材料科学基础考试题题库胡心平讲诉.docx
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材料科学基础考试题题库胡心平讲诉
得分
阅卷人
一、（本题满分20分）填空题（每题2分）
1．元素周期表中副族各列名称分别是ⅠB、ⅡB、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、ⅧB，其中，为过渡元素。
2．原子结合键有一次键和二次键。
其中，一次键结合力较，有、共价键和。
二次键结合力较弱，有范德瓦耳斯键和氢键。
3．晶体缺陷是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。
它可以是点缺陷、线缺陷和面缺陷。
其中，点缺陷是在三维空间各方向上尺寸都很，亦称零维缺陷，如，和。
4．在晶体学中，根据晶胞棱边长度之间的关系和晶轴夹角情况分成个晶系。
1848年，布拉菲用数学分析法证明晶体中的空间点阵只有种。
5．如右下图示，当三个晶粒相遇于一点时，其界面能与界面夹角间应存在下述平衡关系：
。
6．相是合金中具有同一、同一并以相互隔开的均匀组成部分。
根据相的结构特点，可以分为两大类：
固溶体与中间相。
7．多数金属其晶体生长特性均属于界面生长。
在液固界面为的温度梯度下，晶体生长按连续生长机制，呈平面式向液相中推进。
8．铸锭与铸件的正常普通凝固组织，通常分为区、区和区三个部分。
9．K0<1时，胞状偏析是指在小的成分过冷区条件下晶体以状生长时胞壁富含了较溶质而造成的成分不均匀现象。
它可以通过来消除。
10．离子晶体是由正负离子通过离子键按一定方式堆积起来而形成的。
其主要特点硬度、强度、熔点和沸点较、热膨胀系数小但脆性大；绝缘性好；无色透明。
得分
阅卷人
二、（本题满分10分）做图题（每小题5分，画在答题纸上）
1．如下图所示，确定为刃型位错时，位错线扫过晶体导致的表面圆形标记的变化情况。
2．在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向。
（
32）与[123]
得分
阅卷人
三、（本题满分8分）判定下列位错反应能否进行，并说明理由。
得分
阅卷人
四、（本题满分8分）常温下，铁素体铁的点阵常数为0.286nm，分别求出（100）、（111）、（123）的晶面间距，并指出它们中晶面间距最大的晶面。
得分
阅卷人
五、（本题满分8分）对一材料为20钢的导轨进行气体渗碳表面热处理，其要求是距表面0.5mm处的含碳量达到0.4%。
已知炉内渗碳气氛可控恒定，且使工件表面含碳量为0.9%，试用扩散第二定律估算渗碳的时间。
（碳在927℃下的扩散系数为1.28X10-11m2/s，erf（0.755）=0.7134）
得分
阅卷人
六、（本题满分8分）假设将合金液放入一水平容器中（如下图）并使之从左端向右端凝固，根据凝固前后溶质质量守恒，推导出固态没有扩散而液体内成分能完全均匀化的不平衡凝固中的溶质分布方程（各符号的使用必须符合图中所示）。
得分
阅卷人
七、（本题满分8分）根据下列实验数据确定二元共晶相图的各个关键点（共晶反应温度以及参与共晶反应各相的成分），并绘出粗略的相图，并将这些关键点标在相图上。
组元A熔点为1000℃，组元B的熔点为700℃，XB为25％的合金在500℃下结晶完毕，并由73.33%的先共晶相和26.67%的共晶体组成，XB为50％的合金在500℃下结晶完毕后，则由40％的先共晶相与60％的共晶体组成，而此合金的先共晶相总量为50％。
得分
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八、（本题满分30分）Fe-Fe3C相图进行分析
根据下页的Fe-Fe3C相图进行如下分析：
1）分别写出1495℃时C含量在0.17%，727℃时C含量在0.77%，1148℃时C含量在4.3%时的反应式，并指明各反应类型。
写出参与各反应中各固相单相区的名称，并说明其晶胞类型。
