西工大材料學(xué)考研模擬題8套《材料科學(xué)基礎(chǔ)》.doc

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1、. 一、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分） 1．原子的結(jié)合鍵有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？ 2．面心立方晶體和體心立方晶體的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少？ 3．立方晶系中，若位錯(cuò)線方向?yàn)閇001]，，試說(shuō)明該位錯(cuò)屬于什么類(lèi)型。 4．請(qǐng)說(shuō)明間隙化合物與間隙固溶體的異同。 5．試從擴(kuò)散系數(shù)公式說(shuō)明影響擴(kuò)散的因素。 6．何為過(guò)冷度？它對(duì)形核率有什么影響？ 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分） 1．在面心立方晶體中，分別畫(huà)出(101)、[110]和、[，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？ 2．已知Al為面心立方晶體，原子半徑為rA。若在Al晶體

2、的八面體間隙中能溶入最大的小原子半徑為rB，請(qǐng)計(jì)算rB與rA的比值是多少。 3．A-B二元合金中具有共晶反應(yīng)如下：若共晶反應(yīng)剛結(jié)束時(shí)，α和β相的相對(duì)含量各占50%，試求該合金的成分。 4．已知銅的臨界分切應(yīng)力為1Mpa，問(wèn)要使面上產(chǎn)生[101]方向的滑移，應(yīng)在[001]方向上施加多大的力？ 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1．按下列條件繪出A-B二元相圖： （1）A組元（熔點(diǎn)600℃）與B組元（熔點(diǎn)500℃）在液態(tài)時(shí)無(wú)限互溶； （2）固態(tài)時(shí)，A在B中的最大固溶度為wA=0.30，室溫時(shí)為wA=0.10；而B(niǎo)在固態(tài)下不溶于A； （3）300℃時(shí)發(fā)生共晶反應(yīng)。 在A-B

3、二元相圖中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室溫下的相組成物及組織組成物，并計(jì)算各相組成物的相對(duì)含量。 2．請(qǐng)繪出下列Fe-C合金極緩慢冷卻到室溫后的金相組織示意圖，并標(biāo)注各組織。（腐蝕劑均為3%硝酸酒精） 　 一、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分） 1．原子的結(jié)合鍵有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？ 離子鍵：正負(fù)離子相互吸引；鍵合很強(qiáng)，無(wú)方向性；熔點(diǎn)、硬度高，固態(tài)不導(dǎo)電，導(dǎo)熱性差。 共價(jià)鍵：相鄰原子通過(guò)共用電子對(duì)結(jié)合；鍵合強(qiáng)，有方向性；熔點(diǎn)、硬度高，不導(dǎo)電，導(dǎo)熱性有好有差。 金屬鍵：金屬正離子于自由電子相互吸引；鍵合較強(qiáng)，無(wú)方向性；熔點(diǎn)、硬度有高有低，導(dǎo)熱導(dǎo)電性好。

4、分子鍵：分子或分子團(tuán)顯弱電性，相互吸引；鍵合很弱，無(wú)方向性；熔點(diǎn)、硬度低，不導(dǎo)電，導(dǎo)熱性差。 氫 鍵：類(lèi)似分子鍵，但氫原子起關(guān)鍵作用XH-Y；鍵合弱，有方向性；熔點(diǎn)、硬度低，不導(dǎo)電，導(dǎo)熱性好。 2．面心立方晶體和體心立方晶體的晶胞原子數(shù)、配位數(shù)和致密度各是多少？ 晶胞原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 面心立方 4 12 74% 體心立方 2 8 68% 3．立方晶系中，若位錯(cuò)線方向?yàn)閇001]，，試說(shuō)明該位錯(cuò)屬于什么類(lèi)型。 因位錯(cuò)線方向垂直于柏氏矢量，所以是刃位錯(cuò)。 4．請(qǐng)說(shuō)明間隙化合物與間隙固溶體的異同。 相同點(diǎn)：小原子溶入 不同點(diǎn)：若小原子溶入后，

5、大小原子數(shù)量成比例，在選取點(diǎn)陣時(shí)，大小原子點(diǎn)陣可以合并，這實(shí)際上改變了大原子的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，因此認(rèn)為形成新相，稱為間隙相（間隙化合物）。 若小原子溶入后，分布隨機(jī)，大小原子點(diǎn)陣不能合并，仍然保留大原子點(diǎn)陣，稱為間隙固溶體。 5．試從擴(kuò)散系數(shù)公式說(shuō)明影響擴(kuò)散的因素。 從公式表達(dá)形式可以看出擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散激活能Q和溫度T有關(guān)。擴(kuò)散激活能越低擴(kuò)散系數(shù)越大，因此激活能低的擴(kuò)散方式的擴(kuò)散系數(shù)較大，如晶界和位錯(cuò)處的擴(kuò)散系數(shù)較大。溫度越高，原子活性越大，擴(kuò)散系數(shù)越大。 6．何為過(guò)冷度？它對(duì)形核率有什么影響？ 過(guò)冷度：實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度的差值。 隨過(guò)冷度增大，形核率先增后減。

6、 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分） 1.在面心立方晶體中，分別畫(huà)出(101)、[110]和、[，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？ 對(duì)面心立方晶體，(101)非密排面，因此它不是滑移面；[110]是密排方向，因此是滑移方向。但這二者不能構(gòu)成滑移系。 和[是密排面和密排方向，因此可以構(gòu)成滑移系。 2.已知Al為面心立方晶體，原子半徑為rA。若在Al晶體的八面體間隙中能溶入最大的小原子半徑為rB，請(qǐng)計(jì)算rB與rA的比值是多少。 3.A-B二元合金中具有共晶反應(yīng)如下：若共晶反應(yīng)剛結(jié)束時(shí)，α和β相的相對(duì)含量各占50%，試求該合金的成分。

7、設(shè)合金成分為c％，由題知： 得：c%＝0.55% 4.已知銅的臨界切分應(yīng)力為1Mpa，問(wèn)要使面上產(chǎn)生[101]方向的滑移，應(yīng)在[001]方向上施加多大的力？ 對(duì)立方晶系，兩晶向[h1k1l1]和[h2k2l2]夾角公式為： 故滑移面的法線與拉力軸方向[001]的夾角為： 同理，滑移方向[101]與拉力軸方向[001]的夾角為： 由分切應(yīng)力公式得： 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1．按下列條件繪出A-B二元相圖： 1)A組元（熔點(diǎn)600℃）與B組元（熔點(diǎn)500℃）在液態(tài)時(shí)無(wú)限互溶； 2)固態(tài)時(shí)，A在B中的最大固溶度為wA=0.30，室溫時(shí)

8、為wA=0.10；而B(niǎo)在固態(tài)下不溶于A； 3)300℃時(shí)發(fā)生共晶反應(yīng)。 在A-B二元相圖中，分析wB=0.6的合金平衡凝固后，在室溫下的相組成物及組織組成物，并計(jì)算各相組成物的相對(duì)含量。 相組成：A＋β 組織組成：A＋β＋AII 2．請(qǐng)繪出下列Fe-C合金極緩慢冷卻到室溫后的金相組織示意圖，并標(biāo)注各組織。（腐蝕劑均為3%硝酸酒精） 工業(yè)純鐵： F 20鋼： F+P 45鋼： F+P T8鋼： P T12鋼： P+Fe3C網(wǎng)狀 亞共晶白口鑄鐵：P+Ld’ 一、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分） 1．工程材料分為哪幾類(lèi)？它們的結(jié)合鍵如何？ 2．根據(jù)

