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1、上海应用技术学院 20092010 学年第二学期材料科学基础I期（末）考试试卷标准答案A一、名词解释：（每题2 分，共10 分） 凝固：由液相至固相的转变称为凝固。铁素体：碳原子溶于aFe中形成的固溶体。反应扩散：通过扩散使固溶体中的溶质原子超过固溶极限，从而不断形成新相的 扩散过程，称为反应扩散或相变扩散。间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。 密排方向：原子排列最密集的晶向。二.选择题：（每空 1分，共 10 分）1、扩散物质沿（C）扩散时，扩散系数最大。A 晶体内部 B 晶界 C 自由表面2、离子晶体的扩散机制是 （A）。A 空位 B 间隙 C 交换3、均匀
2、形核时，过冷度越大，临界形核功（B）。A 越大 B 越小 C 不变4、由液相同时结晶出两种不同固溶体的过程称为 （C）。A 包晶转变 B 匀晶转变 C 共晶转变5、共析反应的表达式为 （B）。A L+a BB 丫 一a + FegCC L a + B6、体心立方结构的密排方向是（D）,面心立方结构的密排面是（C）。A （001） B 001 C （111） D 111 E （011） F 0117、主量子数为n的壳层中最多容纳（C）个电子。A n-1B 2n-1C 2n2D n8、键合方式具有方向性的是（CE ），NaC 1化合物中的键合方式是（B）。A金属键 B离子键 C共价键 D范德华力E
3、氢键三、问答题：（每题 5 分，共35分）1、写出菲克第二定律的表达式，并说明方程中各量及符号的名称和意义。答：空=D空（3分）dtdx 2式中p是浓度，t是时间，x是扩散距离，D是扩散系数。（2分）2、简述影响扩散的因素有哪些？ 答：影响扩散的因素包括温度，固溶体类型，晶体结构，晶体缺陷，化学成分和 应力。（5 分）3、写出恒压条件下的相率公式，并且计算纯金属，二元合金和三元合金可能存 在的最多平衡相数。答：恒压条件下的相率公式为：f =C-P+1（2分）所以，P=C-f+1,而 f0o 故：纯金属中最多平衡相数为：P=C-f+1 = 1 0+1 = 2；（1分）二元合金中最多平衡相数为：P
4、=C-f+1=20+1 = 3；（1分）三元合金中最多平衡相数为：P=C-f+1 = 30+1=4（1分）4、影响固溶体溶解度的主要因素有哪些？答：影响溶解度的因素主要取决于：a.晶体结构，b.原子尺寸，c.化学亲和力（电 负性），d.原子价。5、空间点阵与晶体点阵有何区别？ 答：空间点阵与晶体点阵的区别为：空间点阵是由无数几何点在三维空间排列成的规则阵列，是晶体中质点排列 的几何学抽象。只有14种类型。（2分）晶体点阵则是晶体中质点在空间的具体排列方式。实际质点的排列是无限 的。（2分）简言之，晶体点阵=空间点阵+基元（原子、分子or离子）（1分）6、说明间隙化合物与间隙固溶体有何异同？ 答
5、：间隙固溶体属于固溶体，即溶质原子溶入溶剂晶格间隙所形成的均匀混合的优秀学习资料_欢迎下载固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型；(2 分)而间隙化合物则属于中间相，即两组元在固态下相互作用而形成的一种新物质， 该新相的晶体结构与A, B两组元均不相同。(2分)其中，当非金属原子半径与金属原子半径的比值 rX/rM0.59 时，形成具有复杂晶体结 构的相，称为间隙化合物。 (1分) 7、在立方晶体中，绘出以下晶面和晶向。 (010), (210), (112), 110, 311, 212。311110(0,1,0)/ 111(0,0,0)(0,0,1)212(1A0)/)(0,1,0)(0,0
6、 J)口2)(1A0)/210)四、相图分析题：（共 24 分）1、A-B 二元合金相图如下图，试求： （1）在图中标出液相线、固溶度曲线和共晶线。（3 分）（2）分析含B40%的合金的冷却过程中组织的变化。（6分）（ 3 ）写出该合金冷却到 C 点时的相及其各相的成份，并运用杠杆定律计算此时 各相的相对含量；（ 7 分）（4）该合金的室温组织为下图中的哪个？（3 分）|解：（1）各线在图2) 1-2: L2-3: L+a由于Bii量少，室L+ B+优3: L a共晶线a心3以下：a中固溶度曲线室温组织：c（a+卩）+ 卩I | 温组织也可以写成a*（a+卩）。液相线该合金冷却到C点时相为已由
7、图可知，液相成分为51%B a相成分为 9%B。液相百分比为：4% 一 9% = 73.8%L 51% - 9%a相百分比为:51% 一 4% = 26.2%a 51%-9%（4）室温组织为：。2、根据下图所示的 Fe-Fe3C 合金相图：（5 分）（1）将图中虚线，,所在位置的成份与对应的铁碳合金类型连线。共晶白口-瞬铁丁业纯铁亚共晶门口诗铁2）将 GS、ES 和 PQ 线与其表示的意义连线。GS线、一碳在奥氏休中的溶解度曲线ES线丿碳在铁索体I的溶解度曲线PQ纟屛、奥氏体中卄始析川诙秦体的转变线 i i I.五、计算题（21 分）1.碳质量分数为0.1%的低碳钢，置于碳质量分数为1.2%的
8、渗碳气氛中，在920C 进行渗碳，如果要求距表面 0.002mm 处的碳浓度为 0.45%，求所需的时间。已知 碳在 yFe 中 920C时的扩散系数 D=2x10-iim2/s, erf（0.71）0.68。（7 分） 解：由一端成分不受扩散影响的扩散体的解，得：=erf （占）P P（x，t）sP Ps0设低碳钢的密度为P，上式左边的分子和分母同除以P，可将质量浓度转换为质 量分数，得：w w（x， t）xs二 erf （）w w2/ Dts00.224代入数值，可得erf （匕224）沁0.680.224所以，丄=沁 0.71，t0.1sJt2. 分别计算体心立方晶体结构和面心立方晶体结构的单胞内原子数及致密度（ 7 分）解：单胞内原子数N = N + Nf + Ni 28BCC： N=1+0+1=2 个FCC： N=0+3+1=4 个BCC：2 4 川3、2 x 兀(a)3K -34- 0.68a3FCC：,4 /迈、4 x 兀( a)3 K -34- 0.74a3致密度K =V3. 计算面心立方单胞内八面体间隙的间隙半径，并确定单胞内间隙个数。（7 分）NvV解半径 r =一 2 a = 0.15a间隙个数为 4。24
