篇一：材料科學基礎期末試題

　　《材料科學基礎》試卷Ⅲ

　　一、填空題(20分，每空格1分)

　　1. 相律是在完全平衡狀態下，系統的是系統的平衡條件的數學表達式： f=C-P+2 。

　　2. 二元系相圖是表示合金系中合金的

　　3. 晶體的空間點陣分屬于大晶系，其中正方晶系點陣常數的特點為 =900交（任選三種）。

　　4. 合金鑄錠的宏觀組織包括

　　5.．在常溫和低溫下，金屬的塑性變形主要是通過和扭折 等方式。

　　6.

　　二、單項選擇題(30分，每題1.5分)

　　1. A.B 二組元形成共晶系，則（ A ）

　　A. 具有共晶成分的合金鑄造工藝性能最好

　　B. 具有亞共晶成分的合金鑄造工藝性能最好

　　C. 具有過共晶成分的合金鑄造工藝性能最好

　　D. 不發生共晶轉變的合金鑄造工藝性能最好

　　2. 簡單立方晶體的致密度為（ C ）

　　A. 100% B. 65% C. 52% D.58%

　　3. 運用區域熔煉方法可以（ D ）

　　A. 使材料的成分更均勻B. 可以消除晶體中的微觀缺陷

　　C. 可以消除晶體中的宏觀缺陷D. 可以提高金屬的純度

　　4. 能進行攀移的位錯可能是（ B ）。

　　A. 肖克利位錯 B. 弗蘭克位錯 C. 螺型全位錯 D. 前三者都不是

　　5. 欲通過形變和再結晶方法獲得細晶粒組織，應避免：（ A ）

　　A. 在臨界形變量進行塑性變形加工B. 大變形量

　　C. 較長的退火時間 D. 較高的退火溫度

　　6. 實際生產中金屬冷卻時( C)。

　　A. 理論結晶溫度總是低于實際結晶溫度; B. 理論結晶溫度總是等于實際結晶溫度;

　　C. 理論結晶溫度總是高于實際結晶溫度;D. 實際結晶溫度和理論結晶溫度沒關系.

　　7. 相互作用參數Ω的物理意義是：（ A）

　　A. Ω>0表示固溶體內原子偏聚 B. Ω>0表示固溶體內原子短程有序

　　C. Ω>0表示固溶體內原子完全無序D. Ω<0表示固溶體內原子偏聚

　　8. 單晶體的臨界分切應力值與( C )有關。

　　A. 外力相對于滑移系的取向 B. 拉伸時的屈服應力

　　C. 晶體的類型和純度D. 拉伸時的應力大小

　　19. fcc晶體中存在一刃型全位錯，其伯氏矢量為[10]，滑移面為（111），則位錯線方向平2

　　行于（ B ）。

　　A. [111] B. [] C. [100] D. [110]

　　10．冷變形使金屬中產生大量的空位、位錯等晶體缺陷，對置換固溶體中的擴散過程而言，

　　這些缺陷的存在將導致：（ D ）

　　A. 阻礙原子的移動，減慢擴散過程

　　B. 對擴散過程無影響

　　C. 有時會加速擴散，有時會減弱擴散

　　D. 加速原子的擴散過程

　　11．凝固的熱力學條件為：（ D ）

　　A. 形核率B. 系統自由能增加C. 能量守衡D.過冷度

　　12．下列有關固體擴散的說法中，正確的是：（ D ）

　　A. 原子擴散的驅動力是存在濃度梯度

　　B. 空位擴散是指間隙固溶體中溶質原子從一個間隙跳到另一個間隙

　　C. 晶界上點著畸變交大，因而原子遷移阻力較大，所以比晶內的擴散系數要小

　　D．成分均勻的材料中也存在著擴散

　　13． 純金屬均勻形核時，A. 當過冷度很小時，原子可動性低，相變驅動力低，因此，形核率低；

　　B. 當過冷度很小時，原子可動性高，相變驅動力高，因此，形核率低；

　　C. 當過冷度很小時，原子可動性低，相變驅動力高，因此，形核率低；

　　D. 當過冷度很小時，原子可動性高，相變驅動力低，因此，形核率低；

　　14. 在三元系中出現兩相平衡時，若要計算兩相的百分數，則：（ B）

　　A. 在垂直截面上運用杠桿定理計算 B. 在水平截面上運用杠桿定理計算

　　C. 在投影面上運用杠桿定理計算D. 在水平截面上運用重心法則計算

　　5. 金屬鎂的單晶體處于軟取向時塑變量可達100%-200%，但其多晶體的塑性很差，其主要

　　原因是：( C )

