1、材料科学基础-4 及答案解析(总分：101.00，做题时间：90 分钟)一、B论述题/B(总题数：8，分数：101.00)1.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）_2.推导：当入射强度为 I0的光撞击透明材料(长度为 l)的前表面时，在样品表面出射的透射束强度：It=I0(1-R)2e-l式中，R 为反射率； 为材料本征吸收系数。样品前后表面外的介质是相同的。（分数：10.00）_3.第二相粒子对合金塑性形变会产生何种影响？试用位错理论说明其机理。（分数：10.00）_4.Co-Sb 平衡相图如图所示。（分数：30.00）_5.Pt 的晶体结构为 fcc，其晶格
2、常数为 0.3923nm，密度为 21.45g/cm3，试计算其空位粒子数分数。（分数：10.00）_6.将经过 70%拉伸冷变形的长铜棒(Cu 的熔点为 1083)一端浸入冰水中，另一端加热到 850的高温，过程持续一个小时。 1画出沿该试棒长度方向温度分布图，并标出再结晶温度的大概值，对应图上的温度分布画出样品中金相组织连续变化示意图和硬度变化曲线。 2解释组织和硬度变化。（分数：16.00）_7.说明在 fcc 的(001)标准极射赤面投影图的外圆上，赤道线上和 0经线上的极点的指数各有何特点?在图 2-11 中标出 （分数：10.00）_8.解释上坡扩散、扩散机制，总结扩散在材料科学中
3、的应用。（分数：10.00）_材料科学基础-4 答案解析(总分：101.00，做题时间：90 分钟)一、B论述题/B(总题数：8，分数：101.00)1.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：2.推导：当入射强度为 I0的光撞击透明材料(长度为 l)的前表面时，在样品表面出射的透射束强度：It=I0(1-R)2e-l式中，R 为反射率； 为材料本征吸收系数。样品前后表面外的介质是相同的。（分数：10.00）_正确答案：(1)入射光强度为 I0，则在材料前表面由于反射引起的强度损失为 RI0。而实际进入材料的入射束强度为I0-RI0=(1-
4、R)I0Ireflected at front surface=RI0Iafter reflection=(1-R)I0(2)进入材料的光束又会被吸收掉一部分。穿过长度为 z 的材料后，光束强度Iafter absorption=(1-R)I0exp(-l)(3)吸收后剩余的光束会从材料后表面射出并再次反射。到达材料后表面并被反射的光束强度Ireflected at back surface=R(1-R)I0exp(-l)(4)所以，完全通过材料的透射束强度Itransmitted=Iafter absorption-Ireflected at back surface=(1-R)I0exp(
5、-l)-R(1-R)I 0exp(-l)故It=(1-R)2I0exp(-l)解析：3.第二相粒子对合金塑性形变会产生何种影响？试用位错理论说明其机理。（分数：10.00）_正确答案：(要点：会提高合金的强度及塑性形变时的流变抗力。因为，位错切过可变形第二相粒子或绕过不可变形第二相粒子时阻力增大。)解析：4.Co-Sb 平衡相图如图所示。（分数：30.00）_正确答案：(11118：共晶反应线。1065：磁性转变线。936：包晶反应线。8740：包晶反应线。629：共晶反应线。422：同素异构(多晶型)转变线。377：有序一无序转变线。2(Co)、(Co)、(Sb)皆为置换固溶体。：CoSb。
6、 和 ：CoSb 2。：CoSb 3。3平衡相：+(Sb)，其中，*4平衡组织： 先 +(+(Sb) 共晶 ，其中*)解析：5.Pt 的晶体结构为 fcc，其晶格常数为 0.3923nm，密度为 21.45g/cm3，试计算其空位粒子数分数。（分数：10.00）_正确答案：(设空位所占粒子数分数为 x， *)解析：6.将经过 70%拉伸冷变形的长铜棒(Cu 的熔点为 1083)一端浸入冰水中，另一端加热到 850的高温，过程持续一个小时。 1画出沿该试棒长度方向温度分布图，并标出再结晶温度的大概值，对应图上的温度分布画出样品中金相组织连续变化示意图和硬度变化曲线。 2解释组织和硬度变化。（分数
7、：16.00）_正确答案：(1考虑铜棒为工业纯铜，对于大变形的工业纯铜可以用 0.4Tm(或 0.35Tm)估计再结晶温度。题目已知 Tm=1083=1356K，所以 Tr=0.4Tm=542K270。*2经冷变形的棒中晶粒要沿轴向明显拉长。再结晶温度以上的样品晶粒由于再结晶而成为等轴状，温度越高晶粒越大，在温度较高但低于再结晶温度的区域样品中发生回复，但晶粒形状不变。硬度随样品回复有少量下降。再结晶组织的硬度明显下降。晶粒长大使硬度进一步下降，因此表现出上图中的硬度变化。)解析：7.说明在 fcc 的(001)标准极射赤面投影图的外圆上，赤道线上和 0经线上的极点的指数各有何特点?在图 2-
8、11 中标出 （分数：10.00）_正确答案：(在投影图外圆上(图 9)的极点与(001)极点的夹角都为 90，即外圆上极点所代表的晶面与z 轴平行，所以指数应为(hk0)； * 在赤道线上的极点与(100)极点的夹角都为 90，即赤道线上各极点所代表的各个晶面都与 z 轴平行，所以指数应为(0kl)； 在 0经线上的极点与(010)极点的夹角都是90，即 0经线上各极点所代表的各个晶面都与 y 轴平行，所以指数应为(h0l)。 先由晶面指数的正、负号可判断*在第一象限，(011)，(112)在第四象限。由讨论得知*必定在极图的外圆上，且*极点与*及(010)极点都应交成 45，所以可沿第一象
9、限外圆量得与*或(010)极点相交成 45的点，即为*极点； (011)极点应在赤道线上，且其指数可由(001)和(010)相加得到，所以此极点必定在(001)和(010)极点之间，又因(011)极点与(001)和(010)相交成 45，所以可在(001)与(010)两极点的连线上找到与(001)或(010)相交成 45的点，即为(011)极点； (112)极点指数可南(001)和(111)两极点的指数相加得到，所以此极点必在(001)和(111)极点之间，量得这两极点连线上与(001)极点相交成 35.26的位置，便是(112)极点。)解析：8.解释上坡扩散、扩散机制，总结扩散在材料科学中的应用。（分数：10.00）_正确答案：(上坡扩散是扩散过程中扩散元素从低浓度向高浓度处扩散；如各种溶质原子气团的形成和共析反应产物的形成均为上坡扩散。 扩散机制主要为：间隙固溶体中溶质原子在间隙中发生间隙扩散，在置换式固溶体中发生原子与空位交换实现扩散的空位机制。 原子扩散在材料中的作用包括：晶体凝固时形核、长大；合金的成分过冷；成分均匀化，包晶反应非平衡凝固时保留高温组织的特点，固态相变时的形核，晶界形核，晶界运动、晶界偏聚、高温蠕变，氧化，焊接，化学热处理(渗 C、N 等)，粉末冶金，涂层等各方面。)解析：
