)與參考答案

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷（二）與參考答案一、 名詞解釋(每小題1分，共10分)1 晶胞2 間隙固溶體3 臨界晶核4 枝晶偏析5 離異共晶6 反應(yīng)擴(kuò)散7 臨界分切應(yīng)力8 回復(fù)9 調(diào)幅分解10 二次硬化二、 判斷正誤(每小題1分，共10分)正確的在括號(hào)內(nèi)畫(huà)“”， 錯(cuò)誤的畫(huà)“×”1. 金屬中典型的空間點(diǎn)陣有體心立方、面心立方和密排六方三種。( )2. 作用在位錯(cuò)線上的力F的方向永遠(yuǎn)垂直于位錯(cuò)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(gè)組元之間才能無(wú)限互溶，間隙固溶體則不能。 ( )4. 金屬結(jié)晶時(shí)，原子從液相無(wú)序排列到固相有序排列，使體系熵值減小，因此是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。 ( )5

2、. 固溶體凝固形核的必要條件同樣是GB 0、結(jié)構(gòu)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(kuò)散方向總是與濃度梯度的方向相反。 ( )8. 塑性變形時(shí)，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(zhuǎn)變一樣，固態(tài)相變也有驅(qū)動(dòng)力并要克服阻力，因此兩種轉(zhuǎn)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。 ( ) 三、 作圖題(每小題5分，共15分)1. 在簡(jiǎn)單立方晶胞中標(biāo)出具有下列密勒指數(shù)的晶面和晶向：a)立方晶系 ()，()，；b)六方晶系()，。2. 設(shè)面心立

3、方晶體中的()為滑移面，位錯(cuò)滑移后的滑移矢量為10。(1)在晶胞中畫(huà)出柏氏矢量的方向并計(jì)算出其大小。(2)在晶胞中畫(huà)出引起該滑移的刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的位錯(cuò)線方向，并寫(xiě)出此二位錯(cuò)線的晶向指數(shù)。3. 如下圖所示，將一鍥形銅片置于間距恒定的兩軋輥間軋制。試畫(huà)出軋制后銅片經(jīng)再結(jié)晶后晶粒大小沿片長(zhǎng)方向變化的示意圖。四、 相圖分析(共20分)(1) 就Fe-Fe3C相圖，回答下列問(wèn)題：1. 默畫(huà)出Fe-Fe3C相圖，用相組成物填寫(xiě)相圖；2. 分析含碳量為1.0wt%的過(guò)共析鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程，并繪出室溫組織 示意圖。3. 計(jì)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(shí)的相組成物為鐵素

4、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(duì)量。(2) 右圖為固態(tài)有限互溶三元共晶相圖的投影圖，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：1. 指出三個(gè)液相面的投影區(qū)；2. 指出e3E線和E點(diǎn)表示的意義；3. 分析合金N的平衡結(jié)晶過(guò)程。 五、 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(xì)的晶粒，碳在鐵中的D0=2.0×10-5m2/s,Q=140×103J/mol,請(qǐng)計(jì)算：(10分)(a) 870時(shí)碳在鐵中的擴(kuò)散系數(shù)；(b) 將滲層加深一倍需多長(zhǎng)時(shí)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(shí)的滲層厚度為870滲碳10小時(shí)的多少倍？(氣體常

5、數(shù)R=8.314J/mol·K, 滲層厚度)六、 簡(jiǎn)答題(每題4分，共20分)1. 說(shuō)明柏氏矢量的確定方法，如何利用柏氏矢量和位錯(cuò)線來(lái)判斷位錯(cuò)的類型？2. 簡(jiǎn)要說(shuō)明成分過(guò)冷的形成及其對(duì)固溶體組織形態(tài)的影響。3. 為什么晶粒細(xì)化既能提高強(qiáng)度，也能改善塑性和韌性？4. 共析鋼的奧氏體化有幾個(gè)主要過(guò)程？合金元素對(duì)奧氏體化過(guò)程有什么影響？5. 提高鋼材耐蝕性的主要方法有哪些？為什么說(shuō)Cr是不銹鋼中最重要的合金元素？七、 45鋼的過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線如圖所示，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（共15分）1. 說(shuō)明圖中A1線、Ms、1線、2線、3線表示的意義。2. 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有哪些？寫(xiě)出各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的