9、凝固理論，請(qǐng)分析細(xì)化鑄錠晶粒的途徑及原理 3．固溶體非平衡凝固時(shí)，形成微觀偏析和宏觀偏析的原因有何區(qū)別？ 4．請(qǐng)為置換固溶體、間隙固溶體、間隙化合物、正常價(jià)化合物、電子化合物和間隙化合物各舉一具體例子。 5．為什么細(xì)晶強(qiáng)化可以同時(shí)提高合金強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性？ 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分） 1．鈦的晶胞（密排六方）體積在20℃時(shí)為0.106nm3，其c/a＝1.59，求： （1）c、a的值； （2）鈦原子半徑。 2．已知鉬為體心立方結(jié)構(gòu)，請(qǐng)回答： （1）畫(huà)出其晶胞示意圖； （2）在圖中畫(huà)出一個(gè)可能的滑移系，并標(biāo)明滑移面和滑移方向的指數(shù)。 3．一碳鋼在平衡冷

10、卻條件下，室溫組織為珠光體＋二次滲碳體，其中珠光體含量為90%。請(qǐng)確定該碳鋼的含碳量，并畫(huà)出組織示意圖。 4．假設(shè)某面心立方晶體可以開(kāi)動(dòng)的滑移系為，請(qǐng)回答： （1）給出滑移位錯(cuò)的單位位錯(cuò)柏氏矢量； （2）若滑移位錯(cuò)為純?nèi)形诲e(cuò)，請(qǐng)指出其位錯(cuò)線方向；若滑移位錯(cuò)為純螺位錯(cuò)，其位錯(cuò)線方向又如何？ 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1．根據(jù)下列已知條件繪出A-B二元共晶相圖： i.tA> tB（tA、tB為A、B的熔點(diǎn)）； ii.共晶反應(yīng)為； iii.B在A中的固溶度隨溫度的下降而減小，室溫時(shí)為wB＝0.03；A在B中的固溶度不隨溫度變化， 并請(qǐng)回答： （1）分析wB=0

11、.85的合金平衡結(jié)晶過(guò)程； （2）計(jì)算該合金室溫下的相組成物及組織組成物。（忽略二次相） 8.一楔型純銅鑄錠，經(jīng)間距恒定的軋輥軋制（如圖）； （1）請(qǐng)畫(huà)出軋制后，錠子的晶粒示意圖。 （2）畫(huà)出將該錠子進(jìn)行再結(jié)晶退火后，晶粒示意圖。并分析原因。 　 一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1．何為空間點(diǎn)陣？它與晶體結(jié)構(gòu)有何異、同？ 2．請(qǐng)簡(jiǎn)述晶界有哪些特征？ 3．何為固溶強(qiáng)化？置換固溶體與間隙固溶體相比,哪個(gè)的固溶強(qiáng)化效果強(qiáng)？請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶度的因素。 4．請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。 5．什么是反應(yīng)擴(kuò)散？請(qǐng)簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。 6．簡(jiǎn)述在什么情況下會(huì)

12、發(fā)生單滑移、多滑移和交滑移，它們的滑移線形貌特征是什么。 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分） 1．請(qǐng)計(jì)算簡(jiǎn)單立方和體心立方晶體的（100）、（110）和（111）晶面的面間距（假設(shè)兩種點(diǎn)陣的點(diǎn)陣常數(shù)都是a）。 2．在面心立方晶體中，分別畫(huà)出、和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向?yàn)?001>，請(qǐng)問(wèn)哪些滑移系可以開(kāi)動(dòng)？ 3．請(qǐng)判定下列反應(yīng)能否進(jìn)行，若能夠進(jìn)行，則在簡(jiǎn)單立方晶胞繪出參加反應(yīng)位錯(cuò)的柏氏矢量。 1) 2) 4．已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖，見(jiàn)附圖， 1)請(qǐng)畫(huà)出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成； 2)請(qǐng)畫(huà)出X合金平衡冷

13、卻時(shí)的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應(yīng)。 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1．已知Mg-Ni合金系中一個(gè)共晶反應(yīng)： L23.5%Nia純Mg+Mg2Ni54.6%Ni 設(shè)有C1和C2兩種合金，C1為亞共晶，C2為過(guò)共晶。這兩種合金的初生相質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，但室溫時(shí)C1中a(即Mg)的總量是C2中a總量的2.5倍，請(qǐng)確定C1和C2的成分。 2.某工廠對(duì)一大型零件進(jìn)行淬火處理，經(jīng)過(guò)1100℃加熱后，用冷拉鋼絲繩吊掛，由起重吊車(chē)送往淬火水槽，行至途中鋼絲突然發(fā)生斷裂。該鋼絲是新的，且沒(méi)有瑕疵，是分析該鋼絲繩斷裂的原因。 　綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題（每題6分，共

14、30分） 1.請(qǐng)簡(jiǎn)述刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)的主要特征。 2.相互垂直的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)后發(fā)生交割，原位錯(cuò)可能會(huì)發(fā)生什么變化？在后續(xù)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)中可能會(huì)有什么影響？ 3.什么是離異共晶？如何發(fā)生的？ 4.簡(jiǎn)述平衡結(jié)晶與非平衡結(jié)晶的不同之處。 5.形成無(wú)限固溶體的條件是什么？簡(jiǎn)述原因。 6.在固態(tài)下晶體的線缺陷對(duì)溶質(zhì)原子的擴(kuò)散有何影響？ 二、作圖計(jì)算題（共40分） 1.在A滑移面上有一環(huán)形位錯(cuò)，所受切應(yīng)力如圖所示，試分析在平面位錯(cuò)環(huán)上各段屬于哪種類(lèi)型的位錯(cuò)？作圖表示位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向？（俯視觀看）（8分） Ａ b 2.根據(jù)Fe-Fe3C相圖畫(huà)出含碳0.65％的鐵碳合金的冷卻曲線。指出平

15、衡冷卻室溫下相組成物、組織組成物是什么？并計(jì)算其相對(duì)含量。（12分） 3、下圖為Cu-Zn相圖，圖中有多少三相平衡，寫(xiě)出它們的反應(yīng)式。（8分） 4、已知單晶銅的｛111｝滑移系的臨界分切應(yīng)力τk為1MPa，請(qǐng)問(wèn)： ①要使面上產(chǎn)生方向的滑移，則在方向上應(yīng)施加多大的應(yīng)力？ ②假設(shè)在單晶銅中只開(kāi)動(dòng)滑移系，那么隨著滑移的進(jìn)行，拉伸試樣中面會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？它對(duì)隨后的進(jìn)一步變形有何影響？（12分） 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1.為了細(xì)化純鋁板晶粒，采用冷變性的方法將其變形3％～5％，之后采用620℃退火1ｈ，組織反而粗化，增大冷變形至80％以上，再于620℃退火1ｈ，組織仍然

