材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷(帶答案)

材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷(一)一、概念辨析題（說(shuō)明下列各組概念的異同。任選六題，每小題3分，共18分）1晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣2熱加工與冷加工3上坡擴(kuò)散與下坡擴(kuò)散4間隙固溶體與間隙化合物5相與組織6交滑移與多滑移7金屬鍵與共價(jià)鍵8全位錯(cuò)與不全位錯(cuò)9共晶轉(zhuǎn)變與共析轉(zhuǎn)變二、畫(huà)圖題（任選兩題。每題6分，共12分）1在一個(gè)簡(jiǎn)單立方晶胞內(nèi)畫(huà)出［010］、［120］、［210］晶向和（110）、（112）晶面。2畫(huà)出成分過(guò)冷形成原理示意圖（至少畫(huà)出三個(gè)圖）。3綜合畫(huà)出冷變形金屬在加熱時(shí)的組織變化示意圖和晶粒大小、內(nèi)應(yīng)力、強(qiáng)度和塑性變化趨勢(shì)圖。4以“固溶體中溶質(zhì)原子的作用”為主線，用框圖法建立與其相關(guān)的各章內(nèi)容之間的聯(lián)系。三、簡(jiǎn)答題（任選6題，回答要點(diǎn)。每題5分，共30分）1在點(diǎn)陣中選取晶胞的原則有哪些？2簡(jiǎn)述柏氏矢量的物理意義與應(yīng)用。3二元相圖中有哪些幾何規(guī)律？4如何根據(jù)三元相圖中的垂直截面圖和液相單變量線判斷四相反應(yīng)類型？5材料結(jié)晶的必要條件有哪些？6細(xì)化材料鑄態(tài)晶粒的措施有哪些？7簡(jiǎn)述共晶系合金的不平衡冷卻組織及其形成條件。8晶體中的滑移系與其塑性有何關(guān)系？9馬氏體高強(qiáng)度高硬度的主要原因是什么？10哪一種晶體缺陷是熱力學(xué)平衡的缺陷，為什么？四、分析題（任選1題。10分）1計(jì)算含碳量w=0.04的鐵碳合金按亞穩(wěn)態(tài)冷卻到室溫后，組織中的珠光體、二次滲碳體和萊氏體的相對(duì)含量。2由擴(kuò)散第二定律推導(dǎo)出第一定律，并說(shuō)明它們各自的適用條件。3試分析液固轉(zhuǎn)變、固態(tài)相變、擴(kuò)散、回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力及可能對(duì)應(yīng)的工藝條件。五、某面心立方晶體的可動(dòng)滑移系為(111)[110].（15分）(1)指出引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量.(2)如果滑移由純?nèi)行臀诲e(cuò)引起,試指出位錯(cuò)線的方向.(3)如果滑移由純螺型位錯(cuò)引起,試指出位錯(cuò)線的方向.(4)在(2),(3)兩種情況下,位錯(cuò)線的滑移方向如何?(5)如果在該滑移系上作用一大小為0.7MPa的切應(yīng)力，試確定單位刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)線受力的大小和方向。（點(diǎn)陣常數(shù)a=0.2nm)。六、論述題（任選1題，15分）1試論材料強(qiáng)化的主要方法、原理及工藝實(shí)現(xiàn)途徑。2試論固態(tài)相變的主要特點(diǎn)。3試論塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響。材料科學(xué)基礎(chǔ)試卷(一)參考答案一、概念辨析題（說(shuō)明下列各組概念的異同。每小題3分，共18分）（評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：給出每個(gè)概念的定義各得1分，說(shuō)明異同得1分）1晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣異：點(diǎn)的屬性、數(shù)目、有無(wú)缺陷；同：描述晶體中的規(guī)律性。