08级《材料科学基础》试题A标准答案

2010-2011学年第1学期考试试题（A）卷

标准答案及评分标准

课程名称：《材料科学基础》适用专业：08材料物理1、2班

一、填空题（共20分，每空1分）

1、①变形是可逆的，去除外力后变形消失；②服从虎克定律，应力与应变呈线性关系。

2、滑移系；

3、传递、协调；

4、韧性；

5、晶界、晶粒、细晶粒、高温；

6、时间；

7、下坡、上坡；

8、结构起伏、能量起伏、过冷度；

9、自由度、组元数、相数；10、间隙

二、选择题（共10分，每题1分）

A、1、B；2、D；3、A、A、D；4、C、5、

B、6、A、B；7、D；8、A；9、A；10、C

三、问答题（共30分，每题6分）

1、回答下列问题：

(1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向：

(001）与[210]，(111）与[112]，(110)与[111],(132)与[123],(322)与[236］

(2)在立方晶系的一个晶胞中画出（111)和（112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。

解：

(101)

(112)

(101)

[111]

(101)

(112)

(101)

[111]

各1分

2、调幅分解反应和一般的形核长大机制有何不同？

答：调幅分解反应不需要形核，新相成分变化、结构不变，界面宽泛(初期无明显分界面)，组织均匀规则，原子扩散为上坡扩散，形核转变率高（3分）

一般的形核长大需要形核，新相成分、结构均发生变化，界面明晰，组织均匀性差、不规则，原子扩散为下坡扩散，形核转变率低（3分）

3、拉伸试验主要了解材料的哪些特性？可获得哪些常用的力学性能数据？

答：拉伸试验可用来了解材料的变形与断裂特性。在拉伸试验中，试样在比较短的时间内，以恒定的速率受到拉伸直至断裂。拉伸试验时由记录纸得出的负荷—伸长曲线可以转换为应力一应变曲线(又称应力一应变图)。（1分）从拉伸试验可以获得以下几项力学性能：①弹性模量；②规定非比例伸长应力；③抗拉强度；④断后伸长率；⑤断面收缩率。（各1分）这些性能数据对于工程上的结构设计和金属材料检验是很重要的。

4、位错是否有平衡浓度？为什么？

答：位错没有平衡浓度，（1分）原因如下：位错是由大量点缺陷串成线，混乱程度受到限制，熵的作用大减，主要考虑内能，位错总是增加内能，位错越多，越不稳定，热力学要求位错越少越好，故位错没有平衡浓度。（4分）虽然热力学不稳定，但因其呈网状分布，故力学上是稳定的。（1分）

5、简述孪生的主要特点有哪些?

答1. ∵孪生是滑移受阻而引起的应力集中区，临界切应力比滑移大，如Mg 的孪生临界切应力为5.4～24.3Mpa,滑移:0.49 Mpa; 2分

2.高速形成、爆发式，同时伴随应力集中松弛； 2分

3.孪生本身对晶体形变量小，但改变晶体位向，使不利的滑移面有利于滑移。 2分

三、计算题 (40分，每题10分)

1、根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图，A 组元的熔点为1000℃，B 组元的熔点为700℃。w B =25％的合金在500℃凝固完毕，含73.33％初生α相，其余为共晶体(α+β)。含50％B 的合金也在500℃凝固完毕，含40％初生α相，其余为共晶体(α+β)，此合金中α相的总量占合金总量的50％。

解：设共晶反应的三个成分点（α、L 、β）含B 量依次为z y x ,,

则根据杠杆定律：

25%73.3%y y x

-=

- 3分 x

y y --=%50%40 3分 50%=x

z z --%50 3分 联立以上3式，解得：%95%,80%,5===z y x 1分

2、判断下列位错反应能否进行：

[112][111][111]362

a a a +→ 几何条件：[112][111][333][111]3662

a a a a +== 2分

能量条件：反应前 222234

b a =+=∑ 1分

反应后22234

b a ==∑ 1分 满足几何条件，但反应前后能量相等，不满足能量条件，故无外力作用时，该位错反应不能进行。1分

[100][111][111]22

a a a →+ 几何条件：[111][111][200][100]222

a a a a +== 2分

能量条件：反应前222(b a ==∑ 1分

反应后222

32b a ==∑ 1分 满足几何条件，但反应后能量增加，故反应不能进行。 1分

3、回答下列问题：

(1）通过计算判断(110), (132), (311）晶面是否属于同一晶带？

(2）求 （211)和 （(110）晶面的晶带轴 ，并列出五个属于该晶带的晶面的密勒指数。

解：1、根据晶带定律，hu+kv+lw=0，可得

(110), (132)的晶带轴为[112]

3×1+1×1-2×1=2≠0 4分

或 (132), (311）的晶带轴为[158]

-1×1+1×5-0×8=4≠0

故(110), (132), (311）晶面不属于同一晶带 1分

2、根据晶带定律，hu+kv+lw=0，可得

2u+v+w=0

u+v=0 2分 联立求解，得：u:v:w=-1:1:1，故晶带轴为[111] 0.5分

属于该晶带的晶面：（321）、（312）、（101）、(01)

、（431） 等。 2.5分

4、计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例

(1)NaF

(1)CaO

解：1、∵X Na =0.93,X F =3.98

根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为： 2

1(0.93 3.98)4[1]100%90.2%e ---⨯= 4分

共价键比例为：1-90.2%=9.8%

1分 2、同理，CaO 中离子键比例为：

2

1

(1.00 3.44)4[1]100%77.4%e ---⨯=

4分 共价键比例为：1-77.4%=22.6%

1分