16、粗大。分析其原因，指出上述工藝不合理之處并擬定一種合理的晶粒細(xì)化工藝。（Ｔ再＝0.4Ｔ溶純鋁熔點(diǎn)為660℃） 2.簡(jiǎn)述60#鋼（含碳0.6%）平衡結(jié)晶（假設(shè)為均勻形核）需要滿足的條件。 綜合模擬測(cè)試參考答案 一簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分） 1.請(qǐng)簡(jiǎn)述刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)的主要特征 答：刃型位錯(cuò)： 晶體中有一個(gè)額外原子面，形如刀刃插入晶體 刃型位錯(cuò)周?chē)狞c(diǎn)陣發(fā)生了彈性畸變 位錯(cuò)線可以是折線或曲線,但位錯(cuò)線必與滑移（矢量）方向垂直 只有一個(gè)確定的滑移面 位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向平行（一致） 位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直 螺型位錯(cuò)： 上下兩層原子發(fā)生錯(cuò)排，錯(cuò)排區(qū)原子依次

17、連接呈螺旋狀 位錯(cuò)線周?chē)c(diǎn)陣產(chǎn)生了彈性畸變； 螺型位錯(cuò)與晶體滑移方向平行，故位錯(cuò)線一定是直線 螺型位錯(cuò)的滑移面是不確定的，凡是包含螺型位錯(cuò)的平面均可作為它的滑移面； 位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向相互垂直。 位錯(cuò)線與柏氏矢量平行 2.相互垂直的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)后發(fā)生交割，原位錯(cuò)可能會(huì)發(fā)生什么變化？在后續(xù)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)中可能會(huì)有什么影響？ 答：交割后在原位錯(cuò)線上留下對(duì)方柏氏矢量大小、方向的扭轉(zhuǎn)或割接，但是該位錯(cuò)線仍是原柏氏矢量。所有的割階都是刃型位錯(cuò)，而扭折可以是刃位錯(cuò)也可以是螺位錯(cuò)在后續(xù)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)中，由于：扭折與原位錯(cuò)同一滑移面，可隨主位錯(cuò)線一起運(yùn)動(dòng)，幾乎不產(chǎn)生阻力，并在線力的作用下易消失

18、割階與原位錯(cuò)線不在同一滑移面，故除非割階產(chǎn)生攀移，否則割階就不能跟隨主滑移線一起運(yùn)動(dòng)，成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，稱為割階硬化 3.什么是離異共晶？如何發(fā)生的？ 答：在共晶水平線的兩個(gè)端部附近，由于共晶量少，領(lǐng)先相相依附在初生相上，另一相獨(dú)立存在于晶界，在組織學(xué)上失去共晶體特點(diǎn)，稱為離異共晶。有時(shí)，也將端部以外附近的合金，在非平衡凝固時(shí)得到的少量共晶，稱為離異共晶。 4.簡(jiǎn)述平衡結(jié)晶與非平衡結(jié)晶的不同之處。 答：平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度非常緩慢，液相和固相中擴(kuò)散均很充分的情況下的結(jié)晶。非平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度比較快，擴(kuò)散不充分的情況下的結(jié)晶。 5.形成無(wú)限固溶體的條件是什么？簡(jiǎn)述原因。

19、 答：形成固溶體時(shí)，溶質(zhì)原子的溶入會(huì)使溶劑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，使體系自由能升高。間隙固溶體中溶質(zhì)原子溶入溶劑間隙中引起的點(diǎn)陣畸變較大，故不能形成無(wú)限互溶；置換固溶體中溶質(zhì)原子取代了溶劑原子的位置，晶格畸變較小。當(dāng)溶質(zhì)、溶劑尺寸相差越小，晶格畸變?cè)叫?，能量越低，溶解度越大；兩組元具有相同的晶體結(jié)構(gòu)可形成無(wú)限互溶。 6.在固態(tài)下晶體的線缺陷對(duì)溶質(zhì)原子的擴(kuò)散有何影響？ 答：①Ｑ↓——Ｄ↑——管道機(jī)制　　　　?、冢选摹葳鍣C(jī)制 二作圖計(jì)算題（共30分） 1、根據(jù)Fe-Fe3C相圖畫(huà)出含碳0.65％的鐵碳合金的冷卻曲線。指出平衡冷卻，室溫下相組成物、組織組成物是什么？并計(jì)算其相

20、對(duì)含量。（12分） 參考答案： 相組成：a+ Fe3C 組織組成：F + P + Fe3CIII（少量、忽略） 室溫下，相的相對(duì)含量： 　 室溫下，組織相對(duì)含量： 忽略 2、在A滑移面上有一環(huán)形位錯(cuò)，所受切應(yīng)力如圖所示，試分析在平面位錯(cuò)環(huán)上各段屬于哪種類(lèi)型的位錯(cuò)？作圖表示位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向？（俯視觀看）（8分） 答： 3、下圖為Cu-Zn相圖，圖中有多少三相平衡，寫(xiě)出它們的反應(yīng)式。（8分） 答： ⑴包晶反應(yīng)　α+ L→β;　　 ⑵包晶反應(yīng)　β+ L→γ;　　 ⑶包晶反應(yīng)　γ+ L→δ;　　 ⑷包晶反應(yīng)　δ+ L→ε;　　 ⑸包晶反應(yīng)　

21、ε+ L→η;　　 ⑹共析反應(yīng)　δ→r +ε;　　 4、已知單晶銅的｛111｝滑移系的臨界分切應(yīng)力τk為1MPa，請(qǐng)問(wèn)： ①要使面上產(chǎn)生方向的滑移，則在方向上應(yīng)施加多大的應(yīng)力？ ②假設(shè)在單晶銅中只開(kāi)動(dòng)滑移系，那么隨著滑移的進(jìn)行，拉伸試樣中面會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？它對(duì)隨后的進(jìn)一步變形有何影響？（10分） 答： （1） 滑移面的法線方向和拉力軸的夾角 與拉力軸的夾角 需要施加的力 （2）（111）面會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。晶面轉(zhuǎn)動(dòng)使晶體位相發(fā)生改變，使滑移面和滑移方向逐漸趨于平行拉伸軸線方向，從而使后續(xù)塑性變形所需外力進(jìn)一步增大。 三綜合題（每題15分，共30分） 1

22、、為了細(xì)化純鋁板晶粒，采用冷變性的方法將其變形3％～5％，之后采用620℃退火1ｈ，組織反而粗化，增大冷變形至80％以上，再于620℃退火1ｈ，組織仍然粗大。分析其原因，指出上述工藝不合理之處并擬定一種合理的晶粒細(xì)化工藝。（Ｔ再＝0.4Ｔ溶純鋁熔點(diǎn)為660℃） 答：前一種為臨界變形度下變形，高溫退火再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力小，形核少，晶粒粗大；后種工藝，在大變形下，根據(jù)Ｔ再＝0.4Ｔ溶計(jì)算，T再≈100℃，故再結(jié)晶溫度不得大于200℃為宜，由于采用了620℃高溫退火，晶粒異常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶），造成晶粒粗大。正確工藝：＞70%以上冷變形，之后150℃退火1h 2、簡(jiǎn)述60#鋼（含碳0.6%）平