2熱加工與冷加工異：熱加工時(shí)發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶與加工硬化；冷加工只發(fā)生加工硬化；同：發(fā)生塑性變形。3上坡擴(kuò)散與下坡擴(kuò)散異：擴(kuò)散方向；同：驅(qū)動(dòng)力－化學(xué)位梯度。4間隙固溶體與間隙化合物異：結(jié)構(gòu)與組成物的關(guān)系；同：小原子位于間隙位置。5相與組織異：組織具有特定的形態(tài)；同：都是材料的組成部分。6交滑移與多滑移異：多個(gè)滑移系的滑移；同：交滑移中滑移系具有相同的滑移方向。7異：電子共用范圍不同,金屬鍵中電子屬所有原子共用,共價(jià)鍵中屬若干原子共用.同：成鍵方式為電子共用.8異：柏氏矢量與點(diǎn)陣常數(shù)的關(guān)系不同.同：都是線缺陷,即位錯(cuò).9異：共晶轉(zhuǎn)變?yōu)閺囊合噢D(zhuǎn)變,共析轉(zhuǎn)變?yōu)閺墓滔噢D(zhuǎn)變.同：在恒溫下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為兩個(gè)固相.二、畫(huà)圖題（任選兩題。每題6分，共12分）1在一個(gè)簡(jiǎn)單立方晶胞內(nèi)畫(huà)出［010］、［120］、［210］晶向和（110）、（112）晶面。圖略；每個(gè)指數(shù)各計(jì)1分，指數(shù)規(guī)范性1分。(參考聶金鳳圖)2畫(huà)出成分過(guò)冷形成原理示意圖（至少畫(huà)出三個(gè)圖）。(參考”聶金鳳”圖)圖略：每個(gè)圖各計(jì)2分。3綜合畫(huà)出冷變形金屬在加熱時(shí)的組織變化示意圖和晶粒大小、內(nèi)應(yīng)力、強(qiáng)度和塑性變化趨勢(shì)圖。(參考”張耕”圖)圖略：組織示意圖計(jì)2分，每個(gè)指標(biāo)各計(jì)1分。三、簡(jiǎn)答題（任選6題，回答要點(diǎn)。每題5分，共30分）1在點(diǎn)陣中選取晶胞的原則有哪些？反映對(duì)稱性；相等的棱和角最多；直角最多；體積最小。（每條計(jì)1分；敘述計(jì)1分）2簡(jiǎn)述柏氏矢量的物理意義與應(yīng)用。代表位錯(cuò)；判斷位錯(cuò)類型；表示晶體滑移的方向與大??；守+恒性及其推論。（每條計(jì)1分）3二元相圖中有哪些幾何規(guī)律？相區(qū)接觸法則；三相區(qū)是一條水平線…；三相區(qū)中間是由它們中相同的相組成的兩相區(qū)；單相區(qū)邊界線的延長(zhǎng)線進(jìn)入相鄰的兩相區(qū)。（每條計(jì)1分；敘述計(jì)1分）4如何根據(jù)三元相圖中的垂直截面圖和液相單變量線判斷四相反應(yīng)類型？圖略。（垂直截面圖部分2.5分，單變量線部分2.5分。）5材料結(jié)晶的必要條件有哪些？過(guò)冷；結(jié)構(gòu)起伏；能量起伏；成分起伏（合金）。（每項(xiàng)計(jì)各1分，敘述1分）6細(xì)化材料鑄態(tài)晶粒的措施有哪些？提高過(guò)冷度；變質(zhì)處理；振動(dòng)與攪拌。（每項(xiàng)各計(jì)1.5分，敘述0.5分）7簡(jiǎn)述共晶系合金的不平衡冷卻組織及其形成條件。(1)偽共晶-非共晶合金得到的完全共晶組織;條件:冷卻速度快,合金成分位于共晶點(diǎn)附件.(2)不平衡共晶-共晶線以外的合金得到的共晶組織;條件:冷卻速度快,合金成分位于共晶線以外端點(diǎn)附近..(3)離異共晶-兩相分離的共晶組織;條件:不平衡條件下,合金成分位于共晶線以外端點(diǎn)附近;平衡條件下,合金成分位于共晶線以內(nèi)端點(diǎn)附近.8晶體中的滑移系與其塑性有何關(guān)系？