中南大學(xué)2011學(xué)年上學(xué)期粉冶工程《材料科學(xué)基礎(chǔ)》期末試卷

中南大學(xué)考試一試卷2011學(xué)年上學(xué)期

時(shí)間

110分鐘資料科學(xué)基礎(chǔ)課程

96學(xué)時(shí)

6學(xué)分

考試形式：閉卷卷專業(yè)年級：

粉冶工程試驗(yàn)

0901

總分

100分，占總評成績

70%注：此頁不作答題紙，請將答案寫在答題紙上一、名詞講解（24分）晶界軸偽共晶組織定向凝固包共晶反應(yīng)再結(jié)晶柯肯達(dá)爾（Kirkendall）效應(yīng)滑移系機(jī)械合金化二、請?jiān)诹⒎骄抵袑懗鲱^OBC’、ODD’O’的晶面指數(shù)和OB、OD晶向指數(shù)AD=1/2AB）（8分）三、請從原子擺列、滑移性質(zhì)、柏氏矢量等方面比較刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)的主要特點(diǎn)16分）四、對于晶界擴(kuò)散和體內(nèi)擴(kuò)散，假定擴(kuò)散激活能Q晶界≈1/2Q體積，試畫出其lnD與溫度倒數(shù)1/T的曲線，并指出約在哪個(gè)溫度范圍內(nèi)晶界擴(kuò)散起主導(dǎo)作用（10分）五、請簡述回復(fù)的系統(tǒng)及其驅(qū)動力。（12分）六、依據(jù)Fe-C合金相圖回答以下問題。（15分）（1）說明α相、γ相和δ相的晶體結(jié)構(gòu)種類；2）寫出圖中各實(shí)線水平線的平衡反應(yīng)式（注明反應(yīng)時(shí)的溫度）；3）說明Fe-0.35%C合金平衡凝固過程，并說明室溫時(shí)的組織組成物與相組成物。.剖析以以下列圖的三元相圖：（1）寫出這個(gè)三元系中P點(diǎn)與E點(diǎn)四相平衡反應(yīng)式；(2)畫出這個(gè)三元系中50%Pb，15%Sn，35%Bi的合金的成分點(diǎn)；（3）剖析2合金結(jié)晶過程（15分）2010-2011年資料科學(xué)基礎(chǔ)期末考試題一、簡答題1.簡述空間點(diǎn)陣和晶體結(jié)構(gòu)的差別空間點(diǎn)陣是由四周環(huán)境相同的陣點(diǎn)在空間擺列的三維列陣，此中一個(gè)節(jié)點(diǎn)可認(rèn)為原子、分子、離子或原子企業(yè)；晶體結(jié)構(gòu)是在點(diǎn)陣晶胞的范圍內(nèi)，標(biāo)出相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)中各原子的地址，即此中一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)原子。空間點(diǎn)陣將組成晶體的實(shí)質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的體積忽略，抽象成為純粹的幾何點(diǎn)，晶體結(jié)構(gòu)是指原子的詳盡擺列。2.簡述縫隙固溶體、縫隙化合物和縫隙相的差別縫隙固溶體屬于固溶體，保持溶劑的晶格種類，表達(dá)式為α、β、γ，強(qiáng)度硬度較低，塑性、韌性好；縫隙相與縫隙化合物屬于金屬間化合物，形成與其組元不同樣樣的新點(diǎn)陣，用分子式MX、M2X等表示，強(qiáng)度硬度高，塑性韌性差。間隙相和縫隙化合物的主要差別是原子半徑比不同樣樣，用rx、rm分別表示化合物中的金屬與非金屬的原子半徑，當(dāng)rx/rm<0.59時(shí)，形成擁有簡單晶體結(jié)構(gòu)的相，稱為縫隙相；當(dāng)rx/rm>0.59時(shí)，形成擁有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的相，稱為縫隙化合物。3.在正溫度梯度下，純金屬和單相固溶體凝固相貌的差別在正溫度梯度下，純金屬以平直界面方式推移長大（此時(shí)，界面上任何有時(shí)的、小的突出伸入液體時(shí)，都會使其過冷度減小、長大速率減小也許停止生長，即被四周部分追上，保持平直界面的推移），長大中晶體沿平行溫度梯度方向生長也許沿散熱方向反向生長，其余方向生長碰到控制。單相固溶體中不只存在熱過冷，還可能存在成分過冷，當(dāng)G/R<mv0(1-k0)/Dk0時(shí)，即存在成分過冷，平面生長被破壞?？醋鞣诌^冷較小時(shí)，突出部分不可以能有較大的伸展，使界面形成胞狀組織；若成分過冷區(qū)較大，則界面可形成樹枝狀組織。