23、衡結(jié)晶（假設(shè)為均勻形核）需要滿足的條件 答： 綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分） 1.請(qǐng)簡(jiǎn)述工程材料的分類(lèi)。 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述滑移和孿生變形的特點(diǎn)？ 3.若將一位錯(cuò)線的正方向定義為原來(lái)的反向，此位錯(cuò)的柏氏矢量是否改變？位錯(cuò)的類(lèi)型是否改變？ 4.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶后的組織有何差別？力學(xué)性能有何差別？ 5.請(qǐng)簡(jiǎn)述金屬間化合物的一般特性。 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分） 1.設(shè)有一條徑為30mm的厚壁管道，被壁厚0.1mm的鐵膜隔開(kāi)。由管子一端通入氮?dú)猓３骤F膜一側(cè)活性氮原子濃度為1200 mol/m3，另一側(cè)為100 mol/m3。如果在7

24、00℃下測(cè)得通過(guò)管道的氮?dú)饬髁繛?.810-4mol/s，求此時(shí)氮原子在鐵中的擴(kuò)散系數(shù)。 2.請(qǐng)?jiān)诹⒎骄О欣L出和兩晶面，并計(jì)算其夾角。 共析鋼 過(guò)共晶白口鑄鐵 Al-5.0wt%Cu Al-13%Si 3.請(qǐng)分別繪出室溫下，共析鋼、過(guò)共晶白口鑄鐵平衡組織；Al-5.0wt%Cu合金平衡組織；Al-13%Si合金平衡組織。 4.已知簡(jiǎn)單三元共晶的投影圖，且A-B共晶溫度最高，B-C共晶溫度稍低，A-C共晶溫度最低。請(qǐng)繪出介于B-C和A-C共晶溫度之間的等溫截面，以及AE垂直截面圖，并標(biāo)注各區(qū)域的相組成。 e A B C E

25、三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1.請(qǐng)以層片狀共晶組織為例，論述二元共晶時(shí)如何滿足成分條件。 2.根據(jù)Al-Zr二元相圖回答： 1)寫(xiě)出1490℃、1250℃、975℃、940℃的相變反應(yīng)，并判斷反應(yīng)類(lèi)型。 2)畫(huà)出x＝50.0％合金平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)。 3)計(jì)算x＝30.0％合金平衡結(jié)晶到室溫下的相組成。 綜合模擬測(cè)試參考答案 一、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分） 1.請(qǐng)簡(jiǎn)述工程材料的分類(lèi)。 答：金屬材料，瓷材料，高分子材料，復(fù)合材料。 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述滑移和孿生變形的特點(diǎn)？ 答： 滑移變形特點(diǎn)： 1）平移滑動(dòng)：相對(duì)滑動(dòng)的兩部分位向

26、關(guān)系不變 2）滑移線與應(yīng)力軸呈一定角度 3）滑移不均勻性：滑移集中在某些晶面上 4）滑移線先于滑移帶出現(xiàn)：由滑移線構(gòu)成滑移帶 5）特定晶面，特定晶向 孿生變形特點(diǎn)： 1)部分晶體發(fā)生均勻切變 2)變形與未變形部分呈鏡面對(duì)稱關(guān)系，晶體位向發(fā)生變化 3)臨界切分應(yīng)力大 4)孿生對(duì)塑變貢獻(xiàn)小于滑移 5)產(chǎn)生表面浮凸 3.若將一位錯(cuò)線的正方向定義為原來(lái)的反向，此位錯(cuò)的柏氏矢量是否改變？位錯(cuò)的類(lèi)型是否改變？ 答：柏氏矢量反向。位錯(cuò)類(lèi)型不變，符號(hào)改變。 4.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶后的組織有何差別？力學(xué)性能有何差別？ 答：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后獲得中心有畸變的等軸晶，晶粒部有被纏結(jié)

27、位錯(cuò)分割的亞晶。靜態(tài)再結(jié)晶后獲得低位錯(cuò)密度的等軸晶。一般，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后的強(qiáng)度、硬度比靜態(tài)再結(jié)晶的高。 5.請(qǐng)簡(jiǎn)述金屬間化合物的一般特性。 答：金屬間化合物種類(lèi)繁多，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，一般具有極高的硬度，較高的熔點(diǎn)，塑形差。往往具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)。 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分） 1.設(shè)有一條徑為30mm的厚壁管道，被壁厚0.1mm的鐵膜隔開(kāi)。由管子一端通入氮?dú)猓３骤F膜一側(cè)活性氮原子濃度為1200 mol/m3，另一側(cè)為100 mol/m3。如果在700℃下測(cè)得通過(guò)管道的氮?dú)饬髁繛?.810-4mol/s，求此時(shí)氮原子在鐵中的擴(kuò)散系數(shù)。 答：滿足擴(kuò)散第一定律應(yīng)用條件，得：

28、 活性氮原子通量為： 鐵膜中活性氮原子濃度梯度為： 由擴(kuò)散第一定律： 2.請(qǐng)?jiān)诹⒎骄О欣L出和兩晶面，并計(jì)算其夾角。 答： α=19.1 3.請(qǐng)分別繪出室溫下，共析鋼、過(guò)共晶白口鑄鐵平衡組織；Al-5.0wt%Cu合金平衡組織；Al-13%Si合金平衡組織。 答：略 4.已知簡(jiǎn)單三元共晶的投影圖，且A-B共晶溫度最高，B-C共晶溫度稍低，A-C共晶溫度最低。請(qǐng)繪出介于B-C和A-C共晶溫度之間的等溫截面，以及AE垂直截面圖，并標(biāo)注各區(qū)域的相組成。 e A B C E 答： A B C L L+A+B L+A

29、 L+B L+B+C L+C E A L L+A L+C L+B+C A+B+C L+A+C 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1.請(qǐng)以層片狀共晶組織為例，論述二元共晶時(shí)如何滿足成分條件。 答：首先通過(guò)成分起伏獲得某一組元的富集并形成共晶中的某一相（領(lǐng)先相），此時(shí)會(huì)在其周?chē)纬闪硪唤M元的富集，比較容易滿足另一相的形成條件，從而形成共晶中的另一相。如此反復(fù)，滿足成分條件，交替形核，而形成共晶。 形核后，兩相與液相的界面處均會(huì)形成溶質(zhì)原子的富集，溶質(zhì)原子通過(guò)橫向擴(kuò)散，滿足兩相生長(zhǎng)所需的成分條件，實(shí)現(xiàn)液固界面的推進(jìn)

30、。 2.根據(jù)Al-Zr二元相圖回答： 1)寫(xiě)出1490℃、1250℃、975℃、940℃的相變反應(yīng)，并判斷反應(yīng)類(lèi)型。 2)畫(huà)出x＝50.0％合金平衡結(jié)晶的冷卻曲線，并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)。 3)計(jì)算x＝30.0％合金平衡結(jié)晶到室溫下的相組成。 答： 1)1490℃：L → Al3Zr + Al2Zr共晶反應(yīng) 1250℃：Al3Zr4+ Al3Zr2→ AlZr包析反應(yīng) 975℃：β-Zr + AlZr2→ AlZr3包析反應(yīng) 940℃：β-Zr + AlZr3→ α-Zr包析反應(yīng) 2) L L→Al3Zr2 Al3Zr2+ Al3Zr4 Al3Zr4

