1、2008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 配位数 2 伪共晶 3 成分过冷 4 固溶体 5 稳态扩散 6 位错 7 回复 8 滑移 9 非均匀形核 10 平衡分配系数 二、计算题 11 已知纯铜的熔化潜热为 1.88109J/m2，熔点为 1089 ，点阵常数为 3.4167 ，发生均匀形核的过冷度为 230K， SL=1.4410-1J/m2。求铜的临界晶核半径 r*及临界晶核中所含的铜原子数。 12 拉伸铜单晶体时，若力轴的方向为 001， =106Pa，求 (111)面上柏氏矢量b=a/2101的螺型位错线上所受的力 (aCu=0.36nm)。 13 画出
2、常见的金属晶体结构面心立方、体心立方和密排六方的晶胞示意图，并分别计算它们的晶胞原子数、原子半径 (用晶格常数表示 )、配位数和致密度。 14 Al-Cu合金相图如图 20-1所示，设分配系数 k和液相线斜率均为常数，测得铸铁的凝固速度 R=310-4cm/s，温度梯度 G=30 /cm，求扩散系数 D=310-5cm2/s时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。39 三、简 答题 15 试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。 16 说明合金强化的主要机制。 17 说明冷变形金属加热时回复、再结晶及晶粒长大的过程和特点。 18 画出 Fe-Fe3C相图全图，标注各相区及特征点、线的成分及温度
3、。 19 分析 wC=3.6%合金的平衡结晶过程，求出室温下的组织组成物和相组成物的相对量。 20 将 wC=0.2%的碳钢零件置于含 1.2%碳势的渗碳气氛中加热至 930 ，经 10h保温后随炉冷却至室温，试分析在 930 和室温时零件从表层到心部成分和组织的变化规律，并画出示意图。 四、综合分析题 20 A、 B、 C三组元固态完全不互溶，图 20-2为其三元相图投影图。已知合金 O的成分为 wA=80%， wB=10%， wC=10%， a点的成分为 wA=60%， wB=20%，wC=20%， E点的成分为 wA50%， wB=10%， wC=40%。21 写出图中合金 I和 P的室
4、温平衡组织。 22 简要写出合金 O的结晶过程和室温平衡组织。 23 计算室温下合金 O的组织组成物的相对含量。 2008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】 在晶体结构 中，和任意原子邻近且距离相等的原子数。 2 【正确答案】 由非共晶成分的合金所获得的共晶组织称为伪共晶。 3 【正确答案】 合金溶液在凝固时，理论凝固温度不变，过冷度完全取决于溶质成分的分布，这样的过冷称为成分过冷。 4 【正确答案】 溶质原子溶入到溶剂中所形成的均一的相，其晶体结构仍然保持溶剂的结构，但由于溶质原子的溶人，会产生晶格畸变。 5 【正确答案】 质量浓度不随时间而变化的扩
5、散。 6 【正确答案】 晶体中的一维缺陷或线状缺陷，称为位错。 7 【正确答案】 回复是指经冷塑性变 形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前 (即在再结晶晶粒形成前 )所产生的某些结构和性能的变化过程。 8 【正确答案】 位错线沿着滑移面的运动称为位错的滑移。 9 【正确答案】 晶核在液态金属中依靠外来物质表面 (型壁或杂质 )或在温度不均匀处择优形成。 10 【正确答案】 一定温度下，两相平衡时固液两相成分之比，即 kO=CS/CL。 二、计算题 11 【正确答案】 临界晶核半径临界晶核体积 铜为面心立方结构，每个晶胞含有 4个铜原子。晶胞体积 V2=a3=(3.416710-10)3m
