中南大学 材料科学基础 期末考试题 01-06年

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1、中南大学期考试卷2001 2002 学年第二学期 时间 110 分钟一、名词解释（5 分8）1、 金属玻璃2、 金属间化合物3、 离异共晶4、 晶界偏聚5、 科垂尔气团（Cottrell Atmosphere）6、 孪生7、 反应扩散8、 变形织构二、问答题1、 （10 分）标出 hcp 晶胞中晶面 ABCDEF 面、ABO 面的晶面指数， OC 方向、OC 方向的晶向指数。这些晶面与晶向中，那些可构成滑移系？指出最容易产生滑移的滑移系。2、 （10 分）判断106216aa位错反应在面心立方晶体中能否进行？若两个扩展位错的领先位错发生上述反应，会对面心立方金属性能有何影响。3、 （10 分）

2、写出非稳态扩散方程的表达式，说明影响方程中扩散系数的主要因素。4、 （10 分）指出影响冷变形后金属再结晶温度的主要因素。要获得尺寸细小的再结晶晶粒，有那些主要措施，为什么?5、 （15 分）试述针对工业纯铝、Al5Cu 合金、Al5Al2O3 复合材料分别可能采用那些主要的强化机制来进行强化。6、 （15 分）请在如下 PbBiSn 相图中（1） 写出三相平衡和四相平衡反应式；（2） 标出成分为 5Pb，65Bi 与 30Sn 合金所在位置，写出该合金凝固结晶过程，画出并说明其在室温下的组织示意图。7、 （20 分）CuSn 合金相图如图所示。（1） 写出相图中三条水平线的反应式，并画出 T

3、1 温度下的成分自由能曲线示意图；（2） 说明 Cu10wtSn 合金平衡和非平衡凝固过程，分别画出室温下组织示意图；（3） 非平衡凝固对 Cu5wt Sn 合金的组织性能有何影响，如何消除？8、 （20 分）低层错能的工业纯铜铸锭采用 T0.5T 熔点 温度热加工开坯轧制。（1） 画出该材料分别在高、低应变速率下热加工时的真应力真应变曲线示意图，并说明影响曲线变化的各种作用机制；（2） 开坯后该金属在室温下继续进行轧制，画出此时的真应力真应变曲线示意图，并说明影响曲线变化的机制；（3） 开坯后该金属要获得硬态、半硬态和软态制品，最后工序中可采用那些方法，为什么？2002 2003 学年第二学

4、期 时间 110 分钟一、填空（0.5X30=15 分）1、 fcc 结构的密排方向是_，密排面是_，密排面的堆垛顺序是 _，致密度为_，配位数是_，晶胞中原子数为_，把原子视为半径为 r 的刚性球时，原子的半径是点阵常数 a 的关系为_。2、 形成有序固溶体的必要条件是：（1）_， （2）_， （3）_。3、 无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是：强度和硬度_，塑性_，导电性_。4、 Fe-Fe3C 相图中含碳量小于_为钢，大于_为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由_和_两个基本相组成；奥氏体其晶体结构是_，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含碳量是_；珠光体的含碳量是_；莱氏体的含

5、碳量为_；在常温下，亚共析钢的平衡组织是_，过共析钢的平衡组织是_； Fe3CI 是从_中析出的，Fe 3CII 是从_中析出的，Fe 3CIII 是从_中析出的，它们的含碳量为_。5、图 1 为简单立方点阵晶胞，其中 ABC 面的面指数是_，AD 的晶向指数是_。6、图 2 是 A-B-C 三元系成分三角形的一部分，其中 X 合金的成分是 _。二、名词解释（6X5=30 分）1.晶带和晶带轴2.柱状晶和等轴晶3.包析反应和共析反应4.割阶和扭折5.冷加工与热加工三、 （10 分） 试根据凝固理论，分析通常铸锭组织的特点。根据冷却速度对金属组织的影响，现要获得非晶，亚稳相，请指出其凝固时如何控

6、制。试说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝状方式成长，而纯金属则得不到树枝状晶。四、 （20 分） 如图 3 的二元合金相图，（1） 分析 5.6%Cu 合金和 5.7%Cu 合金在平衡结晶和快速冷却不平衡结晶时室温组织特点；（2） Al 为 fcc 结构，图中的 相为何种晶体结构？（3） 指出此二元系中比较适合做变形合金何铸造合金的成分范围。（4） 计算出亚共晶合金在温度为 TE（共晶反应前）时的平衡分配系数。（5） 设 X 合金平衡凝固完毕时的组织为 初晶+(+ )共晶，其中 初晶占 80%，则此合金中刚凝固完毕时 组元的含量是多少？（6） 绘出 T=560温度时各相的自由能

7、 -成分曲线示意图。图 3五、 （10 分） 图 4 为 Fe-W-C 三元系的液相面投影图。写出 1700，1200，1085的四相平衡反应式。选择一个合金成分其组织在刚凝固完毕时只有三元共晶。六、 （10 分） 图 5 所示低碳钢的三条拉伸曲线，A 、塑性变形；B、去载后立即再行加载；C、去载后时效后再加载。 试回答下列问题：1 解释图示三曲线的屈服现象及 B，C 中屈服点上升的原因。2 屈服现象对冲压制件表面质量有何不利影响。七、 （10 分）户外用的架空铜导线（要求一定的强度）和户内电灯用花线，在加工之后可否采用相同的最终热处理工艺？为什么？八、 （10 分）如何提高固溶体合金的强度九

