四川理工学院试卷（2009至2010学年第1学期） 课程名称： 材料科学基础 命题教师： 罗宏 适用班级：2007级材料科学与工程及高分子材料专业 考试(考查) 年 月 日 共 页 注意事项： 1、 满分100分。
要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。
2、 考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定的地方，否则视为废卷。
3、 考生必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。
4、 如有答题纸，答案请全部写在答题纸上，否则不给分；考完请将试卷和答题卷分别一同交回，否则不给分。
试题答案及评分标准 一、判断题：（10分，每题1分，正确的记“√” , 错误的记“×”） 1.晶体的排列是长程有序的，其物理性质是各向异性。
（√） 2. 螺型位错线与滑移方向平行。
（√） 3.莱氏体是奥氏体和渗碳体的片层状混合物。
（×） 4.异类原子占据空位称为置换原子，不会引起晶格畸变。
（×） 5.电子化合物以金属键为主故有明显的金属特性。
（√） 6.冷拉后的钢条的硬度会增加。
（√） 7.匀晶系是指二组元在液态、固态能完全互溶的系统。
（√） 8.根据菲克定律，扩散驱动力是浓度梯度，因此扩散总是向浓度低的方向进行。
（×）
9. 细晶强化本质是晶粒越细，晶界越多，位错的塞积越严重，材料的强度也就越高。
（√）
10.面心立方的金属的致密度为0.74。
（√）
二、单一选择题：（10分，每空1分）
1. 面心立方结构每个晶胞有（C）个原子。
（A）3 （B）2 （C）4 （D）1
2. 固溶体的不平衡凝固可能造成（A）
（A）晶内偏析（B）晶间偏析
（C）集中缩孔（D）缩松
3．属于<110>晶向族的晶向是（A ）
（A）[011] （B）[100] （C）[010] （D）[001]
4．以下哪个工艺是凝固理论的具体应用。
( D )
（A）渗氮（B）渗碳（C）硅晶片掺杂（D）提拉单晶硅
5. 影响铸锭性能主要晶粒区是（C）
（A）表面细晶粒区（B）中心等轴晶（C）柱状晶粒区（D）三个区影响相同
6．属于包晶反应的是（A ）（L 表示液相，A、B表示固相）
（A）L+ B →A （B）L+B→C+B
（C）L→A+B （D）A+B→L
7.对于冷变形小的金属，再结晶核心形成的形核方式一般是（A）
（A）凸出形核亚（B）晶直接形核长大形核
（B）亚晶合并形核（D）其他方式
8. 用圆形钢饼加工齿轮，下述哪种方法更为理想？（C）
（A）由钢板切出圆饼（B）由合适的圆钢棒切下圆饼
（C）由较细的钢棒热镦成饼（D）铸造成形的圆饼
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（D）Array B）各向异性（C）材料结构一次成型性（D）
B ）形式存在。
（C）固溶体（D）以上都不对
（10分，每
-佩奇）公式
2分）
MPa），σ0—常数，大体相当于单晶体的屈服强度晶界对强度影响程度的常数，（1分）d—多晶的分）
s或mol/m2·s）（1分）
），c—体积浓度（g/m3或mol/m3）（1分）
（1分）
1分）
[110]，[121]，[1 1 1 ]
2．确定下列简单立方晶胞中ABCD的晶面指数（4分，各2分）。
（120）（113）
五、简答题：（20分，每题5分）
1.为什么三种典型晶体结构的金属塑性不同？
滑移系的多少，滑移面原子密排程度及滑移方向数目决定了金属塑性的好坏，（2分）密排六方滑移系少，塑性最差，（1分）体心立方的滑移系等于或多于面心立方，但滑移方向（2个）比面心立方（3个）少，滑移面的密排程度也较低，所以体心立方金属的塑性又比面心立方金属差。
（2分）
2.例举碳钢的化学成分、组织、性能之间的关系。
亚共析钢为铁素体和珠光体的混合物，珠光体强度高于铁素体，含碳量增加则珠光体量增加，合金强度提高；（2分）过共析钢由二次渗碳体和珠光体构成，含碳量增加则二次渗碳体量增加，合金强度增加变缓；（1分）含碳量达到0.009时，二次渗碳体呈网状分布，合金强度开始快速下降；（1分）含碳量达到0.0211时，出现莱氏体组织，合金强度降到很低值。
（1分）
