材料科学基础试卷(二)(带答案)

答:1. Ae1Ee3A、 Be2Ee1B、 Ce3Ee2C 2．e3E 线：α与γ的共晶线， E 点：三元（四相）共晶点。 3．N 点合金：LLγLβ+γ Lα+β+γ 十二、 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 D0=2.0×10-5m2/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？ 则在 930℃渗碳 10 小时的渗层厚 (c) 若规定 0.3%C 作为渗碳层厚度的量度， 度为 870℃渗碳 10 小时的多少倍？
参考答案
八、名词解释(每小题 1 分，共 10 分) 1．晶胞: 能完全反映晶格特征的最小几何单元. 2．间隙固溶体: 溶质原子占据溶剂晶格间隙形成的固溶体. 3．临界晶核: 半径为 rK 的晶胚(r<rK,晶胚会消失, r>rK,晶胚可长成晶核. 4．枝晶偏析: 固溶体非平衡凝固时不同时刻结晶的固相成分不同导致树枝 晶内成分不均匀的现象(或树枝晶晶轴含高熔点组元较多，晶 枝间低熔点组元较多的现象). 5．离异共晶: 两相分离的共晶组织. 6．反应扩散: 通过扩散使溶质组元超过固溶极限而不断生成新相的扩散过 程称为反应扩散. 7．临界分切应力: 作用于滑移系上并使其沿滑移方面开始滑移的最小分切 应力. 8．回复: 组织(晶粒外形)改变前在晶粒内发生的某些结构和性能的变化过 程. 9．调幅分解: 通过扩散偏聚由一种固溶体分解成与母相结构相同而成分不 同的两种固溶体. 10． 二次硬化: 高温回火时回火硬度高于淬火硬度的现象. 九、判断正误(每小题 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。 (×)
(2) 右图为固态有限互溶三元共晶相 图的投影图，请回答下列问题： 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ห้องสมุดไป่ตู้ 程。
五、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 D0=2.0×10-5m2/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？ 则在 930℃渗碳 10 小时的渗层厚 (c) 若规定 0.3%C 作为渗碳层厚度的量度， 度为 870℃渗碳 10 小时的多少倍？
a [ 1 10]。 2
(1)在晶胞中画出柏氏矢量 b 的方向并计算出其大小。 (2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向， 并写出此二位错线的晶向指数。 3. 如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。试画出轧 制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。
四、相图分析(共 20 分) (1) 就 Fe-Fe3C 相图，回答下列问题： 1. 默画出 Fe-Fe3C 相图，用相组成物填写相图； 2. 分析含碳量为 1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织 示意图。 3. 计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。 4．已知某铁碳合金室温时的相组成物为铁素体和渗碳体，铁素体占 82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。
(气体常数 R=8.314J/mol·K, 渗层厚度 Dt )
六、简答题(每题 4 分，共 20 分) 1. 说明柏氏矢量的确定方法，如何利用柏氏矢量和位错线来判断位 错的类型？ 2. 简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。 3. 为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？ 4. 共析钢的奥氏体化有几个主要过程？合金元素对奥氏体化过程有什 么影响？ 5. 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？ 七、45 钢的过冷奥氏体连续转变曲线如图所示，请回答下列问题： （共 15 分） 1. 说明图中 A1 线、Ms、1 线、2 线、3 线表示的意义。 2. 过冷奥氏体转变产物有哪些？写出各种转变产物的名称、相变类型、 组织形态和性能特点； 3. 在 V1、V2、V3、V4 冷却速度下，各得到何种组织？ 4. 指出与 V1、V2、V3、V4 相对应的热处理工艺名称是什么？
十、作图题(每小题 5 分，共 15 分)
1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a)立方晶系
( 421)，( 123 )，[ 211 ]；b)六方晶系( 2111 )，[ 2113 ]。 (略)
2. 设面心立方晶体中的( 111 )为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为 a [ 1 10]。 2 (1)在晶胞中画出柏氏矢量 b 的方向并计算出其大小。|b|=√2 a/2 (2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向， 并写出此二位错线的晶向指数。 刃型位错: (112),螺型位错(110) 3. 如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。试画出轧 制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。(略)