(1)一般滑移系越多,塑性越好;(2)與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)有關(guān);(3)與同時(shí)開(kāi)動(dòng)的滑移系數(shù)目有關(guān).9馬氏體高強(qiáng)度高硬度的主要原因是什么？固溶強(qiáng)化;細(xì)晶強(qiáng)化;相變強(qiáng)化.(要求簡(jiǎn)要論述)10哪一種晶體缺陷是熱力學(xué)平衡的缺陷，為什么？是點(diǎn)缺陷.因?yàn)樵谝欢舛赛c(diǎn)缺陷存在的情況下晶體的能力可達(dá)到最低狀態(tài).四、分析題（任選1題。10分）1計(jì)算含碳量w=0.04的鐵碳合金按亞穩(wěn)態(tài)冷卻到室溫后，組織中的珠光體、二次滲碳體和萊氏體的相對(duì)含量。分別為10.6%,3.10%和86.30%。（計(jì)算過(guò)程1分，每個(gè)結(jié)果各計(jì)3分。）2由擴(kuò)散第二定律推導(dǎo)出第一定律，并說(shuō)明它們各自的適用條件。略。(參考聶金鳳推導(dǎo))五、某面心立方晶體的可動(dòng)滑移系為(111)[110].（15分）－每小題3分。(1)指出引起滑移的單位位錯(cuò)的柏氏矢量.a[110]/2.(2)如果滑移由純?nèi)行臀诲e(cuò)引起,試指出位錯(cuò)線的方向.[112](3)如果滑移由純螺型位錯(cuò)引起,試指出位錯(cuò)線的方向.[110](4)在(2),(3)兩種情況下,位錯(cuò)線的滑移方向如何?分別平行和垂直于柏士矢量－具體指數(shù)。(5)如果在該滑移系上作用一大小為0.7MPa的切應(yīng)力，試確定單位刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)線受力的大小和方向。（點(diǎn)陣常數(shù)a=0.2nm)。方向：垂直于位錯(cuò)線－具體指數(shù)。結(jié)果：9.9＊10-11MN/m六、論述題（任選1題，15分）1試論材料強(qiáng)化的主要方法及其原理。固溶強(qiáng)化.原理:晶格畸變、柯氏氣團(tuán)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；方法：固溶處理、淬火等。細(xì)晶強(qiáng)化：原理：晶界對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用。方法：變質(zhì)處理、退火等。彌散強(qiáng)化：原理：第二相離子對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用；方法：形成第二硬質(zhì)相如球化退火、變質(zhì)處理等。相變強(qiáng)化：原理：新相為高強(qiáng)相或新相對(duì)位錯(cuò)的阻礙。方法：淬火等。加工硬化；原理：形成高密度位錯(cuò)等。方法：冷變形等。答案略。每個(gè)要點(diǎn)3分。2試論固態(tài)相變的主要特點(diǎn)。（參考聶金鳳試卷）答案略。每個(gè)要點(diǎn)3分。3試論塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響。（參考姜程程試卷）組織：纖維組織、形變織構(gòu)、位錯(cuò)胞；性能：加工硬化、物性變化每個(gè)要點(diǎn)3分。《材料科學(xué)基礎(chǔ)》考試試卷（第一套）課程號(hào)6706601060考試時(shí)間120分鐘適用專業(yè)年級(jí)（方向）：材料科學(xué)與工程專業(yè)2006級(jí)考試方式及要求：閉卷考試題號(hào)一二三四五六總分得分閱卷人名詞解釋（簡(jiǎn)短解釋，每題2分，共20分）空間點(diǎn)陣線缺陷吸附滲碳體組織固態(tài)相變穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散形核率調(diào)幅分解霍爾-配奇方程平衡凝固二、選擇題（只有一個(gè)正確答案，每題1分，共10分）1、彎曲表面的附加壓力△P總是()曲面的曲率中心。A.指向B.背向C.平行

