材料科学基础期末试题3

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1、材料科学基础试卷一、填空题 (20 分，每空格 1 分) 1. 相律是在完全平衡状态下，系统的相数、 组元数和温度压力之间的关系， 是系统的平衡条件的数学表达式：f=C-P+2 。 2. 二元系相图是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3. 晶体的空间点阵分属于7 大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为a=bc,= =900，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正 交（任选三种）。 4. 合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区三部分。 5.在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过滑移的方式进行的。此外还有孪生 和扭折等方式。 6.

2、成分过冷区从小到大，其固溶体的生长形态分别为平面状，胞状和 树枝状。二、单项选择题 (30 分，每题 1.5 分) 1. A.B 二组元形成共晶系，则（A ） A. 具有共晶成分的合金铸造工艺性能最好 B. 具有亚共晶成分的合金铸造工艺性能最好 C. 具有过共晶成分的合金铸造工艺性能最好 D. 不发生共晶转变的合金铸造工艺性能最好 2. 简单立方晶体的致密度为（C ） A. 100% B. 65% C. 52% D.58% 3. 运用区域熔炼方法可以（D ） A. 使材料的成分更均匀B. 可以消除晶体中的微观缺陷 C. 可以消除晶体中的宏观缺陷D. 可以提高金属的纯度 4. 能进行攀移的位错可

3、能是（B ） 。 A. 肖克利位错B. 弗兰克位错C. 螺型全位错D. 前三者都不是 5. 欲通过形变和再结晶方法获得细晶粒组织，应避免：（A ） A. 在临界形变量进行塑性变形加工B. 大变形量 C. 较长的退火时间D. 较高的退火温度 6. 实际生产中金属冷却时 ( C )。 A. 理论结晶温度总是低于实际结晶温度; B. 理论结晶温度总是等于实际结晶温度; C. 理论结晶温度总是高于实际结晶温度; D. 实际结晶温度和理论结晶温度没关系. 7. 相互作用参数 的物理意义是：（A ） A. 0表示固溶体内原子偏聚 B. 0表示固溶体内原子短程有序C. 0 表示固溶体内原子完全无序 D. 0

4、 表示固溶体内原子偏聚 8. 单晶体的临界分切应力值与( C )有关。 A. 外力相对于滑移系的取向B. 拉伸时的屈服应力 C. 晶体的类型和纯度D. 拉伸时的应力大小9. fcc 晶体中存在一刃型全位错，其伯氏矢量为011 21，滑移面为（ 111） ，则位错线方向平行于（B ） 。A. 111 B. 211C. 100 D. 110 10冷变形使金属中产生大量的空位、位错等晶体缺陷，对置换固溶体中的扩散过程而言， 这些缺陷的存在将导致：（D ） A. 阻碍原子的移动，减慢扩散过程 B. 对扩散过程无影响 C. 有时会加速扩散，有时会减弱扩散 D. 加速原子的扩散过程11凝固的热力学条件为：

5、（D ） A. 形核率B. 系统自由能增加C. 能量守衡D.过冷度 12下列有关固体扩散的说法中，正确的是：（D ） A. 原子扩散的驱动力是存在浓度梯度 B. 空位扩散是指间隙固溶体中溶质原子从一个间隙跳到另一个间隙 C. 晶界上点着畸变交大，因而原子迁移阻力较大，所以比晶内的扩散系数要小 D成分均匀的材料中也存在着扩散 13 纯金属均匀形核时，D A. 当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力低，因此，形核率低； B. 当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力高，因此，形核率低； C. 当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力高，因此，形核率低； D. 当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱

