1、材料科学基础 试卷 （ 二 ） 与参考答案 一、 名词解释 (每小题 1 分，共 10分 ) 1 晶胞 2 间隙固溶体 3 临界晶核 4 枝晶偏析 5 离异共晶 6 反应扩散 7 临界分切应力 8 回复 9 调幅分解 10 二次硬化 二、 判断正误 (每小题 1 分，共 10分 ) 正确的在括号内画“”， 错误的画“” 1. 金属 中 典型的 空间点阵 有体心立方、面心立方和 密排六方 三 种 。 ( ) 2. 作用在位错线上的力 F 的方向永远垂直于位错线 并指向 滑移面 上的未滑移区。 ( ) 3. 只有置 换固溶体的两 个 组元之间才能无限互溶 ， 间隙固溶体 则 不能。 ( ) 4.
2、金属结晶 时 ，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵 值减小，因此是一个自发过程 。 ( ) 5. 固溶体凝固形核的必要条件 同样 是 GB 0、结构起伏和能量 起伏 。 ( ) 6. 三元相图垂直截面的两 相区内不适用杠杆定律。 ( ) 7. 物质的 扩散 方向总是与 浓度梯度 的方向相反 。 ( ) 8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排 方向。 ( ) 9. 和 液固转变 一样 ，固态相变 也有 驱动力 并要克服阻力， 因此 两 种转变的难易程度相似 。 ( ) 10. 除 Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都 能使 C 曲线 左移，从而 增加钢的淬透性
3、。 ( ) 三、 作图题 (每小题 5 分，共 15分 ) 1. 在简单立方晶胞中 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向： a)立方晶系 (421 )， ( 231 )， 12 ； b)六方晶系( 112 )， 312 。 2. 设面心立方晶体中的 (111)为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为 2a 110。 (1)在晶胞中画出柏氏矢量 b 的方向并计算出其大小。 (2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出 此二位错线的晶向指数。 3. 如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧 制。试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。 四、 相图分析 (共 2
4、0 分 ) (1) 就 Fe-Fe3C 相图，回答下列问题： 1. 默画出 Fe-Fe3C 相图，用 相 组成物填写相图； 2. 分析含碳量为 1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织 示意图。 3. 计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。 4 已知某铁碳合金室温时的相组成物为铁素体和渗碳体，铁素体占 82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。 (2) 右 图为固态有限互溶三元共晶相图的投影图，请回答下列问题： 1. 指出三个液相面的投影区； 2. 指出 e3E线和 E 点表示的意义； 3. 分析合金 N 的平衡结晶过程。 五、 在 870 比在 930 渗碳有一定
5、优越性，淬火变形小又可得到较细的晶粒，碳在 铁中的D0=2.010-5m2/s,Q=140103J/mol,请计算： (10 分 ) (a) 870 时碳在 铁中的扩散系数； (b) 将渗层加深一倍需多长时间？ (c) 若规定 0.3%C 作为渗碳层厚度的量度，则在 930 渗碳 10 小时的渗层厚度为 870 渗碳 10 小时的多少倍？ (气体常数 R=8.314J/mol K, 渗层厚度 Dt ) 六、 简 答题 (每题 4 分，共 20分 ) 1. 说明柏氏矢量的确定方法，如何利用柏氏矢量和位错线来判断位 错的类型？ 2. 简要 说明成分过冷的形成 及其对固溶体组织形态的影响。 3. 为
6、什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？ 4. 共析钢的奥氏体化 有几个主要过程？合金元素对 奥氏体化 过程有什么影响？ 5. 提高 钢 材耐蚀性的主要方法有哪些？为什么说 Cr是不锈钢 中 最重要 的合金元素？ 七、 45钢的过冷 奥氏体连续转变曲线如图所示，请回答下列问题：（共 15分） 1. 说明图中 A1线、 Ms、 1 线、 2 线、 3 线表示的意义。 2. 过冷奥氏体转变产物有哪些？写出各种转变产物的名称、相变类型、组织形态和性能特点； 3. 在 V1、 V2、 V3、 V4 冷却速度下，各得到何种组织？ 4. 指出与 V1、 V2、 V3、 V4相对应的热处理工艺名称是什
7、么？ 参考答案 八、 名词解释 (每小题 1 分，共 10分 ) 1 晶胞 : 能完全反映晶格特征的最小几何单元 . 2 间隙固溶体 : 溶质原子占据溶剂晶格间隙形成的固溶体 . 3 临界晶核 : 半径为 rK的晶胚 (rrK,晶胚可长成晶核 .枝晶偏析 : 固溶 体非平衡凝固时 不同时刻结晶的固相成分不同导致树枝 晶内成分不均匀的现象 (或 树枝晶晶轴含高熔点组元较多，晶枝间低熔点组元较多的现象 ). 5 离异共晶 : 两相分离的共晶组织 . 6 反应扩散 : 通过扩散使溶质组元超过固溶极限而不断生成新相的扩散过 程称为反应扩散 . 7 临界分切应力 : 作用于滑移系上并使其沿滑移方面开始滑
8、移的最小分切 应力 . 8 回复 : 组织 (晶粒外形 )改变前在晶粒内发生的某些结构和性能的变化过 程 . 9 调幅分解 : 通过扩散偏聚由一种固溶体分解成与母相结构相同而成分不 同的两种固溶体 . 10 二次硬化 : 高温回火时回火 硬度高于淬火硬度的现象 . 九、 判断正误 (每小题 1 分，共 10分 ) 正确的在括号内画“”， 错误的画“” 1. 金属中典型的 空间点阵 有体心立方、面心立方和 密排六方 三 种 。 ( ) 2. 作用在位错线上的力 F 的方向永远垂直于位错线并指向滑移面 上的未滑移区。 ( ) 3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则 不能。 (
