材料科学基础试题库

《材料科学基础》试题库
一、选择
1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中_____。

A、两组元的原子尺寸不同
B、仅一组元的扩散
C、两组元的扩散速率不同
2、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于_____。

A、单相区中
B、两相区中
C、三相平衡水平线上
3、铸铁与碳钢的区别在于有无_____。

A、莱氏体
B、珠光体
C、铁素体
4、原子扩散的驱动力是_____。

A、组元的浓度梯度
B、组元的化学势梯度
C、温度梯度
5、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为_____。

A、原子互换机制
B、间隙机制
C、空位机制
6、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为_____。

A、肖脱基缺陷
B、弗兰克尔缺陷
C、线缺陷
7、理想密排六方结构金属的c/a为_____。

A、1.6
B、2×√(2/3)
C、√(2/3)
8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及_____。

A、单相区
B、两相区
C、三相区
9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是_____。

〔其中Ko是平衡分配系数〕
A、1<Ke<K0
B、Ko<Ke<1
C、Ke<K0<1
10、面心立方晶体的孪晶面是_____。

A、{112}
B、{110}
C、{111}
11、形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿外表能的_____。

A、1/3
B、2/3
C、3/4
12、金属结晶过程中〔〕：
a、临界晶核半径越大，形核越易；
b、临界晶核形成功越大，形核越易；
c、过冷度越大，形核越易；
d、均质形核比非均质形核容易。

13、三元相图中〔〕：
a、垂直截面图上可应用杠杆定律；
b、垂直截面图上三相区域为直边三角形；
c、四相共晶反应平面在成份投影图上为曲边四边形；
d、四相反应为等温反应。

三、判断正误(每题1分，共10分)
正确的在括号内画“√”，错误的画“×”
1. 金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。

( )
2. 作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面上的未滑移区。

( )
3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则不能。

( )
4. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程。

( )
5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔGB ＜0、结构起伏和能量起伏。

( )
6. 三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。

( )
7. 物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。

( )
8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排方向。

( )
9. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两种转变的难易程度相似。

( )
10. 除Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使C曲线左移，从而增加钢的淬透性。

( )
四、简答
2、简述Al-Cu二元合金的沉淀强化机制〔20分〕
3、为什么奥氏体不锈钢〔18-8型不锈钢〕在450℃～850℃保温时会产生晶间腐蚀？如何防止或减轻奥氏体不锈钢的晶间腐蚀？
4、为什么大多数铸造合金的成分都选择在共晶合金附近？
5、什么是交滑移?为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能？
6、根据溶质原子在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为几类？固溶体在材料中有何意义？
7、固溶体合金非平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在？
8、应变硬化在生产中有何意义？作为一种强化方法，它有什么局限性？
9、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么？
11、枝晶偏析是怎么产生的？如何消除？
12、请简述影响扩散的主要因素有哪些。

14、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？
16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行？假设不在γ-Fe相区进行会有什么结果？
17、一个楔形板坯经冷轧后得到相同厚度的板材，再结晶退火后发现板材两端的抗拉强度不同，请解释这个现象。

19、位错密度有哪几种表征方式？
21、铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。

26、已知916℃时，γ-Fe的点阵常数0.365nm，〔011〕晶面间距是多少？〔5分〕
27、画示意图说明包晶反应种类，写出转变反应式？〔4分〕
28、影响成分过冷的因素是什么？〔9分〕
29、立方晶系的(111)，(110)，(123)晶面族各包含多少晶面，写出它们的密勒指数。

30、简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。

31、提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些？为什么说Cr是不锈钢中最重要的合金元素？
39、何为位错反应？如何判断一个位错反应能否进行？
五、计算、作图
1、已知碳在r—Fe中的扩散常数D0＝2.0×10-5m2/s，扩散激活能Q＝
＝1.1％C的条件下对20#钢在1.4X105J/mol〔R＝8.31J/(molK))。

碳势均为C
P
880℃进行渗碳，为到达927℃渗碳5h同样的效果，渗碳时间应为多少？(12分) 2、对fcc结构的晶体(点阵常数为a)
(1)分别计算原子在[100]，[110]和[111]晶向上的原子密度，并说明哪个晶向是密排方向：
(2)计算原子在(100)，(110)和(111)晶面上的原子密度和三个面的面间距，并指出面间距最大的晶面。

3、写出附图1.1所示立方晶格中晶面ABCD和晶向CE的指数；在右图单胞中画出晶面(111)和该面上属于<112>三个晶向，并标出具体指数。

(12分)
4、已知碳在γ-Fe中扩散时，D0 =2.0×10-5m2/s，Q=1.4×105J/mol。

当温度在927℃时，求其扩散系数为多少？〔已知摩尔气体常数R=8.314J/mol•K〕
6、已知A〔熔点600℃〕与B〔熔点500℃〕在液态无限互溶，固态时A在B
中的最大固溶度〔质量分数〕为ωA ＝0.30，室温时为ωA ＝0.10；但B 在固态和室温时均不溶于A 。

在300℃时，含ωB =0.40的液态合金发生共晶反应。

试绘出A-B 合金相图；并分析ωA =0.20、ωA =0.80的合金在室温下的组织组成物和相组成物的相对量。

8、已知某低碳钢 σ 0 =64KPa ， K=393.7 ，假设晶粒直径为 50μm ，该低碳钢的屈服强度是多少？
11、计算wc ＝3.3％的铁碳合金常温下莱氏体的相对含量，组织中珠光体的相对含量和共析渗碳体的含量。

〔9分〕
12、已知Cu 的原子量为63.5，原子半径是0.1278 nm 。

( 20分)
〔1〕计算铜的密度、点阵常数和最大面间距。

14、假设在镁晶体中，由一个位错源放出的位错移到晶体外表，使晶体外表产生高度约为10-4cm 的滑移台阶，问有多少个位错运动至外表？〔已知b=3.2 A 〕
17、在870℃比在930℃渗碳有一定优越性，淬火变形小又可得到较细的晶粒，碳在γ铁中的D 0=2.0×10-5m 2/s,Q =140×103J/mol,请计算：(10分)
(a) 870℃时碳在γ铁中的扩散系数；
(b) 将渗层加深一倍需多长时间？
(c) 假设规定0.3%C 作为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚
度为870℃渗碳10小时的多少倍？
(气体常数R =8.314J/mol ·K, 渗层厚度Dt αδ=)
六、综合
2、对铁碳合金(w c ＝0.0015)经过完全退火后：(20分)
〔1〕 在室温下包含哪些组成相，计算其相对量。

〔2〕 在室温下由哪些组织组成物构成，画出组织示意图，并计算各自的相对量。

(3) 在室温下该合金经过较大的塑性变形(例如压缩50％)，其组织会发生哪些变化？
(4) 变形后再经过750℃充分保温后缓慢冷却到室温，所得到的组织与原完全退火的组织有哪些差异？
3、请根据所附二元共晶相图分析解答以下问题：
〔1〕 分析合金I 、II 的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；
〔2〕 说明室温下I 、II 的相和组织是什么？并计算出相和组织的相对含量； 〔3〕 如果希望得到共晶组织和5%的β初的合金，求该合金的成分； 〔4〕分析在快速冷却条件下，I 、II 两合金获得的组织有何不同。

6、试论述含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响。

7、右图为固态有限互溶三元共晶相图的
投影图，请答复以下问题：
〔1〕指出三个液相面的投影区；
〔2〕指出e3E线和E点表示的意义；
〔3〕分析合金N的平衡结晶过程。