2）对于含碳量为3.0%的铁碳合金（亚共晶白口铸铁），分析其结晶过程。
3）利用杠杆定律计算该铸铁中组织组成物的质量分数。
4）图中ES线的意义如何？
一、（本题满分20分）填空题（每小题2分）
1．元素周期表中副族各列名称分别是ⅠB、ⅡB、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、ⅧB，其中，为过渡元素。
2．原子结合键有一次键和二次键。
其中，一次键包括离子键、共价键和金属键。
二次键结合力较，有和。
3．晶体缺陷是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。
它可以是点缺陷、线缺陷和面缺陷。
其中，线缺陷是在三维空间中个方向上尺寸很，亦称维缺陷，主要是。
4．金属晶体中的结合键是金属键，最常见的典型金属通常具有（A1/fcc）、体心立方（A2/bcc）和（A3/）三种晶体结构。
5．对如右图所示的小角度对称倾侧晶界而言，当晶界两侧的晶粒位向差很小时，晶界基本上由位错组成。
则位错间距D与位向差之间的关系为：
6．相是合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。
根据相的结构特点，可以分为两大类即与。
7．多数金属其晶体生长特性均属于粗糙界面连续生长。
在液固界面为正的温度梯度下，晶体生长按机制，呈向液相中推进。
在负的温度梯度下，晶体呈状向液体中生长。
8．偏析是铸锭或铸件组织在凝固过程中所产生的现象。
总体而言，它可以有和两种。
9．K0<1时，树枝偏析是指不平衡凝固并以生长时，枝干溶质浓度，枝间的偏析现象。
它可以通过退火来消除。
10．离子晶体是由正负离子通过离子键按一定方式堆积起来而形成的。
其主要特点是硬度高、强度大、熔点和沸点较高、热膨胀系数但脆性；绝缘性；无色透明。
得分
阅卷人
二、（本题满分10分）画图题（每小题5分，画在答题纸上）
1．如下图所示，确定为螺型位错时，位错线扫过晶体导致的表面圆形标记的变化情况。
2．在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向。
（
2）和[236]
得分
阅卷人
三、（本题满分8分）判定下列位错反应能否进行，并说明理由。
得分
阅卷人
四、（本题满分8分）916℃下γ－Fe的点阵常数为0.365nm，分别求出（100）、（111）、（123）的晶面间距，并指出它们中晶面间距最大的晶面。
得分
阅卷人
五、（本题满分8分）考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于ΔT=100℃时，计算：
（a）临界晶核尺寸；（b）从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔGv；
（c）从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化ΔGv。
已知铝的熔点Tm=993K，单位体积熔化热Lm=1.836×109J/m3，
固液界面自由能（表面张力）σL/S=93J/m2，原子体积V0=1.66×10-29m3。
得分
阅卷人
六、（本题满分8分）为了获得高纯度材料，在工业中经常采用区域熔炼的方法。
假设将合金放入一水平放置的熔化舟中，用一宽度为l的感应器自左端加热，让合金由左向右顺序凝固（如下图），根据溶质的量不变原理，推导出重熔凝固后的溶质分布方程（假设合金在不平衡凝固时液体内合金的成分不能均匀化）。
得分
阅卷人
七、（本题满分8分）金属变形后产生大量的位错是纯金属强化的一个原因，其中位错的F-R源增殖方式是其重要的机制，试以下图F-R源的动作图为基础，解释F-R位错增殖方式。
得分
阅卷人
八、（本题满分30分）Fe-Fe3C相图进行分析
根据下页的Fe-Fe3C相图进行如下分析：
1）分别写出直线HJB、ECF、PSK各发生哪种类型的相的