31、+ Al3Zr2→ AlZr AlZr L → Al3Zr2+ Al3Zr4 3)x＝30.0％合金室溫下相組成為： AlZr3＋AlZr2 AlZr3中含Al＝25％，AlZr2中含Al＝33.3％ 綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1.什么是柏氏矢量？它有哪些特征？ 2.固溶體的固溶度受哪些因素的影響？ 3.請(qǐng)總結(jié)并簡(jiǎn)要回答二元合金平衡結(jié)晶過(guò)程中，單相區(qū)、雙相區(qū)和三相區(qū)各相成分的變化規(guī)律。 4.什么是上坡擴(kuò)散？哪些情況下會(huì)發(fā)生上坡擴(kuò)散？ 5.何謂固溶強(qiáng)化？請(qǐng)簡(jiǎn)述其機(jī)制。 6.室溫下對(duì)某種金屬材料進(jìn)行塑性變形，可能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶

32、嗎？為什么？ 二、作圖計(jì)算題（每題8分，共40分） 1.請(qǐng)比較FCC晶體中和兩位錯(cuò)的畸變能哪個(gè)大。 2.面心立方晶體沿[001]方向拉伸，可能有幾個(gè)滑移系開(kāi)動(dòng)？請(qǐng)寫(xiě)出各滑移系指數(shù)，并分別繪圖示之。 3.假設(shè)某合金平衡結(jié)晶時(shí)形成的臨界晶核為邊長(zhǎng)為a的立方體。已知該合金體系的液固界面能為σ，單位體積自由能差為ΔGB。請(qǐng)推導(dǎo)均勻形核時(shí)臨界晶核邊長(zhǎng)a*和臨界形核功ΔG*的表達(dá)式。 4.500℃時(shí)，Al在Cu中的擴(kuò)散系數(shù)為2.610-17m2/s；1000℃時(shí)則為1.610-12m2/s。請(qǐng)計(jì)算該擴(kuò)散偶的D0和擴(kuò)散激活能Q。（R=8.314J/molK） 5.請(qǐng)根據(jù)附圖繪出簡(jiǎn)單三元共晶相

33、圖中AF所代表的垂直截面，并標(biāo)明各個(gè)相區(qū)的相組成；繪出合金X的冷卻曲線，并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)或相組成 e A B C X F 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1.請(qǐng)分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大、二次再結(jié)晶的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力和動(dòng)力學(xué)特征。 2.Al-Cu相圖的局部如附圖所示，請(qǐng)分析并回答： 1）5.6%Cu合金和5.8%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時(shí)，室溫下的組織特征。 2）已知Al為FCC結(jié)構(gòu)，請(qǐng)問(wèn)圖中的a相是什么晶體結(jié)構(gòu)？為什么？ 3）請(qǐng)計(jì)算亞共晶合金在共晶反應(yīng)前一刻的平衡分配系數(shù)。 4）設(shè)X合金平衡結(jié)晶完成時(shí)的組織為a

34、初+(a+θ)共，其中a初占80%。請(qǐng)問(wèn)，該合金剛剛凝固完畢時(shí)θ相的含量有多少。 綜合模擬測(cè)試參考答案 一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1.什么是柏氏矢量？它有哪些特征？ 答：柏氏矢量是描述晶體中位錯(cuò)性質(zhì)及其引起畸變方向、程度的一種數(shù)學(xué)方法。它具有唯一性、同一性和可加性。 2.固溶體的固溶度受哪些因素的影響？ 答：原子尺寸、晶體結(jié)構(gòu)、電負(fù)性、電子濃度。 3.請(qǐng)總結(jié)并簡(jiǎn)要回答二元合金平衡結(jié)晶過(guò)程中，單相區(qū)、雙相區(qū)和三相區(qū)各相成分的變化規(guī)律。 答：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：相成分為合金平均成分，不隨溫度變化； 雙相區(qū)：兩相成分分別位于該相區(qū)的邊界，并隨溫度沿相區(qū)邊界變化； 三相區(qū)：

35、三相具有確定成分，且不隨結(jié)晶過(guò)程變化。 4.什么是上坡擴(kuò)散？哪些情況下會(huì)發(fā)生上坡擴(kuò)散？ 答：由低濃度處向高濃度處擴(kuò)散的現(xiàn)象稱為上坡擴(kuò)散。應(yīng)力場(chǎng)作用、電場(chǎng)磁場(chǎng)作用、晶界吸附作用和調(diào)幅分解反應(yīng)等情況下可能發(fā)生上坡擴(kuò)散。 5.何為固溶強(qiáng)化？請(qǐng)簡(jiǎn)述其強(qiáng)化機(jī)制。 答：固溶強(qiáng)化就是溶質(zhì)原子通過(guò)某種方式阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而使合金強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。其主要機(jī)制包括：（1）柯氏氣團(tuán)，即溶質(zhì)原子與基體原子尺寸不同，產(chǎn)生的彈性應(yīng)力場(chǎng)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙；（2）玲木氣團(tuán)，即溶質(zhì)原子降低了基體的層錯(cuò)能，使位錯(cuò)分解稱為擴(kuò)展位錯(cuò)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；（3）電交互作用，即溶質(zhì)原子為帶電粒子，與位錯(cuò)形成靜電作用力，阻礙位錯(cuò)運(yùn)

36、動(dòng)。 6.室溫下對(duì)某種金屬材料進(jìn)行塑性變形，能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶嗎？為什么？ 答：可能。若再結(jié)晶溫度低于室溫，則室溫下的變形屬于熱變形，就可能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。 二、作圖計(jì)算題（每題8分，共40分） 1.請(qǐng)比較FCC晶體中和兩位錯(cuò)的畸變能哪個(gè)較大。 答： 故：b1能量較低。 2.面心立方晶體沿[001]方向拉伸，可能有幾個(gè)滑移系開(kāi)動(dòng)？請(qǐng)寫(xiě)出各滑移系指數(shù)，并分別繪圖示之。 答：可能開(kāi)動(dòng)的有8個(gè)。分別是： 、、 、、 3.假設(shè)某合金平衡結(jié)晶時(shí)形成的臨界晶核為邊長(zhǎng)為a的立方體。已知該合金體系液固界面能為σ，單位體積自由能差為ΔGB。請(qǐng)推導(dǎo)均勻形核時(shí)臨界

37、晶核邊長(zhǎng)a*和臨界形核功ΔG*的表達(dá)式。 答：ΔG = a3ΔGB+6a2σ 4.500℃時(shí)，Al在Cu中的擴(kuò)散系數(shù)為2.610-17m2/s；1000℃時(shí)則為1.610-12m2/s。計(jì)算該擴(kuò)散偶的D0和擴(kuò)散激活能Q。（R=8.314J/molK） 答： Q=180435.396 J/mol =310-19J/atom D0=4.05610-5m2/s 5.請(qǐng)根據(jù)附圖作出簡(jiǎn)單三元共晶相圖中AF所代表的垂直截面，并標(biāo)明各個(gè)相區(qū)的相組成；繪出合金X的冷卻曲線，并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)或相組成 e A B C X F

