1、(西安理工大学)材料科学基础真题 2004年及答案解析(总分：152.00，做题时间：90 分钟)一、判断正误(总题数：10，分数：10.00)1.层错是由于晶体点阵中局部存在多余的半原子面的结果。（分数：1.00）A.正确B.错误2.位错属于晶体缺陷，又属于线缺陷。（分数：1.00）A.正确B.错误3.通常晶体中原子的扩散激活能愈高，其扩散系数愈大，扩散速度愈快。（分数：1.00）A.正确B.错误4.具有不同晶体点阵的材料具有不同的滑移系，因此其可形变的倾向也不同。（分数：1.00）A.正确B.错误5.位错密度愈高，相应位错的柏氏矢量愈大。（分数：1.00）A.正确B.错误6.包晶转变是指由
2、液相与一个固相相互作用，包覆原有固相形成的另一个新固相的转变。（分数：1.00）A.正确B.错误7.非平衡结晶是指在实际冷却条件下，合金以较大速度冷却，偏离平衡条件的结晶，在非平衡条件下匀晶转变后新得的固溶体内部的成分是不均匀的。（分数：1.00）A.正确B.错误8.金属凝固是通过固相形核和核长大两个过程进行的，在晶核长大过程中一般纯金属(如 Fe、Ni、Cu、Au等)的液固界面均保持光滑状态。（分数：1.00）A.正确B.错误9.含碳量低于 Fe-C相图中 S点成分的钢，无论在何种成分及何种条件下均不可能获得完全的珠光体组织。（分数：1.00）A.正确B.错误10.晶体由于在不同方向上原子规
3、则排列的紧密程度不同，导致原子间距和原子间的结合力不同因而在不同方向上具有不同的性能。所以大多数金属及合金亦都表现出具有各向异性的特征。（分数：1.00）A.正确B.错误选项11.钢中的奥氏体：（分数：3.00）A.可表示为溶有碳原子的 -固溶体。B.可表示为溶有碳原子的 -固溶体。C.无论在窒温还是高温下均具有良好的可塑性。D.具有铁磁性。E.具有顺磁性。12.铁碳合金平衡相图：（分数：3.00）A.含有包晶转变。B.含有共晶转变。C.含有匀晶转变。D.含有包共晶转变。E.含有固溶体的脱溶析出转变。13.金属断裂的断口特征：（分数：3.00）A.脆性断裂的一种断口形式是穿晶解理。B.解理断口
4、主要表现为河流状花样。C.依河流的走向可判断微区裂纹的扩展方向，即河流的汇集方向为裂纹的扩展方向。D.有的材料其韧性断裂的断口则呈现为舌形花样。E.韧性断裂主要表现为沿晶韧窝断口形式。14.固态扩散：（分数：3.00）A.钢中铁原子的扩散属于自扩散，与浓度梯度无关。B.钢中合金元素的扩散属于异扩散，在不存在化学梯度时，则与浓度梯度有关。C.扩散第一定律只适合于稳态扩散条件，因此用其不能处理钢在渗碳过程中碳的扩散系数的准确测定。D.上坡扩散仅与扩散元素的化学梯度相关，而与浓度梯度无关。E.位错的增殖是通过原子扩散运动实现的。填空15.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、、 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:_16.多晶体中的晶界有大角与小角晶界之分，通常大角与小角晶界的鉴定角度是 1，其角度的含义是 2。对于小角晶界按其特征又划分为 3、 4 和 5 等多种类型。（分数：5.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_17.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”变小意味着形核率会 5。（分数：5.00）填空项 1:_18.根据相律，三元系最大平衡相数
6、为 1，此时自由度 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:_19.刃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。然而，螺位错则不能进行 3 运动。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_20.面心立方金属的滑移面通常是 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:_21.扩散第一定律只适合于 1 条件，第一定律所表达的基本含义是：在 2 的条件下，只要浓度梯度存在就会有扩散发生，而且扩散通量与浓度梯度成 3 变化。扩散流动方向是由 4 浓度向 5 浓度。（分数：