6、动力低，因此，形核率低； 14. 在三元系中出现两相平衡时，若要计算两相的百分数，则：（B ） A. 在垂直截面上运用杠杆定理计算B. 在水平截面上运用杠杆定理计算 C. 在投影面上运用杠杆定理计算D. 在水平截面上运用重心法则计算 5. 金属镁的单晶体处于软取向时塑变量可达100%-200%，但其多晶体的塑性很差，其主要 原因是： ( C ) A. 镁多晶体的晶粒通常较粗大B. 镁多晶体通常存在裂纹 C. 镁滑移系通常较少D. 因为镁是 BCC 结构，所以脆性大 16. 层错和不完全位错之间的关系是：( D ) A. 层错和不完全位错交替出现 B. 层错和不完全位错能量相同 C. 层错能越高

7、，不完全位错伯氏矢量的模越小 D. 不完全位错总是出现在层错和完整晶体的交界处 17凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下那种方法？（B ） A. 加入形核剂B. 减小液相的过冷度C. 对液相进行搅拌 18菲克第一定律表述了稳态扩散的特征，即浓度不随（B ）变化。 A. 距离B. 时间C. 温度D. 压力 19. 立方晶体中（ 110）和（ 211）面同属于（D ）晶带。A. 110 B. 100 C. 211 D. 11120. 在 A-B 二元固溶体中， 当 A-B 对的能量小于 A-A 和 B-B 对的平均能量， 该固溶体最易形 成为（B ）固溶体 A. 无序B. 有序C. 偏聚态D. 间隙

8、 三、简答题（ 20 分）1. 试述孪生和滑移的异同，比较它们在塑性过程中的作用。（10分）答：相同点：a.宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形；（1 分）b. 微观上，都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的 移动过程；（1 分）c. 不改变晶体结构。（1 分）不同点：a. 晶体中的取向滑移：晶体中已滑移部分与未滑移部分的位向相同。孪生：已孪生部分和为孪生部分的位向不同，且两者之间具有特定的位向关系。（1 分）b. 位移的量滑移：沿滑移方向上原子间距的整倍数，且在一个滑移面上的总位移较大。孪生：原子的位移小于孪生方向的原子间距，一般为孪生方向原子间距的1/n。

9、（1 分）c. 变形方式滑移：不均匀切变孪生：均匀切变（1 分）d. 对塑性变形的贡献滑移：对塑性变形的贡献很大，即总变形量大。孪生：对晶体塑性变形有限，即总变形量小。（1 分）e. 变形应力滑移：有确定的临界分应力。孪生：所需临界分切应力一般高于滑移所需的临界分切应力。（1 分）f. 变形条件滑移：一般情况先发生滑移变形孪生：当滑移变形难以进行时，或晶体对称性很低、变形温度较低、加载速率较高时。 （1 分）g. 变形机制滑移：全位错运动的结果。孪生：不全位错运动的结果。（1 分）2. 分析位错的增值机制。（5 分）2. 答：若某滑移面上有一段刃位错AB，它的两端被位错网节点钉住不能运动。（1

10、 分）现沿位 错 b 方向加切应力，使位错沿滑移面向前滑移运动，形成一闭合的位错环和位错环内的一小 段弯曲位错线。 （2 分）只要外加应力继续作用，位错环便继续向外扩张，同时环内的弯曲 位错在线张力作用下又被拉直，恢复到原始状态，并重复以前的运动，络绎不绝地产生新的 位错环，从而造成位错的增殖，并使晶体产生可观的滑移量。（2 分）3. 请简述回复的机制及其驱动力。（5 分）答：低温机制：空位的消失（1分）中温机制：对应位错的滑移（重排、消失）（1分）高温机制：对应多边化（位错的滑移攀移）（1分）驱动力：冷变形过程中的存储能（主要是点阵畸变能）。（2分）四、计算题 (30 分，每题 10 分)