材料科学基础试卷（二）与参考答案
一、名词解释(每小题 1 分，共 10 分) 1．晶胞 2．间隙固溶体 3．临界晶核 4．枝晶偏析 5．离异共晶 6．反应扩散 7．临界分切应力 8．回复 9．调幅分解 10． 二次硬化 二、判断正误(每小题 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。 (
(气体常数 R=8.314J/mol·K, 渗层厚度 Dt ) (a) D870℃=7.98×10-12 m2/s (b) 4 倍时间 (c) 1.44 倍 十三、 简答题(每题 4 分，共 20 分) 1. 说明柏氏矢量的确定方法，如何利用柏氏矢量和位错线来判断位 错的类型？ 答： 首先在位错线周围作一逆时针回路,然后在无位错的晶格内作同 样的回路,该回路必不闭合,连接终点与起点即为柏氏矢量. 位 错线与柏氏矢量垂直的是刃型位错,平行的是螺型位错. 2. 简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。 答: 固溶体凝固时,由于溶质原子在界面前沿液相中的分布发生变化 而形成的过冷. 3. 为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？ 答: 晶粒细化减小晶粒尺寸,增加界面面积,而晶界阻碍位错运动,提 高强度; 晶粒数量增加,塑性变形分布更为均匀,塑性提高; 晶 界多阻碍裂纹扩展,改善韧性. 4. 共析钢的奥氏体化有几个主要过程？合金元素对奥氏体化过程有什 么影响？ 答: 共析钢奥氏体化有 4 个主要过程: 奥氏体形成、渗碳体溶解、奥 氏体均匀化、 晶粒长大。 合金元素的主要影响通过碳的扩散体现， 碳化物形成元素阻碍碳的扩散，降低奥氏体形成、渗碳体溶解、 奥氏体均匀化速度。 5. 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？ 答：提高钢材耐蚀性的主要方法有：在表面形成致密氧化膜、提高基 体电极电位、形成单相组织。Cr 可形成表面致密氧化膜 Cr2O3, 可提高电极电位，可形成单相铁素体。 十四、 45 钢的过冷奥氏体连续转变曲线如图所示， 请回答下列问题： （共 15 分） 1. 说明图中 A1 线、Ms、1 线、2 线、3 线表示的意义。 2. 过冷奥氏体转变产物有哪些？写出各种转变产物的名称、相变类型、 组织形态和性能特点； 3. 在 V1、V2、V3、V4 冷却速度下，各得到何种组织？
十一、 相图分析(共 20 分) (1) 就 Fe-Fe3C 相图，回答下列问题： 1. 默画出 Fe-Fe3C 相图，用相组成物填写相图；(略) 2. 分析含碳量为 1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织 示意图。 LL+γγγ+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ 3. 计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。 Fe3CⅡ=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)=22.6% Fe3CⅢ=(0.0218-0.00001)/(6.69-0.00001)=0.325% 4．已知某铁碳合金室温时的相组成物为铁素体和渗碳体，铁素体占 82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。 wc=1.2% , P=92.7%, Fe3C=7.3% (3) 右图为固态有限互溶三元共晶相 图的投影图，请回答下列问题： 4. 指出三个液相面的投影区； 5. 指出 e3E 线和 E 点表示的意 义； 6. 分析合金 N 的平衡结晶过 程。
4. 指出与 V1、V2、V3、V4 相对应的热处理工艺名称是什么？
答：1. A1 线—共析线；Ms—马氏体转变开始线；1 线—过冷奥氏体
向铁素体转变开始线；2 线—珠光体转变终了线；3 线—贝氏 体转变开始线。 2. 过冷奥氏体转变产物： 珠光体，扩散型相变，片状组织，强度较高，塑性较好； 铁素体，扩散型相变，块状组织，强度低，塑性好； 马氏体，非扩散型相变，板条或片状，强度高，脆性大； 贝氏体，兼有扩散与非扩散相变特点，上贝氏体，羽毛状， 脆性大，下贝氏体，片状，强度高，韧性好。 3．V1—铁素体、珠光体；V2—铁素体、珠光体； V3—铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体；V4—马氏体。 4．V1、V2—退火，V3—正火，V4—淬火
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三、作图题(每小题 5 分，共 15 分) 1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a)立方晶系 ( 421 )，( 123 )，[ 211 ]；b)六方晶系( 2111 )，[ 2113 ]。 2. 设面心立方晶体中的( 111 )为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为