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3.简述典型铸锭的晶粒组织的三个区域的特点
和形成原因。
1.如图：铸锭的晶粒组织通常通常由三个区域组
成：最外层为小颗粒等轴晶粒区；中间部分为
垂直于模壁，长而粗的柱状晶
粒区；中心部分为大颗粒等轴晶粒区。
小颗粒等轴晶粒区很薄，对铸锭性能影响不大。
（3分）
当液态金属浇入常温下的铸模时，与模壁接触的一层液体处于极大过冷状态，因而大量形核并迅速长大成小等轴晶粒区。
在此过程中，模壁迅速升温，小晶粒区前沿液体中过冷度减小，不足以独立形核。
小晶粒中那些与散热方向垂直的快长晶面(低能面)继续择优取向生长，结果形成柱状晶区。
当柱状晶生长时，会使液固界面前沿液体中熔质富集，产生成分过冷。
于是液体中又开始形核并自由长大成大颗粒晶粒，形成中心的大颗粒等轴晶区。
（2分）
4 .简述正负温度梯度下，晶体界面推移长大的方式。
(1)平面状长大：当液体具有正温度梯度时，晶体以平直界面方式推移长大。
此时，界面上任何偶然的、小的凸起伸入液体时，都会使其过冷度减小，长大速率降低或停止长大，而被周围部分赶上，因而能保持平直界面的推移。
(1分)长大中晶体沿平行温度梯度的方向生长，或沿散热的反方向生长，而其他方向的生长则受到抑制。
(1分)
(2)树枝状长大：当液体具有负温度梯度时，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液体时，由于前方液体有更大的过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一次轴。
(1分)一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升高，过冷度降低，因此，类似的枝晶只在相邻一定间距的界面上形成，相互平行分布。
在一次枝晶处的温度比枝晶间温度要高，这种负温度梯度使一次轴上又长出二次轴分枝。
同样，
还会产生多次分枝。
(1分)枝晶生长的最后阶段，由于凝固潜热放出，
使枝晶周围的液体温度升高至熔点以上，液体中出现正温度梯度，此时晶体长大依靠平界面方式推进，直至枝晶间隙全部被填满为止。
(1分)
六、综合题（共40分，其中1、2题各10分，3题20分）
1 已知纯铜的临界分切应力为1MPa,问：
(1)要使(111)面上产生[1ī0]方向的滑移，应在[110]方向上施加多大的拉应力？ λ=90°，cos λ=0，………………2分
由σs ＝τc /cos ϕcos λ 可知
σs =∞，即作用力方向为 [110]时，在[1ī0]方向不会产生滑移。
……………2分
(2) 要使(111)面上产生[101]方向的滑移，应在方向上施加多大的拉应力？ cos λ=1/2……………2分
cos ϕ=3/2………………2分
σs ＝τc /cos ϕcos λ=2.45 MPa……………2分
2．已知A （熔点700℃）与B （熔点620℃）在液态时无限互溶，固态时B 在A 中的最大固溶度（质量分数）为WB=26%，室温时为WB=5%；但A 在固态和室温时均不溶于B 。
在280℃时，含WB=52%的液态合金发生共晶反应，试绘出A-B 合金相图。
相图完全正确：……4分 其余参数各1分共6分。
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620℃
280℃
A 5 26 52 B
（1）写出所有平衡转变式。
(各1分)
（a）包晶转变L =r-Fe +Fe3C
（b）共析转变：r-Fe =α-Fe +Fe3C
（c）包晶转变：L+δ-Fe= r-Fe
（2）画出碳含量为0.45%的钢的步冷曲线并计算室温下组织组成物
和相组成物的相对含量。
组织组成物相对含量：
P%=[（0.45-0.02）/（0.77-0.02）]×100%=57%
F%=[（0.77-0.45）/（0.77-0.02）]×100%=43%
相组成物相对含量：
F%=[（6.69-0.45）/（6.69-0.02）]×100%=94%
Fe3C%=[（0.45-0.02）/（6.69-0.02）]×100%=6%
（3）画出碳含量分别为Wc=0.01%、Wc=1.0%、Wc=5.2%的室温下的
组织。