考研材料科学基础试题及答案Word格式.docx
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熟悉相区及相；
确定三相平衡转变性质。
三、绘图题
绘图表示铸锭宏观组织三晶区。
四、书后习题
1、何谓相图？
有何用途？
相图的作用：
由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。
2、什么是异分结晶？
什么是分配系数？
分配系数：
在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。
3、何谓晶内偏析？
是如何形成的？
影响因素有哪些？
对金属性能有何影响，如何消除？
晶内偏析：
一个晶粒内部化学成分不均匀的现象
形成过程：
固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。
影响因素：
1）分配系数k0：
当k0<
1时，k0值越小，则偏析越大；
当k0>
1时，k0越大，偏析也越大。
2）溶质原子扩散能力，溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；
反之，则偏析程度较大。
3）冷却速度，冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。
对金属性能的影响：
使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低，甚至使合金不容易压力加工。
也使合金的抗蚀性能降低。
消除办法：
扩散退火或均勺化退火
6、何谓共晶反应和包晶反应？
写出反应式。
共晶反应：
包晶反应：
8、什么是成分过冷？
9、试述纯金属与固溶体合金结晶过程中形核、长大的条件及方式有何异同？
纯金属结晶过程中的形核、长大的条件：
要满足结构起伏、能量起伏。
固溶体合金结晶过程中的形核、长大的条件：
要满足结构起伏、能量起伏和成分起伏。
固溶体合金结晶是在一定的温度范围的异分结晶，纯金属结晶是在一定温度下的同分结晶。
10、何谓相组成物和组织组成物？
画出冷却曲线分析w（Sn）=70%Pb-Sn合金的平衡结晶过程，并计算室温下该合金相组成物和组织组成物的相对含量。
相组成物：
组成合金的各相
组织组成物：
在显微组织中能清楚地区分开，是组成显微组织的独立部分。
冷却曲线：
平衡结晶过程：
当合金I缓慢冷却到1点时，开始从液相中结晶出β固溶体。
在1~2点温度范围内，随着温度的降低，β固溶体的数量不断增多，而液相的数量不断减少，它们的成分分别沿固相线BN和液相线BE发生变化。
2点时，β相和剩余液相的成分分别到达N点和E点。
在温度tE、成分为E点的液相便发生共晶转变
。
在2点以下继续冷却时，将从β相（包括先共晶β相和共晶组织中的β相）和α（共晶组织中的）分别析出次生相βII和αII。
室温下该合金相组成物的相对含量：
组织组成物的相对含量：
β+αII+共晶组织（α+β）
13、何谓共析转变？
与共晶转变比较有何异同？
共析转变：
一定成分的固相在一定温度下分解为另外两个一定成分的固相的转变过程。
相同点：
都是由一个相分解为两个相的三相恒温转变，三相成分点在相图上的分布是一样的。
不同点：
共析反应的反应相是固相，而共晶反应的反应相是液相。
共析组织比共晶组织致密。
第3章 二元合金相图和合金的凝固复习题纲
重点：
二元相图的结晶过程（冷却曲线、组织变化示意图）；
填写相组成物、组织组成物；
杠杆定律的计算；
铸锭的三个晶区。
一、选择题
1.二元合金在进行共晶反应时为__c______相平衡共存。
a单b双c三d多
2.铸造性能最佳的合金应该是__c_______成分的合金。
a固溶体b亚共晶c共晶d过共晶
3.在金属或合金中凡是具有___b______并与其他部分有界面分开的，均匀的组成部分，均称之为相。
a相同成分，不同晶体结构b相同成分，相同晶体结构
c不同成分，相同晶体结构
4.相图是表示合金系中合金在___b______条件下各相的存在状态与温度，成分间的关系的图解。
a常压b平衡c较慢冷却d较慢加热
5.在实际冷却速度____b_____的条件下，以树枝晶方式结晶的固溶体中，先后结晶的树枝状晶体内化学成分不均匀的现象，称为枝晶偏析。
a较慢b较快c适中d极为缓慢
6.在_____b____下，由一定成分的液相，同时结晶出成分一定且不相同的两个固相的较变，称为共晶转变（或共晶反应）a连续降温条件b一定温度
c一定冷却速度d温度变化不大条件
7.在一定温度下，由成分一定的____c_____同时析出两种成分一定且不相同的____e_____的转变，称为共析转变（或共析反应）
a气相b液相c固相d新液相e新固相
8.在二元合金相图中，对某已知成分合金应用杠杆定律时，首先必须明确是在_____b____应用?