6、3 故临 界晶核中所含的铜原子数 12 【正确答案】 设外力拉应力在 (111)滑移面上沿 晶向的分切应力为式中， 为 001与 111的夹角， 为 001与 的夹角。则 若螺型位错受力为 Fd，则13 【正确答案】 面心立方、体心立方和密排六方的晶胞示意图如图 20-3所示。计算得它们的晶胞原子数、原子半径 (用晶格常数表示 )、配位数和致密度列于表 20-1。14 【正确答案】 成分无过冷的临界点公式：三、简答题 15 【正确答案】 将退 火低碳钢进行少量的塑性变形后卸载，然后立即加载，屈服现象不再出现。但是如果卸载后，将试样在室温下放置较长时间或者稍微加热后，再进行拉伸就又可以观察到屈服
7、现象，不过此时的屈服强度会有所提高，这种现象称为应变时效。低碳钢的应变时效可以用溶质原子与位错交互作用的柯垂尔(Cottrell)气团理论作出很好的解释。一般认为，在固溶体中，溶质或杂质原子在晶体中造成点阵畸变，溶质原子的应力场和位错应力场会发生交互作用，作用的结果是溶质原子将聚集在位错线附近，形成能量更低的溶质原子气团，即所谓的柯垂尔气团。将低碳钢试验拉伸 产生少量预塑性变形，此时试样在外加应力的作用下使位错摆脱碳原子的钉扎，表现为屈服。若卸载后马上重新加载，短时间内碳原子来不及重新聚集在位错周围，所以继续加载时不会出现屈服现象；当卸载后经历较长时间或短时加热后，碳原子又会通过扩散重新聚集到
8、位错线附近而形成气团，所以继续进行拉伸时，又会出现屈服现象，并使强度和硬度升高，这就是应变时效产生的原因。 16 【正确答案】 (1)细晶强化：通过增加晶粒数目，提高晶界对移动位错的阻碍作用，从而达到强化的效果。 (2)固溶强化：即将溶质原子溶入基体金属中，使基体金属 产生点阵畸变，从而抑制位错源的活动以提高基体金属的强度。 (3)形变强化：即当晶体经过形变之后，使晶体内部的位错发生塞积或缠结，难以运动，从而达到强化基体的目的。 (4) 第二相强化：即通过第二相粒子均匀弥散分布在基体上，阻止位错的运动或增加位错运动的阻力，提高合金的强度。 17 【正确答案】 (1) 回复过程 1) 组织不发生
9、变化，仍保持变形伸长的晶粒形态。 2) 变形引起的宏观 (一类 )应力全部消除，微观 (二类 )应力大部分消除。 3) 一般力学性能变化不大，硬度、强度仅稍有降低，塑性稍有提高；某些物 理性能有较大变化，电阻率显著降低，密度增大。 (2) 再结晶过程 1) 组织发生变化，变形伸长的晶粒变为新的等轴晶粒。 2) 力学性能发生急剧变化，硬度、强度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前的状态。 3) 变形储存能全部释放，点阵畸变 (三类应力 )全部消除，位错密度降低。 (3)晶粒长大过程 1) 晶粒长大。 2) 性能变化，如强度、塑性、韧性下降。 3) 还可能出现再结晶织构等现象。 18 【正确答案】 F
10、e-Fe3C布目图如图 20-4所示。19 【正确答案】 结晶过程：液相在 1点开始析出 奥氏体，到 2点，液相开始共晶转变，产物为莱氏体。继续冷却，奥氏体开始析出二次渗碳体，温度降到 727，奥氏体转变为珠光体，室温组织组成物为：珠光体 +二次渗碳体 +莱氏体。 组织组成物相对量计算：相组成物相对量计算：20 【正确答案】 如图 20-5所示。四、综合分析题 21 【正确答案】 I： B+(A+B+C)P： (B+C)+(A+B+C) 22 【正确答案】 合金 O加热到液相面温度以上后，缓慢降温，首先遇到液相面Ae1Ee3A，开始结晶出初晶 A，这时液相的成分等于合金成分，两相平衡相 连接线的投影是 AO线。继续冷却时，不断析出初晶 A，液相中 A组元的含量不断减少， B、 C组元的含量不断增加，液相成分沿 AO的延长线变化。当液相成分到达a点时，开始发生三相共晶转变， LA+B 。此后在温度继续下降时，液相中不断凝固出两相共晶 (A+B)，液相成分沿 aE线变化，直到 E点发生四相共晶转变LA+B+C 。在略低于 E点温度凝固完毕，不再发生其他转变。故合金在室温下的平衡组织为 A+(A+B)+(A+B+C)。 23 【正确答案】 作 aD BC， OF BC， aM AB， EN AB，延长 Ea交 AB于q。