9、 ) 4. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵 值减小，因此是一个自发过程。 ( ) 5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是 GB 0、结构起伏和能量 起伏。 ( ) 6. 三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。 ( ) 7. 物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。 ( ) 8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排 方向。 ( ) 9. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两 种转变的难易程度相似。 ( ) 10. 除 Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使 C 曲线 左移，从而增加钢的淬透性。 ( ) 十、 作图题 (每小题
10、 5 分，共 15分 ) 1. 在简单立方晶胞中 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向： a)立方晶系 (421 )， ( 231 )， 12 ； b)六方晶系( 112 )， 312 。 (略 ) 2. 设面心立方晶体中的 (111)为滑移面，位 错滑移后的滑移矢量为 2a 110。 (1)在晶胞中画出柏氏矢量 b 的方向并计算出其大小。 |b|= 2 a/2 (2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数。 刃型位错 : (112),螺型位错 (110) 3. 如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长
11、方向变化的示意图。 (略 ) 十一、 相图分析 (共 20 分 ) (1) 就 Fe-Fe3C 相图，回答下列问题： 1. 默画出 Fe-Fe3C 相图，用 相 组成物填写相图； (略 ) 2. 分析含碳量为 1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织 示意图。 LL+ +Fe3C P+Fe3C 3. 计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。 Fe3C =(2.11-0.77)/(6.69-0.77)=22.6% Fe3C =(0.0218-0.00001)/(6.69-0.00001)=0.325% 4 已知某铁碳合金室温时的相组成物为铁素体和渗碳体，铁素体占 82%，试求
12、该合金的含碳量和组织组成物的相对量。 wc=1.2% , P=92.7%, Fe3C=7.3% (3) 右 图为固态有限互溶三元共晶相图的投影图，请回答下列问题： 4. 指出三个液相面的投影区； 5. 指出 e3E 线和 E 点表示的意义； 6. 分析合金 N 的平衡结晶过程。 答 :1. Ae1Ee3A、 Be2Ee1B、 Ce3Ee2C 2 e3E 线：与的共晶线， E 点：三元（四相）共晶点。 3 N 点合金： LL L + L + + 十二、 在 870 比在 930 渗碳有一定优越性，淬火变形小又可得到较细的晶粒，碳在 铁中的D0=2.010-5m2/s,Q=140103J/mol,
13、请计算： (10 分 ) (a) 870 时碳在 铁中的扩散系数； (b) 将渗层加深一倍需多长时间？ (c) 若规定 0.3%C 作为渗碳层厚度的量度，则在 930 渗碳 10 小时的渗层厚度为 870 渗碳 10 小时的多少倍？ (气体常数 R=8.314J/mol K, 渗层厚度 Dt ) (a) D870 =7.98 10-12 m2/s (b) 4 倍时间 (c) 1.44 倍 十三、 简答题 (每题 4 分，共 20分 ) 1. 说明柏氏矢量的确定方法，如何利用柏氏矢量和位错线来判断位 错的类型？ 答：首先在位错线周围作一逆时针回路 ,然后在无位错的晶格内作同样的回路 ,该回路必不
14、闭合 ,连接终点与起点即为柏氏矢量 . 位错线与柏氏矢量垂直的是刃型位错 ,平行的是螺型位错 . 2. 简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。 答 : 固溶体凝固时 ,由于溶质原子在界面前沿液相中的分布发生变化而形成的过冷 . 3. 为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？ 答 : 晶粒细化减小晶粒尺寸 ,增加 界面面积 ,而晶界阻碍位错运动 ,提高强度 ; 晶粒数量增加 ,塑性变形分布更为均匀 ,塑性提高 ; 晶界多阻碍裂纹扩展 ,改善韧性 . 4. 共析钢的奥氏体化有几个主要过程？合金元素对奥氏体化过程有什么影响？ 答 : 共析钢奥氏体化有 4 个主要过程 : 奥氏体形
15、成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化、晶粒长大。合金元素的主要影响通过碳的扩散体现，碳化物形成元素阻碍碳的扩散，降低奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化速度。 5. 提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些？为什么说 Cr是不锈钢中最重要的合金元素？ 答：提高钢材耐蚀性的主要方法有：在表面形成致密氧化 膜、提高基体电极电位、形成单相组织。Cr可形成表面致密氧化膜 Cr2O3,可提高电极电位，可形成单相铁素体。 十四、 45钢的过冷 奥氏体连续转变曲线如图所示，请回答下列问题：（共 15 分） 1. 说明图中 A1线、 Ms、 1 线、 2 线、 3 线表示的意义。 2. 过冷奥氏体转变产物有哪些？写出各种转变产
16、物的名称、相变类型、组织形态和性能特点； 3. 在 V1、 V2、 V3、 V4 冷却速度下，各得到何种组织？ 4. 指出与 V1、 V2、 V3、 V4相对应的热处理工艺名称是什么？ 答： 1. A1线 共析线； Ms 马氏体转变开 始线； 1线 过冷奥氏体向铁素体转变开始线； 2 线 珠光体转变终了线； 3 线 贝氏体转变开始线。 2. 过冷奥氏体转变产物： 珠光体，扩散型相变，片状组织，强度较高，塑性较好； 铁素体，扩散型相变，块状组织，强度低，塑性好； 马氏体，非扩散型相变，板条或片状，强度高，脆性大； 贝氏体，兼有扩散与非扩散相变特点，上贝氏体，羽毛状，脆性大，下贝氏体，片状，强度高，韧性好。 3 V1 铁素体、珠光体； V2 铁素体、珠光体； V3 铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体； V4马氏体。 4 V1、 V2 退火， V3 正火， V4 淬火