　　A. 鎂多晶體的晶粒通常較粗大 B. 鎂多晶體通常存在裂紋

　　C. 鎂滑移系通常較少 D. 因為鎂是BCC結構，所以脆性大

　　16. 層錯和不完全位錯之間的關系是：( D )

　　A. 層錯和不完全位錯交替出現

　　B. 層錯和不完全位錯能量相同

　　C. 層錯能越高，不完全位錯伯氏矢量的模越小

　　D. 不完全位錯總是出現在層錯和完整晶體的交界處

　　17．凝固時不能有效降低晶粒尺寸的是以下那種方法？（ B ）

　　A. 加入形核劑 B. 減小液相的過冷度 C. 對液相進行攪拌

　　18．菲克第一定律表述了穩態擴散的特征，即濃度不隨（ B ）變化。

　　A. 距離 B. 時間 C. 溫度 D. 壓力

　　19. 立方晶體中（110）和（211）面同屬于（ D ）晶帶。

　　A. [110] B. [100] C. [211] D. [11]

　　20. 在A-B二元固溶體中，當A-B對的能量小于A-A和B-B對的平均能量，該固溶體最易形成為（ B ）固溶體

　　A. 無序 B. 有序 C. 偏聚態 D. 間隙

　　三、簡答題（20分）

　　1. 試述孿生和滑移的異同，比較它們在塑性過程中的作用。（10分）

　　答：相同點：

　　a.宏觀上，都是切應力作用下發生的剪切變形； （1分）

　　b. 微觀上，都是晶體塑性變形的基本形式，是晶體一部分沿一定晶面和晶向相對另一部分的移動過程；（1分）

　　c. 不改變晶體結構。 （1分）

　　不同點：

　　a. 晶體中的取向

　　滑移：晶體中已滑移部分與未滑移部分的位向相同。

　　孿生：已孿生部分和為孿生部分的位向不同，且兩者之間具有特定的位向關系。（1分）

　　b. 位移的量

　　滑移：沿滑移方向上原子間距的整倍數，且在一個滑移面上的總位移較大。

　　孿生：原子的位移小于孿生方向的原子間距，一般為孿生方向原子間距的1/n。（1分）

　　c. 變形方式

　　滑移：不均勻切變 孿生：均勻切變 （1分）

　　d. 對塑性變形的貢獻

　　滑移：對塑性變形的貢獻很大，即總變形量大。

　　孿生：對晶體塑性變形有限，即總變形量小。 （1分）

　　e. 變形應力

　　滑移：有確定的臨界分應力。

　　孿生：所需臨界分切應力一般高于滑移所需的臨界分切應力。 （1分）

　　f. 變形條件

　　滑移：一般情況先發生滑移變形

　　孿生：當滑移變形難以進行時，或晶體對稱性很低、變形溫度較低、加載速率較高時。 （1分）

　　g. 變形機制

　　滑移：全位錯運動的結果。 孿生：不全位錯運動的結果。（1分）

　　2. 分析位錯的增值機制。（5分）

　　2. 答：

　　若某滑移面上有一段刃位錯AB，它的兩端被位錯網節點釘住不能運動。（1分）現沿位錯b方向加切應力，使位錯沿滑移面向前滑移運動，形成一閉合的位錯環和位錯環內的一小段彎曲位錯線。（2分）只要外加應力繼續作用，位錯環便繼續向外擴張，同時環內的彎曲