38、L L→B L→A+B L→A+B+C A+B+C L L+C L+A+C L+B+C A+B+C A F L+A 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1.請(qǐng)分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大、二次再結(jié)晶的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力和動(dòng)力學(xué)特征。 答： 熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力 動(dòng)力學(xué)特征 回復(fù) 存儲(chǔ)能（點(diǎn)陣畸變能） 馳豫過(guò)程 再結(jié)晶 存儲(chǔ)能（點(diǎn)陣畸變能） 形核長(zhǎng)大 正常長(zhǎng)大 總界面能 長(zhǎng)大 二次再結(jié)晶 總界面能＋總表面能 長(zhǎng)大 2.Al-Cu相圖的局部如附圖所示，請(qǐng)分析并回答： 1）分析5.6

39、%Cu合金和5.8%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時(shí)，室溫下的組織特征。 2）已知Al為FCC結(jié)構(gòu)，請(qǐng)問(wèn)圖中的a相是什么晶體結(jié)構(gòu)？為什么？ 3）請(qǐng)計(jì)算亞共晶合金在共晶反應(yīng)前一刻的平衡分配系數(shù)。 4）設(shè)X合金平衡結(jié)晶完成時(shí)的組織為a初+(a+θ)共，其中a初占80%。請(qǐng)問(wèn)，該合金剛剛凝固完畢時(shí)θ相的含量有多少。 答： 1）5.6%Cu合金平衡結(jié)晶至室溫組織為a初+θII，快速冷卻至室溫將還出現(xiàn)少量非平衡共晶組織； 5.8%Cu合金平衡結(jié)晶組織為a初+(a+θ)共+θII，快冷組織會(huì)出現(xiàn)離異共晶。 2）a相仍然是FCC結(jié)構(gòu)。a相為固溶體，保持Al的晶體結(jié)構(gòu)。 3

40、） 4） X=11.2%Cu 綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1.工程材料包括哪幾類(lèi)，各有何特點(diǎn)？ 2.固體中常見(jiàn)的有哪些相結(jié)構(gòu)？ 3.何謂平衡結(jié)晶？何謂非平衡結(jié)晶？ 4.擴(kuò)散第一定律和第二定律的應(yīng)用條件是什么？ 5.何謂臨界變形度？ 6.請(qǐng)簡(jiǎn)述共晶反應(yīng)的主要特征。 二、作圖計(jì)算題（每題8分，共40分） 1.請(qǐng)計(jì)算fcc晶體的致密度。 2.現(xiàn)有Zn在Cu中的稀固溶體，已知Zn的擴(kuò)散系數(shù)在727℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為3.6710-11cm2/s，在327℃時(shí)為8.3210-18cm2/s，請(qǐng)確定Zn在Cu中的擴(kuò)散激活能。（R=8.314

41、J/molK） 3.一個(gè)fcc晶體在方向在2MPa正應(yīng)力下屈服，已測(cè)得開(kāi)動(dòng)的滑移系是，請(qǐng)確定使該滑移系開(kāi)動(dòng)的分切應(yīng)力τ。 4.請(qǐng)繪出Cu含量為4％的Al-Cu合金，經(jīng)過(guò)80%和20％冷變形后的金相組織。 5.請(qǐng)分別在晶胞中繪出（110）、（111）晶面，[111]、[001]晶向。 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1.若需要對(duì)純鋁試樣進(jìn)行強(qiáng)化，可以采用什么強(qiáng)化手段？通過(guò)何種手段實(shí)現(xiàn)？ 2.試分析金屬結(jié)晶（均勻形核）的熱力學(xué)條件、結(jié)構(gòu)條件及能量條件。 綜合模擬測(cè)試參考答案 一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1.固溶體晶粒存在偏

42、析，主軸與枝間成分不同，整個(gè)晶粒還是不是一個(gè)相？ 答：仍然是一個(gè)相，因?yàn)楣倘荏w可以有相應(yīng)的成分變化圍。 2.固體中常見(jiàn)的有哪些相結(jié)構(gòu)？ 答：固溶體中常見(jiàn)的相結(jié)構(gòu)有固溶體，化合物，非晶相，分子相。 3.何謂平衡結(jié)晶？何謂非平衡結(jié)晶？ 答：平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度非常緩慢，液相和固相中擴(kuò)散均很充分的情況下的結(jié)晶。非平衡結(jié)晶是指結(jié)晶速度比較快，擴(kuò)散不充分的情況下的結(jié)晶。 4.擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是什么？對(duì)于濃度梯度隨時(shí)間變化的情況，能否應(yīng)用擴(kuò)散第一定律？ 答：擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，即與時(shí)間無(wú)關(guān)的擴(kuò)散。對(duì)于非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的情況也可以應(yīng)用擴(kuò)散第一定律，但必須對(duì)其進(jìn)行修正。

43、 5.按熱力學(xué)分，固態(tài)相變有哪幾類(lèi)？分類(lèi)依據(jù)是什么？鐵碳合金中，F(xiàn)e3CII的形成屬于其中的哪一類(lèi)？ 答：按熱力學(xué)分固態(tài)相變分為一級(jí)相變、二級(jí)相變和高級(jí)相變。Fe3CII的形成屬于一級(jí)相變。 6.復(fù)合材料按增強(qiáng)體形態(tài)可以分為哪幾類(lèi)？ 答：可以分為連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。 二、作圖計(jì)算題（每題8分，共40分） 1.已知H原子半徑r為0.0406nm，純鋁是fcc晶體，其原子半徑R為0.143nm，請(qǐng)問(wèn)H原子溶入Al時(shí)處于何種間隙位置？ 答：fcc晶體的八面體間隙，四面體間隙。 根據(jù)題意知，因此H原子應(yīng)處于八面體間隙。 2.現(xiàn)有

44、Zn在Cu中的稀固溶體，已知Zn的擴(kuò)散系數(shù)在727℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)為3.6710-11cm2/s，在327℃時(shí)為8.3210-18cm2/s，請(qǐng)確定Zn在Cu中的擴(kuò)散激活能。（R=8.314J/molK） 答：； 3.一個(gè)fcc晶體在方向在2MPa正應(yīng)力下屈服，已測(cè)得開(kāi)動(dòng)的滑移系是，請(qǐng)確定使該滑移系開(kāi)動(dòng)的分切應(yīng)力τ。 答： 4.對(duì)于Cu含量0.04的Al-Cu合金，經(jīng)過(guò)80%冷變形后，分別在700K，350K保溫1小時(shí)，請(qǐng)畫(huà)出緩慢冷卻到室溫后的金相組織，并分析兩組織出現(xiàn)差異的原因。 答：700K退火1小時(shí)后發(fā)生形成單一α相，冷卻是脫溶出θ相。250K則僅發(fā)生

45、回復(fù)，金相組織保持冷變形的組織形態(tài)。繪圖略 5.請(qǐng)根據(jù)附圖作出簡(jiǎn)單三元共晶相圖的垂直截面，并標(biāo)明各個(gè)相區(qū)的相組成；繪出合金X的冷卻曲線，并標(biāo)明各階段的相變反應(yīng)或相組成 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1.若需要對(duì)純鋁試樣進(jìn)行強(qiáng)化，可以采用什么強(qiáng)化手段？通過(guò)何種手段實(shí)現(xiàn)？ 答：細(xì)晶強(qiáng)化，可以通過(guò)快速結(jié)晶或變形再結(jié)晶實(shí)現(xiàn)； 加工硬化，經(jīng)適當(dāng)?shù)睦渌苄宰冃魏罂梢蕴岣邚?qiáng)度。 2.圖示Cu-Cd二元相圖全圖及其400℃～600℃圍的局部放大： 1）請(qǐng)根據(jù)相圖寫(xiě)出549℃、547℃、544℃、397℃和314℃五條水平線的三相平衡反應(yīng)類(lèi)型及其反應(yīng)式； 2）已知

