《材料科学基础》期末试卷及答案

共 2 页 第 1页 《材料科学基础》期末试卷及答案

一. 选择题：（共15小题，每小题2分，共30分）。

1. 根据相律在不考虑压强影响的情况下，三元系相图中二相平衡区的自由度f为（ ）。

A. 0 B. 1 C. 2 D. 3

2. 在六节环硅酸盐结构中非桥氧的个数为（ ）。

A. 6 B. 8 C. 10 D. 12

3. 氢键的形成对物质的物理性能影响很大，分子内氢键的存在会引起物质（ ）。

A. 熔点升高，沸点降低 B. 熔点降低，沸点升高

C. 熔点、沸点都升高 D. 熔点、沸点都降低

4. 密排六方的配位数，四面体空隙数及晶胞原子数分别为（ ）。

A. 12，3n，6 B. 12，2n，6 C. 8，6n，2 D. 12，2n，6

5. 下列说法正确的是（ ）。

A. 点缺陷是热力学稳定缺陷 B. 两位错交割必形成割阶

C. 线缺陷也是热力学稳定缺陷 D. 空位形成能大于间隙形成能

6. 在高岭石Al4[Si4O10](OH)8结构中每个O2-可连1个[SiO4]和几个[AlO2(OH)4]( )。

A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

7. 在单元系相图中，温度一定，增加压力会使摩尔体积大的相在相图上稳定存在的区域（ ）。

A. 缩小 B. 扩大 C. 没影响 D. 无法判断

8. 结晶性高聚物由熔体中结晶，可得到（ ）。

A. 单晶 B. 球晶 C. 纤维状晶体 D. 串晶

9. 某位错的位错线与柏氏矢量平行且反向，则此位错为（ ）。

A. 正刃型位错 B. 右螺型位错

C. 左螺型位错 D. 负刃型位错

10. 在铁碳合金中可锻性最好的是（ ）。

A. 亚共析钢 B. 共析钢 C. 过共析钢 D. 共晶铸铁 11. 在吴氏网上直径的刻度可度量（ ）。

A. 极距角 B. 方位角 C. 晶面的面角 D. 园心角

12. 在平衡条件下，溶质原子在晶界处的浓度偏离平均浓度的现象称为晶界偏析，若溶质原子的固溶度（Cm）愈大，则晶界处溶质的浓度（ ）。

A. 愈大 B. 愈小 C. 不变 D. 无法判断

13. 第二相若在晶粒内部析出，固溶体中各组元的原子直径之差超过5%时，决定因素是弹性应变能，则第二相的形状接近于（ ）。

A. 盘状 B. 针状 C. 球状 D. 无法判断

14. 对M1+yX和MX1+y非理想配比离子晶体它们分别属哪种类型的半导体（ ）。

A. 均为n型 B. 均为p型 C. 分别为n型和p型 D. 分别为p型和n型

15. 在铁碳合金中，温度相同的条件下，碳在铁素体（α）中的扩散系数比在奥氏体（γ）中（ ）。

A. 大 B. 小 C. 一样 D. 无法判断

二. 填空题（共6小题，每空1分，共20分）

1. 固溶体据外来组元位置不同可分为 和 两种固溶体，据外来组元固溶度可分为 和 两种固溶体。

2. 在玻璃Na2O·Al2O3·2SiO2中，网络形成体： ，网络中间体： ，网络变性体： 。

3. Avrami方程中指数n与 和 有关，若某聚合物结晶时为异相形核，生成的为球晶，则其Avrami方程指数n为 。

4. 位错交割后，每个位错线上都会产生一小段曲折位错，柏氏矢量与携带它们的位错 ，大小取决于与之相交的另一位错的 。当小段位错不在所属位错滑移面上时则形成 ，反之形成 。

5. 结晶相变是各种相变中最常见的相变，通过对结晶相变的研究可揭示相变进行所必须的 、相变 和相变后的 与相变条件之间的变化规律，对材料的制取、加工成形及性能的控制均有指导作用。

6. 晶体材料中的界面可分为两类，一类是 ，另一类是 ；固体与气体

共 2 页 第 2页 之间的分界面通常称为 。

三. 简答题：(共5小题，每题6分，共30分)

1. 有错误的A-B二元系平衡相图如右图所示。

（1）在改动量最少的前提下改正图中的错误。（2）说明错误的理由。

2. 影响晶态固体扩散系数的因数有哪些？并说明如何影响。

3. 试据右图分析温度梯度分别为G1、G2、G3三种情况下的合金晶体形貌。

4. 晶界偏析受哪些因素影响？如何影响？

5. 对二元合金系，能在热力学伪共晶区生成伪共晶的一般条件是什么？

四. 计算题（8分）

一个具有BCC晶体结构的圆柱体受到轴拉伸作用，作用力方向为]346[，其临界切应力MPac4.0，圆柱体的横截面积为25mm2。求（1）最先滑移的滑移系；（2）要使滑移系开始滑移所必需的最小拉力P。BCC的极射投影图如下：

五. 综合题（12分）

下图为典型的铁碳合金相图，请指出三条水平线属哪种转变类型，并写出反应式，指出①到⑥6种合金分别属哪种铁碳合金，画出合金③的冷却曲线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物的含量。(只分析Fe-Fe3C相图)

共 2 页 第 3页 参考答案

一.

