材料科学基础试卷

1一、填空题1、晶体的三种缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）2、铸锭三晶区（表层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区）3、按原子位置固溶体分类为（置换固溶体和间隙固溶体）4过冷液相中的（结构起伏和能量起伏）是形核的基础5、金属内部由一种晶体转变为另一种晶体结构的转变为（同素异构体转变）6、亚共析钢在常温下的组织和相分别为（珠光体和铁素体、铁素体和渗碳体）7、使用第二相粒子起强化作用的强化方式是（弥散强化）二、选择题1、密堆积结构的致密度为（B）A0.68B0.74C0.8D1.02、下述晶体缺陷中属于线缺陷的是（Ｂ）Ａ空位Ｂ位错Ｃ晶界Ｄ间隙原子4、固溶体的不平衡凝固可能造成（A）A晶内偏析B晶相偏析C集中缩孔D缩松4、铸铁与碳钢的区别在于有无（A）A莱氏体B珠光体C铁素体D奥氏体5、下图是（C）的结果Ａ单滑移Ｂ多滑移Ｃ交滑移Ｄ三、判断题1、面心立方结构是原子的2、点缺陷是一种稳定缺陷，在一定温度3、铁素体是C在α-Fe的4、在实际系统中，纯金属的5、溶剂与溶质原子价电子数越大强化效果越好四、名词解释1、螺型位错答：一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。由于位错附近的原子是按螺旋形排列的，所以叫咯型位错。2、共析转变答：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。3均匀形核答：液相中各个区域出现新晶核的几率都是相同的，这种形核方式即为均匀形核。4加工硬化答：在塑性变形过程中，随着金属内部组织的变化，金属的力学性能也将产生明显的变化，即随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降。5、变质处理答：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒。五、简答题1、刃性位错特征答：（1、刃性位错有一额外半原子面（2、位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中既有正应变，又有切应变。对于正刃性位错，滑移面之上晶格受到压应力，滑移面之下为拉应力。负刃性位错与之相反。（3、位错线与晶体的滑移方向垂直，位错线运动的方向垂2直于位错线。（4、刃型位错的柏氏矢量玉位错线相垂直。2、材料强化的主要途径和原理答：（1、细晶强化：细化晶粒来提高金属的屈服极限，使得金属表现出高强度与高韧性。（2、固溶强化：提高溶质原子的浓度，使得位错受束缚或被钉扎，从而提高金属的强度、硬度。（3、弥散强化：位错线绕过第二相原子并借助粉末冶金的方法加入基体从而起强化作用。（4、沉淀强化：位错线切过第二相原子时做了额外的功，消耗足够大的能量，从而提高合金的强度。简述铸锭三晶区的组织特点及形成原因答：（1表层细晶区：组织致密，力学性能好；形成原因：温度较低的型壁有强烈的吸收和散热作用，是靠近型壁的一层薄壁液体产生极大的过冷度，型壁又可以作为非均匀形核的基底，在薄层液体中产生大量的晶核，并同时向各个方向生长，晶粒数目多，邻近的晶粒很快相遇不能继续生长，便在型壁处形成以很细的薄层等轴晶区。（2、柱状晶区：组织较致密存在弱面，力学性能有方向性；形成原因：在表层细晶区形成的同时，型壁的温度升高造成过冷度很小，不能形成晶核，但有利于细晶区内靠近液相的小晶粒的继续长大，而离柱状晶区前沿稍远处的液态经书尚处于过热中，无法另行生核，另外垂直于型壁方向散热最快，因而晶体沿其相反方向择优生长成柱状晶。（3、中心等轴晶区：各晶粒枝杈搭接牢固，无弱面、力学性能无方向性；形成原因：随着柱状晶的发展，经散热温度下降至熔点以下，再加上液态金属中杂质等因素满足形核对过冷度的要求，剩余液体同时形核，晶核在液体中可以自由生长，在各个方向上长大速度大致相同，形成等轴晶。3、用霍尔佩奇公式解释细晶强化答：细晶强化是用细化晶粒增加晶界提高强度，霍尔配奇公式为𝜎𝑠=𝜎0+Kd−12,其中𝜎0为常数，K为晶界对强度影响的程度，d为多晶体中各晶粒的平均直径。在相同的外力作用下，细小晶粒的晶粒内部和晶界附近的应变相差较小，变形较均匀，相对来说，应力集中引起开裂的机会也较少，这就可能在断裂之前承受较大的变形量，所以可以得到较大的伸长率和断面收缩率。由于细晶粒金属中的裂纹不易产生也不易扩撒，因而在断裂过程中吸收了更多的能量，即表现出较高的韧性。4、简述多晶体塑性变形特点（少一个扣1.5分）答：（1、各晶粒变形的不同时性（2、各晶粒变形的相互协调性（3、具有不均匀性（4、多晶体的晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高，金属的塑性越好。六、绘图题1、标出图，图中晶面指数及图中所示晶向（AB、OC）的晶向指数。七、论述题31、影响合金元素在基体中固溶度的因素及规律答：因素（1、不同元素间的原子尺寸、电负性、电子浓度、和晶体结构等因素。（2、固溶体中溶质与溶剂的原子半径差所引起的弹性畸变，与位错之间产生的弹性交互作用，对在滑移面上运动着的位错有阻碍作用（3、在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。规律：（1、在固溶体的溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，则强化作用越大。（2、溶质原子与溶剂原子的尺寸相差越大，则造成的晶格畸变越大，因而强化效果越大。（3、形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素。（4、溶质原子与溶剂原子的价电子数相差越大，则强化作用越大。2、（1、画出铁碳相图，并列表说明重要点、温度及相应线的含义。（2、计算Fe3II和Fe3III的可能最大含量。（3、计算45钢中的组织组成物含量，画出共晶铸铁的冷却曲线。解：（2、二次渗碳体从奥氏体中析出，最大溶解度为2.11％，最小溶解度0.77％即Fe3II=（2.11-0.770/(6.69-0.77)*100％=22.6％三次渗碳体从奥氏体中析出，最大溶解度为0.0218％，最小接近0，即Fe3II=（0.0218-0）/（6.69-0）=0.30％（3、由杠杆定理有Qp=（0.45-0.0008）/(0.77-0.0008)×100%=58.4%则Qα=100%-58.4%=41.6%1、如图（符号温度/℃Wc/％含义P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度C11484.3共晶点A15380纯铁的熔点曲线名称ECF共晶转变线PSK共析转变线GSA3线冷却过程中，奥氏体析出铁素体的开始线ESAcm线碳在奥氏体中的溶解度曲线，析出二次渗碳体PQ碳在铁素体中的溶解度曲线，析出三次渗碳体