西工大材料科学基础模拟试题矿大版.docx
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西工大材料科学基础模拟试题矿大版
一、简答题(每题6分,共30分)
1.原子的结合键有哪几种?
各有什么特点?
2.面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少?
3.立方晶系中,若位错线方向为[001],
,试说明该位错属于什么类型。
4.请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。
5.试从扩散系数公式
说明影响扩散的因素。
6.何为过冷度?
它对形核率有什么影响?
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1.在面心立方晶体中,分别画出(101)、[110]和
、[
,指出哪些是滑移面、滑移方向,并就图中情况分析它们能否构成滑移系?
2.已知Al为面心立方晶体,原子半径为rA。
若在Al晶体的八面体间隙中能溶入最大的小原子半径为rB,请计算rB与rA的比值是多少。
3.A-B二元合金中具有共晶反应如下:
若共晶反应刚结束时,α和β相的相对含量各占50%,试求该合金的成分。
4.已知铜的临界分切应力为1Mpa,问要使
面上产生[101]方向的滑移,应在[001]方向上施加多大的力?
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1.按下列条件绘出A-B二元相图:
(1)A组元(熔点600℃)与B组元(熔点500℃)在液态时无限互溶;
(2)固态时,A在B中的最大固溶度为wA=0.30,室温时为wA=0.10;而B在固态下不溶于A;
(3)300℃时发生共晶反应
。
在A-B二元相图中,分析wB=0.6的合金平衡凝固后,在室温下的相组成物及组织组成物,并计算各相组成物的相对含量。
2.请绘出下列Fe-C合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图,并标注各组织。
(腐蚀剂均为3%硝酸酒精)
一、简答题(每题6分,共30分)
1.原子的结合键有哪几种?
各有什么特点?
离子键:
正负离子相互吸引;键合很强,无方向性;熔点、硬度高,固态不导电,导热性差。
共价键:
相邻原子通过共用电子对结合;键合强,有方向性;熔点、硬度高,不导电,导热性有好有差。
金属键:
金属正离子于自由电子相互吸引;键合较强,无方向性;熔点、硬度有高有低,导热导电性好。
分子键:
分子或分子团显弱电性,相互吸引;键合很弱,无方向性;熔点、硬度低,不导电,导热性差。
氢 键:
类似分子键,但氢原子起关键作用XH-Y;键合弱,有方向性;熔点、硬度低,不导电,导热性好。
2.面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少?
晶胞原子数
配位数
致密度
面心立方
4
12
74%
体心立方
2
8
68%
3.立方晶系中,若位错线方向为[001],
,试说明该位错属于什么类型。
因位错线方向垂直于柏氏矢量,所以是刃位错。
4.请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。
相同点:
小原子溶入
不同点:
若小原子溶入后,大小原子数量成比例,在选取点阵时,大小原子点阵可以合并,这实际上改变了大原子的点阵结构,因此认为形成新相,称为间隙相(间隙化合物)。
若小原子溶入后,分布随机,大小原子点阵不能合并,仍然保留大原子点阵,称为间隙固溶体。
5.试从扩散系数公式
说明影响扩散的因素。
从公式表达形式可以看出扩散系数与扩散激活能Q和温度T有关。
扩散激活能越低扩散系数越大,因此激活能低的扩散方式的扩散系数较大,如晶界和位错处的扩散系数较大。
温度越高,原子活性越大,扩散系数越大。
6.何为过冷度?
它对形核率有什么影响?
过冷度:
实际结晶温度与理论结晶温度的差值。
随过冷度增大,形核率先增后减。
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1. 在面心立方晶体中,分别画出(101)、[110]和
、[
,指出哪些是滑移面、滑移方向,并就图中情况分析它们能否构成滑移系?
对面心立方晶体,(101)非密排面,因此它不是滑移面;[110]是密排方向,因此是滑移方向。
但这二者不能构成滑移系。
和[
是密排面和密排方向,因此可以构成滑移系。
2. 已知Al为面心立方晶体,原子半径为rA。
若在Al晶体的八面体间隙中能溶入最大的小原子半径为rB,请计算rB与rA的比值是多少。
3. A-B二元合金中具有共晶反应如下:
若共晶反应刚结束时,α和β相的相对含量各占50%,试求该合金的成分。
设合金成分为c%,由题知:
得:
c%=0.55%
4. 已知铜的临界切分应力为1Mpa,问要使
面上产生[101]方向的滑移,应在[001]方向上施加多大的力?
