材料科学基础样卷01.doc

考 生 信 息 栏

机械工程 系 材料成型及控制工程 专业 级 班级 姓名 学号
装 订 线

厦门理工学院
200 －200 学年 第 一 学期
课程名称
材料科学基础样卷01
试卷
卷别
样卷
材料成型及控制工程 专业 级 班级
考试
方式
闭卷 Ö
开卷 □

本试卷共 五 大题(5页)，满分100分，考试时间120分钟。
请在答题纸上作答，在试卷上作答无效。
一、 判断题（本题共10小题，每题1分，共10分）
（正确打“Ö”，错误打“X”）
1、合金液体在凝固形核时需要能量起伏、结构起伏和成分起伏 （ ）
2、结晶时提高形核率、降低生长率的因素都能使晶粒细化 （ ）
3、晶体结构对扩散有一定的影响，在致密度较大的晶体结构中，原子的扩散系数较大 （ ）
4、高碳铬轴承钢GCr15中的铬合金平均含量为15% 。 （ ）
5、原子扩散不可能从浓度低的区域向浓度高的区域扩散。 （ ）
6、回复、再结晶及晶粒长大三个过程均是形核及核长大过程，其驱动力均为变形储能。 （ ）
7、由于陶瓷粉末烧结时难以避免的显微空隙，在随后成型过程中产生微裂纹，导致陶瓷的实际拉伸强度低于理论的屈服强度。 （ ）
8、金属中点缺陷的存在使其电阻率增大。 （ ）
9、网络型高分子不可能出现黏流态。 （ ）
10、A、B二组形成共晶系，具有亚共晶成分的合金铸造性能最好。 （ ）
二、选择题：（本题共10小题，每题2分，共20分）
（请选择一个你认为最好的答案）
1、固态金属中原子扩散的最快路径是 。
A、晶内扩散 B、晶界扩散 C、位错扩散 D、表面扩散
2、晶体中配位数和致密度之间的关系是 。
A、配位数越大，致密度越大 B、配位数越小，致密度越大
C、配位数越大，致密度越小 D、两者之间无直接关系
3、用于调整低碳钢的硬度和改善其切削加工性能的热处理工艺是 。
A 完全退火 B、球化退火 C、正火 D、回火
4、纯金属结晶均匀形核，当过冷度DT很小时，形核率低，是因为 。
A、原子可动性低，相变驱动力低； B、原子可动性高，相变驱动力低；
C、原子可动性低，相变驱动力高； D、原子可动性高，相变驱动力高；
5、即能提高金属的强度，又能提高其塑性和韧性的手段是 。
A、加工硬化 B、固溶强化 C、细晶强化 D、第二相强化
6、位错运动方向处处垂直于位错线的方向，在运动中是可变的，晶体做相对滑动的方向 。
A、 随位错线运动方向而改变 B、始终是柏氏矢量方向
C、始终是外力的方向 D、垂直于柏氏矢量方向
7、影响扩散系数的变化有多种因素，以下论述中正确的是 。
A、 溶剂原子的熔点越高，原子键结合力大，扩散系数越小
B、 溶质原子在元素周期表中离溶剂原子越近，扩系数越大
C、 相同温度下，g-铁的自扩散系数大于a-铁的自扩散系数
D、 温度越高，扩散系数越小
8、原子序数为20的Ca原子的核外电子排列为 。
A、 B、
C、 D、
9、组成固溶体的两组元完全互溶的必要条件是 。
A、两组元的电子浓度相同 B、两组元的晶体结构相同
C、两组元的原子半径相同 D、两组元电负性相同
10、面心立方晶体结构的原子最密排晶面族为 。
A、（111） B、{111} C、（110） D、{110}
三、填空题：（本题共30个空格，每个空格0.5分，共15分）
1、钢中的常存杂质元素硫、磷等在多数情况下是有害的，引起材料韧性的降低。硫杂质引起
现象，磷杂质引起 。
2、钢淬火后再进行高温回火的热处理方法称为 处理。高温回火是指回火温度在500-650℃之间进行回火。含有Cr等元素的合金钢在高温回火时易出现 脆性，导致 急剧下降。对于中、小型工件，生产上常采用 措施加以避免，但此后应再补充一次较低温度的回火来消除 。对大截面工件，由于很难实现真正的快冷或不允许快冷，则应选用含有 的钢来防止该类回火脆性，如 钢。
3、除钴以外，其他的合金元素溶入均增大奥氏体的稳定性，都使碳钢的C曲线向___________移动了，提高了钢的___________。但未溶的合金碳化物，因有利于过冷奥氏体分解，使C曲线向___________移动。
4、体心立方结构的晶格常数为a，单位晶胞原子数为 、原子半径为 a ，配位数为 。
5、金属塑性变形的主要方式是 ，其次是 和 。滑移是沿着 面和
方向进行的。
6、金属材料实际开始凝固的温度低于 的现象称为过冷，过冷度随液体冷却速度的提高而 。
7、凝固结晶的基本过程是形核与晶核长大的过程。形核的热力学驱动力是固相与液相间的 ，只有在过冷条件下才具有这一驱动力。形核的热力学阻力是 。晶坯半径达到临界晶核半径时，自由能达到 ，晶坯继续长大，系统能量 ，提供了晶核坯长大过程的驱动力。非均匀形核所需的过冷度比均匀形核所需的过冷度 。
8、材料牌号20g表示的是 钢，其含碳量为 ，其中g表示 。
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系 专业 级 班级 姓名 学号
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四、简答、计算题（本题共7题，共40分）
1、（6%）名词解释：相变，加工硬化。
2、（6%）画出立方晶系中具有下列密勒指数的晶面和晶向：、晶面和、晶向，并写出下列各图中所标的晶面或晶向指数。