选择题：（共15小题，每小题2分，共30分）。

题号

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15

答案 C D D B A B A A C B A B A C A

二. 填空题（共6小题，每空1分，共20分）

1. 置换固溶体 、 间隙固溶体 ， 连续型固溶体 、 有限型固溶体 。

2. SiO2 ， Al2O3 ， Na2O 。

3. 形核机理 、 生长方式 ， 3 。

4. 相同 ， 柏氏矢量 。 割阶 ， 扭折 。

5. 条件 、 规律 、 组织 。

6. 同相晶界 ， 异相晶界 ； 表面 。

三. 简答题：(共5小题，每题6分，共30分)

1. 有错误的A-B二元系平衡相图如下图所示。

（1）在改动量最少的前提下改正图中的错误。（2）说明错误的理由。

答：

（1）右边图为正确的相图。（2分）

（2）根据相律及相区接触法则，原图中有4个错误：

①ed两点应重合。因为对组元A，它相当于一元系，α与β两相平衡时（同素异构转变），自由度为0，温度不变；（1分）

②kln线应水平。既然有三个两相区及三个单相区与之相接，它就应该是一个三相平衡区，故为一条水平线；（1分）

③fghij线相接的应是三个，而不是四个单相区；（1分）

④水平线cb应是三相平衡线（包晶反应）。（1分）

2. 影响晶态固体扩散系数的因数有哪些？并说明如何影响。

答：（1）温度的影响。据阿螺尼乌斯方程，温度超高，扩散系数越大，扩散速率越快。（1.5分）

（2）晶体结构及固溶体类型的影响。（1.5分）

在致密度较小的晶体结构中扩散，激活能较小，扩散易于进行。间隙原子的扩散激活能比空位扩散要小得多。晶体的各向异性也影响扩散系数。

（3）第三组元的影响。比较复杂，有的促进扩散，有的阻碍扩散。（1.5分）

（4）晶体缺陷的影响。沿表面、晶界、位错迁移的扩散系数恒大于原子穿越点阵内部的体扩散系数。（1.5分）

3. 试据下图分析温度梯度分别为G1、G2、G3三种情况下的合金晶体形貌。

答：（1）G1为晶体平面状生长的临界状态；（2分）

（2）G2时界面前沿边界层内随x增大过冷度开始稍有增大，到最大值后又减小，这种过冷区可使界面突起部位略有发展，呈胞状，但又不能继续发展。（2分）

（3）G3时晶体界面前沿随x的增大可获得更大的过冷度，因此界面不仅不稳定，而且前凸的部位越长越快，可以自由地在过冷区内分枝长大，得到树枝状形貌。（2分）

4. 晶界偏析受哪些因素影响？如何影响？

答：据C=C0exp(△E/RT)晶界偏析受以下因素影响：

（1）晶内溶质浓度（C0），越大，晶界浓度（C）也就越大。（1.5分）

（2）温度：升高温度使C下降，但温度过低受扩散限制，达不到较高的平衡浓度值。（1.5分）

（3）畸变能（△E）和溶质原子的固溶度（Cm）。一定温度下，固溶度愈小，畸变能愈大，C将愈大。（1.5分）

（4）溶质元素引起的界面能变化。凡能降低表面能的元素，将会富集在晶体界面上，产生晶界吸附或偏聚。（1.5分）

5. 对二元合金系，能在热力学伪共晶区生成伪共晶的一般条件是什么？

答：对二元合金系，能在热力学伪共晶区生成伪共晶的一般条件是：

共 2 页 第 4页 （1）两组元熔点相近。（1.5分）

（2）两端际固溶体溶解度相差不多。（1.5分）

（3）共晶点E在共晶线中间附近。（1.5分）

（4）共晶体内两相长大速度也基本相近。（1.5分）

四. 计算题（8分）

解：（3分）（1）据极射投影确定方向三角形如下：

根据镜像规则在FCC晶体结构中最先滑移的滑移系为：

（5分）（2）

当滑移系开始滑移时

答：……

五. 综合题（12分）

解：

1. HJB:L+δ→γ，包晶转变；ECF:L→α+Fe3C，共晶转变；PSK: γ→α+ Fe3C，共析转变。（3分）

2. ①共析钢，②亚共析钢，③过共析钢，④共晶铸铁，⑤亚共晶铸铁，⑥过共晶铸铁（3分）

3. （2分）

4. （1）组织组成物(2分) .3%120.776.690.771.5ω3FeⅡC,87.7%%3.121ωP

(2)相组成物（2分）

.6%77100%0.0057-6.69.516.69ω

.4%22100%0.0057-6.69.005701.5ω3CFe

]111[]011[]001[)101](111[cP，occoscos122912263261]101][346[cos18371837361]111][346[cosoN72.2312218363254.0coscosAAocP