7、5.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_四、简答题(总题数：3，分数：20.00)22.分析材料发生塑性变形的机制及表现形式？（分数：7.00）_23.何谓成分过冷？成分过冷对晶体生长形态有何影响？（分数：6.00）_24.何为孪晶与退火孪晶？解释其各自的形成机制。（分数：7.00）_五、分析与讨论(总题数：2，分数：30.00)25.分析三元共晶投影图的绘制方法，试利用三元共晶投影图，以任意一亚共晶成分的三元系合金为例分析其结晶过程，并说明每一阶段所得结晶组织含量的计算方法。（分数：20.00）_26.试从结合键的角度讨论金属较无机非金属通常表现出较高
8、的塑性或延展性的原因。（分数：10.00）_六、相图建立(总题数：2，分数：20.00)27.试以图示说明用自由焓成分曲线绘制二元匀晶相图的步骤，并说明其依据。（分数：10.00）_28.绘制一个 BCC晶胞，并于其中标示出下列晶向：001、010、210、101及任意两个非平行的滑移面及其上的任意两个不同的滑移方向。（分数：10.00）_七、识图分析与计算(总题数：1，分数：30.00)29.图为锡青铜(铜-锡二元合金)的平衡状态图。1结合此图所示，识别其中有几个包晶转变、几个共晶转变、几个共析转变？几种类型的固溶体？并举例说明各是何种类型的固溶体？2分析含锡为 20%(Wt.)的锡青铜的平
9、衡结晶及其在随后的冷却至室温的过程中各经历了哪几种相的转变？其室温下的平衡组织是什么？并绘制其组织示意图(标示出其中的基本组成物的名称)、计算组织中的基本组成相的含量各是多少？(图中虚线所示为不同快冷条件下的非平衡转变示意图曲线，与本题要求无关。)（分数：30.00）_(西安理工大学)材料科学基础真题 2004年答案解析(总分：152.00，做题时间：90 分钟)一、判断正误(总题数：10，分数：10.00)1.层错是由于晶体点阵中局部存在多余的半原子面的结果。（分数：1.00）A.正确B.错误 解析：2.位错属于晶体缺陷，又属于线缺陷。（分数：1.00）A.正确 B.错误解析：3.通常晶体中
10、原子的扩散激活能愈高，其扩散系数愈大，扩散速度愈快。（分数：1.00）A.正确B.错误 解析：4.具有不同晶体点阵的材料具有不同的滑移系，因此其可形变的倾向也不同。（分数：1.00）A.正确 B.错误解析：5.位错密度愈高，相应位错的柏氏矢量愈大。（分数：1.00）A.正确B.错误 解析：6.包晶转变是指由液相与一个固相相互作用，包覆原有固相形成的另一个新固相的转变。（分数：1.00）A.正确 B.错误解析：7.非平衡结晶是指在实际冷却条件下，合金以较大速度冷却，偏离平衡条件的结晶，在非平衡条件下匀晶转变后新得的固溶体内部的成分是不均匀的。（分数：1.00）A.正确 B.错误解析：8.金属凝固
11、是通过固相形核和核长大两个过程进行的，在晶核长大过程中一般纯金属(如 Fe、Ni、Cu、Au等)的液固界面均保持光滑状态。（分数：1.00）A.正确B.错误 解析：9.含碳量低于 Fe-C相图中 S点成分的钢，无论在何种成分及何种条件下均不可能获得完全的珠光体组织。（分数：1.00）A.正确B.错误 解析：10.晶体由于在不同方向上原子规则排列的紧密程度不同，导致原子间距和原子间的结合力不同因而在不同方向上具有不同的性能。所以大多数金属及合金亦都表现出具有各向异性的特征。（分数：1.00）A.正确B.错误 解析：选项11.钢中的奥氏体：（分数：3.00）A.可表示为溶有碳原子的 -固溶体。 B
12、.可表示为溶有碳原子的 -固溶体。C.无论在窒温还是高温下均具有良好的可塑性。 D.具有铁磁性。E.具有顺磁性。 解析：12.铁碳合金平衡相图：（分数：3.00）A.含有包晶转变。 B.含有共晶转变。 C.含有匀晶转变。 D.含有包共晶转变。E.含有固溶体的脱溶析出转变。 解析：13.金属断裂的断口特征：（分数：3.00）A.脆性断裂的一种断口形式是穿晶解理。B.解理断口主要表现为河流状花样。 C.依河流的走向可判断微区裂纹的扩展方向，即河流的汇集方向为裂纹的扩展方向。 D.有的材料其韧性断裂的断口则呈现为舌形花样。E.韧性断裂主要表现为沿晶韧窝断口形式。 解析：14.固态扩散：（分数：3.0
