《材料科学基础》05-A卷答案.docx

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1、中国石油大学（北京）20062007学年第2学期材料科学基础期末考试试卷标准答案A材料05级一、回答下列基本概念（共20分，每题2分）固溶强化：由于溶质原子的溶入，使固溶体的强度和硬度升高的现象叫做固溶强化。1、 滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和一定的晶向发 生相对滑动。它是位错运动的结果。2、 再结晶：冷变形后的金属加热到一定的温度后，在变形基体中，重新生成无畸变的新 晶粒的过程称之为再结晶。3、 合金：通过熔炼或烧结，将一种金属元素与一种或几种金属或非金属结合在一起，获得具 有金属性质的物质称为合金。4、 共析转变：指在一定的温度下，由一定成分的固相同时转变成

2、两个不同成分的固相的过程。5、 上坡扩散：物质从低浓度区向高浓度区扩散称为上坡扩散。7、 配位数：晶格中与任一原子最临近且等距离的原子个数。8、 相：在合金中，指那些化学成分相同、结构相同，性能均一，并与其它部分有明显界 面分开的均匀组成部分。9、加工硬化：由于冷塑性变形而使金属材料的强度和硬度显著升高，塑性和韧性下降的现 象称为加工硬化。10、变质处理：在金属结晶时，有意向液态金属中加入一些高熔点质点（变质剂），以达到 细化晶粒的目的。二、填空题（共40分，每空1分）1、材料的键合方式有四类，分别是（共价键），（离子键），（金属键），（分子键）2、相律是表示平衡条件下，系统的自由度数、（组元

3、）数和（相数）之间的关系，根据相律可 知二元系最大的平衡相数是（3相）。3、金属在结晶时，细化铸件晶粒的方法主要有（增大过冷度）、（变质处理）、（振动、搅拌）。4、体心立方晶格中，晶胞原子数为（2 ）,原子半径与晶格常数的关系为（尸 以a）,配位数是（8 ）,致密度是（0o 68）,密排晶向为（111）,滑移系个数为（12 ）o5、扩散系数的数学表达式为（D=D（）exp（-Q/RT）,它表明温度越高，扩散速度（越快）。这是因为，温度越高，原子振动能力（加强），晶体空位浓度（增高），这些都有利于扩散。6、位错有两种基本类型，分别是（刃型位错）,（螺型位错），它们的位错线与柏氏矢量的关系 分别是

4、（垂直），（平行）。7、在二元系中，由一相分解为两相的三相平衡转变有（共晶转变），（共析转变），（偏晶转 变）和（熔晶转变）。8、o9、随着冷塑性变形量增大，金属的强度（升高），塑性和韧性（降低）,这种现象称为（加 工硬化）。10、冷变形金属经重新加热时，根据其组织和性能的变化，大体可分为（回复）、（再结晶）和 （晶粒长大）三个阶段。11、在常温下，金属的晶粒尺寸越小，其强度（越高），塑性和韧性（越好）。三、在两个立方晶胞中分别画出（in） 和（no） Hi,如果这是室温纯铁，上述哪个晶面和 晶向可构成滑移系？ （6分）答：（图略）（110） 111构成滑移系，因为室温纯铁是体心立方晶格。四、

5、试分析在（111）面上运动的柏氏矢量为13=3/21 10的螺型位错受阻时，通过交滑移可以转移到（111）, （111 ）, （111）晶面中的哪个面上继续运动？为什么？ （6分）答：在（111）面上运动的柏氏矢量为b=a/2l 10的螺型位错受阻时，能通过交滑移转移到（111 ） 面上继续运动。因为螺型位错的位错线与柏氏矢量平行，当受到阻碍时，可以转移到与柏氏矢量平行的其它晶面中 继续滑移。又因为110晶向与（111 ）面平行（根据晶面与晶向的关系，对应指数乘积之和等于零（-1） *1 + 1*1+。* （-1）=。，所以b=a/2110的螺型位错受阻时，能通过交滑移转移到（111 ）面上

