1、2007年西安工业大学材料科学基础真题试卷及答案与解析 一、名词解释 1 金属键 2 间隙固溶体 3 非稳态扩散 4 相律 5 定向凝固 二、判断题 6 在密排六方晶体中， (110)、 、 、 (101)、 (011)和 都是属于同一个晶面族。 7 中间相只是包括那些位于相图中间且可以用一个分子式表示的化合物相。 8 低碳钢渗碳处理时，一般都在 950 的高温下进行，这是因为此时碳原子的活动能力强，有利于扩散的快速进行。 9 多条刃型位错线堆积在一起就形成了一条滑移线。 10 采用适当的再结晶退火，可以细化金属铸件的晶粒大小。 三、简答题 10 设在简单立方晶体中有一个位于滑移面 ABCD上
2、的位错环 abcd，其柏氏矢量b、所受切应力 如图 19-1所示，回答下列问题：11 指出位错环 abcd中各段位错线的类型。 12 画出位错环 abcd移出晶体后晶体所产生的滑移量及所产生变形的方向。 13 有一铝单晶体的试样表面为 (100)，如该晶体的各个滑移系都可以进行滑移，则在试样表面可能看到的滑移线形貌 (即滑移线的取向和它们之间的夹角 )是什么 ? 四、计算题 13 已知铜原子的原子半径为 0.25nm，画出铜晶体的一个晶胞，并完成下列工作： 14 计算 (001)、 (110)、 (111)各个晶面中每单位面积 (1mm2)的原子数分别有多少个，并作以比较。 15 在图上画出发
3、生滑移的一个晶面以及这个晶面上发生滑移的晶向。 五、综合分析题 16 画出 Fe-Fe3C的平衡相图，并填写相区。 17 具体说明相图中有几个单相区、几个两相区和几个三相平衡反应。 18 说明相图中各水平线的相变过程、相变产物及反应条件。 19 说明 wC=0.40%的铁 -碳合金从液态平 衡冷却到室温时的相变过程和最终平衡组织，并计算其中各个相的相对含量。 20 有一个铝单晶体试样，在拉伸前的滑移方向与拉伸轴的夹角为 45，拉伸后的滑移方向与拉伸轴的夹角为 30，试求铝单晶体试样拉伸后所产生的延伸率为多少。 21 三元合金相图中的垂直截面与二元合金相图有何不同 ?为什么二元合金相图可以使用杠
4、杆定律来分析各个相的相对含量，而三元合金相图中的垂直截面却不能 ? 2007年西安工业大学材料科学基础真题试卷答案与解析 一、名词解释 1 【正确答案】 金属正离子与自由电子之间的相互作用所构 成的金属原子间的结合力称为金属键。 2 【正确答案】 若溶质原子比较小，就可以进入溶剂晶格的间隙位置之中而不改变溶剂的晶格类型，这样形成的固溶体称为间隙固溶体。 3 【正确答案】 在扩散过程中任何一点的浓度都随时间不同而变化的扩散称为非稳态扩散。 4 【正确答案】 在平衡系统中由于受平衡条件的制约，系统内存在的相数有一定限制。这种限制使系统的自由度数 f和组元数目 c、相的数目 p以及对系统平衡状态能够
5、产生影响的外界因素数目 n之间存在一定的关系，这种关系就称之为相律，即 f=c-p+n。 5 【正确 答案】 在凝固过程中，铸件中各个组织全部沿同一方向生长，由此产生由取向相同的柱状、层片状及棒状所构成的单相或多相纤维状组织，这种凝固技术称为定向凝固。 二、判断题 6 【正确答案】 B 【试题解析】 在密排六方晶体中若用三指数表示法，则 (110)、 、 、(101)、 (011)和 所表示的分别是其柱面和锥面，它们不属于同一个晶面族。 7 【正确答案】 B 【试题解析】 凡是位于相图中间的各种合金相结构都统称为中间相，这其中当然包括一个分子式表示的化合物相以及一些固溶体相。 8 【正确答 案
6、】 B 【试题解析】 主要原因是在 950 的高温下低碳钢的组织为奥氏体，碳在奥氏体的溶解度可以达到最大值。 9 【正确答案】 B 【试题解析】 只有当约 1000条位错线移出晶体表面，才会在晶体表面形成一条滑移线。 10 【正确答案】 B 【试题解析】 只有经过一定量塑性变形的金属材料，采用适当的再结晶退火，才可以达到细化晶粒大小的目的。金属铸件一般不能经受一定量的塑性变形，所以不能细化其晶粒大小。 三、简答题 11 【正确答案】 位错线节和位错线 cd的方向矢量都和其柏氏矢量 b垂直，故它们属于刃型位错；而位错线 bc和位错线 da的方向矢量都和其柏氏矢量 b平行，故它们属于螺型位错。 1
