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1、1中南大学考试试卷 2011 学年 上 学期 时间 110 分钟材料科学基础 课程 96 学时 6 学分 考试形式: 闭卷 卷 专业年级: 粉冶工程试验 0901 总分 100 分,占总评成绩 70%注:此页不作答题纸,请将答案写在答题纸上一、名词解释(24 分,每个 3 分)1. 晶带轴:答: 所有平行或相交于同一直 线的晶面构成一个晶带。此直线称晶带轴。2. 伪共晶组织:答:由非共晶合金所获得的全部共晶组织称为“伪非晶组织。3. 定向凝固:答:控制金属或合金熔体的结晶生长方向,获得单一的柱状晶或单晶组织的凝固方法。4. 包共晶反应:答:反应 LAMC, 为四相平衡,其反 应物似二元包晶反应
2、,生成物似二元共晶反应,故称包共晶反应。5. 再结晶:答:冷变形后的金属加热到一定温度之后,在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒,而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况。6. 柯肯达尔(Kirkendall)效应:答:对于置换式固溶体中溶质原子的扩散,由于溶质和溶剂原子半径相差不大,原子扩散时和空位交换几率不相等,导致两者扩散速率不同。能观察到这种实验结果的实验现象称为Kirkendall 效应。27. 滑移系:答:一个滑移面和此面上的一个滑移方向,一般而言,滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。8. 机械合金化:答:纯组元按比例混和后直接进行高能球磨形成非晶合金。
3、二、请在立方晶系中写出面 OBC、ODDO的晶面指数和 OB、OD晶向指数(AD=1/2AB )(8 分)答: 1 OBC的晶面指数为: 或 ;(2 分)(1)()ODDO的晶面指数为: 或 (2 分)012 OB 晶向指数为:110;(2 分)OD 晶向指数:210。 (2 分)三、请从原子排列、滑移性质、柏氏矢量等方面对比刃位错、螺位错的主要特征(16 分)答(要点):刃型位错:(8 分)晶体中有一个额外原子面,形如刀刃插入晶体位错线可以是折线或曲线, 但位错线必与滑移(矢量)方向垂直滑移面惟一位错线的移动方向与晶体滑移方向平行(一致)位错线与柏氏矢量垂直3螺型位错:(8 分)上下两层原子
4、发生错排,错排区原子依次连接呈螺旋状螺型位错与晶体滑移方向平行,故位错线一定是直线螺型位错的滑移面是不惟一;位错线的移动方向与晶体滑移方向相互垂直。位错线与柏氏矢量平行四、对于晶界扩散和体内扩散,假定扩散激活能 Q 晶界 1/2Q 体积 ,试画出其 lnD 与温度倒数 1/T 的曲线,并指出约在哪个温度范围内晶界扩散起主导作用(10 分)答(要点):因晶界扩散激活能 Q 晶界小于体内扩散激活能,所以前者的 lnD-1/T 直线的斜率小于后者,两直线必交于一点。如图所示:该点的温度就是两者扩散系数相等的温度,即 DB=DL,由D=D0exp(-Q/RT),得 QB/TB=QL/TL(B:晶界,L
5、:体内扩散)。因为 QB=0.5QL,所以 1/2TB=1/TL,TB=TL/2。若取 TL为固体中最高的扩散温度,即该材料熔点温度,则在约为熔点一半的较低温度下,由于原子在体内扩散较为困难,晶界扩散的作用突现出来,所以起主导作用。4五、请简述回复的机制及其驱动力。 (12 分)答(要点):1 低温机制:主要与点缺陷的迁移有关,点缺陷运动所需的热激活能较低,因而可在较低温度就可进行,它们可迁移至晶界(或金属表面),并通过空位与位错的交互作用,空位与间隙原子的重新结合,以及空位聚合起来形成空位对、空位群和空位片,从而使点缺陷密度明显下降。(3 分)2 中温机制:发生位错运动和重新分布,同一滑移面
6、上异号相互吸引而抵消;位错偶极子的两根位错线相消等等。 (3 分)3 高温机制:刃型位错获得足够能量产生攀移,产生了两个后果:1)使滑移面上不规则的位错重新分布,刃型位错垂直排列呈墙,显著降低弹性畸变能;2)沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位错墙,以及由此所产生的亚晶,即多边形化结构。 (3 分)4 驱动力:冷变形过程中的存储能(主要是点阵畸变能)(3 分)六、根据 Fe-C 合金相 图回答下列问题。 (15 分)(1( 说明 相、 相和 相的晶体结构类型;(2( 写出图中各实线水平线的平衡反应式(注明反应时的温度);(3( 说明 Fe-0.35%C 合金平衡凝固凝固过程,并说明室温时
7、的组织组成物与相组成物。5答(要点):1 相、 相和 相的晶体结构类型分别为体心立方结构(或 BCC结构)、面心立方结构(或 FCC 结构)、体心立方结构(或 BCC 结构)。(3 分)2 包晶反应:L 0.53+0.09=A0.16 (1495) ,或者 L0.53+0.09=0.16 (1495)共晶反应: L4.2=A2.1+Fe3C (1148),或者 L4.2=2.1+Fe3C (1148)共析反应: A0.65=F0.021+Fe3C (727),或者0.65=0.021+Fe3C (727)(5 分)3 凝固出 相;包晶转变:L 0.53+0.09=A0.17 (1495);过剩
8、的液体析出奥氏体;全部奥氏体晶粒;从奥氏体晶界析出先共析铁素体;奥氏体发生共析转变,A 0.77=F0.022+Fe3C (727),形成珠光体;从铁素体中析出(Fe 3C) (析出数量很少,不改变组织形态) 。最后组织组成物为先共析铁素体加珠光体,而相组成物为 相和 Fe3C 相。(7 分)七. 分析如图所示的三元相图:(1)写出这个三元系中四相平衡反应式;(2) 指出 这个三元系中 50%Pb,15%Sn,35%Bi 的合金的成分点;(3)分析 2 合金结晶过程(15 分)答:6要点:(1) 两个四相平衡:包共晶反应和三元共晶反应P 点(包共晶反 应): L1 1 1E 点 (三元共晶): L22 (4 分)(2) 通过顺时针方向做 浓度三角形的三边的平行线交于一点,如图中A 点 (3 分)(3) 2 点的凝固 过程为:L1 (均晶反应), 12(晶型转变), L 22(共晶反 应),L22 (包晶反应) (8 分)P 点( 包共晶反应) : L1 1 1E 点 (三元共晶): L22 (4 分)