材料科学基础试题及答案.doc

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第一章原子排列与晶体结构

1.fcc结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是,晶胞中原子数为，把原子视为刚性球时，原子的半径r与点阵常数a的关系是；bcc结构的密排方向是，密排面是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是；hcp结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是,，晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是。

2.Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是，每个晶胞中八面体间隙数为，四面体间隙数为。

3.纯铁冷却时在912e发生同素异晶转变是从结构转变为结构，配位数，致密度降低，晶体体积，原子半径发生。

4.在面心立方晶胞中画出晶面和晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。

在hcp晶胞的（0001）面上标出晶面和晶向。

5.求和两晶向所决定的晶面。

6在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？

已知铅为fcc面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm。

第二章合金相结构

一、填空

1）随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度，塑性，导电性，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数。

2）影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是

（1）；

（2）；（3）；（4）和环境因素。

3）置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。

4）按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为和。

5）无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度，塑性，导电性。

6）间隙固溶体是，间隙化合物是。

二、问答

1、分析氢，氮，碳，硼在a-Fe和g-Fe中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。

已知元素的原子半径如下：

氢：

0.046nm，氮：

0.071nm，碳：

0.077nm，硼：

0.091nm，a-Fe：

0.124nm，g-Fe：

0.126nm。

2、简述形成有序固溶体的必要条件。

第三章纯金属的凝固

1.填空

1.在液态纯金属中进行均质形核时，需要起伏和起伏。

2液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括两部分，其中自由能是形核的阻力，是形核的动力；临界晶核半径rK与过冷度vT关系为，临界形核功vGK等于。

3动态过冷度是指。

4在工厂生产条件下，过冷度增大，则临界晶核半径，金属结晶冷却速度越快，N/G比值，晶粒越。

5.获得非晶合金的基本方法是。

二、问答

1根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。

2试根据凝固理论，分析通常铸锭组织的特点。

3简述液态金属结晶时，过冷度与临界晶核半径，形核功及形核率的关系。

4铜的熔点Tm=1356K，熔化热vHm=1628J/cm2，s=177×10－7J/cm，点阵常数a=0.3615nm。

求铜vT=100e时均匀形核的临界核心半径。

5：

何谓过冷，过冷度，动态过冷度，它们对结晶过程有何影响？

6根据冷却速度对金属凝固后组织的影响，现要获得微晶，非晶，亚稳相，请指出其凝固时如何控制。

7、简述纯金属凝固时润湿角θ、杂质颗粒的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。

第四章二元合金相图与合金凝固

一、填空

1.固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有起伏。

2.按液固界面微观结构，界面可分为和。

3.液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是，光滑界面晶体的长大机制是和。

4在一般铸造条件下固溶体合金容易产生偏析，用热处理方法可以消除。

5液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为状。

6.靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为。

7固溶体合金凝固时，溶质分布的有效分配系数ke=，当凝固速率很大时ke趋于。

8.在二元相图中，L1→a+L2叫反应，b→L+a称为转变，而反应a１—a２＋b称为反应，a+b®g称为反应。

9Fe-Fe3C相图中含碳量小于为钢，大于为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由和两个基本相组成；根据溶质原子的位置，奥氏体其晶体结构是，是固溶体，铁素体是，其晶体结构是，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含量是；珠光体的含碳量是，它是由和组成的两相混合物；莱氏体的含碳量是；在常温下，亚共析钢的平衡组织是，过共析钢的平衡组织是，亚共晶白口铸铁的平衡组织是，莱氏体的相组成物是，变态莱氏体的相组成物是，Fe3CI是从中析出的，Fe3CII是从中析出的，Fe3CIII是从中析出的，它们的含碳量为，Fe3C主要性能特点是，A共析反应后的生成物称为。