46、β相成分為wcd=46.5％，400℃時(shí)γ相的成分為wcd=57％，請(qǐng)計(jì)算400℃時(shí)wCd＝50％合金的相組成。 答： 1）549℃：包晶反應(yīng)，（Cu）+L→β 547℃：包晶反應(yīng)，β +L→γ 544℃：共晶反應(yīng)，L→ γ + δ 397℃：包晶反應(yīng)，δ + L→ ε 314℃：共晶反應(yīng)，L→ ε +（Cd） 2） 或 綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1.已知fcc晶體的致密度比bcc晶體的大，請(qǐng)解釋為什么fcc的固溶度仍比bcc的大？ 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶體固溶度的因素有哪些。 3.均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，

47、非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一表面能，為什么非均勻形核比均勻形核容易？ 4.原子的熱運(yùn)動(dòng)如何影響擴(kuò)散？ 5.如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變形？ 6.基體、增強(qiáng)體和界面在復(fù)合材料中各起什么作用？ 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分） 1.請(qǐng)分別計(jì)算簡(jiǎn)單立方晶體與面心立方晶體（100）、（110）和（111）晶面的間距。 2.已知某晶體在500℃時(shí)，每1010個(gè)原子中可以形成有1個(gè)空位，請(qǐng)問(wèn)該晶體的空位形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)A＝0.0539，波耳滋曼常數(shù)K＝1.38110-23J / K） 3.請(qǐng)判定在fcc中下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行： 4.已知三元簡(jiǎn)單共晶的

48、投影圖，見(jiàn)附圖。 1)請(qǐng)畫(huà)出DF代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成； 2)請(qǐng)畫(huà)出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應(yīng)。 三、綜合分析題 1.如附圖所示，請(qǐng)分析：（22分） 1)兩水平線的反應(yīng)類(lèi)型，并寫(xiě)出反應(yīng)式； 2)分析Ab、bg′、g′d、d′、d′h′、h′e、eB七個(gè)區(qū)域室溫下的組織組成物（j點(diǎn)成分小于g點(diǎn)成分）； 3)分析I、II合金的平衡冷卻過(guò)程，并注明主要的相變反應(yīng)； 4)寫(xiě)出合金I平衡冷卻到室溫后相組成物相對(duì)含量的表達(dá)式及合金II平衡冷卻到室溫后組織組成物相對(duì)含量的表達(dá)式。 2.請(qǐng)對(duì)比分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大、異常長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力及力學(xué)性能變化

49、。（8分） 綜合模擬測(cè)試參考答案 一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1.已知fcc晶體的致密度比bcc晶體的大，請(qǐng)解釋為什么fcc的固溶度仍比bcc的大？ 答：間隙分為四面體間隙和八面體間隙。在fcc中八面體間隙較大，而bcc中因八面體間隙為扁八面體間隙，故其四面體間隙較大。因此fcc晶體能夠容納更多的溶質(zhì)原子。 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶體固溶度的因素有哪些。 答：1）原子尺寸因素：置換固溶體的溶質(zhì)與溶劑原子尺寸越相近固溶度越大。 間隙固溶體的溶質(zhì)原子與溶劑間隙尺寸越相近固溶度越大。 2）晶體結(jié)構(gòu)因素：置換固溶體溶質(zhì)溶劑的晶體結(jié)構(gòu)相似固溶度越大。 3）電負(fù)性因素：溶質(zhì)與溶劑

50、的電負(fù)性越相近固溶度越大。 4）電子濃度因素：電子濃度越低固溶度越大。 3.均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一表面能，為什么非均勻形核比均勻形核容易？ 答：非均勻形核與均勻形核的臨界晶核半徑相等，但非均勻形核的臨界晶核體積小。非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一表面能，但非均勻形核的表面能小于均形核的表面能，即非均勻形核的臨界形核功小。因此非均勻形核比較容易。 4.原子的熱運(yùn)動(dòng)如何影響擴(kuò)散？ 答：原子熱運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)烈，原子的躍遷距離增大，躍遷頻率增大，躍遷幾率增大，將使得擴(kuò)散系數(shù)增大，即促進(jìn)擴(kuò)散。 5.如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變

51、形？ 答：冷、熱變形溫度的分界是再結(jié)晶溫度。 6.基體、增強(qiáng)體和界面在復(fù)合材料中各起什么作用？ 答：基體：1）固定和粘附增強(qiáng)體2）保護(hù)增強(qiáng)體免受物理化學(xué)損傷3）隔離和阻斷損傷。 增強(qiáng)體：1）承擔(dān)載荷；2）阻礙基體變形。 界面：協(xié)調(diào)變形 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分） 1.請(qǐng)分別計(jì)算簡(jiǎn)單立方晶體與面心立方晶體（100）、（110）和（111）晶面的間距。 晶面 （100） （110） （111） 簡(jiǎn)單立方 （1分） （2分） （2分） 面心立方 （1分） （2分） （2分） 2.已知某晶體在500℃時(shí)，每1010個(gè)原子中可以形成有1個(gè)空

52、位，請(qǐng)問(wèn)該晶體的空位形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)A＝0.0539，波耳滋曼常數(shù)K＝1.38110-23J / K） 答： 3.請(qǐng)判定在fcc中下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行： 答：幾何條件： 能量條件： 滿足幾何條件和能量條件，反應(yīng)可以進(jìn)行。 4.已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖，見(jiàn)附圖， 1)請(qǐng)畫(huà)出DF代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成； 2)請(qǐng)畫(huà)出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應(yīng)。 答： 三、綜合分析題 1.如附圖二所示，請(qǐng)分析：（22分） 1)兩水平線的反應(yīng)類(lèi)型，并寫(xiě)出反應(yīng)式； 2)分析Ab、bg′、g′d、d′、d′h′、h′e、eB七個(gè)

53、區(qū)域室溫下的組織組成物（j點(diǎn)成分小于g點(diǎn)成分）； 3)分析I、II合金的平衡冷卻過(guò)程，并注明主要的相變反應(yīng)； 4)寫(xiě)出合金I平衡冷卻到室溫后相組成物相對(duì)含量的表達(dá)式及合金II平衡冷卻到室溫后組織組成物相對(duì)含量的表達(dá)式。 答： 1）水平線kj為包晶反應(yīng)： 水平線gh為共晶反應(yīng)： 2）Ab：α bg′：α+βII g′d：α+(α+β)共+βII d’：(α+β)共 d′h′：β+(α+β)共+αII h′e：β+αII eB：β 3）合金I合金II 4）合金I相組成： 合金II組織組成： 2.請(qǐng)對(duì)比分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大