反应，并写出它们的反应式以及参与各反应中各固相单相区的名称及其晶胞类型。
2）对于含碳量为0.40%的铁碳合金（亚共析钢），说明从1600℃开始冷却到室温过程中的平衡组织变化过程。
3）计算在727℃下珠光体的含量。
并用杠杆定律分析合金中相的相对含量。
4）图中GS线的意义如何？
一、（本题满分12分,每小题2分）名词解释
1、加工硬化2、稳态结构3、低碳钢的应变时效
4、配位数5、置换固溶体6、同素异构转变
得分
阅卷人
二、（本题满分10分,每小题2分）选择题
1、关于间隙固溶体与间隙化合物说法正确的是：
A二者在结构方面不同
B二者力学性能相近
C二者结合键相同
D二者物理性能相近
2、下列对晶体与非晶体描述正确的是：
A晶体有熔点和性能的各向异性；非晶体有熔点和性能的各向同性
B晶体有熔点和性能的各向异性；非晶体没有熔点，性能为各向同性
C晶体没有熔点和性能的各向异性;非晶体有熔点，性能为各向同性
D晶体有熔点和性能的各向异性;非晶体也有熔点和性能的各向异性
3、晶界不包括：
A大角度晶界
B小角度晶界
C孪晶界
D表面
4、能得到非晶态合金的技术是：
A定向凝固技术
B尖端形核技术
C急冷凝固技术
D垂直提拉技术
5、下列不属于Fe-Fe3C相图中的组成相是：
A铁素体
B奥氏体
C渗碳体
D石墨
得分
阅卷人
三、（本题满分10分,每小题5分）画图题
1在简单立方晶胞中绘出（01
）、（102）晶面
和[01
]、[102]晶向。
2Bi的熔点是271.5℃，Sb的熔点是630.7℃，Bi和Sb在液态和固态时均能彼此无限互溶，wBi=50%的合金在520℃时开始结晶出成分为wSb87%的固相。
wBi=80%的合金在400℃时开始结晶出成分为wSb64%的固相。
在空白图上绘制Bi-Sb相图，并标出各线和各相区名称，然后腾抄到答题纸上，并说明相图类型。
得分
阅卷人
四、（本题满分20分）Fe-Fe3C相图进行分析
根据下页的Fe-Fe3C相图进行如下分析：
1）分别写出1495℃时C含量在0.17%，727℃时C含量在0.77%，1148℃时C含量在4.3%时的反应式，并指明各反应类型。
写出参与各反应中各固相单相区的名称，并说明其晶胞类型。
2）对于含碳量为3.0%的铁碳合金（亚共晶白口铸铁），利用杠杆定律计算该铸铁中组织组成物的质量分数。
得分
阅卷人
五、（本题满分24分，每小题6分）简答及计算题
1）说明并判断以下位错能否进行？
a/2[10
]+a/6[
21]a/3[11
]
2）对于面心立方晶体，设其晶格常数为a，分别求出（100）、（111）、（123）的晶面间距，并指出它们中晶面间距最大的晶面。
3）请说明钢中板条马氏体和片状马氏体的形态并分别粗略说明它们的性能。
4）简要说明铸锭凝固组织的特点并说明中心等轴晶形成的原因。
得分
阅卷人
六、（本题满分24分，每小题8分）应用拓展题
1.对一材料为20钢的导轨进行气体渗碳表面热处理，其要求是距表面0.5mm处的含碳量达到0.4%。
已知炉内渗碳气氛可控恒定，且使工件表面含碳量为0.9%，试用扩散第二定律估算渗碳的时间。
（碳在927℃下的扩散系数为1.28X10-11m2/s，erf（0.755）=0.7134）
2.假设将合金液放入一水平容器中（如下图）并使之从左端向右端凝固，根据凝固前后溶质质量守恒，推导出固态没有扩散而液体内成分能完全均匀化的不平衡凝固中的溶质分布方程（各符号的使用必须符合图中所示）。
3.单晶体拉伸时，在某些晶面中会产生滑移。
假设单晶体的滑移面法向方向与外力的夹角为Φ，滑移方向与拉力轴的夹角为λ，且滑移方向、拉力轴和滑移面三者不在一平面内，如下图所示，求滑移面上的分切应力，并说明这种分切应力的性质以及它与材料屈服点的关系。
一、（本题满分12分，每小题2分）名词解释
1、形变织构2、单相组织3、扩散第一定律
4、枝晶偏析5、原子无规行走模型6、扩散型相变
得分
阅卷人
二、（本题满分10分，每小题2分）选择题
1、下列对金属键描述正确的是：
A无方向性和饱和性
