材料科學基礎期末試題

Ⅰ卷一、名詞講解（任選5題，每題4分，共20分）單位位錯；交滑移；滑移系；偽共晶；離異共晶；奧氏體；成分過冷答：單位位錯：柏氏矢量等于單位點陣矢量的位錯稱為單位位錯。交滑移：兩個或多個滑移面沿著某個共同的滑移方向同時或交替滑移，稱為交滑移?；葡担阂粋€滑移面和此面上的一個滑移方向合起來叫做一個滑移系。偽共晶：在非平衡凝固條件下，某些亞共晶或過共晶成分的合金也能得所有的共晶組織，這類由非共晶成分的合金所獲得的共晶組織稱為偽共晶。離異共晶：因為非平衡共晶體數(shù)目較少，平時共晶體中的α相依靠于初生α相生長，將共晶體中另一相β推到最后凝固的晶界處，進而使共晶體兩組成相相間的組織特點消逝，這類兩相分其他共晶體稱為離異共晶。奧氏體：碳原子溶于γ-Fe形成的固溶體。成分過冷：在合金的凝固過程中，將界眼前沿液體中的實質溫度低于由溶質散布所決定的凝固溫度時產(chǎn)生的過冷稱為成分過冷。二、選擇題（每題2分，共20分）1．在體心立方結構中，柏氏矢量為a[110]的位錯(A)分解為a/2[111]+a/2[111].不能夠(B)能(C)可能2．原子擴散的驅動力是：(B)(A)組元的濃度梯度(B)組元的化學勢梯度(C)溫度梯度3．凝固的熱力學條件為：（D）（A）形核率(B)系統(tǒng)自由能增添（C）能量守衡（D）過冷度4+3+4．在TiO2中，當一部分Ti還原成Ti，為了平衡電荷就出現(xiàn)（A）氧離子空位(B)鈦離子空位(C)陽離子空位5．在三元系濃度三角形中，凡成分位于（A）上的合金，它們含有另兩個頂角所代表的兩組元含量相等。（A）經(jīng)過三角形頂角的中垂線（B）經(jīng)過三角形頂角的任素來線（C）經(jīng)過三角形頂角與對邊成45°的直線6．有效分配系數(shù)ke表示液相的混雜程度，其值范圍是（B）（A）1<ke<k0（B）k0<ke<1（C）ke<k0<17．A和A-B合金焊合后發(fā)生柯肯達爾效應，測得界面向A試樣方向搬動，則（A）（A）A組元的擴散速率大于B組元（B）與（A）相反（C）A、B兩組元的擴散速率相同8．A和B組成的二元系中出現(xiàn)α和β兩相平衡時，兩相的成分（x）-自由能（G）的關系為（B）（A）Gα=Gβ（B）dGα=dGβ（C）GA=GB9．凝固時不能夠有效降低晶粒尺寸的是以下那種方法？（B）（A）加入形核劑（B）減小液相的過冷度（C）對液相進行攪拌10．菲克第必然律表述了穩(wěn)態(tài)擴散的特點，即濃度不隨（B）變化。（A）距離（B）時間（C）溫度三、簡答題（20分）（4分）1.從結晶條件和過程解析純金屬和單相固溶體合金結晶時的異同點。（8分）2.簡述塑性變形對資料組織和性能的影響。（8分）3.試用位錯理論講解低碳鋼冷拉伸變形時的信服現(xiàn)象。相同點：結晶條件都需要過冷度，結晶過程都經(jīng)過形核和長大。（2分）不同樣點：純金屬是在恒溫結晶，其形核只需要能量起伏和結構起伏。而單相固溶體合金是在一個溫度范圍內(nèi)結晶，其形核不只需要能量起伏和結構起伏，還需要成分起伏。（2分）2.答：組織結構：(1)形成纖維組織：晶粒沿變形方向被拉長；(2)形成位錯胞；(3)晶粒轉動形成變形織構。力學性能：位錯密度增大，位錯互相圍繞，運動阻力增大，造成加工硬化。物理化學性能：其變化復雜，主要對導電，導熱，化學活性，化學電位等有影響。