1、(西安理工大学)材料科学基础真题 2002 年-1 及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：7，分数：14.00)1.致密度（分数：2.00）_2.相（分数：2.00）_3.固溶体（分数：2.00）_4.离异共晶（分数：2.00）_5.平衡分配系数（分数：2.00）_6.反应扩散（分数：2.00）_7.固溶强化。（分数：2.00）_填空8.典型金属的晶体结构类型有 1、 2 和 3，其配位数相应为 4、 5 和 6。（分数：6.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_9.置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、 1
2、、电子浓度因素和 2 有关。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_10.当过冷液体中出现一个晶胚时，总的自由能变化 G 可写为 1，当 dG/dr=0 时，所得的 r*值称为 2，其大小决定于 3 和 4，r *变小意味着形核数目 5。（分数：5.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_11.根据相律三元系最大平衡相数为 1，此时自由度为 2，在相图上表现为 3。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_12.位错在滑移面上的运动称为 1，作垂直滑移面的运动称为 2。螺位错不能进行 3。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_
3、填空项 1:_13.面心立方金属的滑移面是 1，滑移方向是 2，可组成 3 个滑移系。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_14.扩散第一定律适用于稳态扩散，其数学表达式可写成 1。扩散通量的单位是 2，符号为 3，表示扩散由高浓度向低浓度方向进行。（分数：3.00）填空项 1:_三、简答题(总题数：5，分数：25.00)15.结晶、重结晶和再结晶三者在概念上有何区别？（分数：5.00）_16.何谓成分过冷？成分过冷对晶体生长形态有何影响？（分数：5.00）_17.试说明多晶体金属塑性变形时，晶粒越小强度越高、塑性越好的原因。（分数：5.00）_18.简述固溶体合金与纯金
4、属在结晶过程中的区别。（分数：5.00）_19.分析回复与再结晶阶段空位与位错的变化及其对性能的影响。（分数：5.00）_四、论述题(总题数：3，分数：36.00)20.一个直径为 1mm 的圆柱形面心立方单晶体，拉伸轴的取向与晶体的001方向一致。1试确定其等效滑移系。2若屈服时的拉力为 0.5N，求滑移系的分切应力各是多少（分数：8.00）_21.默画 Fe-Fe3C 相图，填写相区，并回答：1奥氏体、铁素体、渗碳体各为何种结构？2分别由亚共析钢和过共析钢制成的两个试样，经组织分析确认其珠光体量约为 80%，试确定两种钢含碳量，并回答两种钢中共析渗碳体量是否相等，为什么？3分析共晶白口铁的
5、结晶过程，并用杠杆定理计算变态莱氏体中组织组成物的相对含量。（分数：20.00）_22.下图为固态下互不溶解简单三元相图投影图，请完成下列各题。1分析 P、M、N 三个合金的结晶过程，写出平衡组织。2说明 P 合金的组织相对含量及相的相对含量的算法，并写出其值。(所需的辅助线自行补充标注)（分数：8.00）_(西安理工大学)材料科学基础真题 2002 年-1 答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：7，分数：14.00)1.致密度（分数：2.00）_正确答案：(表示晶胞中原子所占的体积与晶胞体积的比值，是衡量原子排列紧密程度的参数，致密度越大，晶体中原子排列越
6、紧密，晶体结构越致密。)解析：2.相（分数：2.00）_正确答案：(合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构、成分基本相同，并有明确界面与其他部分相分开的均匀组成部分。)解析：3.固溶体（分数：2.00）_正确答案：(指以合金某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其他组元原子(溶质)后所形成的一种合金相，其特征是仍保持溶剂晶格类型，结点上或间隙中含有其他组元原子。)解析：4.离异共晶（分数：2.00）_正确答案：(成分点靠近共晶转变线两端的亚共晶和过共晶合金，结晶后组织中初晶量多，共晶体数量少，而且共晶体中与初晶相同的一相与初晶结合在一起，将共晶体中另一相推至晶界，造成的共晶体两相分离的非平衡组织。)解析