54、、異常長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力及力學(xué)性能變化。（8分） 答： 回復(fù) 再結(jié)晶 正常長(zhǎng)大 異常長(zhǎng)大 驅(qū)動(dòng)力 存儲(chǔ)能 （主要是點(diǎn)陣畸變能） 存儲(chǔ)能 （主要是點(diǎn)陣畸變能） 總界面能 總界面能和表面能 力學(xué)性能變化 基本保持變形后性能 恢復(fù)到冷變形前的水平 基本保持再結(jié)晶后的水平 性能惡化 強(qiáng)度、塑性下降 綜合模擬測(cè)試 一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1．何為空間點(diǎn)陣？它與晶體結(jié)構(gòu)有何異、同？ 2．請(qǐng)簡(jiǎn)述晶界有哪些特征？ 3．何為固溶強(qiáng)化？置換固溶體與間隙固溶體相比,哪個(gè)的固溶強(qiáng)化效果強(qiáng)？請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶度的因素。 4．請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪

55、些。 5．什么是反應(yīng)擴(kuò)散？請(qǐng)簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。 6．簡(jiǎn)述在什么情況下會(huì)發(fā)生單滑移、多滑移和交滑移，它們的滑移線形貌特征是什么。 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分） 1．請(qǐng)計(jì)算簡(jiǎn)單立方和體心立方晶體的（100）、（110）和（111）晶面的面間距（假設(shè)兩種點(diǎn)陣的點(diǎn)陣常數(shù)都是a）。 2．在面心立方晶體中，分別畫(huà)出、和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向?yàn)?001>，請(qǐng)問(wèn)哪些滑移系可以開(kāi)動(dòng)？ 3．請(qǐng)判定下列反應(yīng)能否進(jìn)行，若能夠進(jìn)行，則在簡(jiǎn)單立方晶胞繪出參加反應(yīng)位錯(cuò)的柏氏矢量。 1) 2) 4．已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖，見(jiàn)附圖， 1)

56、請(qǐng)畫(huà)出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成； 2)請(qǐng)畫(huà)出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應(yīng)。 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1．已知Mg-Ni合金系中一個(gè)共晶反應(yīng)： L23.5%Nia純Mg+Mg2Ni54.6%Ni 設(shè)有C1和C2兩種合金，C1為亞共晶，C2為過(guò)共晶。這兩種合金的初生相質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，但室溫時(shí)C1中a(即Mg)的總量是C2中a總量的2.5倍，請(qǐng)確定C1和C2的成分。 2.某工廠對(duì)一大型零件進(jìn)行淬火處理，經(jīng)過(guò)1100℃加熱后，用冷拉鋼絲繩吊掛，由起重吊車(chē)送往淬火水槽，行至途中鋼絲突然發(fā)生斷裂。該鋼絲是新的，且沒(méi)有瑕疵，是分析該鋼絲繩斷

57、裂的原因。 綜合模擬測(cè)試參考答案 一、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分） 1．何為空間點(diǎn)陣？它與晶體結(jié)構(gòu)有何異、同？ 答：空間點(diǎn)陣是對(duì)晶體結(jié)構(gòu)按照一定法則進(jìn)行的高度數(shù)學(xué)抽象；晶體結(jié)構(gòu)是對(duì)晶體的直觀表示。點(diǎn)陣只有七大類(lèi)，14種，晶體結(jié)構(gòu)有無(wú)限多種。 2．請(qǐng)簡(jiǎn)述晶界有哪些特征？ 答：晶界有自發(fā)變直的趨勢(shì)；晶界引起晶體強(qiáng)度升高；晶界擴(kuò)散比晶體擴(kuò)散速度快；晶界容易收到腐蝕；晶界容易吸附溶質(zhì)原子和雜質(zhì)；晶界是相變首先發(fā)生的地方。 3．何為固溶強(qiáng)化？置換固溶體與間隙固溶體相比,哪個(gè)的固溶強(qiáng)化效果強(qiáng)？請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶度的因素。 答：溶質(zhì)原子溶入晶格中，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，引起強(qiáng)度升高，塑性下降

58、的現(xiàn)象。晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型、原子尺寸差、電負(fù)性差異、電子濃度都會(huì)影響固溶度。 4．請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。 答：熱力學(xué)條件；結(jié)構(gòu)條件；能量條件；成分條件。 5．什么是反應(yīng)擴(kuò)散？請(qǐng)簡(jiǎn)述其特點(diǎn)。 答：擴(kuò)散時(shí)，元素超過(guò)最大固溶度因而形成新相的擴(kuò)散。。反應(yīng)快速分為有擴(kuò)散無(wú)反應(yīng)層和有反應(yīng)層；兩層之間有明確的界面；反應(yīng)擴(kuò)散速度取決于擴(kuò)散速度和反應(yīng)速度。 6．簡(jiǎn)述在什么情況下會(huì)發(fā)生單滑移、多滑移和交滑移，它們的滑移線形貌特征是什么。 答：變形量小或滑移系少的時(shí)候發(fā)生單滑移；變形量大或滑移系多時(shí)多個(gè)滑移系同時(shí)或交替開(kāi)動(dòng)稱為多滑移；當(dāng)螺位錯(cuò)為了避開(kāi)障礙物改變滑移面時(shí)稱為交滑移。單滑

59、移滑移線為平行直線；多滑移為交叉的兩組平行直線；交滑移為波紋線 二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分） 1．請(qǐng)計(jì)算簡(jiǎn)單立方和體心立方晶體的（100）、（110）和（111）晶面的面間距（假設(shè)兩種點(diǎn)陣的點(diǎn)陣常數(shù)都是a）。 答： （100） （110） （111） 簡(jiǎn)單立方 （1分） （1分） （2分） 體心立方 a（2分） （2分） （2分） 2．在面心立方晶體中，分別畫(huà)出、和、，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就圖中情況分析它們能否構(gòu)成滑移系？若外力方向?yàn)?001>，請(qǐng)問(wèn)哪些滑移系可以開(kāi)動(dòng)？ 3．請(qǐng)判定下列反應(yīng)能否進(jìn)行，若能夠進(jìn)行，則在簡(jiǎn)單立方

60、晶胞繪出參加反應(yīng)位錯(cuò)的柏氏矢量。 （1） 幾何條件：，滿足幾何條件 能量條件： 不滿足能量條件，反應(yīng)不能進(jìn)行。 （2） 幾何條件：，滿足幾何條件 能量條件： 滿足能量條件，反應(yīng)可以進(jìn)行。 4．已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖，見(jiàn)附圖， 1)請(qǐng)畫(huà)出AD代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成； 2)請(qǐng)畫(huà)出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應(yīng)。 三、綜合分析題（每題15分，共30分） 1．已知Mg-Ni合金系中一個(gè)共晶反應(yīng)： L23.5%Nia純Mg+Mg2Ni54.6%Ni 設(shè)有C1和C2兩種合金，C1為亞共晶，C2為過(guò)共晶。這兩種合金的初生相質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，但室溫時(shí)C1中a(即Mg)的總量是C2中a總量的2.5倍，請(qǐng)確定C1和C2的成分。 答：1）見(jiàn)習(xí)題集，圖略 2） x1=12.7%,x2=37.8% 2.某工廠對(duì)一大型零件進(jìn)行淬火處理，經(jīng)過(guò)1100℃