13、0）A.钢中铁原子的扩散属于自扩散，与浓度梯度无关。 B.钢中合金元素的扩散属于异扩散，在不存在化学梯度时，则与浓度梯度有关。C.扩散第一定律只适合于稳态扩散条件，因此用其不能处理钢在渗碳过程中碳的扩散系数的准确测定。D.上坡扩散仅与扩散元素的化学梯度相关，而与浓度梯度无关。 E.位错的增殖是通过原子扩散运动实现的。 解析：填空15.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
14、：8）填空项 1:_ （正确答案：12）解析：16.多晶体中的晶界有大角与小角晶界之分，通常大角与小角晶界的鉴定角度是 1，其角度的含义是 2。对于小角晶界按其特征又划分为 3、 4 和 5 等多种类型。（分数：5.00）填空项 1:_ （正确答案：10）填空项 1:_ （正确答案：相邻晶粒的位向差）填空项 1:_ （正确答案：扭转）填空项 1:_ （正确答案：倾侧）填空项 1:_ （正确答案：重合）解析：17.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”变小意味着形核率会 5。（分数：5.00）填
15、空项 1:_ （正确答案：G=VG V+S；临界晶核半径；G V；增多）解析：18.根据相律，三元系最大平衡相数为 1，此时自由度 2，在相图上表现为 3。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：4）填空项 1:_ （正确答案：0）填空项 1:_ （正确答案：水平面）解析：19.刃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。然而，螺位错则不能进行 3 运动。（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：20.面心立方金属的滑移面通常是 1，滑移方向是 2，可组成 3 个滑移系。（分数：3.00）
16、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：21.扩散第一定律只适合于 1 条件，第一定律所表达的基本含义是：在 2 的条件下，只要浓度梯度存在就会有扩散发生，而且扩散通量与浓度梯度成 3 变化。扩散流动方向是由 4 浓度向 5 浓度。（分数：5.00）填空项 1:_ （正确答案：稳态）填空项 1:_ （正确答案：*=0）填空项 1:_ （正确答案：正比）填空项 1:_ （正确答案：高）填空项 1:_ （正确答案：低）解析：四、简答题(总题数：3，分数：20.00)22.分析材料发生塑性变形的机制及表现形式？（分数：7.00）
17、_正确答案：(材料发生塑性变形通常有三种方式，具体如下：(1)滑移。晶体在切应力的作用下，沿着滑移方向在滑移面上发生相对运动。其位错机制为：由于晶体点阵结构的周期性，当位错沿着滑移面运动时，位错中心的能量也要发生周期性的变化，从而使得位错运动遇到点阵阻力。但在实际晶体中，一定温度下，当位错线从能谷位置移向相邻能谷位置时，并不是沿其全长同时越过能峰，在热激活能的帮助下，可以部分先越过，同时位错线形成位错扭折，那么随后位错的运动，借助于扭折位错线会很容易地向旁边侧运动，结果使得整个位错线滑移所需的应力下降许多。滑移过程中，除点阵阻力外，位错与位错的交互作用产生的阻力，位错运动交截后形成的扭折和割阶
18、，位错与其他晶体缺陷交互作用产生的阻力，均会产生阻力，导致晶体滑移时还会产生晶体强化现象。(2)孪生。是晶体在不能滑移时进行的一种塑性变形方式。它也是晶体在切应力的作用下，沿着孪生方向和孪生面发生相对运动。与滑移不同之处在于孪生是一种均匀切变，而且孪晶的两部分晶体形成镜面对称。其位错机制在于晶体中一个不全位错滑动后，使得相互平行并且相邻晶面发生层错而产生孪晶。(3)扭折。当晶体既不能滑移也不能进行孪生时，可以以扭折的方式进行塑变。其特点是扭折晶体的取向发生了不对称性的变化。位错机制是指在塑变过程中，其他区域位错运动过程中，同号刃型位错堆积在一起，位错的汇集处产生了弯曲应力，使得晶体点阵发生弯曲
19、和扭折从而产生扭折区。)解析：23.何谓成分过冷？成分过冷对晶体生长形态有何影响？（分数：6.00）_正确答案：(成分过冷是指固溶体合金在冷却过程中，由于液相中溶质的分布发生变化，合金熔点也随之发生变化，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，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个方面的因素决定的。这种因液相成分变化而形成的过冷称为成分过冷。其特点是在界面处合金熔点最低，过冷度最小，随着 S/L界面距离增大，过冷度反而增大，至一定距离后因溶质堆积的边界层消失，过冷区随之消失。产生成分过冷后，即使是正温度梯度下，结晶时也会以胞状晶的方式长大，当过冷度再大时，会产
