06材料科学基础试卷A（答案） - 图文

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装 订 装 线 订 线 内 不 要 答 题 东 北 大 学

秦 皇 岛 分 校 8、二元包晶合金中，有α相和β相两相，α相是初生相，其包晶转变式为L????

9、调幅分解是经过 组元的上坡扩散 方式形成。

课程名称： 材料科学基础 试卷： A 考试形式： 闭卷

10、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是 K0

衡分配系数）

授课专业： 材料科学与工程 考试日期： 2008年12月31日 试卷：共 4 页 11、在金属-金属型共晶中有两组成相，其中一组成相的体积百分数为23.6%，则共晶 组织可能呈 棒状共晶 形状。

题号 一 二 三 四 五 总 分 12、高分子合金中难以形成单相组织的主要原因是合金化时 混合熵小 。 得分 13、“树脂”通常是两种单体经 缩聚 反应得到的聚合物的称谓。

14、工程高分子聚合物按性能可分为五大类型 塑料 、 橡胶 、 纤维 、胶粘剂和涂阅卷人 料。

15、纳米材料是指三维中至少有一维的尺度小于 100nm 的固体材料。（写出具体数一、填空题：（每空1分，共20分）

字和单位） 1、三元凝聚系统中最大相数是 4 。

2、某一氮气和氧气的混合物系统，其独立组元数是 2 ，相数是 1 。 二、单项选择题（每题1分，共25分）

3、下图为晶核的半径r与△G间的关系，现有不同温度的三条曲线，请指出题哪条温度最高? T1 。哪条温度最低? T3 。 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答 案 A C A C D A B B A C C D B 题 号 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 答 案 B C A A D A A C A A A A 三：简答题（4小题，共25分）

1、（本题5分）铸锭组织通常包含哪三个晶区，简述其形成原因。 4、在单元系的p（压强）-T（温度）相图内，当高温相向低温相转变时体积

答案：铸锭的典型宏观组织由表层细晶区，柱状晶区和中心等轴晶区3个部分组成。 收缩，则根据克拉珀龙方程，相界线的斜率为 正 （填正、负或大

其形成的机理如下： 于零、小于零）。

由于模壁的散热作用，使靠模壁处的液体金属先形成过冷状态，也可能由于模壁5、测定某种晶体凝固时生长速度（υg）与液固相界面前端动态过冷度（△TK）帮助液体金属的非均匀形核，因此在接触模壁处的液体金属首先形核结晶。此处的形

的关系为υg正比于△TK2，则该晶体的长大属于 借螺型位错长大 核率很大，而且各方向都能散热，结果形成细小、等轴的晶粒。 方式。

由于在垂直模壁方向的散热速度最快，且晶体向散热的反方向长大，因此晶体也6、一般金属在非均匀形核时，所需的过冷度是其结晶温度Tm的0.02 就在垂直模壁方向以很大的线速度向液体伸展。这时，长大的主轴差不多垂直于模壁；倍。

结晶潜热只依靠已结晶的固体和模壁来释散。这样，在细小等轴晶体的内层就会长成7、高分子从熔体冷却结晶时，通常形成 球晶 。高分子的熔点随其晶

粗大的、向单方向迅速长大的柱状晶体。 片厚度的增加而 增加 。

柱状晶体继续长大，当铸锭中心的液体温度逐渐均匀并过冷到熔点以下，产生形- 1 -

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装 订 装 线 订 线 内 不 要 答 题 核并长大，形成等轴晶区。

2、（本题5分）对陶瓷与耐火材料是十分重要的Al2O3-SiO2二元相图，在生产中具有重要的指导意义。

① 看相图指出粘土砖的成分范围。

② 定性说明粘土砖使用温度不能超过1700℃的原因？

答案：粘土砖中含Al2O3的质量分数为35%～50%。

在低共熔E的右侧，液相线开始较陡随后比较平坦。平坦一段表明液相量随温度的变化是敏感的。例如组成35wt%Al2O3的粘土砖，当升温到1595℃（低共熔点）时最多可产生50%左右的液相，到1700℃液相量才增到60%，但温度大于1700℃时，只要温度稍有提高，液相量就大幅度增加，使粘土砖软化，不能安全使用。 3、（本题6分）Al-Cu合金经脱溶转变后呈现时效硬化现象。以含4%Cu的铝合金为例，

① 试述人工时效处理的工艺过程。

② 试述在此时效过程中，脱溶演变和时效强化的变化关系。

答案：

将含4%Cu的铝合金加热至520～540℃，使成为均匀的α固溶体相，这一过程称为固溶处理。经固溶处理后的α相淬火，成为亚稳定的固溶体。合金经固溶处理和淬火后，在高温停留一段时间使硬度增高，这一过程称为人工时效处理。