对立方晶系,两晶向[h1k1l1]和[h2k2l2]夹角公式为:
故滑移面的法线
与拉力轴方向[001]的夹角为:
同理,滑移方向[101]与拉力轴方向[001]的夹角为:
由分切应力公式得:
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1.按下列条件绘出A-B二元相图:
1) A组元(熔点600℃)与B组元(熔点500℃)在液态时无限互溶;
2) 固态时,A在B中的最大固溶度为wA=0.30,室温时为wA=0.10;而B在固态下不溶于A;
3) 300℃时发生共晶反应
。
在A-B二元相图中,分析wB=0.6的合金平衡凝固后,在室温下的相组成物及组织组成物,并计算各相组成物的相对含量。
相组成:
A+β
组织组成:
A+β+AII
2.请绘出下列Fe-C合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图,并标注各组织。
(腐蚀剂均为3%硝酸酒精)
工业纯铁:
F
20钢:
F+P
45钢:
F+P
T8钢:
P
T12钢:
P+Fe3C网状
亚共晶白口铸铁:
P+Ld’
一、简答题(每题6分,共30分)
1.工程材料分为哪几类?
它们的结合键如何?
2.根据凝固理论,请分析细化铸锭晶粒的途径及原理
3.固溶体非平衡凝固时,形成微观偏析和宏观偏析的原因有何区别?
4.请为置换固溶体、间隙固溶体、间隙化合物、正常价化合物、电子化合物和间隙化合物各举一具体例子。
5.为什么细晶强化可以同时提高合金强度、硬度、塑性和韧性?
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1.钛的晶胞(密排六方)体积在20℃时为0.106nm3,其c/a=1.59,求:
(1)c、a的值;
(2)钛原子半径。
2.已知钼为体心立方结构,请回答:
(1) 画出其晶胞示意图;
(2) 在图中画出一个可能的滑移系,并标明滑移面和滑移方向的指数。
3. 一碳钢在平衡冷却条件下,室温组织为珠光体+二次渗碳体,其中珠光体含量为90%。
请确定该碳钢的含碳量,并画出组织示意图。
4.假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为
,请回答:
(1) 给出滑移位错的单位位错柏氏矢量;
(2) 若滑移位错为纯刃位错,请指出其位错线方向;若滑移位错为纯螺位错,其位错线方向又如何?
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1.根据下列已知条件绘出A-B二元共晶相图:
i. tA>tB(tA、tB为A、B的熔点);
ii. 共晶反应为
;
iii. B在A中的固溶度随温度的下降而减小,室温时为wB=0.03;A在B中的固溶度不随温度变化,
并请回答:
(1)分析wB=0.85的合金平衡结晶过程;
(2)计算该合金室温下的相组成物及组织组成物。
(忽略二次相)
8. 一楔型纯铜铸锭,经间距恒定的轧辊轧制(如图);
(1) 请画出轧制后,锭子的晶粒示意图。
(2) 画出将该锭子进行再结晶退火后,晶粒示意图。
并分析原因。
一、简答题(每题5分,共30分)
1.何为空间点阵?
它与晶体结构有何异、同?
2.请简述晶界有哪些特征?
3.何为固溶强化?
置换固溶体与间隙固溶体相比,哪个的固溶强化效果强?
请简述影响固溶度的因素。
4.请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。
5.什么是反应扩散?
请简述其特点。
6.简述在什么情况下会发生单滑移、多滑移和交滑移,它们的滑移线形貌特征是什么。
二、作图计算题(每题10分,共40分)
1.请计算简单立方和体心立方晶体的(100)、(110)和(111)晶面的面间距(假设两种点阵的点阵常数都是a)。
2.在面心立方晶体中,分别画出
、
和、
,指出哪些是滑移面、滑移方向,并就图中情况分析它们能否构成滑移系?
若外力方向为<001>,请问哪些滑移系可以开动?
3.请判定下列反应能否进行,若能够进行,则在简单立方晶胞内绘出参加反应位错的柏氏矢量。
1)
2)
4.已知三元简单共晶的投影图,见附图,
1) 请画出AD代表的垂直截面图及各区的相组成;
2) 请画出X合金平衡冷却时的冷区曲线,及各阶段相变反应。
三、综合分析题(每题15分,共30分)
1.已知Mg-Ni合金系中一个共晶反应:
L23.5%Ni⇔α纯Mg+Mg2Ni54.6%Ni
设有C1和C2两种合金,C1为亚共晶,C2为过共晶。
这两种合金的初生相质量分数相等,但室温时C1中α(即Mg)的总量是C2中α总量的2.5倍,请确定C1和C2的成分。
2. 某工厂对一大型零件进行淬火处理,经过1100℃加热后,用冷拉钢丝绳吊挂,由起重吊车送往淬火水槽,行至途中钢丝突然发生断裂。
该钢丝是新的,且没有瑕疵,是分析该钢丝绳断裂的原因。