溫度梯度較小不形成成分過冷時(shí)，仍可保持平直狀生長。4.鋁板在軋制一天后和四天后在同一溫度下進(jìn)行退火，退火時(shí)間相同，將它們進(jìn)行再結(jié)晶時(shí)溫度有何不同樣樣，為何？放置四天后的鋁板再結(jié)晶溫度較高。原由：再結(jié)晶驅(qū)動力是變形金屬積蓄的畸變能，畸變能越大，驅(qū)動力越大，再結(jié)晶溫度越低。放置四天后的鋁板因?yàn)闀r(shí)效作用，開釋出部分畸變能，因此再結(jié)晶驅(qū)動力減小，再結(jié)晶溫度高升。5.很多金屬資料的塑性比陶瓷好，為何？純鐵和純銅的比較，誰的塑性比較好，為何？金屬資料的塑性好，因?yàn)樘沾蔁Y(jié)過程中擁有很多先本性微裂紋，在拉伸時(shí)，裂紋尖端會產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，當(dāng)裂紋達(dá)到臨界尺寸時(shí)就會失穩(wěn)擴(kuò)展而斷裂；且組成陶瓷晶體相的主要為離子鍵和共價(jià)鍵，共價(jià)鍵的飽和性和方向性使陶瓷的塑性較低。（加上金屬資料主若是金屬鍵。。。。。。）純銅的塑性好，因?yàn)榧冦~是FCC結(jié)構(gòu)，純鐵是BCC結(jié)構(gòu),固然BCC的滑移系很多，但是滑移方向較FCC的少，且BCC滑移面原子的密排程度較低，因此面心立方的塑性高于體心立方。6.簡述影響再結(jié)晶后晶粒長大的晶粒大小的要素1.溫度，退火溫度是影響晶粒長大的最主要要素；2.分別相微粒，分別相微粒阻截晶界遷徙，晶界受釘扎，長大速率減小；3.微量熔質(zhì)或雜質(zhì)，金屬中固熔的微量熔質(zhì)或雜質(zhì)的存在能阻截晶界的搬動；4.晶粒間位向差，晶粒間位向差影響晶界活性進(jìn)而影響晶粒長大速度；5.表面熱蝕溝，熱蝕溝的存在對晶界運(yùn)動增添了一個(gè)拘束力進(jìn)而影響晶粒大小。二、計(jì)算題1.在金屬中形成一個(gè)空位所需要的激活能為2.0eV(也許0.32*10-18J).在800℃時(shí)，2.畫出鐵碳相圖①畫出滑痕、單滑移、多滑移、孿晶、退火孿晶和交滑移的顯微組織組織圖。②滲碳體有幾種，每種滲碳體生成的溫度范圍和成分范圍，并畫出顯微組織圖。T12鋼從液態(tài)到室溫的冷卻過程（注明相關(guān)反應(yīng)），其室溫組織組成物是什么及其相對含量，并畫出其室溫組織的顯微圖。二次滲碳體和三次滲碳體的成分上限均改為6.69%，三次滲碳體畫在晶界處③3.畫相圖，見單獨(dú)發(fā)的那頁紙三、闡述題1.用位錯(cuò)講解細(xì)晶加強(qiáng)和加工硬化晶粒越細(xì)，在必然體積內(nèi)的晶粒數(shù)量越多，則在相同的變形量下，變形分別在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，變形較平均，且每個(gè)晶粒內(nèi)塞積的位錯(cuò)少，因應(yīng)力集中而引起的開裂時(shí)機(jī)少，可能在斷裂從前承受較大的變形量，表現(xiàn)出較高的塑性；細(xì)晶粒金屬中，裂紋不易萌生，也不易流傳，因此在斷裂過程中吸取了很多的能量，表現(xiàn)出較高的韌性；另一方面，晶界上原子擺列不規(guī)則，雜質(zhì)和缺點(diǎn)很多，能量較高，阻截位錯(cuò)的搬動，晶粒細(xì)小時(shí)在必然體積內(nèi)的晶粒數(shù)量越多，晶界越多，位錯(cuò)搬動更困難，使金屬難以變形，因此強(qiáng)度高。加工硬化即是隨變形量的增添，金屬的強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性降落的現(xiàn)象。隨著塑性變形的進(jìn)行，金屬應(yīng)變增添，發(fā)生多滑移，位錯(cuò)之間發(fā)生互相作用，產(chǎn)生大批的位錯(cuò)纏結(jié)或位錯(cuò)塞積，阻截位錯(cuò)進(jìn)一步運(yùn)動，使應(yīng)力急劇上升，發(fā)生了加工硬化。2.參照下邊的Cu-Zn二元相圖，回答以下問題。①在500℃對銅進(jìn)行滲鋅，時(shí)間足夠長，畫出反應(yīng)擴(kuò)散的濃度散布圖②畫出A濃度下的冷卻曲線③寫出圖中的三相平衡反應(yīng)④縫隙擴(kuò)散可否會產(chǎn)生科肯道爾效應(yīng)，為何？4）科肯道爾效應(yīng)是擴(kuò)散偶界面雙側(cè)原子互擴(kuò)散速度不相等形成的界面遷徙效應(yīng)