材料科学与工程基础期末试题样本Word文件下载.docx

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冷变形过程中存储能

9.合金铸锭缺陷可分为缩孔和偏析两种。

二、判断题（对的打“√”错误打“×

”，每题1分，共12分）

1.体心立方构造是原子次密排构造，其致密度为0.74。

（×

）

2.同一种空间点阵可以有无限种晶体构造，而不同晶体构造可以归属于同一种空间点阵。

（√）

3.结晶时凡能提高形核率、减少生长率因素，都能使晶粒细化。

4.合金液体在凝固形核时需要能量起伏、构造起伏和成分起伏。

5.小角度晶界晶界能比大角度晶界晶界能高。

（×

6.非均匀形核时晶核与基底之间接触角越大，其增进非均匀形核作用越大。

7.固溶体合金液体在完全混合条件下凝固后产生宏观偏析较小。

8.冷形变金属在再结晶时可以亚晶合并、亚晶长大和原晶界弓出三种方式形核。

（√）

9.动态再结晶是金属材料在较高温度进行形变加工同步发生再结晶、其形变硬化与再结晶软化交替进行。

10.金属-非金属型共晶具备粗糙-光滑型界面，因此它们多为树枝状、针状或螺旋状形态。

11.孪生变形速度不久是由于金属以孪生方式变形时需要临界分切应力小。

（×

12.相图相区接触法则是相邻相区相数差1。

三、简答题（28分）

1.试述孪生和滑移异同，比较它们在塑性过程中作用。

（10分）

答：

相似点：

a.宏观上，都是切应力作用下发生剪切变形；

（1分）

b.微观上，都是晶体塑性变形基本形式，是晶体一某些沿一定晶面和晶向相对另一某些移动过程；

c.不变化晶体构造。

不同点：

a.晶体中取向

滑移：

晶体中已滑移某些与未滑移某些位向相似。

孪生：

已孪生某些和为孪生某些位向不同，且两者之间具备特定位向关系。

（1分）

b.位移量

沿滑移方向上原子间距整倍数，且在一种滑移面上总位移较大。

原子位移不大于孪生方向原子间距，普通为孪生方向原子间距1/n。

c.变形方式

不均匀切变孪生：

均匀切变（1分）

d.对塑性变形贡献

对塑性变形贡献很大，即总变形量大。

对晶体塑性变形有限，即总变形量小。

e.变形应力

有拟定临界分应力。

所需临界分切应力普通高于滑移所需临界分切应力。

f.变形条件

普通状况先发生滑移变形

当滑移变形难以进行时，或晶体对称性很低、变形温度较低、加载速率较高时。

g.变形机制

全位错运动成果。

孪生：

不全位错运动成果。

2.请简述扩散微观机制有哪些？

影响扩散因素又有哪些？

（8分）

置换机制：

涉及空位机制和直接换位与环形换位机制，其中空位机制是重要机制，直接换位与环形换位机制需要激活能很高，只有在高温时才干浮现。

（2分）

间隙机制：

涉及间隙机制和填隙机制，其中间隙机制是重要机制。

（2分）

影响扩散重要因素有：

温度（温度约高，扩散速度约快）；

晶体构造与类型（涉及致密度、固溶度、各向异性等）；

晶体缺陷；

化学成分（涉及浓度、第三组元等）。

（4分）

3.简述材料强化重要办法、原理及工艺实现途径。

1.答案：

加工硬化：

是随变形使位错增殖而导致硬化；

（2分）

细晶强化：

是由于晶粒减小，晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错持续滑移阻力导致强化；

同步由于滑移分散，也使塑性增大。

该强化机制是唯一同步增大强度和塑性机制。

弥散强化：

又称时效强化。

是由于细小弥散第二相阻碍位错运动产生强化。

涉及切过机制和绕过机制。

复相强化：

由于第二相相对含量与基体处在同数量级是产生强化机制。

其强化限度取决于第二相数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则不一定可以起到强化作用。

固溶强化：

由于溶质原子对位错运动产生阻碍。

涉及弹性交互作用、电交互作用和化学交互作用。

分析位错增值机制。

（5分）

2. 

