材料科学基础试题(A卷)
材料科学基础试卷(二)与参考答案
一、名词解释(每小题1分，共10分)
1(晶胞
2(间隙固溶体
3(临界晶核
4(枝晶偏析
5(离异共晶
6(反应扩散
7(临界分切应力
(回复 8
9(调幅分解
10( 二次硬化
二、判断正误(每小题1分，共10分)
错误的画“×” 正确的在括号内画“?”，
1. 金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。( )
2. 作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面
( ) 上的未滑移区。
3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则
( ) 不能。
4. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵
值减小，因此是一个自发过程。 ( )
5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔG,0、结构起伏和能量 B
起伏。 ( )
6. 三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。 ( )
7. 物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。 ( )
8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排
方向。 ( )
9. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两
种转变的难易程度相似。 ( )
10.除Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使C曲线
左移，从而增加钢的淬透性。 ( )
三、作图题(每小题5分，共15分)
1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向:a)立方晶系
2112111()，()，[];b)六方晶系()，[]。 4211232113
12. 设面心立方晶体中的()为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为11
a1[10]。 2
(1)在晶胞中画出柏氏矢量的方向并计算出其大小。 b
(2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，
并写出此二位错线的晶向指数。
如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。试画出轧3.
制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。
四、相图分析(共20分)
(1) 就Fe-FeC相图，回答下列问题: 3
1. 默画出Fe-FeC相图，用相组成物填写相图; 3
2. 分析含碳量为1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织
示意图。
3. 计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。
4(已知某铁碳合金室温时的相组成物为铁素体和渗碳体，铁素体占
82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。
(2) 右图为固态有限互溶三元共晶相
图的投影图，请回答下列问题:
1. 指出三个液相面的投影区;
2. 指出eE线和E点表示的意3
义;
3. 分析合金N的平衡结晶过
程。
五、在870?比在930?渗碳有一定优越性，淬火变形小又可得到较细的晶粒，
-523碳在γ铁中的D=2.0×10m/s,Q=140×10J/mol,请计算:(10分) 0
(a) 870?时碳在γ铁中的扩散系数;
(b) 将渗层加深一倍需多长时间,
(c) 若规定0.3%C作为渗碳层厚度的量度，则在930?渗碳10小时的渗层厚
度为870?渗碳10小时的多少倍,
(气体常数R=8.314J/mol?K, 渗层厚度) ,,,Dt
六、简答题(每题4分，共20分)
1. 说明柏氏矢量的确定方法，如何利用柏氏矢量和位错线来判断位
错的类型,
2. 简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。
为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性, 3.
4. 共析钢的奥氏体化有几个主要过程,合金元素对奥氏体化过程有什
么影响,
5. 提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些,为什么说Cr是不锈钢中最重要
的合金元素,
七、45钢的过冷奥氏体连续转变曲线如图所示，请回答下列问题:(共15分)
1. 说明图中A1线、Ms、1线、2线、3线表示的意义。
2. 过冷奥氏体转变产物有哪些,写出各种转变产物的名称、相变类型、
组织形态和性能特点;
3. 在V、V、V、V 冷却速度下，各得到何种组织, 1234
指出与V、V、V、V相对应的热处理工艺名称是什么, 4.1234
参考答案
八、名词解释(每小题1分，共10分)
1(晶胞: 能完全反映晶格特征的最小几何单元.
2(间隙固溶体: 溶质原子占据溶剂晶格间隙形成的固溶体. 3(临界晶核: 半径为r的晶胚(rr,晶胚可长成晶核.KKK
4(枝晶偏析: 固溶体非平衡凝固时不同时刻结晶的固相成分不同导致树枝
晶内成分不均匀的现象(或树枝晶晶轴含高熔点组元较多，晶
枝间低熔点组元较多的现象).
5(离异共晶: 两相分离的共晶组织.
6(反应扩散: 通过扩散使溶质组元超过固溶极限而不断生成新相的扩散过
程称为反应扩散.
(临界分切应力: 作用于滑移系上并使其沿滑移方面开始滑移的最小分切 7
应力.
8(回复: 组织(晶粒外形)改变前在晶粒内发生的某些结构和性能的变化过
程.
9(调幅分解: 通过扩散偏聚由一种固溶体分解成与母相结构相同而成分不
. 同的两种固溶体
10( 二次硬化: 高温回火时回火硬度高于淬火硬度的现象.
九、判断正误(每小题1分，共10分)
正确的在括号内画“?”， 错误的画“×”
金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。(×) 1.
2. 作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面
上的未滑移区。 (?)
3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则
不能。 (?)
4. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵
值减小，因此是一个自发过程。 (×)
5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔG,0、结构起伏和能量 B
起伏。 (×)
6. 三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。 (?)
7. 物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。 (×)
8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排
方向。 (?)
9. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两
种转变的难易程度相似。 (×)
10.除Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使C曲线
左移，从而增加钢的淬透性。 (×)
十、作图题(每小题5分，共15分)
1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向:a)立方晶系
2112111()，()，[];b)六方晶系()，[]。 4211232113
(略)
12. 设面心立方晶体中的()为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为11
a1[10]。 2
(1)在晶胞中画出柏氏矢量的方向并计算出其大小。|b|=?2 a/2 b
(2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，
并写出此二位错线的晶向指数。
刃型位错: (112),螺型位错(110)
3. 如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。试画出轧
制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。(略)
十一、 相图分析(共20分)
(1) 就Fe-FeC相图，回答下列问题: 3
1. 默画出Fe-FeC相图，用相组成物填写相图;(略) 3
2. 分析含碳量为1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织
示意图。
L,L+γ,γ,γ+FeC,P+FeC 3?3?
3. 计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。
FeC=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)=22.6% 3?
FeC=(0.0218-0.00001)/(6.69-0.00001)=0.325% 3?
4(已知某铁碳合金室温时的相组成物为铁素体和渗碳体，铁素体占
82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。
w=1.2% , P=92.7%, c
FeC=7.3% 3
(3) 右图为固态有限互溶三元共晶相
图的投影图，请回答下列问题:
4. 指出三个液相面的投影区;
5. 指出eE线和E点表示的意3
义;
6. 分析合金N的平衡结晶过
程。
答:1. AeEeA、 BeEeB、 CeEeC 132132
2(eE线:α与γ的共晶线， E点:三元(四相)共晶点。 3
3(N点合金:L,L,γ,L,β+γ, L,α+β+γ
十二、 在870?比在930?渗碳有一定优越性，淬火变形小又可得到较细的晶
-523粒，碳在γ铁中的D=2.0×10m/s,Q=140×10J/mol,请计算:(10分) 0
(a) 870?时碳在γ铁中的扩散系数;
(b) 将渗层加深一倍需多长时间,
(c) 若规定0.3%C作为渗碳层厚度的量度，则在930?渗碳10小时的渗层厚度为870?渗碳10小时的多少倍,
(气体常数R=8.314J/mol?K, 渗层厚度) ,,,Dt
-122(a) D=7.98×10 m/s ?870
(b) 4倍时间
(c) 1.44倍
十三、 简答题(每题4分，共20分)
1. 说明柏氏矢量的确定方法，如何利用柏氏矢量和位错线来判断位
错的类型,
答:首先在位错线周围作一逆时针回路,然后在无位错的晶格内作同
样的回路,该回路必不闭合,连接终点与起点即为柏氏矢量. 位
平行的是螺型位错. 错线与柏氏矢量垂直的是刃型位错,
2. 简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。
: 固溶体凝固时,由于溶质原子在界面前沿液相中的分布发生变化答
而形成的过冷.
3. 为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性,
答: 晶粒细化减小晶粒尺寸,增加界面面积,而晶界阻碍位错运动,提
高强度; 晶粒数量增加,塑性变形分布更为均匀,塑性提高; 晶
界多阻碍裂纹扩展,改善韧性.
4. 共析钢的奥氏体化有几个主要过程,合金元素对奥氏体化过程有什
么影响,
答: 共析钢奥氏体化有4个主要过程: 奥氏体形成、渗碳体溶解、奥
氏体均匀化、晶粒长大。合金元素的主要影响通过碳的扩散体现，
碳化物形成元素阻碍碳的扩散，降低奥氏体形成、渗碳体溶解、
奥氏体均匀化速度。
5. 提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些,为什么说Cr是不锈钢中最重要
的合金元素,
答:提高钢材耐蚀性的主要方法有:在表面形成致密氧化膜、提高基
体电极电位、形成单相组织。Cr可形成表面致密氧化膜CrO,23
可提高电极电位，可形成单相铁素体。
十四、 45钢的过冷奥氏体连续转变曲线如图所示，请回答下列问题:(共15分) 1. 说明图中A1线、Ms、1线、2线、3线表示的意义。 2. 过冷奥氏体转变产物有哪些,写出各种转变产物的名称、相变类型、
组织形态和性能特点;
3. 在V、V、V、V 冷却速度下，各得到何种组织, 1234
4. 指出与V、V、V、V相对应的热处理工艺名称是什么, 1234
答:1. A1线—共析线;Ms—马氏体转变开始线;1线—过冷奥氏体
向铁素体转变开始线;2线—珠光体转变终了线;3线—贝氏
体转变开始线。
2. 过冷奥氏体转变产物:
珠光体，扩散型相变，片状组织，强度较高，塑性较好;
铁素体，扩散型相变，块状组织，强度低，塑性好;
马氏体，非扩散型相变，板条或片状，强度高，脆性大;
贝氏体，兼有扩散与非扩散相变特点，上贝氏体，羽毛状，
脆性大，下贝氏体，片状，强度高，韧性好。
3(V—铁素体、珠光体;V—铁素体、珠光体; 12
V—铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体;V—马氏体。 34
4(V、V—退火，V—正火，V—淬火 1234
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