（2分）系統(tǒng)能量：包含兩部分：(1)因冷變形產(chǎn)生大批缺點引起點陣畸變，使畸變能增大；(2)因晶粒間變形不平均和工件各部分變形不平均引起的微觀內(nèi)應力和宏觀內(nèi)應力。這兩部分統(tǒng)稱為儲藏能，此中前者為主要的。答：低碳鋼中的少許碳、氮原子與晶體中的位錯發(fā)生交互作用，主若是彈性交互作用，形成柯氏氣團，對位錯起釘扎作用，使其運動阻力增大，致使應力-應變曲線上出現(xiàn)上信服點，當位錯擺脫柯氏氣團的釘扎作用后，應力降落出現(xiàn)下信服點，發(fā)生信服伸長（2分）；持續(xù)變形，因為位錯密度增添產(chǎn)生應變硬化作用，應力又復提升（2分）。這時卸載后立刻加載，因為位錯已擺脫柯氏氣團的釘扎作用，故不出現(xiàn)信服現(xiàn)象（2分）；若放置一段時間或加熱一準時間，因為碳、氮原子又與位錯發(fā)生交互作用形成柯氏氣團，故又出現(xiàn)信服現(xiàn)象，因位錯密度的增添，故此時的信服應力高升（2分）。四、作圖與計算題（每題10分，共40分）畫出Fe-C相圖，并將相圖中的相區(qū)按組織加以注明。假設某面心立方晶體能夠開動的滑移系為，請回答：（1）給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量；（2）若滑移位錯為純?nèi)形诲e，請指出其位錯線方向；若滑移位錯為純螺位錯，其位錯線方向又怎樣？3．圖示為Pb-Sn-Bi相圖投影圖。問：（1）寫出合金Q（wBi＝，wSn＝）凝固過程及室溫組織；（2）計算合金室溫下組織組成物的相對含量。依據(jù)圖示A-B二元共晶相圖（共晶溫度為600℃），將ω(B)=10%的合金，用相同成分的籽晶在固相無擴散、液相完整不混雜的條件下進行定向凝固制成單晶，為了保持液-固界面在整個凝固過程中處于平直狀態(tài)，試計算界面處液相所需的最小溫度梯度(G)。（已知凝固速度-52R=1cm/h，D=2×10cm/s)資料科學基礎考題答案四、作圖與計算題（每題10分，共40分）畫出Fe-C相圖，并將相圖中的相區(qū)按組織加以注明。答：圖5分，組織標定5分。假設某面心立方晶體能夠開動的滑移系為，請回答：（1）給出滑移位錯的單位位錯柏氏矢量；2）若滑移位錯為純?nèi)形诲e，請指出其位錯線方向；若滑移位錯為純螺位錯，其位錯線方向又怎樣？答：（1）單位位錯的柏氏矢量；（4分）2）純?nèi)形诲e的位錯線方向與b垂直，且位于滑移面上，為（3分）；純螺位錯的位錯線與b平行，為[011]。（3分）3．圖示為Pb-Sn-Bi相圖投影圖。問：1）寫出合金Q（wBi＝，wSn＝）凝固過程及室溫組織；2）計算合金室溫下組織組成物的相對含量。答：（1）冷卻至液相面析出Bi：LBi初，隨溫度降低Bi增加，液相成分延Bi-Q的延長線向E3E搬動；液相成分達到E3E后發(fā)生共晶反應，L（Sn＋Bi）共，液相成分延E3E向E搬動；液相成分達到E后，發(fā)生三元共晶反應L（Sn＋Bi＋β）共，隨后冷卻不再變化。（5分）室溫組織為：Bi初＋（Sn＋Bi）共＋（Sn＋Bi＋β）共（2分）（2）wBi初＝；w（Sn＋Bi）共＝；w（Sn＋Bi＋β）共＝（3分）依據(jù)圖示A-B二元共晶相圖（共晶溫度為600℃），將ω(B)=10%的合金，用相同成分的籽晶在固相無擴散、液相完整不混雜的條件下進行定向凝固制成單晶，為了保持液-固界面在整個凝固過