皖西学院材料科学基础试卷与参考答案

??????????? 皖西学院 2010–2011 学年度第1学期期末考试试卷（B卷）

机电学院 电气工程及其自动化专业 本科2012级 材料科学基础课程

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 ? 线 ? ? ? ? ? 号?学?? ? ? ? ? 封 ? ? ? 名?姓?? ? ? ? ? ? ? 密 ? 级?班? ?????????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. 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ΔGB ＜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。 ( )

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)，(123)，[211]；b)六方晶系(2111)，[2113]。

1

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

a[110]。 2(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；

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。

2

五、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γ铁中的D0=2.0×10-5m2/s,Q=140×103J/mol,请计算：(10分) (a) 870℃时碳在γ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么？

3

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.4．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。 (√) 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ΔGB ＜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。 (×)

4

十、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)，(123)，[211]；b)六方晶系(2111)，[2113]。 (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

a[110]。 2(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。

L?L+γ?γ?γ+Fe3CⅡ?P+Fe3CⅡ

3. 计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。 Fe3CⅡ=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)=22.6%

Fe3CⅢ=(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。

5

答:1. Ae1Ee3A、 Be2Ee1B、 Ce3Ee2C

2．e3E线：α与γ的共晶线， E点：三元（四相）共晶点。 3．N点合金：L?L?γ?L?β+γ? L?α+β+γ

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γ铁中的D0=2.0×10-5m2/s,Q=140×103J/mol,请计算：(10分) (a) 870℃时碳在γ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。

6

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

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/45iv.html