6、名稱、相變類型、組織形態(tài)和性能特點(diǎn)；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(duì)應(yīng)的熱處理工藝名稱是什么？參考答案八、 名詞解釋(每小題1分，共10分)1 晶胞: 能完全反映晶格特征的最小幾何單元.2 間隙固溶體: 溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格間隙形成的固溶體.3 臨界晶核: 半徑為rK的晶胚(r<rK,晶胚會(huì)消失, r>rK,晶胚可長(zhǎng)成晶核.4 枝晶偏析: 固溶體非平衡凝固時(shí)不同時(shí)刻結(jié)晶的固相成分不同導(dǎo)致樹(shù)枝晶內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象(或樹(shù)枝晶晶軸含高熔點(diǎn)組元較多，晶枝間低熔點(diǎn)組元較多的現(xiàn)象).5 離異共晶: 兩相分離的共晶組織.6 反應(yīng)擴(kuò)

7、散: 通過(guò)擴(kuò)散使溶質(zhì)組元超過(guò)固溶極限而不斷生成新相的擴(kuò)散過(guò)程稱為反應(yīng)擴(kuò)散.7 臨界分切應(yīng)力: 作用于滑移系上并使其沿滑移方面開(kāi)始滑移的最小分切應(yīng)力.8 回復(fù): 組織(晶粒外形)改變前在晶粒內(nèi)發(fā)生的某些結(jié)構(gòu)和性能的變化過(guò)程.9 調(diào)幅分解: 通過(guò)擴(kuò)散偏聚由一種固溶體分解成與母相結(jié)構(gòu)相同而成分不同的兩種固溶體.10 二次硬化: 高溫回火時(shí)回火硬度高于淬火硬度的現(xiàn)象.11九、 判斷正誤(每小題1分，共10分)正確的在括號(hào)內(nèi)畫(huà)“”， 錯(cuò)誤的畫(huà)“×”1. 金屬中典型的空間點(diǎn)陣有體心立方、面心立方和密排六方三種。(×)2. 作用在位錯(cuò)線上的力F的方向永遠(yuǎn)垂直于位錯(cuò)線并指向滑移面 上的未滑

8、移區(qū)。 ()3. 只有置換固溶體的兩個(gè)組元之間才能無(wú)限互溶，間隙固溶體則不能。 ()4. 金屬結(jié)晶時(shí)，原子從液相無(wú)序排列到固相有序排列，使體系熵值減小，因此是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。 (×)5. 固溶體凝固形核的必要條件同樣是GB 0、結(jié)構(gòu)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(kuò)散方向總是與濃度梯度的方向相反。 (×)8. 塑性變形時(shí)，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(zhuǎn)變一樣，固態(tài)相變也有驅(qū)動(dòng)力并要克服阻力，因此兩種轉(zhuǎn)變的難易程度相似。 (×)10. 除Co以外，幾乎所有溶入奧氏

9、體中的合金元素都能使C曲線 左移，從而增加鋼的淬透性。 (×) 十、 作圖題(每小題5分，共15分)1. 在簡(jiǎn)單立方晶胞中標(biāo)出具有下列密勒指數(shù)的晶面和晶向：a)立方晶系 ()，()，；b)六方晶系()，。(略)2. 設(shè)面心立方晶體中的()為滑移面，位錯(cuò)滑移后的滑移矢量為10。(1)在晶胞中畫(huà)出柏氏矢量的方向并計(jì)算出其大小。|b|=2 a/2(2)在晶胞中畫(huà)出引起該滑移的刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的位錯(cuò)線方向，并寫(xiě)出此二位錯(cuò)線的晶向指數(shù)。 刃型位錯(cuò): (112),螺型位錯(cuò)(110)3. 如下圖所示，將一鍥形銅片置于間距恒定的兩軋輥間軋制。試畫(huà)出軋制后銅片經(jīng)再結(jié)晶后晶粒大小沿片長(zhǎng)方向變化的示意圖