然后必须进一步明确是在该区的___d______求解?
接着要确定做为分母线及分子线段的杠杆长度。
a哪个单相区中b哪个两相区中c哪种成分下d哪个温度下e什么压力下
9.产生枝晶偏析的原因是由于____d_____。
a液固相线间距很小，冷却缓慢b液固相线间距很小，冷却速度大c液固相线间距大，冷却缓慢d液固相线间距大，冷却速度也大
二、判断题
（1）共晶转变和共析转变都是从单相中产生双相的转变，而且又是在恒温下进行，处于平衡状态的三相的成分都是固定不变的。
（∨）
（2）在二元合金系中，只有共晶成分的合金在结晶时才能发生共晶转变，其它任何成分的合金在结晶时都不可能发生共晶转变。
（×
）
（3）在二元合金系中，只有共析成分的合金在结晶时才能发生共析转变，其它任何成分的合金在结晶时都不可能发生共析转变。
（4）二元合金结晶过程中共晶转变和共析转变的反应式和转变产物都是相同的。
）
（5）在二元合金相图中，液相线与固相线之间的垂直距离（温度间隔）及其水平距离（成分间隔）比较大的合金，铸造时流动性比较好，偏析倾向及产生热裂纹的倾向均比较小。
（6）在二元合金相图中，在三相平衡的水平线上，当转变正在进行时不能应用杠杆定律。
但在转变尚未开始之前或转变刚刚完成后，在水平线上可以应用杠杆定律。
（7）在二元合金相图中，固态下只要α相、β相有溶解度变化，那么整个α+β两相区内各成分合金，室温下的平衡组织中均同时存在次生相，αⅡ和βⅡ。
三.在图4—30所示相图中，请指
（1）水平线上反应的性质；
（2）各区域的组织组成物；
（3）分析合金I，II的冷却过程；
（４）室温下合金I，II的组织组成物的相对量表达式；
7.
（1）高温区水平线为包晶线，包晶反应：
Lj+δk→αn
中温区水平线为共晶线，共晶反应：
Ld′→αg+βh
（2）各区域组织组成物如图4—30中所示。
（3）I合金的冷却曲线和结晶过程如附图2.9所示。
1～2，均匀的液相L。
2～3匀晶转变，L→δ不断结晶出δ相。
3～3′，发生包品反应L+δ→α。
3′～4，剩余液相继续结晶为α。
4，凝固完成，全部为α。
4～5，为单一α相，无变化。
5～6，发生脱溶转变α→βII。
室温下的组织为α+βII。
II合金的冷却曲线和结晶过程如附图2.10所示。
2～3，结晶出α初，随温度下降α相不断析出，液相不断减少。
3～3′，剩余液相发生共晶转变L→α+β。
3′～4，α→βII，β→αII，室温下的组织为。
α初+（α+β）共+βII
（4）室温时，合金I、II组织组成物的相对量可由杠杆定律求得。
合金I：
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）平面上的方向。
在hcp晶胞的（0001）面上标出
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α-Fe和γ-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，α-Fe：
0.124nm，γ-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Hm=1628J/cm2，σ=177×
10－7J/cm，点阵常数a=0.3615nm。
求铜T=100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
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→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α（Al）初晶+（α+β）共晶，其中α初晶占80%，则此合金中Ni组元的含量是多少？
7）绘出1500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）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）的平衡分配系数。
3）Cu-13.47%Sn合金在正常条件下凝固后，α相的晶界上出现少量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
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
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β和（Bi），其中β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+[β+（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
，
单变量线的三相平衡反应式。