20、生树枝状生长晶体。)解析：24.何为孪晶与退火孪晶？解释其各自的形成机制。（分数：7.00）_正确答案：(孪晶是指两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两部分晶体就叫做孪晶。孪晶依据其形成方式分为三种：变形孪晶(机械孪晶)、生长孪晶和退火孪晶。退火孪晶是孪晶中的一种，它是指在某些面心立方金属，如 Cu、Ni 及镍合金、奥氏体钢等，在冷变形并再结晶退火后，在晶粒内部会形成具有平直界面的片状孪晶，这些孪晶的界面是111面。由于它们是在退火后才出现的，因而叫做退火孪晶。孪晶的生成是由于孪生变形时，整个孪晶区发生均匀切变，其各层晶面的相对位移借助于一个不全位错运动造成的
21、。以面心立方晶体为例，当形成孪晶时需要产生堆垛层错。例如面心立方晶体是以111面按ABCABC的顺序堆垛而成的，可用 表示，如果从某一层开始，其堆垛顺序发生颠倒，成为 ABCACBACBA，即 ，则上下两部分晶体就构成了镜面对称的孪晶关系。可以看出CAC 处相当于堆垛层错，接着就按倒过来的顺序堆垛，仍属正常的 FCC堆垛顺序，但与出现层错之前的那部分晶体顺序刚好相反，故形成对称关系。而这个过程中是借助于一个不全位错(肖克莱不全位错)运动造成的。)解析：五、分析与讨论(总题数：2，分数：30.00)25.分析三元共晶投影图的绘制方法，试利用三元共晶投影图，以任意一亚共晶成分的三元系合金为例分析其
22、结晶过程，并说明每一阶段所得结晶组织含量的计算方法。（分数：20.00）_正确答案：(1)以固态下互不固溶三元合金为例，如图所示：)解析：26.试从结合键的角度讨论金属较无机非金属通常表现出较高的塑性或延展性的原因。（分数：10.00）_正确答案：(金属材料的结合以金属键为主，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合，无机非金属材料结合的主要方式为离子键和共价键。金属键的特点是电子共有化，自由电子可在整个晶体中运动，因此该键无饱和性和方向性。由于无饱和性和方向性，因而每个原子有可能和更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于使金属键破坏，这就使
23、金属具有良好的延展性。离子键是以离子为结合单元，其中的结合是依靠正负离子静电吸引力，结合力较强，因此很难产生自由运动的电子。而共价键是由两个或多个电负性相差不大的原子通过共用电子对而形成的化学键，各个键之间都有确定的方位，配位数比较小，结合牢固，相邻原子问的共用电子对不能自由运动，具有方向性和饱和性，因此一般而言塑、韧性差。)解析：六、相图建立(总题数：2，分数：20.00)27.试以图示说明用自由焓成分曲线绘制二元匀晶相图的步骤，并说明其依据。（分数：10.00）_正确答案：(如图所示，作图步骤如下：建立不同温度下的各相的自由焓-成分曲线。)解析：28.绘制一个 BCC晶胞，并于其中标示出下
24、列晶向：001、010、210、101及任意两个非平行的滑移面及其上的任意两个不同的滑移方向。（分数：10.00）_正确答案：(见下图。)解析：七、识图分析与计算(总题数：1，分数：30.00)29.图为锡青铜(铜-锡二元合金)的平衡状态图。1结合此图所示，识别其中有几个包晶转变、几个共晶转变、几个共析转变？几种类型的固溶体？并举例说明各是何种类型的固溶体？2分析含锡为 20%(Wt.)的锡青铜的平衡结晶及其在随后的冷却至室温的过程中各经历了哪几种相的转变？其室温下的平衡组织是什么？并绘制其组织示意图(标示出其中的基本组成物的名称)、计算组织中的基本组成相的含量各是多少？(图中虚线所示为不同快冷条件下的非平衡转变示意图曲线，与本题要求无关。)（分数：30.00）_正确答案：(1包晶转变：共晶转变：共析转变：相图中有两大类型的固溶体，其中有以纯金属为基的第一类固溶体，例如：、 等，还有以化合物为基的第二类固溶体，例如 (Cu 3Sn)、(Cu 31Sn8)等。2成分为 20%(Wt.)的锡青铜在平衡结晶过程中先后发生匀晶反应、包晶反应以及不同温度下的共析反应等，具体平衡结晶过程如下所示：所以，最终组织为(+)。其中，相组成物相对含量：)解析：