D.垂直2、潤(rùn)濕的過(guò)程是體系吉布斯自由能()的過(guò)程。A.升高B.降低C.不變

D.變化無(wú)規(guī)律3、一級(jí)相變的特點(diǎn)是，相變發(fā)生時(shí)，兩平衡相的()相等，但其一階偏微分不相等。A.熵B.體積C.化學(xué)勢(shì)D.熱容4、固溶體合金的凝固是在變溫下完成的，形成于一定溫度區(qū)間，所以在平衡凝固條件下所得到的固溶體晶粒()A.成分內(nèi)外不均勻B.不同溫度下形成的各晶粒成分是不同的C.晶粒內(nèi)外，晶粒形成不分先后，同母液成分是一致的5、強(qiáng)化金屬材料的各種手段，考慮的出發(fā)點(diǎn)都在于()A.制造無(wú)缺陷的晶體或設(shè)置位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙B.使位錯(cuò)增殖C.使位錯(cuò)適當(dāng)?shù)臏p少6、既能提高金屬的強(qiáng)度，又能降低其脆性的手段是()A.加工硬化B.固溶強(qiáng)化C.晶粒細(xì)化7、根據(jù)顯微觀察，固液界面有兩種形式，即粗糙界面與光滑界面，區(qū)分兩種界面的依據(jù)是值大小()A.α<=2為光滑界面B.α>=1為光滑界面C.α>=5為光滑界面8、滲碳處理常常在鋼的奧氏體區(qū)域進(jìn)行，這是因?yàn)?)A.碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)比在鐵素體中大B.碳在奧氏體中的濃度梯度比在鐵素體中大C.碳在奧氏體中的擴(kuò)散激活能比在鐵素體中小9、界面能最低的相界面是()A.共格界面B.孿晶界C.小角度晶界10、鐵碳合金組織中的三次滲碳體來(lái)自于()A．奧氏體；B．鐵素體；C．二次滲碳體三、簡(jiǎn)述題（每題4分，共20分）1、固-固相變與液-固相變有什么區(qū)別。2、為什么非均勻形核比均勻形核更容易？3、解釋回復(fù)的定義，回復(fù)階段具有哪些特點(diǎn)？4、分析影響晶界遷移率的主要因素。5、寫(xiě)出立方晶系的{321}晶面族和﹤112﹥晶向族中的全部等價(jià)晶面和晶向的具體指數(shù)。四、請(qǐng)畫(huà)出片狀馬氏體顯微組織示意圖。（5分）五、請(qǐng)寫(xiě)出面心立方、體心立方、密排六方金屬晶體中密排面上單位位錯(cuò)的柏氏矢量。（5分）六、綜合題（40分）1、試從晶界的結(jié)構(gòu)特征和能量特征分析晶界的特點(diǎn)。（10分）2、請(qǐng)分別計(jì)算面心立方晶體（fcc）中（100）、（110）、（111）晶面的面密度。假設(shè)晶胞點(diǎn)陣常數(shù)為a。（10分）(在一個(gè)晶胞內(nèi)計(jì)算，面密度指面上所含原子個(gè)數(shù)與該面面積比值)3、有一70MPa應(yīng)力作用在fcc晶體的[001]方向上，求作用在（111）[10]和（111）[10]滑移系上的分切應(yīng)力。（10分）4、假定均勻形核時(shí)形成邊長(zhǎng)為a的立方體形晶核，單位體積吉布斯自由能為ΔGv，單位面積界面能為σ。（10分）①求臨界晶核邊長(zhǎng)。②求臨界晶核形成功。③求臨界晶核形成功與界面能的關(guān)系。小草急急忙忙的返青依舊；細(xì)雨迷迷濛濛的飄灑依舊。盈盈月下來(lái)，照亮你的山歌依舊；燦燦星升起，白楊樹(shù)綠影婆娑依舊。好風(fēng)似水，不驚你安眠依舊；鳥(niǎo)兒呢噥，愛(ài)的春天依舊?？晌?，望盡了我的花季，望盡了長(zhǎng)長(zhǎng)的一路落英繽紛呵！岑凱倫的綿綿春雨依舊，戴望舒的深深雨巷依舊！漂泊的船，尋找一個(gè)溫馨港口；孤寂的心，渴望一聲溫暖問(wèn)候。是你在我最落寞的時(shí)候，把親切放在我左右；是你在我最失意的時(shí)候，把慰藉放在我心頭。紅酥手，黃藤酒；春如舊，人空瘦。蝴蝶雙飛影孤單，淚痕紅浥鮫綃透！那一葉小舟，那一雙眼眸，望穿了幾層山水幾