1、(西安工业大学)材料科学基础真题 2002 年及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：10，分数：20.00)1.配位数（分数：2.00）_2.晶面族（分数：2.00）_3.位错（分数：2.00）_4.异质形核（分数：2.00）_5.成分过冷（分数：2.00）_6.反应扩散（分数：2.00）_7.伪共晶（分数：2.00）_8.重心定律（分数：2.00）_9.交滑移（分数：2.00）_10.再结晶（分数：2.00）_二、证明题(总题数：2，分数：10.00)11.试证明位错的柏氏矢量的方向和大小与柏氏回路的选取无关。（分数：5.00）_12.试证明立方晶系的米
2、勒指数为(uvw)的晶面与同指数晶向uvw垂直。（分数：5.00）_三、论述题(总题数：2，分数：10.00)13.试指出三种以上提高金属材料强度的方法及其原理。（分数：5.00）_14.试指出三种以上细化金属材料晶粒的方法及其原理。（分数：5.00）_四、完成下列各题(总题数：3，分数：15.00)15.写出立方晶系中110和123晶向族所包含的所有晶向。（分数：5.00）_16.绘出(110)、(112)、(113)晶面的晶带轴，并写出其具体的晶向指数。（分数：5.00）_17.试分析碳在奥氏体中的溶解度大于铁素体中的溶解度的原因。（分数：5.00）_五、完成下列各题(总题数：6，分数：3
3、0.00)18.画出铁碳双重相图，注明主要特征点、线的温度和成分。（分数：5.00）_19.试分析铁碳双重相图产生的原因。（分数：5.00）_20.分析含 Fe-0.4%C 合金平衡结晶过程，指出室温时的相组成和组织并计算组织中珠光体的含量。（分数：5.00）_21.若上述合金在 100cm 长的水平圆模中顺序凝固，假定凝固过程中固相无扩散，液体成分完全混合，相图中各线可简化为直线，求凝固结束时 相、 相和莱氏体组织的长度。（分数：5.00）_22.分析 Fe-3.6%C 合金获得珠光体基体灰口组织的结晶过程，并计算其中石墨含量。（分数：5.00）_23.一根足够长的共析钢棒在 800于强脱碳
4、气氛中从一端脱碳一段时间后，试画出沿长度方向碳浓度分布曲线及组织示意图。（分数：5.00）_六、根据如图所示三元合金相图的投影图完成下列(总题数：1，分数：15.00)24.假定 TAT BT CT e1T e2T e3T E。1画出 T 温度(T e1TT e2)的水平截面图。2画出 AX 垂直截面图。（分数：15.00）_(西安工业大学)材料科学基础真题 2002 年答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释(总题数：10，分数：20.00)1.配位数（分数：2.00）_正确答案：(在晶体结构中，和任意原子邻近且距离相等的原子数。)解析：2.晶面族（分数：2.00）_
5、正确答案：(对称关系(原子排列和分布，面间距)相同的各组等同晶面，称一个晶面族，用hkl表示。)解析：3.位错（分数：2.00）_正确答案：(晶体中的一维缺陷或线状缺陷，称为位错。)解析：4.异质形核（分数：2.00）_正确答案：(晶核在液态金属中依靠外来物质表面(型壁或杂质)或在温度不均匀处择优形成。)解析：5.成分过冷（分数：2.00）_正确答案：(合金溶液在凝固时，理论凝固温度不变，过冷度完全取决于溶质成分的分布，这样的过冷称为成分过冷。)解析：6.反应扩散（分数：2.00）_正确答案：(通过扩散而形成新相的现象。)解析：7.伪共晶（分数：2.00）_正确答案：(由非共晶成分的合金所得到
6、的共晶组织称为伪共晶。)解析：8.重心定律（分数：2.00）_正确答案：(在三元合金相图中，如由 R 分解为 、 三个相，则 R 相浓度点必定位于 重心位置上(是三相重量重心，不是三角形几何中心)，而且 R 相重量与 、 三个相的重量有如下关系：wRRd=w dwRRe=w ewRRf=w f这就是重心定律，示意于下图。)解析：9.交滑移（分数：2.00）_正确答案：(从一个滑移面跑到另一个滑移面上去的过程，而位错线的柏氏矢量保持不变。)解析：10.再结晶（分数：2.00）_正确答案：(形变金属在一定的加热条件下，通过新的可移动大角度晶界的形成及随后移动，从而形成无应变新晶粒组织的过程。)解析
7、：二、证明题(总题数：2，分数：10.00)11.试证明位错的柏氏矢量的方向和大小与柏氏回路的选取无关。（分数：5.00）_正确答案：(用反证法证明：假设有一条位错线 PQRSP 组成一位错环，环内没有其他位错线(如图)，如各处的柏氏矢量不同，设 PQR 段的柏氏矢量 ，其圈内为已滑移区，设 RSP 段的柏氏矢量为 ，其圈内为已滑移区，则区和区为不同程度的滑移区，二者边界 PR 必为一位错线。这便与原假设有矛盾，故 与 不应有差别，即：所以，位错的柏氏矢量的方向和大小与柏氏回路的选取无关。)解析：12.试证明立方晶系的米勒指数为(uvw)的晶面与同指数晶向uvw垂直。（分数：5.00）_正确答