3、（6%）试根据某金属实验获得的实验曲线讨论变形量对再结晶晶粒大小的影响，并指出790°C时的临界变形量。

4、（4%）试写出下图螺旋位错的柏氏矢量和位错强度。

5、（6%）试用固态相变动力学知识解释共析钢等温转变曲线呈“C”状的原因。

6、（6%）试简述铸件晶粒尺寸控制的三个主要途径。

7、（6%）1000°C时铝在硅中的扩散系数是2×10-13cm2/s, 1100°C时则为 2×10-12cm2/s,试计算：
（1）铝在硅中的扩散常数D0和激活能Q值；
（2）1200°C时铝在硅中的扩散系数。

五、相图题（本题共7题，共15分）
1、（3%）试写以下二元相图中四个三相恒温转变的名称和反应式。

2、（6%）在下面的铁碳相图中按所给的顺序写出各相区的组织和相组成。。

3、（2%）试读出三元相图中x点A、B、C三个组元的成分组成，并画出合金成分为：的合金y点。

4、（4%）试用相律说明为什么三元合金可以出现四相平衡。以下Al-Cu-Mg相图中，有几个四相平衡转变点？分别发生了什么转变？

参考答案
一、判断题：（本题共10小题，每题1分，共10分）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ö
Ö
´
´
´
´
Ö
Ö
Ö
´
二、 选择题：（本题共10小题，每题2分，共20分）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
D
A
C
B
C
B
B
B
B
B
三、填空题：（本题共30个空格，每个空格0.5分共15分）
1、 热脆 ， 冷脆 。
2、 调质 ， 第二类回火脆性， 冲击韧性 。 快速冷却 ，因快冷产生的内应力 。
W或Mo ，40CrMnMo。
3、__右__，__淬透性__,__左__。
4、2 、， 8 。
5、 滑移 ， 孪晶 和 扭折 。 滑移 ， 滑移 。
6、熔点， 提高 。
7、体积由能差 ， 界面自由能 。 最大值 ， 能量 ， 小 。
8、优质碳素， 0.2% ， 锅炉钢 。
四、简答、计算题（本题共7题，共40分）
1、（6%）答：相变：物质从一种相转变为另一种相的过程。
答：加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。又称冷作硬化。
2、（6%）答：

3、（6%）答：再结晶粒度大小随变形量及再结晶温度变化而变化。
当再结晶温度和时间一定时：
（1） 当冷变形量小于临界变形量，再结晶推动力太小，几乎不发生再结晶，晶粒大小不变
（2） 当冷变形量略大于临界变形量，再结晶推动力小，形核率很低，再结晶晶粒粗大；
（3）随冷变形量增加，再结晶推动力增加，形核率增大，晶粒尺寸减小。
（4）790°C时的临界变形量约为3%。
再结晶温度降低，原子扩散能力降低，需要较大的冷变形量和再结晶推动力，再结晶才能进行，临界变形量右移，曲线下移。

4、（4%）答：
柏氏矢量： ； 柏氏矢量的强度 。
5、（6%）答：
（1）当温度略低于共析转变温度727°C时，尽管温度较高，扩散速度较快，但过冷度很小，相变推动力很小，所以相变孕育期和相变时间很长。
（2）随等温转变温度下降，过冷度增加起主导作用，尽管扩散速率下降，但相变推动力逐渐增加，相变孕育期和相变时间逐渐变短。
（3）当达到某一温度A’后，扩散速率下降起主导作用，随等温转变温度下降，相变孕育期又逐渐变长。
（4）等温转变温度很低时，尽管冷度很大，相变推动力大，但扩散速度太慢，相变孕育期时间很长。
所以，共析钢过冷奥氏体等温转变曲线呈“C”形。
6、（6%）答：铸件晶粒尺寸控制的三个主要途径是：提高冷却速率，孕育处理和振动处理。
（1）提高冷却速率，增大过冷度，使N/R比值变大，晶粒数增大，晶粒细化。但提高冷却速率一般适用于中小件或薄壁件，对厚大件难以达到目的。此外，冷却速率过快，易产生裂纹等缺陷。
（2）孕育处理是在液相中人为加入形核剂，做为非均匀形核的基底，促进形核，提高形核率，使晶粒得以显著的细化。
（3）振动处理，振动能输入液相使形核率提高，同时晶体破碎形成更多的晶核，也会使形核率增加，从而使晶粒细化。
7、（4%）解：扩散系数 ，
其中，（K），（K）
所以，
， ，
（J/mol）
，

五、相图题（本题共3题，共15分）
1、（5%）答：
I: , 共晶反应。 +1.5
II：, 共晶反应。 +1
III：, 共晶反应 +1
IV：, 共析反应 +1.5

2、（6%）答：
（6%）答：
组织 相组成
组织 相组成
（1） d d
（2） L+d L+d
（3） L L
（4） d+g d+g
（5） L+g L+g
（6） L+Fe3C L+Fe3C
（7） g g
（8） a a
（9） a+g a+g
（10） g+Fe3CII g+Fe3C
（11） g+Ld+Fe3CII g+Fe3C
（12） Ld+Fe3CI g+Fe3C
（13） a+P a+Fe3C
（14） P a+Fe3C
（15） P+Fe3CII a+Fe3C
（16） P+Ld+Fe3CII a+Fe3C
（17） a+Fe3C
（18） +Fe3CI+Fe3CII a+Fe3C

3、（4%）答：
y点如图所示。
X点：，，

3、（4%）答：有4个。
ET点为三元共晶转变
Eu点为三元共晶转变
P1点为三元包共晶转变
P2点为三元包共晶转变
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