中南大學(xué)2017學(xué)年上學(xué)期材料科學(xué)基礎(chǔ)考試試卷

PAGE4PAGE1中南大學(xué)考試試卷2017學(xué)年上學(xué)期時(shí)間110分鐘材料科學(xué)基礎(chǔ)課程96學(xué)時(shí)6學(xué)分考試形式：閉卷卷專業(yè)年級(jí)：粉冶工程試驗(yàn)0901總分100分，占總評(píng)成績(jī)70%注：此頁(yè)不作答題紙，請(qǐng)將答案寫在答題紙上一、名詞解釋（24分,每個(gè)3分）晶帶軸：

答：所有平行或相交于同一直線的晶面構(gòu)成一個(gè)晶帶。此直線稱晶帶軸。

偽共晶組織：

答：由非共晶合金所獲得的全部共晶組織稱為“偽非晶組織。

定向凝固：

答：控制金屬或合金熔體的結(jié)晶生長(zhǎng)方向，獲得單一的柱狀晶或單晶組織的凝固方法。

包共晶反應(yīng)：

答：反應(yīng)L＋A→M＋C，為四相平衡，其反應(yīng)物似二元包晶反應(yīng)，生成物似二元共晶反應(yīng)，故稱包共晶反應(yīng)。

再結(jié)晶：

答：冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原變形組織中重新產(chǎn)生了無(wú)畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化并恢復(fù)到變形前的狀況。

柯肯達(dá)爾（Kirkendall）效應(yīng)：

答：對(duì)于置換式固溶體中溶質(zhì)原子的擴(kuò)散，由于溶質(zhì)和溶劑原子半徑相差不大，原子擴(kuò)散時(shí)和空位交換幾率不相等，導(dǎo)致兩者擴(kuò)散速率不同。能觀察到這種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象稱為Kirkendall效應(yīng)。

滑移系：

答：一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向，一般而言，滑移面和滑移方向往往是金屬晶體中原子排列最密的晶面和晶向。

機(jī)械合金化：

答：純組元按比例混和后直接進(jìn)行高能球磨形成非晶合金。二、請(qǐng)?jiān)诹⒎骄抵袑懗雒鍻BC’、ODD’O’的晶面指數(shù)和OB、OD晶向指數(shù)（AD=1/2AB）（8分）答：[1]OBC’的晶面指數(shù)為：或；（2分）