7、2 【正确答案】 位错环 abcd全部移出晶体后，晶体会产生宽度为一个柏氏矢量的滑移量，所产生变形的方向与切应力 的方向一致，如图 19-2所示。13 【正确答案】 铝是面心立方晶体，它的滑移系是 111 110，共有 12个具体的滑移系。现在，铝单晶体试样表面为 (100)。当发生塑性变形时，晶体表面所产生的滑移线应该是既位于各个 111面上，又位于 (100)面上，即位于 (111)、四个滑移面与 (100)面的交线上，应该是 和011，而这两个方向又互相垂直，同向的滑移线又互相平行。因此，可以看到的这些滑移线在 (100)面呈现互相平行或者互相垂直的组态。 四、计算题 14 【正确答案】
8、 现已知铜原子的原子半径为 0.25nm，根据面心立方晶体中原子半径与晶格常数之间的关系，可以求得铜晶体的晶格常数 a为面心立方晶体中 (001)面的原子密度面心立方晶体中 (110)面的原子密度面心立方晶体中 (111)面的原子密度可见，这三 个晶面中 (111)面的原子密度为最高， (001)面次之， (110)面的原子密度为最低。 15 【正确答案】 面心立方晶体发生滑移的一个晶面 (111)以及这个晶面上发生滑移的三个晶向 如图 19-3中所注。 五、综合分析题 16 【正确答案】 所画出 Fe-Fe3C的平衡相图，如图 19-4所示。各个相区的填写，如图 19-4中所注。 17 【正
9、确答案】 Fe-Fe3C的平衡相图中有 5个单相区，即液相区、高温铁素体区、铁素体区 F、奥氏体区 A和渗碳体区。 Fe-Fe3C的平衡相图中有 7个两相区，即(L+)、 (L+A)、 (A+)、 (A+F)、 (L+Fe3C)、 (F+Fe3C)、 (A+Fe3C)。 Fe-Fe3C的平衡相图中有 3个三相平衡反应。 18 【正确答案】 包晶转变 L+A ，反应产物是奥氏体。发生在 1495 ，三相的成分 wC分别为 0.53%、 0.09%和 0.17% 共晶转变 LA+Fe 3C，反应产物是莱氏体。发生在 1148 ，三相的成分 wC分别为 4.30%、 2.11%和 6.69% 共析转
10、变AF+Fe 3C，反应产物是珠光体。发生在 727 ，三相的成分 wC分别为 0.77%、0.0218%和 6.69% 19 【正确答案】 在 1495 以上，液相中析出高温铁素体 。 在 1495 时，发生包晶转变 L+A ，反应产物是奥氏体。在 1495 800 之间，奥氏体冷却。在800 727 之间，奥氏体中析出铁素体 F。在 727 时，发生共析转变AF+Fe 3C，反应产物是珠光体。在 727 以下，从铁素体 F中析出三次渗碳体。 室温时， wC=0.40%的铁一碳合金的最终平衡组织是先共析铁素体 +珠光体 +三次渗碳体，平衡相为铁素体 +渗碳体，其相对含量分别为20 【正确答案
11、】 铝单晶体试样拉伸前、后的示意图如图 19-5所示 。图中 AC和AC分别表示试样拉伸前、后晶体中两个相邻滑移面之间的距离，即滑移面的面间距。 显然，试样拉伸前、后晶体中两个相邻滑移面之问的面间距是不会改变的，即 AC和 AC相等。于是，铝单晶体试样拉伸后所产生的延伸率应为：21 【正确答案】 三元合金相图中垂直截面的两端并不是纯组元，而是一端纯组元、另一端二元合金，甚至两端都是二元合金。另外，在二元合金相图中纯组元的相变点只有一个，而在三元合金相图的垂直截面中，其两端往往是开口的，即有两个相变点。因此，它与二元合金相图不同，是一个伪二元合金相图。 杠杆定律表示在一定的温度下，合金两个相的相对含量与合金成分点到两个相区线的距离成反比。杠杆定律的应用必须保证自由度为零的条件。在三元合金相图中的垂直截面中，即使温度一定，此时的自由度 f=c-p=3-2=1，也不满足自由度为零的条件。因此，在三元合金相图中的垂直截面中，不能使用杠杆定律来分析各个相的相对含量。