2）写出图中的四相平衡反应式。
3）说明O合金凝固平衡凝固所发生的相变。
图5－3图5－4
4图5－4为Fe-W-C三元系的液相面投影图。
写出e1→1085℃，P1→1335℃，P2→1380℃单变量线的三相平衡反应和1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反应式。
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的变温截面
１）大致估计2Cr13不锈钢的淬火加热温度（不锈钢含碳量０.２％,含Cr量13％）
２）指出Cr13模具钢平衡凝固时的凝固过程和室温下的平衡组织（Cr13钢含碳量2%）
３）写出（１）区的三相反应及７９５时的四相平衡反应式。
图5－5图5－6
6如图5－6所示，固态有限溶解的三元共晶相图的浓度三角形上的投影图，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所示的三元相图，该合金中E点成分为27Pb18Sn55Bi，γ相成分取100％Bi。
1）指出这个三元系的初晶面，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的合金，计算该合金的成分。
第六章空位与位错
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
1fcc晶体中，层错能的高低对层错的形成、扩展位错的宽度和扩展位错运动有何影响？
层错能对金属材料冷、热加工行为的影响如何？
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的表达式和式中各符号的含义；
若反应前的
是刃位错，则反应后的扩展位错能进行何种运动？
能在哪个晶面上进行运动？
是螺位错，则反应后的扩展位错能进行何种运动？
2）若（1，1，1）面上有一位错
，与
面上的位错
发生反应，如图6－1。
写出位错反应方程式，说明新位错的性质，是否可动。
3）写出（111）与（111）两个滑移面上两全位错所分解为肖克莱不全位错的两个反应式。
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
，两领先位错能否发生反应，若能，求新位错柏氏矢量；
分析新形成位错为何种类型位错，能否自由滑移，对加工硬化有何作用。
图6－1
3螺旋位错的能量公式为
若金属材料亚晶尺寸为R=10-3~10-4cm，r0约为10-8cm，铜的G＝4×
106N/cm2，b＝2.5×
10－8cm。
（1）试估算Es
（2）估算Cu中长度为1个柏氏矢量的螺型位错割阶的能量。
4平衡空位浓度与温度有何关系？
高温淬火对低温扩散速度有何影响？
5已知Al的空位形成能为0.76eV，问从27升温到627时空位浓度增加多少倍（取系数A=1）
6在一个刃型位错附近放置另一个与之平行同号的另一个刃型位错，其位置如图6－2所示1，2，3，问它们在滑移面上受力方向如何？
图6－2
7、位错对金属材料有何影响？
第七章金属塑性变形
一名词解释
固溶强化，应变时效，孪生，临界分切应力，变形织构
二问答
1单相合金的冷塑性变形与纯金属的室温塑性变形相比，有何特点。
2金属晶体塑性变形时，滑移和孪生有何主要区别？
3A-B二元系中，A晶体结构是bcc，形成α固溶体，B晶体结构是fcc，形成β固溶体，A与B形成η相，其晶体结构是hcp：
1）指出α，β，η三个相的常见滑移系；
2）绘出它们单晶变形时应力-应变曲线示意图，试解释典型低层错能面心立方单晶体的加工硬化曲线，并比较与多晶体加工硬化曲线的差别。
4简述冷加工纤维组织、带状组织和变形织构的成因及对金属材料性能的影响。
5为什么金属材料经热加工后机械性能较铸造态好。
6何为加工硬化？
列出产生加工硬化的各种可能机制。
（不必说明），加工硬化现象在工业上有哪些作用？
7铝单晶体拉伸时，其力轴为[001]，一个滑移系的临界分切应力为0.79MN/m2，取向因子COSφCOSλ=0.41,试问有几个滑移系可同时产生滑移？
开动其中一个滑移系至少要施加多大的拉应力？
图7－1
9简要说明第二相在冷塑性变形过程中的作用。
10讨论织构的利弊及控制方法。
11叙述金属和合金在冷塑性变形过程中发生的组织性能的变化。
12图7－1所示低碳钢的三条拉伸曲线，1－塑性变形；
2－去载后立即再行加载；
3－去载后时效再加载。
试回答下列问题：
1）解释图示曲线2无屈服现象和曲线3的屈服现象。
2）屈服现象对金属变形制件表面质量有何影响，如何改善表面质量。
13退火纯Fe，其晶粒尺寸d=1/4mm时，其屈服点σs=100MNm-2；
d=1/64mm时σs=250MN
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