8、、 （10 分）试说明晶界对材料性能及变形的影响。十、 （10 分）简单说明原子扩散对材料的影响；举两个实例说明金属中的上坡扩散现象。十一、 （15 分）工业纯铜的熔点为 1083 ，在剧烈冷变形后的工业纯铜板上取三个试样，第一个试样加热到 200 ，第二个试样加热到 500 ，第三个试样加热到 800 ，各保温一小时，然后空冷。试画出各试样热处理后的显微组织示意图，说明它们在强度和塑性方面的区别及原因。2003 2004 学年第二学期 时间 110 分钟 一.名词解释（3 分/个18 分）1.变温截面2.过冷度3.偏析反应4.固溶体5.成分过冷6.形核功。二.写出固溶体的分类（10 分）：三

9、.试根据凝固理论，分析通常铸锭组织的特点及成因。 （12 分）四.根据 Fe-Fe3C 亚稳平衡相图回答下列问题：（40 分）1） 画出 Fe-Fe3C 亚稳平衡相图；2） 写出下列 Fe3CII 含量最多的合金；珠光体含量最多的合金；莱氏体含量最多的合金。3） 标注平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。4） 分析 Fe-1%C 合金的平衡凝固过程，并计算室温下其中相组成物和组织组成物的百分含量，5） 根据 Fe-Fe3C 状态图确定下列三种钢在给定温度下的显微组织（填入表中）含碳量 温度 显微组织 温度 显微组织0.4 770停留一段时间 9000.77 680 刚达到 7701.0 700

10、 刚达到 7706） 画出 1200时各相的自由能-成分曲线示意图。五.图为 Cu-Zn-Al 合金室温下的等温截面和 2%Al 的垂直截面图，回答下列问题：（ 20 分）1）在图中标出 X 合金（Cu-30%Zn-10%Al）的成分点。2） 计算 Cu-20%Zn-8%Al 和 Cu-25%Zn-6%Al 合金中室温下各相的百分含量，其中 相成分点为 Cu-22.5%Zn-3.45%Al， 相成分点为 Cu-18%Zn-11.5%Al。3） 分析图中 Y 合金的凝固过程。2004 2005 学年第二学期 时间 110 分钟1. （10 分）画出 fcc 晶胞中（111）晶面上的所有110晶向

11、；在 hcp 晶胞中画出 021晶向和 )01(晶面。Y OACBD图 1 fcc 晶胞 图 2 hcp 晶胞2. （10 分）举出凝固理论在金属材料结晶中的几个应用，加以简单说明。3. （10 分）画出 Fe-Fe3C 亚稳平衡相图，根据相图回答下列问题：a. 标出合金在室温下的组织组成；b. 写出相图中三个等温反应式；c. 分析含碳量为 0.45的合金的平衡冷却过程；计算其在室温下的组织组成物的相对百分含量；d. 画出 0.45C 的合金在 1148时的成分自由能曲线示意图；e. 试分析元素 C 及 Cr 在 Fe 中的可能存在形式及其作用。图 3 Fe-Fe3C 亚稳平衡相图4. （10

12、 分）试总结位错在金属材料中的作用。5. （10 分）分析原子扩散在金属材料中的作用。6. （10 分）分析多晶体金属的变形过程及影响多晶体金属变形的因素。7. （10 分）分析层错能对金属热塑性变形的影响。8. （10 分）提高金属材料强度的途径有哪些?9. （10 分）解释下列名词：成分过冷；离异共晶；反应扩散；面角位错；晶界偏聚10. （10 分）如图 Pb-Sn-Bi 三元合金相图，试写出图中五条单变量线及 P 点、E 点反应的反应式；分析图中合金 2 的平衡结晶过程，指出它的开始凝固温度。2005 2006 学年第二学期 时间 110 分钟一、名词解释：（本题 28 分，每小题 4

13、分）1.螺型位错2.非平衡偏聚3.小角晶界4.滑移系5.变形织构6.再结晶起始温度7.动态再结晶二、简答题1.（12 分）铜的熔点为 1083 ，在冷变形后的工业纯铜板上取三个试样，第一个试样加热到 200 ，第二个试样加热到 500 ，第三个试样加热到 800 ，各保温一小时，然后空冷。试画出各试样热处理后的显微组织示意图（32 分/个6 分） ，说明它们在强度和塑性方面的区别及原因（6 分） 。2.（10 分）户外用的架空铜导线（要求一定的强度）和户内电灯用花线，在加工之后可否采用相同的最终热处理工艺？为什么？3.（10 分）说明塑性变形后的组织、性能的变化。4. （10 分）什么是屈服，解释其产生原因。5. （15 分）制定一种测定再结晶温度的方案。6.（15 分）试分析在 fcc 中，下列位错反应能否进行?并指出其中三个位错的性质类型？反应后生成的新位错能否在滑移面上运动？