B有方向性和饱和性
C有方向性无饱和性
D无方向性有饱和性
2、金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种，它们的晶胞
中原子数分别为：
A4；2；6
B6；2；4
C4；4；6
D2；4；6
3、下列对液－固粗糙界面描述正确的是：
A微观粗糙，宏观平整
B微观粗糙，宏观粗糙
C微观平整，宏观粗糙
D微观平整，宏观平整
4、下列不属于铸锭中宏观偏析的是：
A正常偏析
B枝晶偏析
C反常偏析
D比重偏析
5、晶粒大小对金属的性能有重要影响。
晶粒越小，
A金属的强度越高，塑性越好
B金属的强度越高，塑性越差
C金属的强度越低，塑性越好
D金属的强度越低，塑性越差
得分
阅卷人
三、（本题满分10分，每小题5分）画图题
1在简单立方晶胞中绘出[31
]、[110]晶向
和（31
）、（110）晶面。
2根据以下各成分合金的冷却曲线（曲线的转折点已给出），在空白图上
绘制相图然后腾抄到答题纸上，并说明相图类型。
得分
阅卷人
四、（本题满分20分）Fe-Fe3C相图进行分析
根据下页的Fe-Fe3C相图进行如下分析：
2）分别写出直线HJB、ECF、PSK各发生哪种类型的相的
反应，并写出它们的反应式以及参与各反应中各固相单相区的名称及其晶胞类型。
2）对于含碳量为0.40%的铁碳合金（亚共析钢），说明从1600℃开始冷却到室温过程中的平衡组织变化过程。
并计算在727℃下珠光体的含量。
得分
阅卷人
五、（本题满分24分，每小题6分）简答及计算题
1）根据位错反应条件，说明并判断以下位错能否反应？
a/2[
10]a/6[
2
]+a/6[
11]
2）对于体心立方晶体，设其晶格常数为a,分别求出（100）、（111）、（123）的晶面间距，并指出它们中晶面间距最大的晶面。
3）简要说明钢中马氏体相变的基本特征，以及马氏体的主要形态。
4）请简要说明冷变形金属回复阶段性能与组织的变化。
得分
阅卷人
六、（本题满分24分，每小题8分）应用拓展题
1．考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：
ΔT=1，100℃，计算：
（a）临界晶核尺寸；
（b）从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔGv；
（c）从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化ΔGv。
已知铝的熔点Tm=993K，单位体积熔化热ΔHf=1.836×109J/m3，
固液界面自由能（表面张力）σL/S=93J/m2，原子体积V0=1.66×10-29m3。
2.为了获得高纯度材料，在工业中经常采用区域熔炼的方法。
假设将合金放入一水平放置的熔化舟中，用一宽度为l的感应器自左端加热，让合金由左向右顺序凝固（如下图），根据溶质的量不变原理，推导出重熔凝固后的溶质分布方程（假设合金在不平衡凝固时液体内合金的成分不能均匀化）。
3金属变形后产生大量的位错是纯金属强化的一个原因，其中位错的F-R源增殖方式是其重要的机制，试以下图F-R源的动作图为基础，解释F-R位错增殖方式。
一、（本题满分12分,每小题2分）名词解释
1、晶胞2、空间点阵3、线缺陷
4、合金5、固溶体6、派-纳力
二、（本题满分10分,每小题2分）选择题
1、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于_____。
A、单相区中
B、两相区中
C、三相平衡水平线上
2、面心立方晶体的孪晶面是_____。
A、{112}
B、{110}
C、{111}
3、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为_____。
A、肖脱基缺陷
B、弗兰克尔缺陷
C、线缺陷
4、铸铁与碳钢的区别在于有无_____。
A、莱氏体B、珠光体C、铁素体
