篇一：材料科学基础期末试题

　　《材料科学基础》试卷Ⅲ

　　一、填空题(20分，每空格1分)

　　1. 相律是在完全平衡状态下，系统的是系统的平衡条件的数学表达式： f=C-P+2 。

　　2. 二元系相图是表示合金系中合金的

　　3. 晶体的空间点阵分属于大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为 =900交（任选三种）。

　　4. 合金铸锭的宏观组织包括

　　5.．在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过和扭折 等方式。

　　6.

　　二、单项选择题(30分，每题1.5分)

　　1. A.B 二组元形成共晶系，则（ A ）

　　A. 具有共晶成分的合金铸造工艺性能最好

　　B. 具有亚共晶成分的合金铸造工艺性能最好

　　C. 具有过共晶成分的合金铸造工艺性能最好

　　D. 不发生共晶转变的合金铸造工艺性能最好

　　2. 简单立方晶体的致密度为（ C ）

　　A. 100% B. 65% C. 52% D.58%

　　3. 运用区域熔炼方法可以（ D ）

　　A. 使材料的成分更均匀B. 可以消除晶体中的微观缺陷

　　C. 可以消除晶体中的宏观缺陷D. 可以提高金属的纯度

　　4. 能进行攀移的位错可能是（ B ）。

　　A. 肖克利位错 B. 弗兰克位错 C. 螺型全位错 D. 前三者都不是

　　5. 欲通过形变和再结晶方法获得细晶粒组织，应避免：（ A ）

　　A. 在临界形变量进行塑性变形加工B. 大变形量

　　C. 较长的退火时间 D. 较高的退火温度

　　6. 实际生产中金属冷却时( C)。

　　A. 理论结晶温度总是低于实际结晶温度; B. 理论结晶温度总是等于实际结晶温度;

　　C. 理论结晶温度总是高于实际结晶温度;D. 实际结晶温度和理论结晶温度没关系.

　　7. 相互作用参数Ω的物理意义是：（ A）

　　A. Ω>0表示固溶体内原子偏聚 B. Ω>0表示固溶体内原子短程有序

　　C. Ω>0表示固溶体内原子完全无序D. Ω<0表示固溶体内原子偏聚

　　8. 单晶体的临界分切应力值与( C )有关。

　　A. 外力相对于滑移系的取向 B. 拉伸时的屈服应力

　　C. 晶体的类型和纯度D. 拉伸时的应力大小

　　19. fcc晶体中存在一刃型全位错，其伯氏矢量为[10]，滑移面为（111），则位错线方向平2

　　行于（ B ）。

　　A. [111] B. [] C. [100] D. [110]

　　10．冷变形使金属中产生大量的空位、位错等晶体缺陷，对置换固溶体中的扩散过程而言，

　　这些缺陷的存在将导致：（ D ）

　　A. 阻碍原子的移动，减慢扩散过程

　　B. 对扩散过程无影响

　　C. 有时会加速扩散，有时会减弱扩散

　　D. 加速原子的扩散过程

　　11．凝固的热力学条件为：（ D ）

　　A. 形核率B. 系统自由能增加C. 能量守衡D.过冷度

　　12．下列有关固体扩散的说法中，正确的是：（ D ）

　　A. 原子扩散的驱动力是存在浓度梯度

　　B. 空位扩散是指间隙固溶体中溶质原子从一个间隙跳到另一个间隙

　　C. 晶界上点着畸变交大，因而原子迁移阻力较大，所以比晶内的扩散系数要小

　　D．成分均匀的材料中也存在着扩散

　　13． 纯金属均匀形核时，A. 当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力低，因此，形核率低；

　　B. 当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力高，因此，形核率低；

　　C. 当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力高，因此，形核率低；

　　D. 当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力低，因此，形核率低；

　　14. 在三元系中出现两相平衡时，若要计算两相的百分数，则：（ B）

　　A. 在垂直截面上运用杠杆定理计算 B. 在水平截面上运用杠杆定理计算

　　C. 在投影面上运用杠杆定理计算D. 在水平截面上运用重心法则计算

　　5. 金属镁的单晶体处于软取向时塑变量可达100%-200%，但其多晶体的塑性很差，其主要

　　原因是：( C )

　　A. 镁多晶体的晶粒通常较粗大 B. 镁多晶体通常存在裂纹

　　C. 镁滑移系通常较少 D. 因为镁是BCC结构，所以脆性大

　　16. 层错和不完全位错之间的关系是：( D )

