1、(西安理工大学)材料科学基础真题 2002年-2 及答案解析(总分：152.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：7，分数：21.00)1.致密度（分数：3.00）_2.相（分数：3.00）_3.固溶体（分数：3.00）_4.离异共晶（分数：3.00）_5.退火（分数：3.00）_6.淬透性（分数：3.00）_7.平衡分配系数（分数：3.00）_填空8.金属典型的晶体结构类型有 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.溶质原子半径与溶剂原子半径相近的可形成 1 固溶
2、体，两者半径相差较大时是 2 固溶体，铁素体是一种 3 固溶体。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_10.奥氏体形核时不仅需要 1 起伏、 2 起伏，此外还需要 3 起伏。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_11.晶体固液界面分为光滑界面和粗糙界面，按照长大速度由慢到快其长大方式依次为 1、 2 和 3。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_12.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：5.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_13.马氏体是碳在 1 中的过饱和固溶体，淬火钢中马氏
3、体的金相形态有两种，它们是 2 和 3。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_14.位错的两种基本类型为 1 和 2，其中刃型位错的位错线方向与柏氏矢量的关系为 3。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_15.马氏体型不锈钢的典型钢号是 1，奥氏体不锈钢的典型钢号是 2，铁素体不锈钢是 3。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_16.上坡扩散是指扩散原子从 1 向 2 的扩散，产生上坡扩散的原因是合金系中存在着 3。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_三、简答题(总题数：5，分数：50.00)17.何为加
4、工硬化？如何解决加工硬化给后续加工带来的困难？（分数：10.00）_18.论述纯金属与固溶体合金在凝固过程中表现出的异同点，并解释其原因？（分数：10.00）_19.说明第一类和第二类回火脆性的异同点。（分数：10.00）_20.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：10.00）_21.有如图所示的一个位错环。分析位错环各点上位错的属性，并综合论述刃型位错和螺型位错的异同点。（分数：10.00）_四、论述题(总题数：3，分数：49.00)22.铜单晶体拉伸时，若力轴为001方向，临界分切应力为 0.64MPa，问多大的拉伸应力能使晶体开始滑移？（分数：12.00）_23
5、.默画 Fe-Fe3C相图，填写相区，并回答：1说明 CD线、ECF 线、ES 线、GS 线、PSK 线和 HJB线的名称和物理意义。2分析 45钢比 T8钢硬度低的原因。3简述钢与白口铁在化学成分、显微组织和机械性能方面的主要差别。4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：25.00）_24.下图为固态下互不溶解简单三元相图投影图，请完成下列各项。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：12.00）_(西安理工大学)材料科学基础真题 20
6、02年-2 答案解析(总分：152.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：7，分数：21.00)1.致密度（分数：3.00）_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，晶体中原子排列越紧密，晶体结构越致密。)解析：2.相（分数：3.00）_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：3.00）_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品格类型，结点上或间隙中含有其他组元原
7、子。)解析：4.离异共晶（分数：3.00）_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：5.退火（分数：3.00）_正确答案：(将金属及其合金加热至相变温度以上，保温一段时间，然后以较为缓慢的速度冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺称为退火。)解析：6.淬透性（分数：3.00）_正确答案：(是钢在淬火时能获得马氏体组织的倾向(即钢被淬透的能力)。)解析：7.平衡分配系数（分数：3.00）_正确答案：(固溶体合金在结晶过程中具有选分结
8、晶的特点，因此固相成分与液相成分存在一定的比例，当一定温度下平衡时，固相成分与液相成分比称为平衡分配系数，其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：填空8.金属典型的晶体结构类型有 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.溶质原子半径与溶剂原子半径相近的可形成 1 固溶体，两者半径相差较大时是 2 固溶体，铁素体是一种 3
9、 固溶体。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：置换）填空项 1:_ （正确答案：间隙）填空项 1:_ （正确答案：间隙）解析：10.奥氏体形核时不仅需要 1 起伏、 2 起伏，此外还需要 3 起伏。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：结构）填空项 1:_ （正确答案：能量）填空项 1:_ （正确答案：成分）解析：11.晶体固液界面分为光滑界面和粗糙界面，按照长大速度由慢到快其长大方式依次为 1、 2 和 3。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：二维晶核长大）填空项 1:_ （正确答案：晶体缺陷长大）填空项 1:_ （正确答案：垂直长大）解析：12.面心立方金属的滑
