1、(西安理工大学)材料科学基础真题 2005 年及答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：8，分数：24.00)1.配位数（分数：3.00）_2.柏氏矢量（分数：3.00）_3.离异共晶（分数：3.00）_4.反应扩散（分数：3.00）_5.临界分切应力（分数：3.00）_6.中间相（分数：3.00）_7.平衡分配系数（分数：3.00）_8.固溶强化（分数：3.00）_填空9.金属典型的晶体结构类型有 fcc、bcc 和 hcp，其配位数相应为 1、 2 和 3。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_10.置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、
2、 1、电子浓度因素和 2 有关。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_11.当过冷液体中出现一个半径为 r 的球形晶胚时，其临界晶核半径为 1，临界形核功为 2。r *变小意味着形核数目 3。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_12.固溶体合金结晶过程中遵循形核和核长大规律，但它不同于纯金属的是形核时还额外需要 1 起伏，它也是在 2 过程中进行的，同时在结晶过程中还始终伴随着 3 的扩散。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_13.晶体长大方式与 1 有关，而晶体长大形态与 2 有关，同时也与界面前沿的 3 分布有关。（分数：3.00）填
3、空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_14.单晶体在发生塑性变形时，常见的方式有 1、 2 和 3。（分数：3.00）填空项 1:_填空项 1:_填空项 1:_15.动态回复与动态再结晶是指在高温下进行形变，即变形过程中 1 同时进行。（分数：1.00）填空项 1:_16.扩散第一定律适用于稳态扩散，其数学表达式可写成 1，扩散通量的符号为负，表示扩散由高浓度向低浓度方向进行，在此过程中扩散的驱动力是 2。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_17.冷变形后，再结晶后晶粒度大小的控制与 1、原始晶粒尺寸、 2 和杂质等有关。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_18.如图所示
4、有一位错环，其中 A 点位错的性质为_，它可作的运动为_，B 点位错的性质为_，它可作的运动为_。（分数：4.00）填空项 1:_19.根据相律，三元系自由度为零时，在相图上表现为 1，最大平衡相数为 2。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_20.晶体在外力作用下内部运动着的位错会产生交截现象，即产生割阶与扭折，其长度与相交截位错的 1相同，而如果割阶的滑移与主位错线的滑移不一致，主位错线会拖曳割阶产生攀移运动，从而产生 2。（分数：2.00）填空项 1:_填空项 1:_三、简答题(总题数：6，分数：60.00)21.试证明：在同样过冷度下均匀形核时，球形晶核较立方晶核更易形成。（分
5、数：10.00）_22.为什么在正温度梯度下凝固时，纯金属以平面状方式生长，而固溶体合金却通常以树枝晶方式长大？两者在凝固过程中的异同点有哪些？（分数：10.00）_23.从材料塑性变形的机制来论述细晶强化理论。（分数：10.00）_24.再结晶、重结晶和二次再结晶三者在概念上有何区别？（分数：10.00）_25.室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而隔一段时间后再行弯折，铅板又像最初一样软，为什么？试说明该现象。（分数：10.00）_26.为什么金属晶体在滑移过程中总是沿着滑移面和滑移方向进行？（分数：10.00）_四、论述题(总题数：2，分数：36.00)27.默画 Fe-Fe3C 相图，填写
6、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：30.00）_28.如图所示成分三角形中，确定用 10kgP 成分合金与 10kgS 成分合金熔化混合后的合金 M 的成分，并在图中标出 M。（分数：6.00）_(西安理工大学)材料科学基础真题 2005 年答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：8，分数：24.00)1.配位数（分