7、：5.平衡分配系数（分数：2.00）_正确答案：(固溶体合金在结晶过程中具有选分结晶的特点。因此在一定温度下平衡时，固相成分与液相成分之比称为平衡分配系数。该参数反映了溶质在固液两相中的分配系数及溶质对合金熔点的影响程度。)解析：6.反应扩散（分数：2.00）_正确答案：(在固态扩散的过程中，如果渗入元素在金属中溶解度有限，随着扩散原子增多，当渗入原子的浓度超过饱和溶解度时则形成不同于原相的固溶体或中间相，从而使金属表层分为出现新相和不出现新相的两层，这种通过扩散而形成新相的过程称为反应扩散。)解析：7.固溶强化。（分数：2.00）_正确答案：(当形成固溶体后，溶剂晶格中因溶有溶质原子而产生晶
8、格畸变，溶质原子的应力场会与位错产生交互作用而阻碍位错运动，增大了位错运动的阻力，使得临界分切应力远比纯金属大，滑移系开动比纯金属困难，使材料的塑性变形抗力提高，硬度、强度上升，而塑性、韧性下降的现象称为固溶强化。)解析：填空8.典型金属的晶体结构类型有 1、 2 和 3，其配位数相应为 4、 5 和 6。（分数：6.00）填空项 1:_ （正确答案：fcc）填空项 1:_ （正确答案：bcc）填空项 1:_ （正确答案：hcp）填空项 1:_ （正确答案：12）填空项 1:_ （正确答案：8）填空项 1:_ （正确答案：12）解析：9.置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、 1、电子浓度因素和
9、2 有关。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：电负性）填空项 1:_ （正确答案：晶体结构）解析：10.当过冷液体中出现一个晶胚时，总的自由能变化 G 可写为 1，当 dG/dr=0 时，所得的 r*值称为 2，其大小决定于 3 和 4，r *变小意味着形核数目 5。（分数：5.00）填空项 1:_ （正确答案：*）填空项 1:_ （正确答案：临界晶核半径）填空项 1:_ （正确答案：过冷度）填空项 1:_ （正确答案：比表面能）填空项 1:_ （正确答案：增多）解析：11.根据相律三元系最大平衡相数为 1，此时自由度为 2，在相图上表现为 3。（分数：3.00）填空项 1:_ （正
10、确答案：4）填空项 1:_ （正确答案：零）填空项 1:_ （正确答案：平面）解析：12.位错在滑移面上的运动称为 1，作垂直滑移面的运动称为 2。螺位错不能进行 3。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：滑移）填空项 1:_ （正确答案：攀移）填空项 1:_ （正确答案：攀移）解析：13.面心立方金属的滑移面是 1，滑移方向是 2，可组成 3 个滑移系。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：111）填空项 1:_ （正确答案：110）填空项 1:_ （正确答案：12）解析：14.扩散第一定律适用于稳态扩散，其数学表达式可写成 1。扩散通量的单位是 2，符号为 3，表示扩散由高
11、浓度向低浓度方向进行。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：J=-Ddc/dx；1/cm 2s；负号）解析：三、简答题(总题数：5，分数：25.00)15.结晶、重结晶和再结晶三者在概念上有何区别？（分数：5.00）_正确答案：(结晶金属由液态转变为固态的过程称为凝固，由于固态金属是晶体故又把凝固称为结晶。重结晶指在固态状态下，物质由一种结构转变成另一种结构，这是一种固态相变过程。再结晶将冷压力加工以后的金属加热到一定温度后，在变形的组织中重新产生新的无畸变的等轴晶粒、性能恢复到冷压力加工前的软化状态的过程。在此过程中，仍然属于固态过程。三者的区别与联系：结晶、重结晶发生相变过程，再结
12、晶没有；结晶、重结晶和再结晶都是形核与长大的过程。发生结晶与重结晶的驱动力为反应相与生成相的自由能差，再结晶为储存能。再结晶后强度、硬度下降而塑韧性提高，而重结晶则属于同素异构转变。)解析：16.何谓成分过冷？成分过冷对晶体生长形态有何影响？（分数：5.00）_正确答案：(固溶体合金凝固时，由于液相中溶质的分布发生变化，合金熔点也发生变化，即使实际温度分布不变，固液界面前沿的过冷度也会发生变化。所以固溶体合金的过冷度是由变化着的合金熔点与实际温度分布两方面的因素共同决定的。这种因液相成分变化而形成的过冷称为成分过冷。固溶体结晶时，由于出现成分过冷对晶体生长的形态有很大影响，即使在正温度梯度下也