ODD’O’的晶面指數(shù)為：或（2分）[2]OB晶向指數(shù)為：[110]；（2分）

OD晶向指數(shù)：[210]。（2分）

三、請(qǐng)從原子排列、滑移性質(zhì)、柏氏矢量等方面對(duì)比刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)的主要特征（16分）答（要點(diǎn)）：刃型位錯(cuò)：（8分）晶體中有一個(gè)額外原子面，形如刀刃插入晶體位錯(cuò)線可以是折線或曲線,但位錯(cuò)線必與滑移（矢量）方向垂直滑移面惟一位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向平行（一致）位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直螺型位錯(cuò)：（8分）上下兩層原子發(fā)生錯(cuò)排，錯(cuò)排區(qū)原子依次連接呈螺旋狀螺型位錯(cuò)與晶體滑移方向平行，故位錯(cuò)線一定是直線螺型位錯(cuò)的滑移面是不惟一；位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶體滑移方向相互垂直。位錯(cuò)線與柏氏矢量平行四、對(duì)于晶界擴(kuò)散和體內(nèi)擴(kuò)散，假定擴(kuò)散激活能Q晶界≈1/2Q體積，試畫出其lnD與溫度倒數(shù)1/T的曲線，并指出約在哪個(gè)溫度范圍內(nèi)晶界擴(kuò)散起主導(dǎo)作用（10分）答（要點(diǎn)）：因晶界擴(kuò)散激活能Q晶界小于體內(nèi)擴(kuò)散激活能，所以前者的lnD-1/T直線的斜率小于后者，兩直線必交于一點(diǎn)。如圖所示：該點(diǎn)的溫度就是兩者擴(kuò)散系數(shù)相等的溫度，即DB=DL，由D=D0exp（-Q/RT），得QB/TB=QL/TL（B：晶界，L：體內(nèi)擴(kuò)散）。因?yàn)镼B=0.5QL，所以1/2TB=1/TL，TB=TL/2。若取TL為固體中最高的擴(kuò)散溫度，即該材料熔點(diǎn)溫度，則在約為熔點(diǎn)一半的較低溫度下，由于原子在體內(nèi)擴(kuò)散較為困難，晶界擴(kuò)散的作用突現(xiàn)出來(lái)，所以起主導(dǎo)作用。五、請(qǐng)簡(jiǎn)述回復(fù)的機(jī)制及其驅(qū)動(dòng)力。（12分）答（要點(diǎn)）：低溫機(jī)制：主要與點(diǎn)缺陷的遷移有關(guān)，點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)所需的熱激活能較低，因而可在較低溫度就可進(jìn)行，它們可遷移至晶界（或金屬表面），并通過(guò)空位與位錯(cuò)的交互作用，空位與間隙原子的重新結(jié)合，以及空位聚合起來(lái)形成空位對(duì)、空位群和空位片，從而使點(diǎn)缺陷密度明顯下降。(3分)中溫機(jī)制：發(fā)生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和重新分布，同一滑移面上異號(hào)相互吸引而抵消；位錯(cuò)偶極子的兩根位錯(cuò)線相消等等。（3分）高溫機(jī)制：刃型位錯(cuò)獲得足夠能量產(chǎn)生攀移，產(chǎn)生了兩個(gè)后果：1）使滑移面上不規(guī)則的位錯(cuò)重新分布，刃型位錯(cuò)垂直排列呈墻，顯著降低彈性畸變能；2）沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位錯(cuò)墻，以及由此所產(chǎn)生的亞晶，即多邊形化結(jié)構(gòu)。（3分）驅(qū)動(dòng)力：冷變形過(guò)程中的存儲(chǔ)能（主要是點(diǎn)陣畸變能）（3分）六、根據(jù)Fe-C合金相圖回答下列問(wèn)題。（15分）說(shuō)明α相、γ相和δ相的晶體結(jié)構(gòu)類型；寫出圖中各實(shí)線水平線的平衡反應(yīng)式（注明反應(yīng)時(shí)的溫度）；說(shuō)明Fe-0.35%C合金平衡凝固凝固過(guò)程，并說(shuō)明室溫時(shí)的組織組成物與相組成物。答（要點(diǎn)）：α相、γ相和δ相的晶體結(jié)構(gòu)類型分別為體心立方結(jié)構(gòu)（或BCC結(jié)構(gòu)）、面心立方結(jié)構(gòu)（或FCC結(jié)構(gòu)）、體心立方結(jié)構(gòu)（或BCC結(jié)構(gòu)）。

（3分）包晶反應(yīng)：L0.53+δ0.09=A0.16(1495℃)，或者L0.53+δ0.09=γ0.16(1495℃)

共晶反應(yīng)：L4.2=A2.1+Fe3CⅠ(1148℃)，或者L4.2=γ2.1+Fe3CⅠ(1148℃)

共析反應(yīng)：A0.65=F0.021+Fe3CⅡ（727℃），或者γ0.65=α0.021+Fe3CⅡ（727℃）（5分）凝固出δ相；包晶轉(zhuǎn)變：L0.53+δ0.09=A0.17(1495℃)；過(guò)剩的液體析出奧氏體；全部奧氏體晶粒；從奧氏體晶界析出先共析鐵素體；奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，A0.77=F0.022+Fe3CⅡ（727℃），形成珠光體；從鐵素體中析出(Fe3C)Ⅲ(析出數(shù)量很少，不改變組織形態(tài))。最后組織組成物為先共析鐵素體加珠光體，而相組成物為α相和Fe3C相。

（7分）七.分析如圖所示的三元相圖：（1）寫出這個(gè)三元系中四相平衡反應(yīng)式；(2)指出這個(gè)三元系中50%Pb，15%Sn，35%Bi的合金的成分點(diǎn)；（3）分析2合金結(jié)晶過(guò)程（15分）答：要點(diǎn)：(1)兩個(gè)四相平衡：包共晶反應(yīng)和三元共晶反應(yīng)P點(diǎn)(包共晶反應(yīng))：L＋α1→δ1＋β1E點(diǎn)(三元共晶)：L→δ2＋β2＋γ（4分）(2)通過(guò)順時(shí)針?lè)较蜃鰸舛热切蔚娜叺钠叫芯€交于一點(diǎn)，如圖中A點(diǎn)（3分）(