11、1、氧化镁（ MgO ）具有 NaCl 型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：（1）若其离子半径2Mgr=0.066nm，2Or0.140nm，则其原子堆积密度为多少？（2）如果2Mgr/2Or0.41 ，则原子堆积密度是否改变？2. Al-Cu合金相图如图所示，设分配系数K和液相线斜率均为常数，试求： (1) (Cu)=1%固溶体进行缓慢的正常凝固，当凝固分数为50% 时所凝固出的固体成分； (2) 经过一次区域熔化后在x=5 处的固体成分，取熔区宽度l=0.5 ； (3) 测得铸件的凝固速率R=3 10-4cm/s，温度梯度 G=30 /cm，扩散系数 310-5cm/s 时，合金凝

12、固时能保持平面界面的最大含铜量。3. 有一合金试样其晶界能为0.5J/m2，在退火前原始晶粒直径为2.1610-3cm，屈服强度为 108MPa。对该合金在700退火 2 小时后其屈服强度降低为82MPa。在退火过程中保温1 小时时测得该合金放出热量为0.021J/cm3，继续保温1 小时测得该合金又放出热量 0.014J/cm3。求如果该合金只在700保温 1 小时后的屈服强度。 （已知合金单位体积内界面 面积 Sv与晶粒直径 d 之间的关系为 Sv=2/d，且放出的热量完全由于晶粒长大、晶界总面积 减少所致。） 材料科学基础试卷答案五、计算题 (30 分，每题 10 分) 1、氧化镁（ M

13、gO ）具有 NaCl 型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：（1）若其离子半径2Mgr=0.066nm，2Or0.140nm，则其原子堆积密度为多少？（2）如果2Mgr/2Or0.41 ，则原子堆积密度是否改变？答：（ 1）点阵常数nmrraOMg412.0)(222（3 分）堆积密度73. 04)(43322arr POMgf（3 分）（2）堆积密度会改变，因为Pf与两异号离子半径的比值有关。（4 分）2. Al-Cu合金相图如图所示，设分配系数K和液相线斜率均为常数，试求： (1) (Cu)=1%固溶体进行缓慢的正常凝固，当凝固分数为50% 时所凝固出的固体成分； (2) 经过一次

14、区域熔化后在x=5 处的固体成分，取熔区宽度l=0.5 ； (3) 测得铸件的凝固速率R=3 10-4cm/s，温度梯度 G=30 /cm，扩散系数 310-5cm/s 时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。答案：根据已知条件，由相图解得：k0=16.02 .3562. 5LS320352.054837.660m（1 分）(1) 由正常凝固方程：1000 1kSLxk，等式两边同除合金密度 ，得%286.0)5.01(16.001.0)1(116.01 000k SLxk（3 分）(2) 由区域熔炼方程得%83.05.0516.0exp16.01101.0exp110 00LxkkS（3

15、分） (3) 保持平直界面的临界条件为0001DkkmRG%18. 016. 0132010316.010330 14500 0kkRmGD（3 分）3. 有一合金试样其晶界能为0.5J/m2，在退火前原始晶粒直径为2.1610-3cm，屈服强度为108MPa。对该合金在700退火 2 小时后其屈服强度降低为82MPa。在退火过程中保温1小时时测得该合金放出热量为0.021J/cm3，继续保温1 小时测得该合金又放出热量 0.014J/cm3。求如果该合金只在700保温 1 小时后的屈服强度。 （已知合金单位体积内界面 面积 Sv与晶粒直径 d 之间的关系为 Sv=2/d，且放出的热量完全由于

16、晶粒长大、晶界总面积 减少所致。） 答案：设原始晶粒直径为d0，退火 1 小时的晶粒直径 d1，退火两小时的晶粒半径为d2。退火两小时：20112ddQ（2 分）d0=2.1610-3cm，Q=0.021+0.014=0.035 J/cm3，=0.5J/m2求得 d2=8.910-3cm （1 分） 由=0+kd-1/2（2 分） 可得 108=0+2.1610-3k 82=0+8.910-3k （1 分） 由联立方程组求解得0=55.62 MPa，k=2.39 （1 分） 退火 1 小时，由得 d2=3.9510-3cm （1 分） 代入=0+kd-1/2，得到 =96.65 MPa （2 分）