过饱和α相在时效处理过程中，将发生脱溶分解，随着保温时间增长而形成不同类型的过渡相。时效初期形成G. P.区，硬度开始增加；时效时间延长，合金中形成过渡相θ//，θ//与α相基体保持共格，但产生一定的弹性畸变，形成弹性应变场，θ//是合金强化相，继续延长时效时间，θ//的密度达到很高，此时合金达到最高的硬度值；当温度更高或者时效时间更长，合金中析出θ/相，而θ//逐渐减小直至消失，θ//与α相基体不能保持共格，θ/周围的应变场减弱，合金的硬度开始下降，过时效。

4、（本题9分）下左图为固态互不溶解的三元共晶相图的浓度三角形，其中三元共晶点E的成分为ω(A)=20%，ω(B)=30%和ω(C)=50%。右图为某一温度（高于三元共晶转变温度TE）的水平截面图。

① A、B和C三组元的熔点哪个最低？

② 在左图中大致标出液态成分为ω(A)=60%，ω(B)=15%和ω(C)=25%的合金的成分点（标为P点）。

③ 该成分合金平衡凝固到室温，试画出平衡冷却曲线和室温平衡组织。 ④ 计算该合金中共晶组织在铸锭中的质量分数。

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答案：

C组元熔点最低；

??共晶组织?＝100－60100－20＝6080＝75％

四、计算题（4小题，共25分）

1、（本题5分）超细晶粒的制备已成为提高材料强韧性的主要手段之一。通过凝固的快冷（即增加过冷度）是获得细晶铸件的重要方法。已知铜的凝固温度Tm＝1356K，熔化热Lm＝1628×106J/m2，比表面能σ＝177×10-3J/m2。试求欲在均匀形核条件下获得半径为2nm晶粒所需的过冷度？（2007）

*?2?Tm2?Tm2?177?10?3答案：由公式r?1356L?T 得 ?T?Lr*?1628?106?2?10?9?147.4K mm2、（本题5分）试求出8%B（溶质）二元合金在定向凝固中保持平面型液-固界面推移的凝固速度R。已知温度梯度G=225℃/cm，B组元扩散系数D＝2×10-4cm2/s，平衡分配系数k0=0.3，二元合金液相斜率m＝0.142℃/%B（即每增加1%B溶质浓度所降低的温度为0.142℃）。（2000） 答案：由

GmR??0D?1?k0k 0得 R?GDk0225?m???k?2?10?4?0.3?1?0.3??0.017cm/s

0100.142?8?即当凝固速度小于或等于0.017cm/s时，才能保持液/固界面为平直界面。

3、（本题5分）为了研究高分子材料结晶程度，通常测量它在结晶过程中的体积变化和热效应。已知一高分子材料结晶时间为7.6min时，结晶度为3.41%；38.1min时，结晶度为99.3%。请计算阿弗拉密指数n，结晶速率常数k和半结晶期t1/2。 答案：设高分子材料未结晶体积分数为?nu，则由公式?u?e?kt得到如下关系：

lg??ln?u??lgk?nlgt

根据题意，lg??ln0.9659??lgk?nlg7.6 lg??ln0.007??lgk?nlg38.1 得到：阿弗拉密指数n＝3.08

结晶速率常数k=6.7×10-5 再由公式k?ln2ln2tn，可以得到半结晶期t1/2?k?101min 1/2

4、（本题10分）碳钢和铸铁是最为广泛使用的金属材料，铁碳相图是研究钢铁材料的组织、性能及热加工和热处理的重要工具。

① 准确画出铁碳合金相图（包括重要的三相转变线、转变温度和分界点的成分）。 ② 按含碳量从小到大的顺序，对铁碳合金分类，并指出对应的室温组织各是什么？ ③ 计算ωc=4%的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对含量；并计算组织组成物珠光体中渗碳体和铁素体的相对量。

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铁碳合金分类 室温组织 工业纯铁 铁素体α＋三次渗碳体Fe3CⅢ 亚共析钢 先共析铁素体α＋珠光体P 共析钢 珠光体P 过共析钢 二次渗碳体Fe3CⅡ＋珠光体P 亚共晶钢 珠光体P＋变态莱氏体L/d＋二次渗碳体Fe3CⅡ 共晶钢 变态莱氏体L/d 过共晶钢 变态莱氏体L/d＋一次渗碳体Fe3CⅠ

莱氏体L2.11d＝4?4.3?2.11?100％＝86.3%

珠光体P＝4.3?44.3?2.11?6.69?2.116.69?0.77?100％＝10.6%

二次渗碳体Fe3CⅡ＝1－86.3%-10.6%=3.1%

铁素体F＝4.3?44.3?2.11?6.69?2.116.69?0.77?6.69?0.776.69?0.0218?100％＝9.41%

渗碳体＝4.3?46.69?2.110.77?0.02184.3?2.11?6.69?0.77?6.69?0.0218?100％＝1.19%

五、综合题（5分）

结合参观奥格型材、天秦塑胶两家企业中的生产实际，针对高分子材料的制备方法，谈谈高分子材料或制品生产过程中可能涉及到的《材料科学基础》中的知识。 答案：

关键点提示：

物理共混，复合材料

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9wkh.html