　　A. 层错和不完全位错交替出现

　　B. 层错和不完全位错能量相同

　　C. 层错能越高，不完全位错伯氏矢量的模越小

　　D. 不完全位错总是出现在层错和完整晶体的交界处

　　17．凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下那种方法？（ B ）

　　A. 加入形核剂 B. 减小液相的过冷度 C. 对液相进行搅拌

　　18．菲克第一定律表述了稳态扩散的特征，即浓度不随（ B ）变化。

　　A. 距离 B. 时间 C. 温度 D. 压力

　　19. 立方晶体中（110）和（211）面同属于（ D ）晶带。

　　A. [110] B. [100] C. [211] D. [11]

　　20. 在A-B二元固溶体中，当A-B对的能量小于A-A和B-B对的平均能量，该固溶体最易形成为（ B ）固溶体

　　A. 无序 B. 有序 C. 偏聚态 D. 间隙

　　三、简答题（20分）

　　1. 试述孪生和滑移的异同，比较它们在塑性过程中的作用。（10分）

　　答：相同点：

　　a.宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形； （1分）

　　b. 微观上，都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程；（1分）

　　c. 不改变晶体结构。 （1分）

　　不同点：

　　a. 晶体中的取向

　　滑移：晶体中已滑移部分与未滑移部分的位向相同。

　　孪生：已孪生部分和为孪生部分的位向不同，且两者之间具有特定的位向关系。（1分）

　　b. 位移的量

　　滑移：沿滑移方向上原子间距的整倍数，且在一个滑移面上的总位移较大。

　　孪生：原子的位移小于孪生方向的原子间距，一般为孪生方向原子间距的1/n。（1分）

　　c. 变形方式

　　滑移：不均匀切变 孪生：均匀切变 （1分）

　　d. 对塑性变形的贡献

　　滑移：对塑性变形的贡献很大，即总变形量大。

　　孪生：对晶体塑性变形有限，即总变形量小。 （1分）

　　e. 变形应力

　　滑移：有确定的临界分应力。

　　孪生：所需临界分切应力一般高于滑移所需的临界分切应力。 （1分）

　　f. 变形条件

　　滑移：一般情况先发生滑移变形

　　孪生：当滑移变形难以进行时，或晶体对称性很低、变形温度较低、加载速率较高时。 （1分）

　　g. 变形机制

　　滑移：全位错运动的结果。 孪生：不全位错运动的结果。（1分）

　　2. 分析位错的增值机制。（5分）

　　2. 答：

　　若某滑移面上有一段刃位错AB，它的两端被位错网节点钉住不能运动。（1分）现沿位错b方向加切应力，使位错沿滑移面向前滑移运动，形成一闭合的位错环和位错环内的一小段弯曲位错线。（2分）只要外加应力继续作用，位错环便继续向外扩张，同时环内的弯曲

　　位错在线张力作用下又被拉直，恢复到原始状态，并重复以前的运动，络绎不绝地产生新的位错环，从而造成位错的增殖，并使晶体产生可观的滑移量。（2分）

　　3. 请简述回复的机制及其驱动力。（5分）

　　答：低温机制：空位的消失 （1分）

　　中温机制：对应位错的滑移（重排、消失）（1分）

　　高温机制：对应多边化（位错的滑移＋攀移） （1分） 驱动力：冷变形过程中的存储能（主要是点阵畸变能）。（2分）

　　四、计算题(30分，每题10分)

　　1、氧化镁（MgO）具有NaCl型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：

　　（1）若其离子半径

　　（2）如果rMg2=0.066nm，rO2＝0.140nm，则其原子堆积密度为多少？ rMg2r2/O＝0.41，则原子堆积密度是否改变？

　　2. Al-Cu合金相图如图所示，设分配系数K和液相线斜率均为常数，试求：

　　(1)ω(Cu)=1%固溶体进行缓慢的正常凝固，当凝固分数为50%时所凝固出的固体成分；

　　(2)经过一次区域熔化后在x=5处的固体成分，取熔区宽度l=0.5；

　　(3)测得铸件的凝固速率R=3×10-4cm/s，温度梯度G=30℃/cm，扩散系数3×10-5cm/s时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。

　　3. 有一合金试样其晶界能为0.5J/m2，在退火前原始晶粒直径为2.16×10-3cm，屈服强度为108MPa。对该合金在700℃退火2小时后其屈服强度降低为82MPa。在退火过程中保温1小时时测得该合金放出热量为0.021J/cm3，继续保温1小时测得该合金又放出热量0.014J/cm3。求如果该合金只在700℃保温1小时后的屈服强度。（已知合金单位体积内界面面积Sv与晶粒直径d之间的关系为Sv=2/d，且放出的热量完全由于晶粒长大、晶界总面积减少所致。）

　　《材料科学基础》试卷Ⅲ 答案

　　五、计算题(30分，每题10分)

　　1、氧化镁（MgO）具有NaCl型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：

　　（1）若其离子半径

　　（2）如果rMg2=0.066nm，rO2＝0.140nm，则其原子堆积密度为多少？ rMg2r2/O＝0.41，则原子堆积密度是否改变？

　　a2(rMg2rO2)0.412nm （3分）

　　答：（1）点阵常数

　　3(rMg2rO2)4

　　Pf0.733a堆积密度 （3分）

　　（2）堆积密度会改变，因为Pf与两异号离子半径的比值有关。（4分）

　　2. Al-Cu合金相图如图所示，设分配系数K和液相线斜率均为常数，试求：

　　(1)ω(Cu)=1%固溶体进行缓慢的正常凝固，当凝固分数为50%时所凝固出的固体成分；

　　(2)经过一次区域熔化后在x=5处的固体成分，取熔区宽度l=0.5；

　　(3)测得铸件的凝固速率R=3×10-4cm/s，温度梯度G=30℃/cm，扩散系数3×10-5cm/s时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。

　　答案：根据已知条件，由相图解得：

　　k0=S5.620.16 L35.2

　　660.37548320 （1分） 0.352

　　k01mx(1) 由正常凝固方程：S0k01L，等式两边同除合金密度ρ，得

　　x010.010.16(10.5)0.1610.286% （3分） L

　　(2) 由区域熔炼方程得 S0k0(1)k

　　S011k0expk0x0.1650.01110.16exp0.83% 0.5L

　　（3分）

　　(3) 保持平直界面的临界条件为

　　Gm01k0RDk0

　　GDk03031050.1600.18% （3分） Rm1k0310432010.163. 有一合金试样其晶界能为0.5J/m2，在退火前原始晶粒直径为2.16×10-3cm，屈服强度为108MPa。对该合金在700℃退火2小时后其屈服强度降低为82MPa。在退火过程中保温

　　1