10、。(略)十一、 相圖分析(共20分)(1) 就Fe-Fe3C相圖，回答下列問(wèn)題：1. 默畫(huà)出Fe-Fe3C相圖，用相組成物填寫(xiě)相圖；(略)2. 分析含碳量為1.0wt%的過(guò)共析鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程，并繪出室溫組織 示意圖。 LàL+àà+Fe3CàP+Fe3C3. 計(jì)算相圖中二次滲碳體和三次滲碳體可能的最大含量。 Fe3C=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)=22.6% Fe3C=(0.0218-0.00001)/(6.69-0.00001)=0.325%4已知某鐵碳合金室溫時(shí)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

11、成物的相對(duì)量。wc=1.2% , P=92.7%, Fe3C=7.3%(3) 右圖為固態(tài)有限互溶三元共晶相圖的投影圖，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：4. 指出三個(gè)液相面的投影區(qū)；5. 指出e3E線和E點(diǎn)表示的意義；6. 分析合金N的平衡結(jié)晶過(guò)程。 答:1. Ae1Ee3A、 Be2Ee1B、 Ce3Ee2C2e3E線：與的共晶線， E點(diǎn)：三元（四相）共晶點(diǎn)。3N點(diǎn)合金：LèLàèLà+è Là+十二、 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(xì)的晶粒，碳在鐵中的D0=2.0×10-5m2/s,Q=140×103J

12、/mol,請(qǐng)計(jì)算：(10分)(a) 870時(shí)碳在鐵中的擴(kuò)散系數(shù)；(b) 將滲層加深一倍需多長(zhǎng)時(shí)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(shí)的滲層厚度為870滲碳10小時(shí)的多少倍？(氣體常數(shù)R=8.314J/mol·K, 滲層厚度)(a) D870=7.98×10-12 m2/s(b) 4倍時(shí)間(c) 1.44倍十三、 簡(jiǎn)答題(每題4分，共20分)1. 說(shuō)明柏氏矢量的確定方法，如何利用柏氏矢量和位錯(cuò)線來(lái)判斷位錯(cuò)的類型？答：首先在位錯(cuò)線周圍作一逆時(shí)針回路,然后在無(wú)位錯(cuò)的晶格內(nèi)作同樣的回路,該回路必不閉合,連接終點(diǎn)與起點(diǎn)即為柏氏矢量. 位錯(cuò)線與柏氏矢量

13、垂直的是刃型位錯(cuò),平行的是螺型位錯(cuò).2. 簡(jiǎn)要說(shuō)明成分過(guò)冷的形成及其對(duì)固溶體組織形態(tài)的影響。答: 固溶體凝固時(shí),由于溶質(zhì)原子在界面前沿液相中的分布發(fā)生變化而形成的過(guò)冷.3. 為什么晶粒細(xì)化既能提高強(qiáng)度，也能改善塑性和韌性？答: 晶粒細(xì)化減小晶粒尺寸,增加界面面積,而晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),提高強(qiáng)度; 晶粒數(shù)量增加,塑性變形分布更為均勻,塑性提高; 晶界多阻礙裂紋擴(kuò)展,改善韌性.4. 共析鋼的奧氏體化有幾個(gè)主要過(guò)程？合金元素對(duì)奧氏體化過(guò)程有什么影響？答: 共析鋼奧氏體化有4個(gè)主要過(guò)程: 奧氏體形成、滲碳體溶解、奧氏體均勻化、晶粒長(zhǎng)大。合金元素的主要影響通過(guò)碳的擴(kuò)散體現(xiàn)，碳化物形成元素阻礙碳的擴(kuò)散，降低

14、奧氏體形成、滲碳體溶解、奧氏體均勻化速度。5. 提高鋼材耐蝕性的主要方法有哪些？為什么說(shuō)Cr是不銹鋼中最重要的合金元素？答：提高鋼材耐蝕性的主要方法有：在表面形成致密氧化膜、提高基體電極電位、形成單相組織。Cr可形成表面致密氧化膜Cr2O3,可提高電極電位，可形成單相鐵素體。十四、 45鋼的過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線如圖所示，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（共15分）1. 說(shuō)明圖中A1線、Ms、1線、2線、3線表示的意義。2. 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有哪些？寫(xiě)出各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的名稱、相變類型、組織形態(tài)和性能特點(diǎn)；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(duì)應(yīng)的熱處理工藝名稱是什么？答：1. A1線共析線；Ms馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線；1線過(guò)冷奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變開(kāi)