7、数：3.00）_正确答案：(是反映原子排列紧密程度的物理量之一，指晶格中任一原子周围与其最近邻且等距离的原子数目。一般配位数越大，晶体排列结构越致密。)解析：2.柏氏矢量（分数：3.00）_正确答案：(用来描述位错引起晶格畸变的物理量。该矢量的模是位错的强度，表示晶格总畸变的大小，其方向表示晶格总畸变的方向。一般情况下，该矢量越大，晶体畸变的程度越大。)解析：3.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
8、：4.反应扩散（分数：3.00）_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：5.临界分切应力（分数：3.00）_正确答案：(晶体中的某个滑移系是否发生滑移，决定于力在滑移面内沿滑移方向上的分切应力大小，当分切应力达到某一临界值时，滑移才能开始，此应力即为临界分切应力，它是使滑移系开动的最小分切应力。材料的临界分切应力取决于材料的本身性质，但和温度以及材料的纯度等也有关系。)解析：6.中间相（分数
9、：3.00）_正确答案：(指合金组元间相互作用，当超过固溶体的固溶极限时可形成晶格结构和特性完全不同于任一组元的具有金属特性的新相。由于在相图中往往处于中间部位，因此又称为中间相。)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：8.固溶强化（分数：3.00）_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
10、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9.金属典型的晶体结构类型有 fcc、bcc 和 hcp，其配位数相应为 1、 2 和 3。（分数：3.00）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：10.置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、 1、电子浓度因素和 2 有关。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：电负性因素）填空项 1:_ （正确答案：晶体结构因素）解析：11.当过冷液体中出现一个半径为 r 的球形晶胚时，其临界晶核半径为 1
11、，临界形核功为 2。r *变小意味着形核数目 3。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：*）填空项 1:_ （正确答案：*）填空项 1:_ （正确答案：增多）解析：12.固溶体合金结晶过程中遵循形核和核长大规律，但它不同于纯金属的是形核时还额外需要 1 起伏，它也是在 2 过程中进行的，同时在结晶过程中还始终伴随着 3 的扩散。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：成分）填空项 1:_ （正确答案：变温）填空项 1:_ （正确答案：异质原子(溶质原子)）解析：13.晶体长大方式与 1 有关，而晶体长大形态与 2 有关，同时也与界面前沿的 3 分布有关。（分数：3.00）填空项
12、1:_ （正确答案：界面结构）填空项 1:_ （正确答案：界面结构）填空项 1:_ （正确答案：温度梯度）解析：14.单晶体在发生塑性变形时，常见的方式有 1、 2 和 3。（分数：3.00）填空项 1:_ （正确答案：滑移）填空项 1:_ （正确答案：孪生）填空项 1:_ （正确答案：扭折）解析：15.动态回复与动态再结晶是指在高温下进行形变，即变形过程中 1 同时进行。（分数：1.00）填空项 1:_ （正确答案：形变硬化与软化）解析：16.扩散第一定律适用于稳态扩散，其数学表达式可写成 1，扩散通量的符号为负，表示扩散由高浓度向低浓度方向进行，在此过程中扩散的驱动力是 2。（分数：2.0
13、0）填空项 1:_ （正确答案：J=-Ddc/dx）填空项 1:_ （正确答案：化学位梯度(化学力)）解析：17.冷变形后，再结晶后晶粒度大小的控制与 1、原始晶粒尺寸、 2 和杂质等有关。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：冷变形度）填空项 1:_ （正确答案：再结晶温度）解析：18.如图所示有一位错环，其中 A 点位错的性质为_，它可作的运动为_，B 点位错的性质为_，它可作的运动为_。（分数：4.00）填空项 1:_ （正确答案：刃型位错；滑移和攀移；螺型位错；滑移）解析：19.根据相律，三元系自由度为零时，在相图上表现为 1，最大平衡相数为 2。（分数：2.00）填空项 1:
14、_ （正确答案：平面）填空项 1:_ （正确答案：4）解析：20.晶体在外力作用下内部运动着的位错会产生交截现象，即产生割阶与扭折，其长度与相交截位错的 1相同，而如果割阶的滑移与主位错线的滑移不一致，主位错线会拖曳割阶产生攀移运动，从而产生 2。（分数：2.00）填空项 1:_ （正确答案：柏氏矢量的模）填空项 1:_ （正确答案：割阶硬化）解析：三、简答题(总题数：6，分数：60.00)21.试证明：在同样过冷度下均匀形核时，球形晶核较立方晶核更易形成。（分数：10.00）_正确答案：(由 ，得球形核胚的临界形核功边长为 a 的立方晶核的临界边长 ，则其临界形核功将两式相比较可见，形成球形
15、晶核的临界形核功仅为形成立方形晶核的 )解析：22.为什么在正温度梯度下凝固时，纯金属以平面状方式生长，而固溶体合金却通常以树枝晶方式长大？两者在凝固过程中的异同点有哪些？（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。如果界面局部有小的凸起伸向过热的液相中，小凸起将被熔化，故界面一直保持平直，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，故界面不能保持平直稳定会出现树枝晶。)
16、解析：23.从材料塑性变形的机制来论述细晶强化理论。（分数：10.00）_正确答案：(材料的强化理论中，细晶强化是唯一的既可提高材料强度，又可提高材料韧性的方法。具体解释如下：由于晶粒细小，可供塞积位错的滑移面较短，塞积位错的数目较少，由位错塞积引起的应力集中分散于各个晶粒中，使其屈服强度升高。另一方面，由于晶粒细小，在相同的外力作用下，处于滑移有利方向的晶粒数较多，应力分散在各晶粒中，即使在受到大的塑性变形时，仍然保持其较好的性能而不致开裂，从而提高材料的韧性。综上所述，细晶强化可以提高材料的综合力学性能。)解析：24.再结晶、重结晶和二次再结晶三者在概念上有何区别？（分数：10.00）_正
17、确答案：(重结晶指在固态情况下，物质由一种结构转变成另一种结构，即同素异构反应。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。二次再结晶指再结晶退火后的金属在更高温度或更长时间的保温下，会有极少数晶粒迅速吞并其他晶粒而长大，结果整个金属由少数比再结晶后晶粒大几十倍至几百倍的特大晶粒所组成的现象。三者的区别与联系：重结晶发生相变过程，再结晶和二次再结晶没有相变过程；重结晶和再结晶是形核与长大的过程；二次再结晶只是长大过程；发生重结晶的驱动力为新旧两相自由能差，再结晶为储存能，二次再结晶为界面能；再结晶后强度、硬度
18、下降而塑、韧性提高，二次再结晶后材料的强度、塑性、韧性都会下降。)解析：25.室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而隔一段时间后再行弯折，铅板又像最初一样软，为什么？试说明该现象。（分数：10.00）_正确答案：(室温下，对铅板进行弯折，越弯越硬的原因是发生了加工硬化，从而使得铅板的强度、硬度提高。放置一段时间后，由于铅板的熔点较低，在室温下又发生再结晶软化，从而其硬度又下降。)解析：26.为什么金属晶体在滑移过程中总是沿着滑移面和滑移方向进行？（分数：10.00）_正确答案：(金属晶体滑移是位错运动的结果，而位错运动中主要受到晶体点阵的阻力。在晶体中，原子排列越密的晶面之间的面间距越大，原子排列
19、越紧密的方向原子间距越小，这样位错沿着滑移面和滑移方向滑移时，所受的滑动阻力最小，因此金属晶体在滑移过程中总是沿着滑移面和滑移方向进行。)解析：四、论述题(总题数：2，分数：36.00)27.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：30.00）_正确答案：(相图略。1奥氏体：碳在 -Fe 中的间隙式固溶体，为面心立方结构。渗碳体：铁和碳形成的间隙式化合物，属于正交系。铁素体：碳在 -Fe 中的间隙式固溶体，体心立方结构。2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室温组织为 P+Fe3C 共晶 +Fe3C ，其中)解析：28.如图所示成分三角形中，确定用 10kgP 成分合金与 10kgS 成分合金熔化混合后的合金 M 的成分，并在图中标出 M。（分数：6.00）_正确答案：(M 点位于 P、S 两点连线的中点，如图所示。所以，M 点中 A 的含量为 40%，B 的含量为30%，C 的含量为 30%。)解析：
