材料科学基础试题及答案.docx

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材料科学基础试题及答案

第一章原子排列及晶体结构

1.fcc结构密排方向是，密排面是，密排面堆垛顺序是，致密度为，配位数是,晶胞中原子数为，把原子视为刚性球时，原子半径r及点阵常数a关系是；bcc结构密排方向是，密排面是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为，原子半径r及点阵常数a关系是；hcp结构密排方向是，密排面是，密排面堆垛顺序是，致密度为，配位数是,，晶胞中原子数为，原子半径r及点阵常数a关系是。

2.Al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912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）平面上方向。

在hcp晶胞（0001）面上标出

晶面和

晶向。

5.求

和

两晶向所决定晶面。

6在铅（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）随着溶质浓度增大，单相固溶体合金强度，塑性，导电性，形成间隙固溶体时，固溶体点阵常数。

2）影响置换固溶体溶解度大小主要因素是

（1）；

（2）；（3）；（4）和环境因素。

3）置换式固溶体不均匀性主要表现为和。

4）按照溶质原子进入溶剂点阵位置区分，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α-Fe和γ-Fe中形成固溶体类型，进入点阵中位置和固溶度大小。

已知元素原子半径如下：

氢：

0.046nm，氮：

0.071nm，碳：

0.077nm，硼：

0.091nm，α-Fe：

0.124nm，γ-Fe：

0.126nm。

2、简述形成有序固溶体必要条件。

第三章纯金属凝固

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，体系自由能变化包括两部分，其中自由能是形核阻力，是形核动力；临界晶核半径rK及过冷度T关系为，临界形核功GK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.获得非晶合金基本方法是。

二、问答

1根据凝固理论，试述细化晶粒基本途径。

2试根据凝固理论，分析通常铸锭组织特点。

3简述液态金属结晶时，过冷度及临界晶核半径，形核功及形核率关系。

4铜熔点Tm=1356K，熔化热Hm=1628J/cm2，σ=177×10－7J/cm，点阵常数a=0.3615nm。

求铜T=100时均匀形核临界核心半径。

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、杂质颗粒晶体结构和表面形态对异质形核影响。

第四章二元合金相图及合金凝固

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，粗糙界面晶体长大机制是，光滑界面晶体长大机制是和。

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→α+L2叫反应，β→L+α称为转变，而反应α１—α２＋β称为反应，α+β→γ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，奥氏体最大含量是；珠光体含碳量是，它是由和组成两相混合物；莱氏体含碳量是；在常温下，亚共析钢平衡组织是，过共析钢平衡组织是，亚共晶白口铸铁平衡组织是，莱氏体相组成物是，变态莱氏体相组成物是，Fe3CI是从中析出，Fe3CII是从中析出，Fe3CIII是从中析出，它们含碳量为，Fe3C主要性能特点是，A共析反应后生成物称为。

2问答

1如图4-1所示为Ni-Al相图

1）填出相图中各相区平衡相；

2）指出图中稳定化合物和不稳定化合物；

3）写出图中存在恒温反应，指明反应类型；

4）指出含Ni30%（重量）合金在平衡冷却时相变过程，计算室温下相组成及组织组成，并计算出其中组织组成物百分数。

5）试说明含Ni89%（重量）Ni-Al合金其平衡凝固及非平衡凝固后显微组织不同。

6）设X合金平衡凝固完毕时组织为α（Al）初晶+（α+β）共晶，其中α初晶占80%，则此合金中Ni组元含量是多少？

7）绘出1500时Al-Ni合金系自由能—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）α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）平衡分配系数。

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

如何消除β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时合金K在室温时平衡组织。

2）已知Mg为hcp结构，试计算Mg晶胞致密度；

3）指出提高合金K强度可能方法

4）简述图中Y=10%wt之合金可能强化方法。

4试说明纯Al和铝－铜单相固溶体结晶异同。

5根据4-4铁碳亚稳平衡相图回答下列问题：

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

2）指出此二元系中比较适合做变形合金和铸造合金成分范围。

3）如何提高压力加工合金强度。

4）标注平衡反应成分及温度，写出平衡反应式。

5）分析Fe-1%C合金平衡凝固过程，并计算室温下其中相组成物和组织组成物百分含量，

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差异。

7）根据Fe-Fe3C状态图确定下列三种钢在给定温度下显微组织（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）把空相区填上相名称。

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

3）设Y合金平衡凝固完毕时组织为（Bi）初晶+[β+（Bi）]共晶，且初晶及共晶百分含量相等，则此合金中Pb组元含量是多少？

4）Pb-30%Bi合金非平衡凝固后室温下组织及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－Si3.5%Si变温截面图（5－1），写出含0.8%CFe-C-Si三元合金在平衡冷却时相变过程和1100℃时平衡组织。

图5－1

2图5－2为Cu-Zn-Al合金室温下等温截面和2%Al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）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，界面投影图，A、B、C分别形成固溶体α、β、γ。

1）写出

，

和

单变量线三相平衡反应式。

2）写出图中四相平衡反应式。

3）说明O合金凝固平衡凝固所发生相变。

图5－3图5－4

4图5－4为Fe-W-C三元系液相面投影图。

写出e1→1085℃，P1→1335℃，P2→1380℃单变量线三相平衡反应和1700℃，1200℃，1085℃四相平衡反应式。

I，II，III三个合金结晶过程及室温组织，选择一个合金成分其组织只有三元共晶。

5如图5－5为Fe-Cr-C系含13%Cr变温截面

１）大致估计2Cr13不锈钢淬火加热温度（不锈钢含碳量０.２％,含Cr量13％）

２）指出Cr13模具钢平衡凝固时凝固过程和室温下平衡组织（Cr13钢含碳量2%）

３）写出（１）区三相反应及７９５时四相平衡反应式。

图5－5图5－6

6如图5－6所示，固态有限溶解三元共晶相图浓度三角形上投影图，试分析IV区及VI区中合金之凝固过程。

写出这个三元相图中四相反应式。

图5－7

7分析如图5－7所示三元相图，该合金中E点成分为27Pb18Sn55Bi，γ相成分取100％Bi。

1）指出这个三元系初晶面，写出四相平衡反应式；

2）分析该三元合金系中1，2，3，4合金平衡结晶过程；

3）要配制一个初晶为γ，具有三元共晶而无二元共晶且γ/三元共晶=0.5合金，计算该合金成分。

第六章空位及位错

一、名词解释

空位平衡浓度，位错，柏氏回路，P-N力，扩展位错，堆垛层错，弗兰克-瑞德位错源，

奥罗万机制，科垂耳气团，面角位错，铃木气团，多边形化

二、问答

1fcc晶体中，层错能高低对层错形成、扩展位错宽度和扩展位错运动有何影响？

层错能对金属材料冷、热加工行为影响如何？

2.在铝单晶体中（fcc结构），

1）位错反应→]+能否进行？

写出反应后扩展位错宽度表达式和式中各符号含义；若反应前是刃位错，则反应后扩展位错能进行何种运动？

能在哪个晶面上进行运动？

若反应前是螺位错，则反应后扩展位错能进行何种运动？

2）若（1，1，1）面上有一位错，及

面上位错发生反应，如图6－1。

写出位错反应方程式，说明新位错性质，是否可动。

3）写出（111）及（111）两个滑移面上两全位错所分解为肖克莱不全位错两个反应式。

4）如果两扩展位错运动，当它们在两个滑移面交线AB相遇时，两领先不全位错为和，两领先位错能否发生反应，若能，求新位错柏氏矢量；分析新形成位错为