10、移面是 1，滑移方向是 2，可组成 3 个滑移系。（分数：5.00）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：13.马氏体是碳在 1 中的过饱和固溶体，淬火钢中马氏体的金相形态有两种，它们是 2 和 3。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：-Fe）填空项 1:_ （正确答案：板条马氏体）填空项 1:_ （正确答案：针状马氏体）解析：14.位错的两种基本类型为 1 和 2，其中刃型位错的位错线方向与柏氏矢量的关系为 3。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：刃型位错）填空项 1:_ （正确答案：螺型位错）填空
11、项 1:_ （正确答案：垂直）解析：15.马氏体型不锈钢的典型钢号是 1，奥氏体不锈钢的典型钢号是 2，铁素体不锈钢是 3。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：ICr13）填空项 1:_ （正确答案：1Cr18Ni9Ti）填空项 1:_ （正确答案：1Cr17）解析：16.上坡扩散是指扩散原子从 1 向 2 的扩散，产生上坡扩散的原因是合金系中存在着 3。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：低浓度）填空项 1:_ （正确答案：高浓度）填空项 1:_ （正确答案：化学位梯度。）解析：三、简答题(总题数：5，分数：50.00)17.何为加工硬化？如何解决加工硬化给后续加工带来的
12、困难？（分数：10.00）_正确答案：(金属材料在塑性变形过程中，随着变形量的增加，强度和硬度不断上升，而塑性和韧性不断下降，这一现象称为“加工硬化”。该现象的原因是由于外力增加使得位错不断增殖，位错之间相互交截、反应使得位错的运动变得困难。可以用再结晶退火处理消除加工硬化给后续加工带来的困难。)解析：18.论述纯金属与固溶体合金在凝固过程中表现出的异同点，并解释其原因？（分数：10.00）_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
13、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而出现树枝晶。)解析：19.说明第一类和第二类回火脆性的异同点。（分数：10.00）_正确答案：(在 250400间回火时出现的脆性叫低温回火脆性，也称第一类回火脆性；在 450650间回火时出现的脆性称高温回火脆性，也称第二类回火脆性。第一类回火脆性为不可逆的回火脆性，第二类回火脆性为可逆的。第一类回火脆性是由于马氏体分解时沿马氏体条或片的界面析出断续的薄壳状碳化物，降低了晶界的断裂强度，使之成为裂纹扩展的路径，
14、因而导致脆性断裂；第二类回火脆性产生的原因是Sb、Sn、P、As 等杂质元素在回火处理时向原奥氏体晶界偏聚，减弱了奥氏体晶界上原子间的结合力，降低晶界断裂强度是产生第二类回火脆性的主要原因。)解析：20.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：10.00）_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
15、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，有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：21.有如图所示的一个位错环。分析位错环各点上位错的属性，并综合论述刃型位错和螺型位错的异同点。（分数：10.00）_正确答案：(A：正刃；C：负刃；
16、B：左螺；D：右螺。刃型位错和螺型位错的异同点：刃型位错位错线垂直于柏氏矢量，螺型位错位错线平行于柏氏矢量；刃型位错柏氏矢量平行于滑移运动方向，螺型位错柏氏矢量垂直于滑移运动方向；刃型位错可作滑移也可作攀移运动且只有一个滑移面，螺型位错只可作滑移运动但有无数个滑移面；两者都可用柏氏矢量表示。)解析：四、论述题(总题数：3，分数：49.00)22.铜单晶体拉伸时，若力轴为001方向，临界分切应力为 0.64MPa，问多大的拉伸应力能使晶体开始滑移？（分数：12.00）_正确答案：(因为铜是面心立方所以滑移面是111，滑移方向是110，又因为力轴为001，所以排除掉滑移方向为110和 的 4个，还
17、有八个等效滑移系。=45 )解析：23.默画 Fe-Fe3C相图，填写相区，并回答：1说明 CD线、ECF 线、ES 线、GS 线、PSK 线和 HJB线的名称和物理意义。2分析 45钢比 T8钢硬度低的原因。3简述钢与白口铁在化学成分、显微组织和机械性能方面的主要差别。4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：25.00）_正确答案：(相图略。1CD液相线。ECF共晶转变线。ESC在 A中饱和溶解度曲线。GSA中开始析出 F转变线。PSK共析转变线。HJB包晶转变线。2因为铁碳合金的硬度仅和其含碳量有关，T8 钢的含碳量比 45钢高，所以 T8钢比
18、 45钢的硬度高。3钢的含碳量小于 2.11%，铁的含碳量大于 2.11%；钢的基本组织是珠光体，白口铸铁的基本组织是莱氏体；钢强韧性好，白口铸铁较脆，硬度高。4结晶过程略。室温组织为 P+Fe3C 共晶 +Fe3C ，其中)解析：24.下图为固态下互不溶解简单三元相图投影图，请完成下列各项。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：12.00）_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；延长 EO与 AB交于 X点。P点平衡组织为：A+(A+B)+(A+B+C)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：
