材料科学基础习题及答案2

材料科学基础试卷(2009年1月17日)
一. 名词解释（4分×5题= 20分）
1. 位错：(4分)
2. 马氏体转变：(4分)
3. 晶体：(4分)
4. 形变强化：(4分)
5. 间隙固溶体：(4分)
二．填空（30分，每空1分）
1. 一个体心立方晶胞中占有的原子数目为。

2．典型金属的晶体结构有、、。

3．晶界分为、两类，两个晶粒的位向差小于，它们之间的晶界称为小角度晶界。

4．相界面分为、、、三大类。

5．固态相变按热力学可分为、，
按原子迁移方式可分为、，按相变方式可分为、。

6. 板条马氏体显微组织是由许多成群的板条组成，亚结构为。

7.马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙式固溶体。

具有点阵。

马氏体相变属于相变。

8．脱溶沉淀包括、、、四个过程。

9．晶体材料在力的作用下，主要表现
为、、、、五个过程。

10.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。

11. 原子扩散的驱动力是。

三、是非题（正确打√，错误打×）（每小题1分, 共计10分）
1、面心立方金属滑移面通常为{110}，滑移方向为<111>。

（）
2、再结晶是指无畸变的等轴新晶粒逐渐取代变形新晶粒的过程。

（）
3、从热力学角度看，扩散的真正推动力是由浓度梯度的不同引起的，各组元的原子总是
由高浓度扩散到低浓度。

（）
4、晶粒细化可以提高材料的强度，同时又可以提高材料的塑性指标。

（）
5、利用三元相图的垂直截面可分析给定合金在冷却过程中的相变过程，在两相区也可应用杠杆定律来计算两平衡相的相对量。

（）
6、实际金属结晶过程中，形核有均匀形核和非均匀形核两种方式，由于非均匀形核所需形核功较高，所以主要以均匀形核为主。

（）
7、二元合金中，固溶体结晶时，在正的温度梯度下，晶体只能以平面方式长大，不能以树枝状和胞状方式长大。

（）
8、孪生是晶体难以进行滑移时，而进行的另外一种塑性变形方式。

（）
9、一根位错线不能在晶体内部中断，也不能在晶体表面中断，只能在晶体内部自成封闭的位错环或者和其它位错线相连接。

（）
10、所有垂直于同一方向的晶面构成一个晶带。

（）
四．简要回答下列问题（5分×3题= 15分）
1. 什么叫临界晶核半径？它的物理意义？(5分)
答案:
2．比较刃型位错和螺型位错的异同。

为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能？(5分)
答案:
3．比较Fe-Fe3C合金平衡冷却时Fe3C的五种存在形式的异同。

(5分)
答案：
五．论述题: 论述珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变的相同性和相异性。

（10分）答案：
六．计算题（15分）
画出Fe-Fe3C相图，分析Fe-1.0%C和Fe-5.0%C两种合金的冷却相变过程，并计算两种合金在室温的组织组成和相组成。

参考答案
一. 名词解释（4分×5题= 20分）
1. 位错：(4分) 已滑移区与未滑移区的分界部分。

2. 马氏体转变：(4分) 同成分、不变平面切变类型的固态转变。

3. 晶体：(4分) 质点（原子、分子或离子）以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。

4. 形变强化：(4分) 由塑性变形引起的材料强度、硬度升高的现象。

5. 间隙固溶体：(4分) 将外来组元引入晶体结构，占据主晶相间隙位置的一部分，仍保持一个晶相，这种固溶体称为间隙固溶体。

二．填空（30分，每空1分）
1. 一个体心立方晶胞中占有的原子数目为 2 。

2．典型金属的晶体结构有体心立方、面心立方、密排六方。

3．晶界分为小角晶界、大角晶界两类，两个晶粒的位向差小于10度，它们之间的晶界称为小角度晶界。

4．相界面分为共格、半共格、非共格三大类。

5．固态相变按热力学可分为一级相变、二级相变，按原子迁移方式可分为扩散型、切变型，按相变方式可分为有核相变、无核相变。

6. 板条马氏体显微组织是由许多成群的板条组成，亚结构为高密度的位错。

7. 马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙式固溶体。

具有体心立方点阵。

马氏体相变属于位移型无扩散相变。

8．脱溶沉淀包括GP区、θ″相、θ′相、θ相四个过程。

9．晶体材料在力的作用下，主要表现为: 线弹性变形、非线弹性变形、均匀塑性变形、非均匀塑性变形、断裂五个过程。

10.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随时间变化。

11. 原子扩散的驱动力是浓度梯度。

三、是非题（正确打√，错误打×）（每小题1分, 共计10分）
1、面心立方金属滑移面通常为{110}，滑移方向为<111>。

（×）
2、再结晶是指无畸变的等轴新晶粒逐渐取代变形新晶粒的过程。

（√）
3、从热力学角度看，扩散的真正推动力是由浓度梯度的不同引起的，各组元的原子总是由高浓度扩散到低浓度。

（×）
4、晶粒细化可以提高材料的强度，同时又可以提高材料的塑性指标。

（√）
5、利用三元相图的垂直截面可分析给定合金在冷却过程中的相变过程，在两相区也可应用杠杆定律来计算两平衡相的相对量。

（×）
6、实际金属结晶过程中，形核有均匀形核和非均匀形核两种方式，由于非均匀形核所需形核功较高，所以主要以均匀形核为主。

（×）
7、二元合金中，固溶体结晶时，在正的温度梯度下，晶体只能以平面方式长大，不能以树枝状和胞状方式长大。

（×）
8、孪生是晶体难以进行滑移时，而进行的另外一种塑性变形方式。

（√）
9、一根位错线不能在晶体内部中断，也不能在晶体表面中断，只能在晶体内部自成封闭的位错环或者和其它位错线相连接。

（×）
10、所有垂直于同一方向的晶面构成一个晶带。

（×）
四．简要回答下列问题（5分×3题= 15分）
1. 什么叫临界晶核半径？它的物理意义？(5分)
答案:
临界晶核半径是指ΔG为最大值时的晶核半径。

r<r c时，ΔG s占优势，故ΔG>0，晶核不能自动形成。

r>r c时，ΔG v占优势，故ΔG<0，晶核可以自动形成，并可以稳定生长。

2．比较刃型位错和螺型位错的异同。

为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能？(5分)
答案:
（1）相同：线缺陷、应力场、畸变能；
不同：位错线与柏氏矢量的相对位向、应力场的性质、运动方式。

（2）螺位错的柏氏矢量与位错线平行，因此包含位错线的所有晶面都可以是螺位错的滑移面，因此当螺位错滑移受阻时，他可以在另外一个晶面上进行滑移。

而刃位错的柏氏矢量与位错线垂直，他的滑移面就只有由位错线和柏氏矢量构成的平面，所以他只能在这个面上滑移，故不能发生交滑移。

3．比较Fe-Fe3C合金平衡冷却时Fe3C的五种存在形式的异同。

(5分)
答案：比较一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体形成的温度、条件、形态。

五．论述题: 论述珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变的相同性和相异性。

（10分）
答案：从以下几个方面论述：形成温度、相变过程及领先相、转变时的共格性、转变时的点阵切变、转变时的扩散性、转变时碳原子扩散的大约距离、合金元素的分布、等温转变的完全性、转变产物的组织、转变产物的硬度几方面论述。