(完整word版)材科基试卷 (1)

华中科技大学

材料科学与工程学院试卷(A)

（闭卷）

考试科目：材料科学基础

班级：材料1101，1102，1103

考试日期：2013年11月26日

姓名：班级：学号：

评分

一、单项选择题(每题2分，共20分)

1．实际金属结晶时，通过控制形核率N和长大速率G的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得粗大晶粒（ B ）

（A）N/G很大（B）N/G很小（C）N和G接近（D）不确定

2．材料中能发生扩散的根本原因是（C ）

（A）温度的变化（B）存在浓度梯度（C）存在化学势梯度（D）压力的变化

3．马氏体相变属于（ A ）。

（A）无扩散型相变。（B）扩散型相变。

（C）非共格相变。（D）扩散与非扩散混合型相变。

4．在SiO2七种晶型转变中，存在两种转变方式：一种为位移型转变，另一种为重构转变，位移转变需要的激活能（ B ）重构转变的激活能。

（A）大于（B）小于（C）等于（D）视具体情况而定

5．对于铁碳合金而言，铸铁和碳钢的区别在于有无（C ）

（A）渗碳体（B）铁素体（C）莱氏体（D）珠光体

6．某金属凝固时的形核功为△G*，其临界形核表面能为σ。假设晶核为球形，则△G*和σ的关系为（ A ）

（A）σ=3△G *

（B）σ=1/3△G*

（C）σ=△G *

（D）σ=2△G*

7．下列材料中属于良好的绝缘体是：（ C ）

（A）金属（B）单晶硅（C）绝大多数陶瓷（D）石墨

8．根据三元相图的垂直截面图，可以（ B ）

（A ）分析相成分变化规律 （B ）分析材料的平衡凝固过程 （C ）用杠杠定律计算各相的相对含量 （D ）得到三元系投影图

9．当压力不变时，根据相律：（ C ）

（A ）单元系中两相平衡反应可以在某个温度区间内进行 （B ）二元系中三相平衡反应可以在某个温度区间内进行 （C ）三元系中三相平衡反应可以在某个温度区间内进行 （D ）三元系中四相平衡反应可以在某个温度区间内进行

10．运用区域熔炼方法可以（ D ）。

（A ） 使材料成分更均匀。 （B ）可以消除晶体中的微观缺陷。 （C ）可以消除晶体中的宏缺陷。 （D ）可以提高金属的纯度。

二、液/固相变时，画出自由能变化△G 与晶胚r 之间的关系图，从能量的角度简述

晶体的形核过程。单组元液相和合金熔体在凝固时均可能形成树枝晶，它们的结晶过程有何不同。（10分）

在一定的过冷度下，液体中若出现一固态的晶体，该区域的能量将发生变化，一方面一定体积的液体转变为固体，体积自由能会下降，形成晶体形核的驱动力。另一方面增加了液－固相界面，增加了表面自由能，形成晶体形核的阻力。因此总的吉布斯自由能变化量为：

单组元液相在负的温度梯度下形成枝晶，而合金熔体 由于存在成分过冷现象，无论正温度梯度还是负的温度 梯度均可能形成枝晶。

3

2443

V G r G r ππσ∆=∆+

三、据共晶相图，分别画出T1，T2，T3温度下的自由能－成分曲线示意图。(10分)

四、请根据二元共晶相图分析和解答下列问题：（10分）

1）分析Ⅰ和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，并计算相和组织的相对量。

3）如果希望得到共晶组织和5%的β合金，求合金的成分

4）分析在快速冷却条件下，Ⅰ、Ⅱ合金获得的组织有何不同。

1）I:温度下降到1点，开始匀晶析出α相，

温度继续降低，当下降到2点时，液相全部

转变为α相，温度继续下降，初生α相中不

断析出次生β相，室温组织为α+βII ;

II:温度下降到1’点，液相中先结晶出β相，

温度继续下降，液相成分沿着液相线变化，β相成分沿着固相线成分变化，当温度下降到2’时，液相成分到达共晶点，发成共晶反应，生成（α+β）共晶体。温度继续下降中，初生β相中不断析出次生α相，共晶体α相中析出次生β相，室温下的组织为β

初

+（α+β）+βII；

步冷曲线如下：

T/T/℃

t/s 成分1的步冷曲线成分2的步冷曲线

3）I:

相：α相，β相；组织：α

初,β

II

;

W（α相）=W(α

初

)=(90-20)/(90-5)=82.35%;

W(β相)=W(β

II

)=(20-5)/(90-5)=17.65%

II:

相：α相，β相；

W（α相）=(90-80)/(90-5)=11.76%;

W(β相)= (80-5)/(90-5)=88.24%

组织：β

初

，（α+β）共晶体

W(β

初

)=（80-50）/(90-50)=75%

W(α+β)=(90-80)/(90-50)=25%

3）设合金中W B含量为x%

W（β）=(X-50)/(90-50)=5%

X=52 所以，合金成分为W B为52%。

4）I合金生成非平衡共晶组织。在快速冷却的条件下，α固相线向左下方偏移，导致冷却的共晶点时还存在液相，这些液相形成共晶组织，由于剩余液相很少，可能形成离异共晶；

II合金生成伪共晶组织；在快速冷却的条件下，共晶区扩大，亚共晶和过共晶成分可能生成伪共晶组织；

五、二元相图应用题（共15分）

1、画出Fe-Fe3C相图（不含包晶部分），用相组成物填写相图。

2、分析成分1.8 wt%的碳钢的平衡结晶过程，计算1.8 wt%的碳钢在共析温度下相和组织的相对量，绘出室温组织示意图和步冷曲线。

3、Fe-Fe3C合金平衡组织中有哪些类型的Fe3C，分析它们的形成条件。

1)答案如上左图；

2)温度下降到1点时，液相中匀晶生成γ相，温度下降到2点时，液相完全转变为

γ相，2—3之间，γ相无转变，温度下降到3点时，γ相中析出二次渗碳体，温度下降到4点时，剩余γ相共析反应生成珠光体；温度继续下降，珠光体中的α相中析出三次渗碳体；

相的相对含量：