5、在柯肯达尔效应中，界面移动主要原因是扩散偶中_____。
A、两组元的原子尺寸不同
B、仅一组元的扩散
C、两组元的扩散速率不同
三、（本题满分10分,每小题5分）画图题
1在简单立方晶胞中绘出（1
0）、（012）晶面和[1
0]、[012]晶向。
2根据以下不同温度下的自由能-成分曲线在空白图上粗略地绘制相图，然后腾抄到答题纸上，并说明相图类型。
四、（本题满分20分）Fe-Fe3C相图进行分析
根据下页的Fe-Fe3C相图进行如下分析：
1）写出各单相区的名称，并说明固相单相区中各相的
晶胞类型。
2）直线ECF发生哪种类型的相的反应，写出它们的反应式。
3）对于含碳量为3.3%的铁碳合金，说明从1250℃开始冷却到室温的
过程中平衡组织变化过程。
得分
阅卷人
五、（本题满分24分，每小题6分）简答及计算题
1）说明并判断以下位错能否进行？
a[100]+a[010]a/2[111]+a/2[11
]
2）916℃下γFe的点阵常数为0.365nm，分别求出（100）、（111）、（123）的晶面间距，并指出它们中晶面间距最大的晶面。
3）均匀形核功和非均匀形核功之间的关系是什么？
并说明非均匀形核的重要性。
4）调幅分解反应和一般的形核长大机制是什么？
它们有何不同？
得分
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六、（本题满分24分）论述题
结合本课程的学习，列举出你认为非常重要的四个方程式并且说明它们在材料研究中的应用。
一、（本题满分12分）名词解释（每小题2分）
1、晶胞2、晶体缺陷3、相图
4、宏观偏析5、体扩散6、扩散型相变
得分
阅卷人
二、（本题满分10分）选择题（每小题2分）
1、菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随_____变化。
A、距离B、时间C、温度
2、理想密排六方结构金属的c/a为_____。
A、1.633B、1．414C、1．732
3、原子扩散的驱动力是_____。
A、组元的浓度梯度B、组元的化学势梯度C、温度梯度
4、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是_____。
（其中Ko是小于1平衡分配系数）
A、15、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为_____。
D、原子互换机制
E、间隙机制
F、空位机制
得分
阅卷人
三、（本题满分10分）画图题（每小题5分）
1在简单立方晶胞中绘出[1
3]、[111]晶向
和（1
3）、（111）晶面。
2根据以下各成分合金得冷却曲线（曲线的转折点已给出）在空白图上
绘制相图然后腾抄到答题纸上，并说明相图类型。
得分
阅卷人
四、（本题满分20分）Fe-Fe3C相图进行分析
根据下页的Fe-Fe3C相图进行如下分析：
3）直线HJB、PSK各发生哪种类型的相的反应，
写出它们的反应式。
2）对于含碳量为1.2%的铁碳合金，说明从1500℃开始
冷却到室温过程中的平衡组织变化过程。
并说明和计算在727℃下二次渗碳体的最大含量。
得分
阅卷人
五、（本题满分24分）简答及计算题（每小题6分）
1）根据位错反应条件，说明并判断以下位错能否反应？
a[100]a/2[111]+a/2[1
]
2）常温下，铁素体铁的点阵常数为0.286nm，分别求出（100）、（111）、（123）的晶面间距，并指出它们中晶面间距最大的晶面。
3）说明第二相对再结晶形核和再结晶晶粒长大的影响，并粗略估计金属再结晶温度与其熔点的关系。
4）说明成分过冷在理论上和实际生产中的意义。
得分
阅卷人
六、（本题满分24分）论述题
在材料科学基础这门课程的学习中，列举出您认为最重要的四个规律，并且说明它们在材料研究中的应用。
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