6、继续运动。五、完成下列各问（共12分，1、2小题各4分，第3、4小题各2分）1、画出FeFe3c相图，填写各区的组织组成物。2、分析含碳为0.6%的合金从液态到室温的平衡结晶过程。3、计算上述合金在室温下平衡组织的相对量和相的相对量。4、有一碳钢，在显微镜下观察平衡组织中二次渗碳体占7.3%,珠光体占92.7%,求钢的含碳量。答：1、FeFe3c 相图（略）2、分析含碳为0.45%的合金的平衡结晶过程含碳为0.45%的合金与相图交5点（如上图）。在12温度发生匀晶转变L结晶出铁素体。在2点温度发生包晶转变L+8A,转变后有剩余液相。剩余的液相在23点温度发生匀晶转变LA，在3点温度合金全部为奥

7、氏体。单相奥氏体冷却4点温度开始析出先共析铁素体F。随温度下降铁素体不断增多，其含量沿GP线变化。剩余的奥氏体的成分则沿GS 线变化。当温度达到5点（727）时，剩余的奥氏体的含碳量达到0.77%,发生共析转变AF+Fe3C,即形成珠光体P.该合金的室温组织为F+P.3、计算上述合金在室温下平衡组织的相对量和相的相对量（1）、组织相对含量0 45Qp= x 100% = 58%Qf= 100%-QP= 100%-5 8%=42%0.77（2）、相的相对含量6 69 - 0 45q产. 6 6/ X100% = 93% QFe3c= 100%-93%=7%4、钢的含碳量为：%=1。2%六、回答下

8、列各问（每题4分，共8分）1、用多晶体塑性变形理论解释室温下金属的晶粒越细强度越高塑性越好的现象。答：晶粒细强度高的原因：1）、晶粒细，晶界多，造成位错在晶界处塞积，阻碍位错滑移，阻碍塑性变形。2）、晶粒细，不同位向的晶粒多，塑性变形时，各晶粒要相互协调、相互制约、相互束缚, 阻碍位错滑移，阻碍塑性变形。晶粒细塑性好的原因1）、晶粒细，晶界多，每个晶粒中位错塞积的数目少，应力集中小，不容易过早断裂。2）、晶粒细，不同位向的晶粒多，同样的变形量可分布在更多的晶粒内部，变形更均匀，因此 可产生较大的均匀塑性变形。2、为什么YFe的溶碳能力远远高于aFe的溶碳能力？进而说明为什么钢的渗碳在奥氏体存在

9、温度区，而不在铁素体存在温度区。答：（1）、奥氏体为面心立方晶格，铁素体为体心立方晶格，原子半径小的碳原子均溶入它们 的八面体间隙中。y-Fe的八面体间隙半径为：z 1 叵、1间隙=(aa ) =0 o 146a=0,414r 原子24a-Fe的八面体间隙半径为：001方向z 1 百、r 间隙二(aci ) =0o 067a=0/54r 原子24y-Fe的八面体间隙半径远大于a-Fe的八面体间隙半径，因止匕y-Fe的最大溶碳能力（含）远高于 a-Fe的最大溶碳能力（含）。（2）奥氏体的存在温度远高于铁素体的温度，温度越高，碳的扩散速度越快。综上所述，钢的渗碳在奥氏体中进行而不在铁素体中进行。七

10、、求解下列各题（每小题4分，共8分）1 .室温纯铁（体心立方）的晶格常数为0。286nm,求Icm?的铁块有多少个原子？解：纯铁晶胞体积为：V二（2o 86X10一，：%出每个晶胞有2个原子，所以，1cm，的铁块原子数目为：n=2X1/ （2o 86X10, 3乂022 个2 .铜单晶（面心立方）其外表面平行于（001）晶面，若施加拉力，力轴方向为001,测得J解：铜为面心立方晶格，其滑移面为111,外力轴001与滑移面法线夹角余旋为：cosg=其滑移方向为外力轴001与滑移方向的夹角余弦为:COS人使材料产生屈服的应力为:os =coslxcos0.71 rV3 X 75= 0.7x 遥= L71MN/m2