8、案：(因为已知晶面的米勒指数为(uvw)即晶面在 x，y，z 轴的截距为：1/u，1/v，1/w；根据平面方程：x/a+y/b+z/c=1可知该晶面方程为：ux+vy+wz=1再根据平面与向量为m，n，p的直线垂直公式：A/m=B/n=C/p，以及已知晶向指数为uvw，可知：u/u=v/v=w/w(=1)所以，立方晶系的米勒指数为(uvw)的晶面与同指数晶向uvw垂直。)解析：三、论述题(总题数：2，分数：10.00)13.试指出三种以上提高金属材料强度的方法及其原理。（分数：5.00）_正确答案：(1)细晶强化。其原理是：增加晶粒数目，提高晶界对移动位错的阻碍作用，从而达到强化的效果。(2)
9、固溶强化。即将溶质溶入基体金属中，使基体金属产生点阵畸变，从而抑制位错源的活动以提高基体金属的强度。(3)形变强化。即当晶体经过形变之后，使晶体内部的位错塞积或缠结处而难以运动，从而达到强化晶体的作用。)解析：14.试指出三种以上细化金属材料晶粒的方法及其原理。（分数：5.00）_正确答案：(1)增加过冷度。由于晶粒数与形核率成正比，而与晶粒长大速率 Vg成反比，所以提高N/Vg就可细化晶粒。而且当增大过冷度时，虽然 N 与 Vg都增大，而增大速率比 Vg快。因此，N/V g随过冷度的增加而增大，即晶粒变细。(2)加入形核剂。在熔液凝固前加入一些细小的形核剂，使之分散在熔液中，作为不均匀形核所
10、需的现成基底，这样能使晶核数大大提高，晶核显著细化。(3)震动细化。使金属熔液在振动作用下进行凝固，一方面提高了液相的形核率，另一方面使生长的晶体破碎，从而提供更多的结晶核心，从而达到细化晶粒的目的。)解析：四、完成下列各题(总题数：3，分数：15.00)15.写出立方晶系中110和123晶向族所包含的所有晶向。（分数：5.00）_正确答案：(1)110：110，101，011， ， ， 共 6 个晶向。(2)123：123，132，231，213，321，312， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ，)解析：16.绘出(110)、(112)、(113)晶面的晶带轴，
11、并写出其具体的晶向指数。（分数：5.00）_正确答案：(设晶带轴为u，v，w，则由晶带轴定理有：故方向指数为 或晶面及晶带轴示于下图。)解析：17.试分析碳在奥氏体中的溶解度大于铁素体中的溶解度的原因。（分数：5.00）_正确答案：(奥氏体是面心立方晶体，铁素体是体心立方晶体，而不论是面心立方还是体心立方，碳原子均处于它们的八面体间隙中。而面心立方的八面体间隙尺寸为： ，体心立方的八面体间隙为：)解析：五、完成下列各题(总题数：6，分数：30.00)18.画出铁碳双重相图，注明主要特征点、线的温度和成分。（分数：5.00）_正确答案：(略。)解析：19.试分析铁碳双重相图产生的原因。（分数：5
12、.00）_正确答案：(从热力学上分析得知，石墨的自由能总量低于 Fe3C。因此，石墨是更稳定的相，而 Fe3C 是介稳定相，故通常将 Fe-Fe3C 称为介稳定系，而将 Fe-C 系称为稳定系。从动力学上分析，由于 Fe3C 含碳 6.6g%，而石墨含碳 100%，而常用钢铁材料的含碳量小于 5%。这样，形成石墨相所需的成分起伏比形成 Fe3C 大得多，也就是说形成石墨核心比形成 Fe3C 核心要难得多。因此，热力学的稳定性和动力学上进行的难易决定了在不同条件下，铁碳合金两个二元系都可能发生。)解析：20.分析含 Fe-0.4%C 合金平衡结晶过程，指出室温时的相组成和组织并计算组织中珠光体的
13、含量。（分数：5.00）_正确答案：(当 C%=0.4%，Fe-C 合金冷却至室温时：相组成物：+Fe 3C组织组成物：P+组织中珠光体的含量：P%=(0.4-0.0218)/(0.77-0.0218)100%=50.55%)解析：21.若上述合金在 100cm 长的水平圆模中顺序凝固，假定凝固过程中固相无扩散，液体成分完全混合，相图中各线可简化为直线，求凝固结束时 相、 相和莱氏体组织的长度。（分数：5.00）_正确答案：(利用公式：C s=K0C0(1-Z/L)K0-1先求 相的长度：已知 C0=0.4，且可求得：K0=Cs/CL=0.09/0.53=0.1698将以上条件代入公式得：0.
14、09=0.16980.4(1-Z1/L1)0.1698-10.09/0.06792=(1-Z1/100)-0.83021.325=(1-Z1/100)-0.8302(1-Z1/100)0.8302=1/1.325=0.75471-Z1/100=0.7125Z1=28.75cm再求 相的长度：因为 L2=(100-28.75)cm=71.25cm且 )解析：22.分析 Fe-3.6%C 合金获得珠光体基体灰口组织的结晶过程，并计算其中石墨含量。（分数：5.00）_正确答案：(对于 Fe-3.6%C 合金，要获得珠光体基体灰铸铁组织，根据 Fe-石墨相图，有：其中石墨的含量为：)解析：23.一根足够长的共析钢棒在 800于强脱碳气氛中从一端脱碳一段时间后，试画出沿长度方向碳浓度分布曲线及组织示意图。（分数：5.00）_正确答案：(碳浓度分布曲线见下图。在 800脱碳条件下(至室温)得到以下组织：FF+PP)解析：六、根据如图所示三元合金相图的投影图完成下列(总题数：1，分数：15.00)24.假定 TAT BT CT e1T e2T e3T E。1画出 T 温度(T e1TT e2)的水平截面图。2画出 AX 垂直截面图。（分数：15.00）_正确答案：(1见图 a。2见图 b。)解析：