若某滑移面上有一段刃位错AB，它两端被位错网节点钉住不能运动。

（1分）现沿位错b方向加切应力，使位错沿滑移面向前滑移运动，形成一闭合位错环和位错环内一小段弯曲位错线。

（2分）只要外加应力继续作用，位错环便继续向外扩张，同步环内弯曲位错在线张力作用下又被拉直，恢复到原始状态，并重复此前运动，络绎不绝地产生新位错环，从而导致位错增殖，并使晶体产生可观滑移量。

请简述回答机制及其驱动力。

低温机制：

空位消失；

中温机制：

相应位错滑移（重排、消失）

高温机制：

相应多边化（位错滑移＋攀移）；

驱动力：

冷变形过程中存储能（重要是点阵畸变能）。

1.为什么滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密晶面和晶向。

2.什么是成分过冷？

它对液固界面形貌有何影响？

3.对于金属金属型共晶，决定其形貌是片状或棒状因素是什么？

1.答案：

由于原子密度最大晶面其面间距最大，点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；

滑移方向为原子密度最大方向是由于最密排方向上原子间距最短，即位错b最小。

2.答案：

成分过冷：

在合金凝固过程中，由界面前沿液体中实际温度低于由溶质分布所决定凝固温度时产生过冷称为成分过冷。

它对液固界面形貌影响为：

成分过冷由小到大，液固界面形貌由平面状过渡到胞状再到树枝状。

3答案：

重要取决于两个因素：

（1）两相体积分数，如果有一相体积分数不大于27%时，则形成棒状共晶，否则形成片状共晶；

（3分）

（2）两相之间界面能，界面能小，则形成片状共晶。

普通状况下，当两相有固定位向关系时则也许形成片状共晶。

四、作图与计算题（40分，每题10分）

1、氧化镁（MgO）具备NaCl型构造，即具备O2-离子面心立方构造。

问：

（1）若其离子半径

=0.066nm，

＝0.140nm，则其原子堆积密度为多少？

（2）如果

/

＝0.41，则原子堆积密度与否变化？

2、某面心立方晶体可动滑移系为

。

（1）请指出引起滑移单位位错柏氏矢量；

（2）若滑移由刃位错引起，试指出位错线方向；

（3）请指出在

（2）状况下，位错线运动方向；

（4） 

假设在该滑移系上作用一大小为0.7MPa切应力，试计算单位刃位错线受力大小和方向（取点阵常数为a＝0.2nm）。

3.画出Fe-Fe3C相图，并依照Fe-Fe3C相图，

（1）分别求ω（C）=2.11%，ω（C）=4.30%二次渗碳体析出量。

（2）画出ω（C）=4.30%冷却曲线。

4.图（a）为固态互不溶解三元共晶相图浓度三角形，其中三元共晶点E成分为ω（A）=20%，ω（B）=30%，ω（C）=50%。

图（b）为某一温度（高于TE）水平截面图。

（1）A，B和C三组元熔点谁最低？

（2）若有一液态成分为ω（A）=60%，ω（B）=15%，ω（C）=25%合金（其B/C成分比三元共晶合金相似）平衡凝固到室温，试分析室温平衡组织并画出平衡冷却曲线。

（3）计算该合金中共晶组织在铸锭中质量分数。

《材料科学基本》试卷Ⅴ答案

（1）点阵常数

（3分）

堆积密度

（2）堆积密度会变化，由于Pf与两异号离子半径比值关于。

（4分）

假设在该滑移系上作用一大小为0.7MPa切应力，试计算单位刃位错线受力大小（取点阵常数为a＝0.2nm）。

（1）柏氏矢量：

；

（2）位错线方向：

[112]；

（3）位错线运动方向平行于柏氏矢量；

（4）

答案：

（1）ω（C）=2.11%时，Fe3CⅡ=

×

100%=22.6%（1分）

ω（C）=4.30%时，共晶中奥氏体量为：

100%=52.18%（1分）

则共晶中奥氏体可析出Fe3CⅡ量为：

Fe3CⅡ=52.18×

=11.8%（1分）

[或者先求ω（C）=4.30%时铁碳合金在共析反映前渗碳体总量为

（Fe3C）t=

100%=60%（1分）

然后从（Fe3C）t中减去共晶中Fe3C量，即得Fe3CⅡ量

Fe3CⅡ=（

）×

100%=11.8%（1分）]

（2）ω（C）=4.30%冷却曲线（2分）

（1）C最低（2分）

（2）A+（A+B+C）（2分）

（3）ω（共晶组织）=20/60=33.3%（3分）