　　位錯在線張力作用下又被拉直，恢復到原始狀態，并重復以前的運動，絡繹不絕地產生新的位錯環，從而造成位錯的增殖，并使晶體產生可觀的滑移量。（2分）

　　3. 請簡述回復的機制及其驅動力。（5分）

　　答：低溫機制：空位的消失 （1分）

　　中溫機制：對應位錯的滑移（重排、消失）（1分）

　　高溫機制：對應多邊化（位錯的滑移＋攀移） （1分） 驅動力：冷變形過程中的存儲能（主要是點陣畸變能）。（2分）

　　四、計算題(30分，每題10分)

　　1、氧化鎂（MgO）具有NaCl型結構，即具有O2-離子的面心立方結構。問：

　　（1）若其離子半徑

　　（2）如果rMg2=0.066nm，rO2＝0.140nm，則其原子堆積密度為多少？ rMg2r2/O＝0.41，則原子堆積密度是否改變？

　　2. Al-Cu合金相圖如圖所示，設分配系數K和液相線斜率均為常數，試求：

　　(1)ω(Cu)=1%固溶體進行緩慢的正常凝固，當凝固分數為50%時所凝固出的固體成分；

　　(2)經過一次區域熔化后在x=5處的固體成分，取熔區寬度l=0.5；

　　(3)測得鑄件的凝固速率R=3×10-4cm/s，溫度梯度G=30℃/cm，擴散系數3×10-5cm/s時，合金凝固時能保持平面界面的最大含銅量。

　　3. 有一合金試樣其晶界能為0.5J/m2，在退火前原始晶粒直徑為2.16×10-3cm，屈服強度為108MPa。對該合金在700℃退火2小時后其屈服強度降低為82MPa。在退火過程中保溫1小時時測得該合金放出熱量為0.021J/cm3，繼續保溫1小時測得該合金又放出熱量0.014J/cm3。求如果該合金只在700℃保溫1小時后的屈服強度。（已知合金單位體積內界面面積Sv與晶粒直徑d之間的關系為Sv=2/d，且放出的熱量完全由于晶粒長大、晶界總面積減少所致。）

　　《材料科學基礎》試卷Ⅲ 答案

　　五、計算題(30分，每題10分)

　　1、氧化鎂（MgO）具有NaCl型結構，即具有O2-離子的面心立方結構。問：

　　（1）若其離子半徑

　　（2）如果rMg2=0.066nm，rO2＝0.140nm，則其原子堆積密度為多少？ rMg2r2/O＝0.41，則原子堆積密度是否改變？

　　a2(rMg2rO2)0.412nm （3分）

　　答：（1）點陣常數

　　3(rMg2rO2)4

　　Pf0.733a堆積密度 （3分）

　　（2）堆積密度會改變，因為Pf與兩異號離子半徑的比值有關。（4分）

　　2. Al-Cu合金相圖如圖所示，設分配系數K和液相線斜率均為常數，試求：

　　(1)ω(Cu)=1%固溶體進行緩慢的正常凝固，當凝固分數為50%時所凝固出的固體成分；

　　(2)經過一次區域熔化后在x=5處的固體成分，取熔區寬度l=0.5；

　　(3)測得鑄件的凝固速率R=3×10-4cm/s，溫度梯度G=30℃/cm，擴散系數3×10-5cm/s時，合金凝固時能保持平面界面的最大含銅量。

　　答案：根據已知條件，由相圖解得：

　　k0=S5.620.16 L35.2

　　660.37548320 （1分） 0.352

　　k01mx(1) 由正常凝固方程：S0k01L，等式兩邊同除合金密度ρ，得

　　x010.010.16(10.5)0.1610.286% （3分） L

　　(2) 由區域熔煉方程得 S0k0(1)k

　　S011k0expk0x0.1650.01110.16exp0.83% 0.5L

　　（3分）

　　(3) 保持平直界面的臨界條件為

　　Gm01k0RDk0

　　GDk03031050.1600.18% （3分） Rm1k0310432010.163. 有一合金試樣其晶界能為0.5J/m2，在退火前原始晶粒直徑為2.16×10-3cm，屈服強度為108MPa。對該合金在700℃退火2小時后其屈服強度降低為82MPa。在退火過程中保溫

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