13、会生成出胞状组织甚至出现树枝晶。即无成分过冷时，界面呈平直状向前推移；较小成分过冷时，界面呈胞状；较大成分过冷时，界面呈树枝状。)解析：17.试说明多晶体金属塑性变形时，晶粒越小强度越高、塑性越好的原因。（分数：5.00）_正确答案：(多晶体金属塑性变形时，晶粒越小强度越高，塑性越好的原因是：由于晶粒细小，各晶粒中可供塞积位错的滑移面较短，塞积位错的数量 n 也少，由位错塞积引起的应力集中小而分散，迫使相邻晶粒位错源开动就较为困难，故屈服强度较高。晶粒细小而数目很多，在相同外力作用下，处于滑移有利方位的晶粒数量也会增多，使众多的晶粒参加滑移，滑移量分散在各个晶粒中，应力集中小，这样在金属变形时
14、引起开裂的机会小，直至断裂之前，能获得较大的塑性变形量。)解析：18.简述固溶体合金与纯金属在结晶过程中的区别。（分数：5.00）_正确答案：(纯金属在结晶时其界面是粗糙的，在正温度梯度下进行长大。由于晶体长大时通过固相模壁散热，固液界面是等温的，若取得动态过冷度界面就向前移动。如果面局部有小的凸起伸向过热的液相中，小凸起将被熔化，界面一直保持平直，晶体以平面状长大。固溶体结晶时会出现成分过冷，在固液界面前出现成分过冷区，此时界面如有任一小的凸起它将伸入成分过冷区而获得过冷就能继续生长下去。界面不能保持平直稳定，会出现树枝晶。)解析：19.分析回复与再结晶阶段空位与位错的变化及其对性能的影响。
15、（分数：5.00）_正确答案：(在低温回复阶段，主要表现为空位的消失。冷变形后所产生的大量空位，通过空位迁移至表面或晶界，空位与间隙原子重新重合，空位与位错发生交互作用，空位聚集成空位片等方式，使得空位数量急剧减少。在中温回复阶段，温度升高，使位错容易滑移，同一滑移面上的异号位错相遇会相互吸引而抵消，不但使亚晶内部的位错数目减少，而且胞壁缠结位错的减少更为显著，重新调整排列规则，胞壁变得明晰，形成回复亚晶。即该阶段主要表现为位错的滑移，导致位错重新结合，异号位错的汇聚而抵消以及亚晶的长大。在高温回复阶段，位错运动的动力学条件更为充分，滑移同时也发生攀移，使得多层滑移面上的位错密度趋于相同，各位
16、错之间的作用力使得同一滑移面上的位错分布均匀，间距大体相等，形成规则排列的垂直于滑移面的位错墙，即多边形化的过程。多边形化构成的位错墙即是小角度晶界，它将原晶粒分隔成若干个亚晶粒。)解析：四、论述题(总题数：3，分数：36.00)20.一个直径为 1mm 的圆柱形面心立方单晶体，拉伸轴的取向与晶体的001方向一致。1试确定其等效滑移系。2若屈服时的拉力为 0.5N，求滑移系的分切应力各是多少（分数：8.00）_正确答案：(1当晶体为 FCC 时，力轴为001方向，那么 12 个滑移系中110晶向与力轴垂直，而其余与力轴夹角相等，4 个滑移系也与之相等。所以等效滑移系为 8 个。即(111) 、
17、(111)011、101、 011、 、 011、 011、 1012因为所以 )解析：21.默画 Fe-Fe3C 相图，填写相区，并回答：1奥氏体、铁素体、渗碳体各为何种结构？2分别由亚共析钢和过共析钢制成的两个试样，经组织分析确认其珠光体量约为 80%，试确定两种钢含碳量，并回答两种钢中共析渗碳体量是否相等，为什么？3分析共晶白口铁的结晶过程，并用杠杆定理计算变态莱氏体中组织组成物的相对含量。（分数：20.00）_正确答案：(五、相图略。1奥氏体：碳在 -Fe 中的间隙固溶体，为面心立方结构。渗碳体：铁和碳形成的间隙化合物，属于正交系。铁素体：碳在 a-Fe 中的间隙固溶体，为体心立方结构
18、。2两种钢中共析渗碳体量相等。因为共析渗碳体只存在于珠光体中，而珠光体量相等，因此两种钢中共析渗碳体量是相等的。设亚共析钢含碳量为 x%，过共析钢含碳量为 y%，则3结晶过程略。室温组织为 P+Fe3C 共晶 +Fe3C ，其中)解析：22.下图为固态下互不溶解简单三元相图投影图，请完成下列各题。1分析 P、M、N 三个合金的结晶过程，写出平衡组织。2说明 P 合金的组织相对含量及相的相对含量的算法，并写出其值。(所需的辅助线自行补充标注)（分数：8.00）_正确答案：(1结晶过程略。作辅助线：如图所示，延长 AP，交液相线于 O 点，交 BC 线于 Y 点，延长 EO 与 AB 交于 X 点。P 点平衡组织为：A+(A+B)+(A+B+C)N 点平衡组织为：(A+C)+(A+B+C)M 点平衡组织为：B+(A+B+C)2组织相对含量：A 初晶 %=OP/AO100%(A+B)%=OE/XEAP/AO100%(A+B+C)%=1-A 初晶 %-(A+B)%相的相对含量：A%=PY/AY100%B%=(AP/AY)(CY/CB)100%C%=(AP/AY)(BY/CB)100%)解析：