2问答

1如图4-1所示为Ni-Al相图

1）填出相图中各相区的平衡相；

2）指出图中的稳定化合物和不稳定化合物；

3）写出图中存在的恒温反应，指明反应类型；

4）指出含Ni30%（重量）的合金在平衡冷却时的相变过程，计算室温下的相组成与组织组成，并计算出其中组织组成物的百分数。

5）试说明含Ni89%（重量）的Ni-Al合金其平衡凝固与非平衡凝固后的显微组织的不同。

6）设X合金平衡凝固完毕时的组织为a（Al）初晶+（a+b）共晶，其中a初晶占80%，则此合金中Ni组元的含量是多少？

7）绘出1500e时Al-Ni合金系的自由能—成分曲线示意图。

图4-1图4-2

2根据Cu-Sn相图（图4-2），Cu为fcc结构。

回答下列问题：

1）a相为何种晶体结构？

2）计算212℃时Cu-90%Sn合金在TE温度时（共晶反应前）的平衡分配系数。

3）Cu-13.47%Sn合金在正常条件下凝固后，a相的晶界上出现少量b相，其原因何在？

如何消除b相？

4）分析Cu-70%Sn合金平衡凝固过程，并计算共晶反应刚完毕时相组成物和组织组成物的相对含量。

5）画出Cu-Sn系合金在450℃时各相自由能---成分曲线示意图。

图4-3图4-4

3如图4-3为Mg-Y相图

1）填相区组成，写出相图上等温反应及Y=5%wt时的合金K在室温时的平衡组织。

2）已知Mg为hcp结构，试计算Mg晶胞的致密度；

3）指出提高合金K强度的可能方法

4）简述图中Y=10%wt之合金可能的强化方法。

4试说明纯Al和铝－铜单相固溶体结晶的异同。

5根据4-4的铁碳亚稳平衡相图回答下列问题：

1）写出下列Fe3CII含量最多的合金；珠光体含量最多的合金；莱氏体含量最多的合金。

2）指出此二元系中比较适合做变形合金和铸造合金的成分范围。

3）如何提高压力加工合金的强度。

4）标注平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。

5）分析Fe-1%C合金的平衡凝固过程，并计算室温下其中相组成物和组织组成物的百分含量，

6）分析Fe-1%C合金在亚稳冷却转变和淬火冷却转变后组织的差异。

7）根据Fe-Fe3C状态图确定下列三种钢在给定温度下的显微组织（填入表中）

含碳量

温度

显微组织

温度

显微组织

0.4

770℃停留一段时间

P+F

900℃

A+F

0.77

680℃

P

刚达到770℃

A

1.0

700℃

P+Fe3CⅡ

刚达到770℃

A+Fe3C

8）画出1200℃时各相的自由能---成分曲线示意图。

图4-5图4-6

6：

A为金属元素，B为非金属元素，形成二元相图如图4-5：

1）画出Ⅱ合金平衡冷却曲线以及平衡结晶后组织示意图，计算其室温下相组成物及组织组成物相对含量。

2）试分析不同冷却速度对下图中Ⅰ合金凝固后显微组织的影响。

3）Ⅰ合金在工业条件冷凝后如对合金进行扩散退火，应如何确定退火温度。

7：

简述典型金属凝固时，固/液界面的微观结构，长大机制，晶体在正温度梯度下、负温度梯度下成长时固/液界面的形态。

8：

根据Pb-Bi相图（图4－6）回答下列问题：

1）把空相区填上相的名称。

2）设X合金平衡凝固完毕时的相组成物为b和（Bi），其中b相占80%，则X合金中Bi组元的含量是多少？

3）设Y合金平衡凝固完毕时的组织为（Bi）初晶+[b+（Bi）]共晶，且初晶与共晶的百分含量相等，则此合金中Pb组元的含量是多少？

4）Pb-30%Bi合金非平衡凝固后室温下组织与平衡凝固组织有何不同。

第五章三元合金相图

图8

1根据Fe－C－Si的3.5%Si变温截面图（5－1），写出含0.8%C的Fe-C-Si三元合金在平衡冷却时的相变过程和1100℃时的平衡组织。

图5－1

2图5－2为Cu-Zn-Al合金室温下的等温截面和2%Al的垂直截面图，回答下列问题：

1）在图中标出X合金（Cu-30%Zn-10%Al）的成分点。

Y

2）计算Cu-20%Zn-8%Al和Cu-25%Zn-6%Al合金中室温下各相的百分含量，其中α相成分点为Cu-22.5%Zn-3.45%Al，γ相成分点为Cu-18%Zn-11.5%Al。

3）分析图中Y合金的凝固过程。

％

图5－2

3如图5－3是A-B-C三元系合金凝固时各相区，界面的投影图，A、B、C分别形成固溶体α、β、γ。

1）写出，和单变量线的三相平衡反应式。