材料科学基础2006A卷答案

材料科学基础期终考试试卷(A)

标准答案

一、选择题（24分）

1. a,

2.b,

3.d,

4. c,

5. d,

6. a,

7. c;

8. a,

9. d, 10. b, 11. c, 12. a. （每题2分） 二、 （9分）

1. 置换扩散的扩散系数与间隙扩散的扩散系数不同，主要表现在：（5分） ● 间隙扩散的扩散系数与空位浓度无关，而置换扩散的扩散系数与空位浓度有关，空位浓

度越高扩散系数越大，但总体上说，间隙扩散的扩散系数远大于置换扩散的扩散系数； ● 在间隙固溶体中，扩散是指间隙原子的扩散，它的扩散系数与非间隙原子的扩散系数无

关，但在置换固溶体中，不同组元（原子（之间的扩散是相互影响的，因此用互扩散系数来表示置换固溶体中的扩散系数， )(~

B A A B D X D X D +=。

如果是间隙扩散则不会发生柯肯达尔效应，因为间隙扩散过程中只有间隙原子定向流动，不会产生点阵平面迁移，因此不会伴随柯垦达尔效应。 2.

（2分）

3. 不会形成两相区。因为如果出现两相共存区，那么两相平衡的化学势必然相等，即化学势梯度为0，这段区域中就没有扩散驱动力，扩散就不能进行。（2分） 三、（10分）

1. 过冷度越大则形核功和临界半径越小，因为在均匀形核时，形核功和临界半径分别等于：

()

2

2

323

*

316)(316T L T G G m m V ∆=∆=∆πσπσ T

L T G m m V ∆=

∆*σσ

22r ＝

由公式可见，过冷度越小，形核功和临界半径就越小。（3分）

2. 界面能对形核功和临界半径的影响和过冷度的影响正相反，从上面所列的公式可见，界面能越大，形核功和临界半径越大。（2分）

3. 如果是非均匀形核，过冷度对形核功和临界半径的影响与均匀形核相同，因为过冷度的

大小决定了形核过程中体积自由能∆G v 的变化, 过冷度∆T 越大，∆G v 也越大，形核功就越小，这一点均匀形核和非均匀形核是相同的。（2分）

4. 形成非晶的必要条件是冷却速度R>R C , R C 为临界冷却速度，它的物理意义是系统冷却时能抑制结晶过程而实现非晶化转变的最小冷却速度。临界冷却速度与T g /T f 比值有关，T g /T f 比值越高，则R C 越小，越容易形成非晶。此外，还与合金成分有关，对于特定的系统，往往在某一个成分范围内R C 小，容易形成非晶。（3分）。

四 图中的b 曲线表示边界层附近的温度分布（2分）, 图c 表示边界层中的浓度分布（2分）,而图d 则表示边界层中的熔点随距离变化的曲线（2分）.如果图b 中的曲线与图d 中的曲线相交是则会有成分过冷,如图e 所示（2分）. （共8分） 五、（10分）

六、（10分）

1. 有初生（一次）渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体和共析渗碳体五种。 ● 初生（一次）渗碳体：含碳量大于4.3%的Fe-C 合金在平衡凝固时从液相结晶出来的渗

碳体；形貌为板条状；

● 二次渗碳体：含碳量大于0.77％，小于2.11％的γ在11480C 冷却到7270C 过程中析出的

渗碳体；

● 三次渗碳体：含碳量小于0.0218％的α从7270C 冷却时析出的渗碳体； ● 共晶渗碳体：在11480C 发生共晶反应时（含碳4.3％）形成的渗碳体；

● 共析渗碳体：在7270C （含碳0.77％的γ-Fe ）发生共析反应时生成的渗碳体。（4分） 2.

（1分）

%2.77%1000218

.077.00218

.06.0%=⨯--=

P

1分）

3.

（1分）

%

9.3

%

100

77

.0

69

.6

77

.0

0.1

%

3

=

⨯

-

-

=

II

C

Fe

（1分）

4.

%

9.

45

%

100

77

.0

69

.6

11

.2

69

.6

11

.2

3.4

0.3

3.4

%=

⨯

-

-

⨯

-

-

=

p

（1分）

%

4.

13

%

100

77

.0

69

.6

77

.0

11

.2

11

.2

3.4

0.3

3.4

%

3

=

⨯

-

-

⨯

-

-

=

II

C

Fe. （1分）

七、（11分）

可写反应式的四相平衡反应：（每题2分）L+α-Fe－γ＋C4

γ＋C4－α-Fe＋C1

γ＋C1－α-Fe＋C5

其它四相区：（每题1分）

γ＋C4＋L＋C1

γ＋C5＋L＋C1

γ＋C5＋L＋C3

γ＋C5＋C3＋C2

γ＋C5＋α+C2

八、（12分）

1. 在三元系中发生的三相平衡

反应为：

L+α－β（1分）

L+α－γ（1分）

L－β＋γ（1分）

2.发生的四相平衡反应：L+α－β＋γ（1.5分）

3.O点

（2分）L

L－α

L+α－β

L+α－β+γ

β+γ

L－β+γ

成分O

β+(β+γ)+αII+γII